PAGE本科畢業(yè)設(shè)計丙丁苯樹脂生產(chǎn)裝置中流化床式干燥器的優(yōu)化設(shè)計改造StudyonAlterationofFluidizedBedDryerforABSPlant學院名稱：化學與環(huán)境工程學院專業(yè)班級：化學工程與工藝10-1學生姓名：學號：指導(dǎo)教師姓名：張允指導(dǎo)教師職稱：2014年5月目錄摘要 IAbstract II引言 1第一章文獻綜述 21.1選題背景 21.2ABS生產(chǎn)裝置簡介 21.3流化床干燥器工藝流程簡介 41.4ABS干燥系統(tǒng)存在的問題 41.4.1由于干燥介質(zhì)理化性質(zhì)而引起的問題 41.4.2旋風分離器設(shè)計存在問題 51.4.3干燥器內(nèi)部大顆粒堵塞流道 51.5ABS裝置干燥系統(tǒng)爆燃的原因分析 51.5.1堆積粉料自燃 51.5.2工藝氣體中的雜質(zhì) 51.5.3摩擦 51.5.4放電 61.5.5可燃氣體 61.6優(yōu)化改造需重點解決的問題 61.7選題的意義 7第二章流化床干燥器的介紹 92.1流化干燥技術(shù) 92.2流化床干燥器的發(fā)展歷程 92.3流化床干燥器應(yīng)用條件 112.4常見流化床干燥器簡介 112.4.1單層流化床干燥器 112.4.2多層流化床干燥器 122.4.3臥式多室流化床干燥器 122.4.4振動流化床干燥器 132.4.5攪拌流化床干燥器 142.4.6離心流化床干燥機 152.4.7脈沖流化床干燥器 162.5本設(shè)計干燥器的選型問題 17第三章干燥過程的計算 183.1物料和熱量衡算 183.1.1物料衡算 183.1.2空氣和物料出口溫度的確定 193.1.3干燥器的熱量衡算 203.1.4預(yù)熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量 223.2干燥器的設(shè)計 223.2.1流化速度的確定 223.2.2流化床層底面積的計算 243.2.3干燥器長度和寬度 273.2.4停留時間 273.2.5干燥器高度 27第四章干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計 294.1干燥器內(nèi)部設(shè)計 294.1.1布氣裝置 294.1.2分隔板 304.1.3物料出口堰高h 304.2箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 314.2.1上箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 314.2.2下箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 324.2.3肋板結(jié)構(gòu)設(shè)計 324.3接管及法蘭的確定 324.3.1各管口直徑的計算 324.3.2接管法蘭的設(shè)計與選擇 34第五章附屬設(shè)備及管路的選擇 365.1送風機和排風機 365.1.1送風機 365.1.2排風機 375.2供料裝置 385.3空氣過濾器 385.4換熱器 395.5除塵設(shè)備 415.6管路計算及管道選擇 425.6.1空氣入口管路的計算 425.6.2空氣出口管路的計算 425.6.3空氣加熱器蒸汽管路的計算 425.6.4空氣加熱器冷凝水管路的計算 43第六章干燥器的優(yōu)化 446.1干燥介質(zhì)的優(yōu)化 446.1.1干燥介質(zhì)改造方案原理敘述 446.1.2具體改造方案 456.2流化床內(nèi)部大顆粒排出口的改造設(shè)計 45結(jié)論 46致謝 47參考文獻 48附錄A臥式多室流化床干燥器設(shè)備圖 50附錄B丙丁苯樹脂干燥流程圖 50PAGE48PAGEIABS裝置中流化床式干燥器的優(yōu)化設(shè)計改造研究摘要:干燥器改造主要解決ABS粉料料斗的緩沖能力不夠，易堵塞粉料料斗。也減少空氣與粉料產(chǎn)品的接觸發(fā)生氧化，提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。同時也有利于安全生產(chǎn)。由于設(shè)計上存在問題，干燥系統(tǒng)運行一直不夠穩(wěn)定，裝置無法達到設(shè)計負荷，系統(tǒng)始終處于開開停停的狀態(tài)。針對這種情況，經(jīng)過多方比較提出了干燥器采用氮氣循環(huán)，熱空氣改為熱氮氣，氮氣密閉循環(huán)使用；采用水噴淋式冷卻塔除去氮氣中夾帶的水份，冷卻塔熱量取出采用兩級冷卻，即一級冷卻采用循環(huán)水，二級冷卻采用淺冷水；循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的壓力采用分程控制，及時補充和排放氮氣；在流化床干燥器的正下方分布板上安裝大顆粒排出管，這樣既解決ABS粉料料斗的緩沖能力不夠易堵塞粉料料斗也減少空氣與粉料產(chǎn)品的接觸發(fā)生氧化。采用氮氣循環(huán)干燥代替空氣干燥使粉料在干燥過程中不與空氣接觸，既可以避免系統(tǒng)爆燃，又可以使ABS產(chǎn)品避免因氧化而發(fā)生變色，保證產(chǎn)品的顏色均一，安全環(huán)保效益和經(jīng)濟效益顯著。關(guān)鍵詞：ABS裝置；干燥器；流程；改造；效益StudyonAlterationofFluidizedBedDryerforABSPlantAbstract:ThemostlyresolvedalterationofdryerisinsufficientcushioningcapacityofhopperinABS．Ifpowderlotiseasilyblockedup，oxidationbycontactofairandpowderlotcanbereduced．Thealterationimprovesproductappearancequalityandisinfavorofsafetyinproduction．owingtothedeficientdesign,instabilityofdryingsystemiscontinuous,theplantwasunabletoachievethedesignload,andthesystemwasalwaysinthein-and-outcondition.Aimingatthiscondition,byversatilecomparisonstechnicianinbranchfactoryholdupN2circledryingsystem,inwhichheatedN2insteadofhealedairandN2isclosedloop.ThesystemusesshallowspraytowerremovingmoisturecarriedsecretlyinN2.Extractionofheatquantityistwo-stagerefrigeration，theinitialchillingusescirculatingwater,thesecondarychillingusesshallowcoldwater.Pressureinthecircledryingsystemissplitcontrol,whichcansupplyandreleaseN2intime．Onthedistributionplateunderfluidizedbeddryerlargegranuledischarge,pipesareinstalled,whichcanachievetheaimofmostlyresolvedalteration．UsingN2circledryingsysteminsteadofairdryingcanpreventpowderlotcontactingair．TheresolvedcanavoidnotonlysystemdeflagratingbutalsoABSproductschangingcolorbyoxidation．Effectsofalterationguaranteeproductsuniformcolorandmakesafety．Keywords：ABSplant;dryer;diagram;alteration;benefit引言ABS樹脂是介于通用塑料和工程塑料之間的一種高分子材料，它兼具有PB橡膠的韌性和低溫抗沖擊性，聚丙烯腈(PAN)樹脂的耐熱和化學穩(wěn)定性及聚苯乙烯(PS)樹脂的剛性和光澤性，因而具有耐沖擊、耐熱、耐低溫、耐化學品、易加工成型和表面光澤性好等優(yōu)異的綜合性能，廣泛用于汽車工業(yè)、電子、電器、紡織、器具和建材等領(lǐng)域。我國是世界ABS樹脂最大的消費國，盡管我國ABS樹脂的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量增長很快，但仍不能滿足需求，每年需大量進口。干燥裝置是ABS生產(chǎn)中重要的設(shè)備，其運行狀況將直接影響ABS生產(chǎn)的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。ABS粉塵屬易燃易爆物質(zhì)，ABS粉塵濃度在爆炸范圍內(nèi)，如遇明火和靜電，會發(fā)生爆炸。由于ABS凝聚工藝產(chǎn)生的細粉料較多，在干燥過程中采用流化床進行干燥，細粉料易懸浮，形成粉塵，增加了粉塵爆炸的幾率。因此對現(xiàn)有ABS干燥裝置進行適當改造是我國ABS樹脂行業(yè)生產(chǎn)的需要，也是企業(yè)安全高效生產(chǎn)的需要。第一章文獻綜述1.1選題背景ABS樹脂是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)3種單體共聚而成的熱塑性聚合物，它是介于通用塑料和工程塑料之間的一種高分子材料。ABS樹脂兼具有PB橡膠的韌性和低溫抗沖擊性，聚丙烯腈(PAN)樹脂的耐熱和化學穩(wěn)定性及聚苯乙烯(PS)樹脂的剛性和光澤性，因而具有耐沖擊、耐熱、耐低溫、耐化學品、易加工成型和表面光澤性好等優(yōu)異的綜合性能，廣泛用于汽車工業(yè)、電子、電器、紡織、器具和建材等領(lǐng)域。[1]我國是世界ABS樹脂最大的消費國，是世界上最大的家用電器生產(chǎn)國和消費國，同時也是世界上最大的汽車生產(chǎn)國。國內(nèi)ABS主要用于汽車、器具和電子電器這3大應(yīng)用領(lǐng)域中。2011年國內(nèi)ABS消費總量為396萬t，其中通用料306．4萬t，專用料90萬t。盡管我國ABS樹脂的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量增長很快，但仍不能滿足需求，每年需大量進口，從2004～2007年，中國的ABS進口量連續(xù)增加，2008年由于全球金融危機導(dǎo)致ABS進口量降低，2009年隨著全球經(jīng)濟的復(fù)蘇，ABS進口量繼續(xù)增加，2011年隨著國內(nèi)ABS產(chǎn)能的增加，對外依存度雖有所下降但仍遠不能滿足生產(chǎn)的需要。因此完成對現(xiàn)有ABS樹脂生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)技術(shù)的改進工作，是我國ABS生產(chǎn)行業(yè)的當務(wù)之急。[2]干燥裝置是ABS生產(chǎn)中重要的設(shè)備，其運行狀況將直接影響ABS生產(chǎn)的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。以某石化廠為例，由于設(shè)計上存在的問題，干燥系統(tǒng)運行一直不穩(wěn)定，時常需要停車清洗，同時產(chǎn)品質(zhì)量及性能也不理想，導(dǎo)致產(chǎn)品價格較同類企業(yè)低且影響企業(yè)的形象。ABS粉塵屬易燃易爆物質(zhì)，ABS粉塵濃度在爆炸范圍內(nèi)，如遇明火和靜電，會發(fā)生爆炸。由于ABS凝聚工藝產(chǎn)生的細粉料較多，在干燥過程中采用流化床進行干燥，細粉料易懸浮，形成粉塵，增加了粉塵爆炸的幾率。由于設(shè)計上的問題，國內(nèi)多套ABS裝置先后發(fā)生過多起因靜電引起的爆燃事故，給ABS裝置的安全生產(chǎn)帶來巨大隱患。因此對現(xiàn)有ABS干燥裝置進行適當改造是我國ABS樹脂行業(yè)生產(chǎn)的需要，也是企業(yè)安全高效生產(chǎn)的需要。[3]1.2ABS生產(chǎn)裝置簡介ABS生產(chǎn)裝置由ABS聚合、凝聚干燥(該工段采用流化床干燥工藝)、擠壓造粒三部分組成。工藝上主要采用乳液接枝-本體SAN摻混工藝生產(chǎn)ABS粉料在ABS聚合部分，首先進行丁二烯聚合反應(yīng)生產(chǎn)丁二烯膠乳，然后苯乙烯和丙烯腈與丁二烯膠乳進行接枝聚合，生產(chǎn)接枝ABS膠乳，在ABS膠乳中加入抗氧劑和顏色穩(wěn)定劑，再加入凝聚劑使ABS膠乳生成ABS漿液，經(jīng)離心機脫水后得到含水30%左右的ABS粉料；在凝聚干燥部分，含水30%左右的ABS粉料被送入流化床干燥器進行干燥，干燥后得到約含水1%的ABS干粉料；在擠壓造粒部分，將含水量約l％的ABS粉料同苯乙烯和丙烯腈的本體共聚物SAN按一定比例混合，經(jīng)擠壓造粒制成ABS顆粒。整個生產(chǎn)的基本流程是：離心機脫水后含水量小于30％的ABS濕粉料經(jīng)螺旋輸送器送入濕粉料緩沖料斗，再通過螺旋加料器送入干燥器，進入干燥器的濕粉料被粉料分散器均勻的分散在流化床干燥器的床層上；經(jīng)空氣過濾器過濾的空氣，有風機吸入并加壓，再經(jīng)過空氣加熱器加熱后分三路送入干燥器，和濕粉料進行接觸。圖1.1ABS干燥流程濕粉料吸收的熱量有兩個來源,一是熱空氣帶來的熱量,二是干燥器加熱柜提供的熱量。排出干燥器的干粉料經(jīng)風送系統(tǒng)送入粉料倉，從干燥器排出的空氣中夾帶一定量的細粉料進入袋式過濾器。袋式過濾器實際上由兩部分組成,下部是旋風分離器,上部是袋式過濾器?？諝饨?jīng)過旋風分離器時,空氣中夾帶的部分粉料被分離出來,再經(jīng)過袋式過濾器時,粉料全部被濾出,經(jīng)袋式過濾器過濾后回到干燥器內(nèi)。袋式過濾器經(jīng)抽風機把尾氣抽出,直接排入大氣。[4]1.3流化床干燥器工藝流程簡介流化床干燥器在ABS生產(chǎn)中被用于干燥濕粉料，屬于凝聚干燥工段，該工段的作用是將聚合工段所生產(chǎn)出的ABS濕粉料進行干燥，使其含水量由30％下降到1％以下。其具體干燥流程為：含水量為30％的濕粉料，經(jīng)螺旋輸送器送入濕粉料緩沖料斗，再通過螺旋加料器送入到干燥器內(nèi)進行干燥，由粉料分布器均勻地分布在第一室的分布板上；經(jīng)空氣過濾器過濾的空氣，由風機吸入并加壓，再經(jīng)過空氣加熱器加熱后送入干燥器，和濕粉料進行傳熱傳質(zhì)(濕物料的熱量來源除熱氮氣外還有加熱柜，加熱柜內(nèi)的熱水罐中通有循環(huán)熱水)；在與熱空氣接觸過程中，濕物料表面的水分不斷受熱蒸發(fā)，當粉體表層水分含量低于內(nèi)部水分含量時，粉體內(nèi)部水分就會向分體表層擴散，進而從表層蒸發(fā)出去，經(jīng)過一定時間連續(xù)的蒸發(fā)、擴散、蒸發(fā)后粉科達到預(yù)定的干燥效果，達到預(yù)定干燥效果后排出料倉，又風送裝置送入料倉。從干燥器排出的空氣中夾帶一定量的細粉料，細粉料隨空氣進人袋式過濾器。袋式過濾器實際上由兩部分組成，下部是旋風分離器，上部是袋式過濾器。空氣經(jīng)過旋風分離器時，空氣中夾帶的部分粉料被分離出來，再經(jīng)過袋式過濾器時，粉料全部被濾出，經(jīng)過袋式過濾器底部的旋轉(zhuǎn)閥回到干燥器內(nèi)。袋式過濾器引風機把尾氣抽出，直接排人大氣。[5]1.4ABS干燥系統(tǒng)存在的問題1.4.1由于干燥介質(zhì)理化性質(zhì)而引起的問題⑴粉料容易被氧化粉料在干燥器內(nèi)與熱空氣接觸時間較長。由于用空氣作為介質(zhì)干燥并呈流化狀態(tài),容易使粉料表面氧化,使干燥后的ABS產(chǎn)品顏色黃度指數(shù)增大,影響ABS的產(chǎn)品外觀和后加工性能。⑵干燥系統(tǒng)容易發(fā)生爆燃夾帶粉料的空氣經(jīng)過袋式過濾器下部的旋風分離器時，大粒徑的粉料被分離出來，袋式過濾器上部都是小粒徑的粉料塵，粉料塵達到爆炸極限，遇到火花就會爆炸。而空氣經(jīng)過旋風分離器切面時流速非?？?，摩擦力大，極易產(chǎn)生靜電，大量靜電積累，一旦放電打火花會點燃粉料塵發(fā)生爆燃。⑶干燥器清洗頻率高進入干燥器的濕粉料,容易在干燥器內(nèi)堆積,ABS粉料堆積時間過長,與空氣中的氧氣反應(yīng)，自身放熱,引起自燃。為避免粉料堆積,干燥系統(tǒng)必須每半月停車檢查一次。[6]-[9]1.4.2旋風分離器設(shè)計存在問題ABS粉塵屬易燃易爆介質(zhì)，ABS粉塵濃度在爆炸范圍內(nèi)，如遇明火和靜電，會發(fā)生爆炸。由于ABS凝聚工藝產(chǎn)生的細粉料較多，在干燥過程中采用流化床進行干燥，細粉料易懸浮，形成粉塵，增加了粉塵爆炸的幾率。這種設(shè)計的采用會導(dǎo)致旋風分離器和袋式過濾器兩者互相干擾，不能將細粉塵盡快排除，增大了粉料在袋式過濾器堆積的幾率，也增加了過濾器內(nèi)粉塵云的濃度，易著火爆炸，尤其是在其著火后無法與干燥器隔斷。1.4.3干燥器內(nèi)部大顆粒堵塞流道在進料時，由于有未打碎的ABS大顆粒進入干燥器，被干燥后長時間停留累計在第一室、第二室的擋板的正下方的分布板上，到達一定程度就會堵塞流化床內(nèi)的粉料流道，致使ABS粉料不能順利排出干燥器而停車檢修。因此需要通過優(yōu)化設(shè)計使大顆粒及時、均勻排出，以保證整套干燥裝置的連續(xù)穩(wěn)定運行。[10]-[12]1.4.4流化床干燥器出料口調(diào)節(jié)閥流化床干燥器出料口的調(diào)節(jié)閥原設(shè)計只有開關(guān)兩種狀態(tài)，不利于調(diào)節(jié)ABS粉料在流化床內(nèi)的停留時間，易形成一股一股的出料狀態(tài)，使流化床干燥器床層不穩(wěn)定，床層一會高一會低，最終導(dǎo)致的問題是鼓風機、引風機的風送壓頭不穩(wěn)定，出料一股一股的狀態(tài)，使ABS粉料料斗的緩沖能力不夠，易堵塞粉料料斗。[13]1.5ABS裝置干燥系統(tǒng)爆燃的原因分析1.5.1堆積粉料自燃堆積粉料自燃是有機物發(fā)生化學反應(yīng)放熱引起的,有機物與低濕表面或空氣接觸氧化放熱并同時伴隨冷卻,對于堆積粉料內(nèi)部放熱強度大于冷卻強度時,內(nèi)部溫度逐漸升高,最終達到燃點發(fā)生著火,含有油脂的粉料發(fā)生自燃的臨界溫度較低,特別是含有不飽和脂肪酸的粉料，即使在較低的溫度下也會發(fā)生氧化放熱,發(fā)生自燃。1.5.2工藝氣體中的雜質(zhì)工藝系統(tǒng)所攜帶的機械雜質(zhì)通過干燥器的潮濕區(qū),由于流化床干燥介質(zhì)流量較高,機械雜質(zhì)以較高速度通過床層撞擊設(shè)備,產(chǎn)生火花,而在相對干燥的區(qū)域粉塵濃度較高,易發(fā)生火災(zāi)。1.5.3摩擦金屬表面之間摩擦會產(chǎn)生相當高的溫度,致使粉料在高溫條件下發(fā)生燃燒。1.5.4放電粉料在干燥器內(nèi)進行高速運動與干燥器表面及顆粒之間摩擦而產(chǎn)生靜電,靜電積累到一定程度而產(chǎn)生放電,同時ABS粉料和空氣的混合粉塵爆炸下限比較低,一般在22～1.5.5可燃氣體可燃氣體來源于未反應(yīng)的單體,在生產(chǎn)運行可燃氣體可能不斷富集,從而產(chǎn)生危險。對于ABS裝置來說由于空氣流動量大,這種因素相對較少。上述各種因素都可能引起爆燃，而且ABS干燥器著火后干燥器系統(tǒng)的設(shè)備都會發(fā)生變形，特別是過火后干燥器的光澤度指標會大大降低，這樣使可能引起著火的原因更加復(fù)雜。為了避免爆燃的發(fā)生，采用惰性氣體來替換空氣進行干燥，是粉料進行干燥的主要選擇。[14]-[15]1.6優(yōu)化改造需重點解決的問題綜上所述，現(xiàn)有ABS裝置中的臥式多室流化床干燥器主要存在著干燥介質(zhì)的氧化性、大顆粒堵塞床層、出料口不連續(xù)調(diào)節(jié)這三個問題。在這三個問題當中，前兩個問題是導(dǎo)致干燥系統(tǒng)不能連續(xù)穩(wěn)定運行的最根本的的原因，如果空氣的氧化性問題和大顆粒的堆積堵塞問題得不到解決，那么干燥器內(nèi)濕物科的氧化爆燃問題和床層擋板被大顆粒堵塞的現(xiàn)象會繼續(xù)發(fā)生，導(dǎo)致干燥器頻繁的停車清洗，系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定工況永遠無法達到，因此這兩個問題必須首先解決。同時還要保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行所需的最基本的客觀條件，就是要解決系統(tǒng)的設(shè)備匹配問題，適當更換個別操作量過小的設(shè)備，最終使其能夠滿足干燥系統(tǒng)設(shè)計負荷。[16]-[17]因此，本優(yōu)化設(shè)計主要解決以下問題：⑴干燥系統(tǒng)中干燥介質(zhì)氧化性問題由于干燥介質(zhì)空氣含有氧，在干燥過程中易造成如下問題：干燥系統(tǒng)的爆燃、物料氧化自燃，干燥溫度過低而引起的物料架橋、ABS顆粒的顏色不穩(wěn)定等問題，這些問題要想的到解決，必然要先解決掉干燥介質(zhì)空氣中所含的氧的問題，只有將當含氧量降低到3％以下時，物料的爆燃幾率得到控制；濕物料堆積后的緩慢氧化問題得到解決，清洗頻率降低，產(chǎn)量可相應(yīng)提高；解決了緩慢氧化問題后，干燥溫度相應(yīng)提高，干燥后的產(chǎn)品含水量降低，利于保存；ABS顆粒的顏色等外觀也會相應(yīng)提高。因此，完成對現(xiàn)有的空氣干燥介質(zhì)中含氧量的改造問題，是提高裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量的當務(wù)之急。⑵流化床干燥器內(nèi)大顆粒的排出問題ABS裝置不能連續(xù)穩(wěn)定運行的另一個主要原因是，流化床內(nèi)部局部結(jié)構(gòu)的缺陷或不健全，如缺少大顆粒排出流道問題，大顆粒物料主要集中在一二室擋板位置處，隨著干燥過程的進行，大顆粒物料在分布板上的累計量逐漸增加，在沒有相應(yīng)措施排出大顆粒的情況下，大顆粒會堵塞分布板，影響新物料的流化和干燥，導(dǎo)致裝置停車檢修和清理，由此可知，，要達到規(guī)定的操作量，還要提前解決大顆粒物料的排出問題。[19]-[22]1.7選題的意義近年來，中國ABS樹脂產(chǎn)能和產(chǎn)量均增長很快，盡管如此，還是無法滿足國內(nèi)實際生產(chǎn)的需求，ABS的進口量持續(xù)增加。中國ABS樹脂的需求量和進口量均居全球第一。2008年出現(xiàn)的全球金融危機，導(dǎo)致中國ABS的進口量下降10％。2009年，隨著經(jīng)濟復(fù)蘇趨勢的基本確立，中國ABS市場景象的逐步恢復(fù)，ABS的進口量達216．6萬t，比2008年高出11％。2011年進口量為216．9萬t，與2009年持平。進料加工貿(mào)易主要是針對國外市場，中國只是一個加工基地。從近3年的ABS樹脂進口量分析得知這部分消耗一直占總進口量的80％以上，且在數(shù)量上也是保持相對的穩(wěn)定。近年來我國ABS樹脂的供需狀況如表1.1：年份產(chǎn)量/萬t進口量/萬t出口量/萬t表觀消費量/萬t自給率/萬t2006128.0201.12.0327.439.12007142.8217.33.2356.940.02008157.0195.24.3347.945.12009170.55216.75.0382.2545.02010196.81216.95.5408.2149.02011214.90185.274.3395.8754.3表1.12006～2011年中國ABS供需狀況統(tǒng)計我國已經(jīng)成為世界上ABS樹脂最大的產(chǎn)地和消費市場之一，ABS樹脂行業(yè)在目前一段時間內(nèi)仍將保持長期穩(wěn)定的增長，但近幾年來，市場需求的增長速度將繼續(xù)高于生產(chǎn)能力的增長速度。為滿足自身的需求，我們應(yīng)該不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模，增加生產(chǎn)能力，提高ABS樹脂的年產(chǎn)量，以盡最大程度滿足自需。同時，為進一步提高我們產(chǎn)品的市場占有率和競爭力，我們還需不斷提高產(chǎn)品自身的質(zhì)量和性能。綜上所述，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，都與目前ABS干燥系統(tǒng)的干燥效率和操作穩(wěn)定性有著直接的關(guān)系，因此，解決目前ABS裝置中干燥系統(tǒng)所存在的問題是提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、增強企業(yè)核心競爭力的需要。[18]第二章流化床干燥器的介紹2.1流化干燥技術(shù)流化技術(shù)起源于1921年，最早應(yīng)用于干燥工業(yè)化大生產(chǎn)是1948年美國建立的多爾-奧列弗固體流化裝置，而我國直到1958年后才開始發(fā)展此項技術(shù)。流化床干燥過程是散狀物料被置于孔板上，并由其下部輸送氣體，引起物料顆粒在氣體分布板上運動，在氣流中呈懸浮狀態(tài)，產(chǎn)生物料顆粒與氣體的混合底層，猶如液體沸騰一樣。在流化床干燥器中物料顆粒在此混合底層中與氣體充分接觸，進行物料與氣體之間的熱傳遞與水分傳遞。典型的流化床干燥器有一個錐形反應(yīng)室，熱空氣從底部進入，通過物料層，再從頂部排出。[23]流化床干燥器具有較高的傳熱和傳質(zhì)速率，干燥速率高，熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，基本投資和維修費用低，便于操作等優(yōu)點。因此流化床干燥器被廣泛用于化工、食品、陶瓷、藥物、聚合物等行業(yè)。流化干燥由于具有傳熱效果良好、溫度分布均勻、操作形式多樣、物料停留時間可調(diào)、投資費用低廉和維修工作量較小等優(yōu)點，得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。[24]2.2流化床干燥器的發(fā)展歷程流化床干燥設(shè)備在不到100年的時間里，經(jīng)過科研人員的不斷改進和創(chuàng)新，得到了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。最早應(yīng)用的流化床為單層圓筒型，其材料為普通碳鋼內(nèi)涂環(huán)氧酚醛防腐層，氣體分布板是多孔篩板，板上小孔半徑1.5mm，正六角形排列。此干燥器操作簡單、勞動強度低、勞動條件好、運轉(zhuǎn)周期長。由于單層圓筒流化床直徑較小，物料停留時間較長，干燥后所得產(chǎn)品濕度不均勻，因此發(fā)展了多層流化床，該流化床不僅可以提高效率，更重要的是能夠得到較為均勻的停留分布時間。為了對物料進行內(nèi)擴散控制，多層流化床還先后經(jīng)歷了溢流管式、下流管式和穿流板式3個階段。多層流化床的物料干燥程度均勻，干燥質(zhì)量易于控制、熱效率較高，適用于降速干燥階段較長的物料以及濕含量較高（水分含量>14%）的物料的干燥。[25]由于多層流化床還是存在操作困難、床層阻力大和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，為克服這些缺點，20世紀60年代末70年代初發(fā)展了一種臥式多室流化床。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于各種難干燥的粉粒狀物和熱敏性物料的干燥?？梢哉f，臥式多室流化床干燥器相當于多個方形界面流化床串聯(lián)系統(tǒng)。其主要特點：⑴在相鄰隔室間安裝擋板，從而可制得均勻干燥的產(chǎn)品，改善了物料停留時間的分布。⑵物料的冷卻和干燥可結(jié)合在同一設(shè)備中進行，簡化了流程和設(shè)備。⑶分隔成多室，可以調(diào)節(jié)各室的空氣量，增加的擋板可避免物料短路排出。該設(shè)備在制藥工業(yè)中推廣較快，目前國內(nèi)有幾十個工廠用此設(shè)備來干燥各種片劑顆粒藥物、粉粒狀物料以及片狀物料。如果在操作上對各室的風量、氣溫加以調(diào)節(jié)，將最末幾室的熱空氣二次利用，在床內(nèi)添加內(nèi)加熱器等可以提高熱效率。為了使某些濕顆粒物料或已凝聚成團的物料亦能采用流化干燥技術(shù)，研究人員在加料口附近裝備床內(nèi)攪拌葉片，使呈團狀或塊狀的物料及時打碎，以利于形成流化，這種裝備有攪拌器的流化床干燥器稱為攪拌流化床干燥器。[26]其優(yōu)點在于：⑴適合于濕含量較大、在熱氣流中不易分散的物料或者可能結(jié)塊的物料的干燥。⑵可以避免溝流、騰涌和死床現(xiàn)象，獲得均勻的流化狀態(tài)，提高熱、質(zhì)傳遞強度。近年來攪拌流化床在制藥工業(yè)上得到了相當廣泛的應(yīng)用，其常作為制藥過程的后續(xù)工藝的干燥裝置，以簡化設(shè)備及工藝，降低成本。隨著多級干燥的發(fā)展，振動流化床得到應(yīng)用，其基本結(jié)構(gòu)與普通流化床相似，是一種將機械振動加于流化床中的改良產(chǎn)品。物料依靠機械振動和穿孔氣流雙重作用流化，并在振動作用下向前作活塞形式的移動，利用對流、傳導(dǎo)、輻射向料層供給熱量，即可達到干燥的目的。振動流化床由于物料的輸送是由振動來完成的，供給的熱風只是用來傳熱和傳質(zhì)，因此可以明顯地降低能量消耗。另外，由于床層的強烈振動，傳熱和傳質(zhì)的阻力減小，提高了振動流化床的干燥速率，同時使不易流化或流化時易產(chǎn)生大量夾帶的塊團性或高分散物料也能順利干燥，克服了普通流化床易產(chǎn)生返混、溝流、粘壁等弊端。離心式流化床是在離心力場中進行流化干燥的一種新型干燥設(shè)備，其原理是在機械轉(zhuǎn)動造成的離心力場作用下使粒狀物料分布在絲網(wǎng)覆蓋的圓筒型多孔壁上，熱氣流穿過多孔壁使之流化干燥。由于離心力場的存在離心加速度可以是重力加速度的幾倍到幾十倍，因此與普通重力流化床相比較，強化了濕分在物料內(nèi)部的遷移過程，干燥時間短，傳熱傳質(zhì)速率高，能夠有效地抑制氣泡的生成及物料的夾帶，對于在重力流化床中難以干燥的低密度、熱敏性、易粘結(jié)的固體物料都可以有效地干燥。針對一些不易流動的物料及干燥溫度不允許超過50～80℃的結(jié)晶藥物，發(fā)展了脈沖式流化床。脈沖流化床將傳統(tǒng)流化床的送風方式由恒定送風改為為周期性送風，通過調(diào)節(jié)氣流的脈沖頻率或脈沖氣流導(dǎo)通率，使通過孔板的氣體流量或流化區(qū)發(fā)生周期性變化，對物料進行干燥。其主要結(jié)構(gòu)特點是在干燥器底部的周圍裝有幾根熱空氣進口管，在每根熱空氣管上裝有脈沖閥，它們按一定的頻率和次序開啟，開啟時間與床層厚度和物料性能有關(guān)，當氣體突然引進時，在短時間內(nèi)形成一個脈沖，使粒子劇烈流化，促使物料之間進行強烈的傳熱與傳質(zhì)，當閥門關(guān)閉時，床層的流化狀態(tài)逐漸消失，則物料處于靜止狀態(tài)，此時仍通入部分氣體通過床層，以便下一個脈沖能有效地在床中傳遞。其優(yōu)點在于：傳熱系數(shù)高，干燥時間短，空氣耗量減少，電能耗量低，脈沖流化床能有效克服溝流、死區(qū)和局部過熱等傳統(tǒng)流化床常見的弊端，因而可用于處理黏性強、易結(jié)團和熱敏性物料，如四環(huán)素類的抗生素。[27]2.3流化床干燥器應(yīng)用條件⑴對被干燥的物料，在顆粒上又一定的限制，一般以大于30μm、小于6mm為合適。粒度太小已被氣流夾帶，粒度太大不易流化。⑵若幾種物料混合在一起進行干燥，則要求幾種物料的相對密度接近，否則密度小的顆粒較相對密度大的顆粒易被氣流夾帶，同時也會影響它們的干燥度。⑶含水量過高且易粘結(jié)成團的物料，一般不適用。⑷易結(jié)壁和結(jié)塊的物料，在流化過程中易產(chǎn)生設(shè)備結(jié)壁和堵床現(xiàn)象。⑸流化床干燥器床層內(nèi)返混激烈，對單級連續(xù)干燥，因為物料在設(shè)備中的停留時間不均勻，會導(dǎo)致產(chǎn)品干濕不均勻二被排出。⑹對于產(chǎn)品外觀要求高的物料不適用，對于貴重和有毒的物料，要慎重考慮完善的回收裝置。2.4常見流化床干燥器簡介2.4.1單層流化床干燥器單層流化床干燥器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。生產(chǎn)能力大，應(yīng)用也較為廣泛。一般都在床層顆粒靜止高度不太高的情況下使用(床層高度約300～400mm)根據(jù)所干燥介質(zhì)的不同，生產(chǎn)強度可達每平方米分布板干燥水分500～1000kg/h，其空氣消耗量為3～12kg/h單層流化床干燥器的主要缺點是物料在床內(nèi)停留時間分布范圍廣。不能保證固體顆粒干燥均勻，易出現(xiàn)未經(jīng)干燥的物料隨產(chǎn)品一起排出床外的現(xiàn)象，所以一般用于要求干燥程度不高的固體顆粒物料。2.4.2多層流化床干燥器在單層流化床干燥器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來多層流化床干燥器，干燥效率得到提高，同時固體顆粒在床層中停留時間的分布大大變窄，避免了物料在干燥器中的短路現(xiàn)象，干燥均勻，但多層流化床干燥器操作過程困難，分布板上的料層不容易建立，床層阻力大，使得系統(tǒng)的能量消耗增加，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2.4.3臥式多室流化床干燥器臥式多室流化床干燥器適合干燥各種難干燥的顆粒狀物料、片狀等物科和熱敏性物料。其所干燥的物料，大多是經(jīng)造粒機制成的4～14目散料狀物料，初濕量一般在10％～30％，干燥后物料的終濕量一般在0.02％～0.3％。由于物料在床層內(nèi)相互劇烈的碰撞摩擦，干燥后物抖粒度變小(一般為12目約占20％～30％)。當被干燥的物料顆粒粒度在80～100目或更細的物料時，如聚乙烯，則干燥器上部須加以擴大，以減少細粉夾帶，其分布板的孔徑及開孔率也相應(yīng)減小，以改善流化。臥式多室流化床干燥器的一般流程如圖2.1：1.抽風機2.卸料管3.干燥器4.旋風除塵器5.袋式除塵器6.搖擺顆粒機7.空氣過濾器8.加熱器圖2.1臥式多室流化床干燥器的流程干燥器為一長方形箱式流化床，底部為多孔篩板，篩板的開孔率一般4％～13％，孔徑1.6～2.0m，篩板上方有擋板，經(jīng)流化床分成八個小室，每塊擋板可上下移動，以調(diào)節(jié)其篩板的間距，每室的下部有一進氣管，只管上有氣體流量調(diào)節(jié)閥。濕物料由搖擺顆粒機連續(xù)加料于干燥器的第一室內(nèi)，由第一室逐漸向第八室移動。干燥后的物料由地第八室卸料口卸出。而氮氣經(jīng)過濾器到加熱器后。分別從第八個支管進入八個室的下部，通過多孔板進入干燥室，流化干燥物料。其尾氣氮氣由袋式過濾器過濾除塵后直接放空。臥式多室流化床干燥器對干燥物料適應(yīng)性很大，它較廂式干燥器占地面積小，生產(chǎn)能力大，熱效率高，干燥后產(chǎn)品的適度也較均勻。同氣流式干燥器相比，可調(diào)節(jié)物料在床內(nèi)的停留時間，易于操作控制，物料顆粒粉碎率較小，因此應(yīng)用較為廣泛。但它的熱效率比多層干燥器低，特別是采用較高的熱風溫度時更加明顯。若在不同室調(diào)節(jié)進風量及風溫，逐室降低風溫、風量、和熱風串連通過各室，可以提高熱效率。另外，物料過濕會在第一、第二室內(nèi)產(chǎn)生結(jié)快，需要經(jīng)常清掃。2.4.4振動流化床干燥器振動流化床就是在普通流化床上施加振動而成。在輸料板上放上一層物料，對輸料板施以振動，當振動加速度大于重力加速度時，料層開始膨脹，出現(xiàn)所謂的振動流態(tài)化狀態(tài)。這時放在輸料板上的物料產(chǎn)生強烈的混和，并且很容易作水平和傾斜移動。在此條件下，利用對流、傳導(dǎo)、輻射向料層供給熱量，即可達到干燥的目的。如圖2.2在振動流化床中，物料的輸送是由振動來完成的，供給的熱風只是用來傳熱和傳質(zhì)，這樣就可以明顯地降低能量消耗。另外由于床層的強烈振動，傳熱和傳質(zhì)的阻力減小，提高了振動流化床的干燥速率，同時使不易流化或流化時易產(chǎn)生大量夾帶的塊團性或高分散物料也能順利干燥，克服了普通流化床易產(chǎn)生返混、溝流、粘壁等弊端。振動流化床現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、食鹽、化工，飼料工業(yè)的干燥、冷卻、造粒生產(chǎn)上。1.濕物料2.濕空氣3.干物料4.熱空氣圖2.2振動流化床2.4.5攪拌流化床干燥器如圖2.3，拌流化床干燥器是在流化床內(nèi)裝設(shè)攪拌器，使某些濕顆粒物料或易凝聚成團的物料也能采用流化干燥?？捎糜诹蛩徜@、氨基酸、酐酪素、聚丙烯樹脂等物料的干燥。攪拌流化床干燥器具有下列優(yōu)點：首先，擴大了流態(tài)化干燥技術(shù)的應(yīng)用范圍，適合于濕含量較大、在熱氣流中不易分散的物料或者在干燥脫水過程中可能結(jié)塊的物料的干燥；其次，可以有效避免溝流、騰涌和死床現(xiàn)象，獲得均勻的流化狀態(tài)，改善了流化質(zhì)量，從而提高了熱質(zhì)傳遞強度。近年來隨著攪拌流化床在藥物、食品、化工產(chǎn)品的造粒、涂層等過程中的應(yīng)用，攪拌流化床干燥器在工業(yè)上得到了相當廣泛的應(yīng)用，常常作為這些過程的后續(xù)工藝的干燥裝置，以期簡化設(shè)備及工藝，降低成本。1.干物料2.濕空氣3.濕物料4.熱空氣圖2.3攪拌流化床干燥器2.4.6離心流化床干燥機離心流化床是在離心力場中進行流化干燥的一種新型干燥設(shè)備，由于離心力場的存在離心加速度可以是重力加速度的幾倍到幾十倍，因此與普通重力流化床相比較，強化了濕分在物料內(nèi)部的遷移過程，干燥時間短，傳熱傳質(zhì)速率高，能夠有效地抑制氣泡的生成及物料的夾帶，對于在重力流化床中難以干燥的低密度、熱敏性、易粘結(jié)的固體物料都可以有效地干燥。離心式流化床的應(yīng)用比較廣泛，目前已在水果、蔬菜、米飯等食品的干燥方面取得較好效果。德國KraussMaffei公司的干燥機干燥時間一般為10～30S，生產(chǎn)能力可高達20t/h?m1.排氣2.給料3.排料4.給風圖2.4離心流化床干燥機2.4.7脈沖流化床干燥器1.熱空氣2.二位蝶閥3.濕物料4.廢氣5.流化床干燥器6.干物料圖2.5二位蝶閥脈沖流化床干燥器1.孔板2.濕物料3.活化塞4.廢氣5.干物料6.氣流分配器7.熱空氣圖2.6氣流移位式脈沖流化床干燥器脈沖流化床干燥則是改變傳統(tǒng)流化床的恒定送風為周期性送風，通過調(diào)節(jié)氣流的脈沖頻率或脈沖氣流導(dǎo)通率，使通過孔板的氣體流量或流化區(qū)發(fā)生周期性變化，對物料進行干燥。常見的脈沖流化床干燥器有二位蝶閥脈沖流化床、氣流移位式脈沖流化床及旋轉(zhuǎn)脈沖流化床等幾種類型。如圖2.5、2.6分別為二位蝶閥脈沖流化床和氣流移位式脈沖流化床干燥器。脈沖流化床用于不易流化的物料和有特殊要求的物料。其最早被用來干燥粉末狀物料，能有效克服溝流、死區(qū)和局部過熱等傳統(tǒng)流化床常見的弊端，因而可用于處理黏性強、易結(jié)團和熱敏性物料，其傳熱系數(shù)可提高15～30%，干燥時間縮短為傳統(tǒng)流化床的1/6～1/3，空氣耗量減少20～30%，電能耗量降低一半。2.5本設(shè)計干燥器的選型問題本優(yōu)化設(shè)計選用臥式多室流化床干燥器作為ABS凝聚干燥工段的干燥器，臥式多室流化床式干燥器主要由八個換熱室組成，每一個室中有一個加熱柜，用來加熱物料，采用此種結(jié)構(gòu)其優(yōu)點如下：(1)操作簡單，便于操作控制：在臥式多室流化床干燥器中，濕物料在床層內(nèi)的停留時問可以根據(jù)不同物料的實際干燥要求進行實時調(diào)節(jié)，因此對于物料的初始含水量大小沒有嚴格限制，干燥適用性強；(2)對物料的干燥效果好：①相對于其他形式的流化床干燥器，臥式多室流化床干燥器的干燥效果較好。物料在床層內(nèi)的停留時間分布范圍窄，干燥時間分布均勻，能夠有力的避免局部濕物料未經(jīng)干燥就隨產(chǎn)品直接排出床層的“短路”現(xiàn)象，干燥后的產(chǎn)品濕度均勻，干燥質(zhì)量好，產(chǎn)品易于貯存。②物料在床層內(nèi)的停留時間可以根據(jù)實際需要進行實時調(diào)節(jié)，既避免了能源的浪費，又能夠達到預(yù)期的干燥要求，堪稱是節(jié)能的典范，干燥后的物料含水量可達到0.02％～0.03％的水平，含水量較低，在眾多的流化床式于燥器中干燥效果十分理想。③臥式多室流化床干燥器在干燥過程中，物料顆粒間的碰撞幾率小，對物料顆粒的磨損損傷小，干燥后的產(chǎn)品外觀質(zhì)量高。(3)設(shè)備符合工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性指標：①臥式多室流化床干燥器的占地面積小，且結(jié)構(gòu)簡單。易于制造。相同處理量下的設(shè)備投資低，符合工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟型指標。②設(shè)備內(nèi)不含機械運動部件，在運行過程中無部件間的摩擦和碰撞，維修周期長，維修成本低。③干燥過程熱效率高，且干燥溫度可以隨時調(diào)節(jié)，在滿足不同物料的干燥要求的同時，避免了能量的無端浪費，符合節(jié)能要求。第三章干燥過程的計算設(shè)計任務(wù)：處理量：4500kg/hABS（干物料）。操作條件：干燥前ABS的含水量是25%，要求在臥式多室流化床干燥器中干燥至1%（以上均為濕基）。已知參數(shù)如下：被干燥物料顆粒密度1050kg/m3堆積密度400kg/m3干物料比熱容1.47kJ/kg·K平衡濕含量近似取為0臨界濕含量0.02（干基）顆粒平均粒徑0.2mm進口溫度40℃干燥介質(zhì)——濕空氣進預(yù)熱器溫度t030℃初始濕度0.02kg水/kg干空氣進干燥器溫度t190℃加熱介質(zhì)——飽和水蒸氣，壓力400kPa。3.1物料和熱量衡算3.1.1物料衡算由給定的任務(wù)條件已知，生產(chǎn)能力為4500kg/h絕干料，即,ω1=0.25,ω2=0.01∴X1=G1G2干燥器單位時間汽化水分量為W=G絕干氣體質(zhì)量流率為,=0.02,22802280225024602370234023102430240024900203040506010708090100溫度/℃1101200.010.030.020.080.060.050.040.16H濕度/kg.(kg干空氣)-1汽化潛熱/kJ/kg)1.350.950.850.751.051.251.15汽化潛熱對濕度濕比熱容對溫度飽和比體積對溫度濕比體積對溫度H=80.100.040.060.020.00絕熱飽和線1.001.001.251.301.35濕比熱容/kJ.(kgH2O.℃)-1濕比體積/m3.(kg干空氣)-1圖3.1濕空氣的濕度-溫度圖3.1.2空氣和物料出口溫度的確定空氣出口溫度比出口處濕球溫度要高出20～50℃，這里取21℃。由t1=90℃，查圖3.1得：=35.0近似取tw2則t2設(shè)物料離開干燥器的溫度，因，故可用公式（3-1）又查得[26]故代入數(shù)據(jù)解得70℃3.1.3干燥器的熱量衡算為了提高干燥效率干燥器增加內(nèi)置換熱管：根據(jù)相關(guān)資料[12]，取內(nèi)置換熱管的換熱面積A=230m2K=131kJ/傳熱溫差：ΔtmQD=KAΔt干燥器中的熱量衡算可表達為：Q=Qp+QD=Q⑴物料蒸發(fā)水分所需的熱量Q1=W2490+1.88=1454.5×2490+1.88×56=3.78×⑵干燥產(chǎn)品升溫所需的熱量：Q2=GcC（3-6）∴Q=4500=2.041×10⑶空氣帶著的熱量：Q3=L=L1.01+1.88×0.02=27.24L⑷干燥器的熱損失:取干燥器的熱損失QL為有效耗熱量QQL=0.15×3.78×10=5.98×提供給預(yù)熱器的熱量QpQp=L1.01+1.88H=L1.01+1.88×0.02=62.86L又Q=Qp+Q即：62.86L+2632500=3.87×10解得：L=5將L=5.47×10即為5.解得=0.0466kg水/kg絕干氣3.1.4預(yù)熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量Qp=62.86×5.47×=3.44×Q=Q由水蒸汽表[26]查得，400KPa水蒸氣的溫度Ts=143.4℃取預(yù)熱器的熱損失為有效傳熱量的15%，則蒸汽消耗量為Wh干燥器的熱效率為：η3.2干燥器的設(shè)計3.2.1流化速度的確定⑴臨界流化速度u對于均勻的球星顆粒的流化床，開始流化的孔隙率在90℃下空氣的有關(guān)參數(shù)為：密度=0.972，粘度，導(dǎo)熱系數(shù)λ=3.128×10-2所以（3-10）=173.12由和值，查李森科關(guān)系圖得=臨界流化速度（3-11）==⑵沉降速度ut的計算[28]顆粒被帶出時，床層的孔隙率。根據(jù)及的數(shù)值，查圖3.2可得=帶出速度為（3-12）帶出速度即為顆粒的沉降速度。圖3.2李森科準數(shù)Ly與阿基米德準Ar的關(guān)系⑶操作流化速度u的計算：取操作流化速度為0.75即u=0.753.2.2流化床層底面積的計算⑴干燥第一階段所需底面積：表面汽化階段所需底面積可以按公式（3-13）式中，靜止時床層高度為。干空氣的質(zhì)量流速取為，即（3-14）（3-15）（3-16）=7.1847.184×18000=129314.1℃由于所得需要校正，由從圖3.3可查得。所以129314.1=16810.8℃公式即可演變?yōu)椋航獾?30.85圖3.3的校正系數(shù)⑵物料升溫階段所需底面積：物料升溫階段的所需底面積可以按公式（3-17）公式中：即為：解得=3.6⑶床層總面積流化床層總的底面積=30.85+3.6=34.453.2.3干燥器長度和寬度今取寬度b=3m,長度a=11.6,則流化床的實際底面積為34.8m2。沿長度方向在床層內(nèi)設(shè)置7個橫向分隔板，板間距約為1.453.2.4停留時間物料在床層中的停留時間為：（3-18）3.2.5干燥器高度流化床的總高度分為濃相段高度和分離段高度。流化床在界面以下的區(qū)域稱為濃相區(qū)，界面以上的區(qū)域稱為稀相區(qū)。⑴濃相段高度（3-19）而由式（3-20）=0.893由此⑵分離段高度對非圓柱形設(shè)備，應(yīng)用當量直徑代替設(shè)備直徑DDe由u=0.563m/s以及=1.955m從資料查得Z2從而Z⑶干燥器高度：Z1為了減少氣流對固體顆粒的帶出量，取分布板以上的總高度為4.8m。第四章干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1干燥器內(nèi)部設(shè)計4.1.1布氣裝置布氣裝置包括分布板和預(yù)分布器兩部分。其作用除了支撐固體顆粒、防止漏料以及使氣體均勻分布外，還有分散氣流使其在分布板上產(chǎn)生較小氣泡的作用，以造成良好的起始流化條件與抑制聚式流化床的不穩(wěn)定性。采用單層多孔布氣板，取分布板壓降為床層壓降的15%[23]-[24]。則：ΔPd=0.15ΔPb=0.15×0.11-0.4=92.62Pa取阻力系數(shù)，則篩孔氣速為：u0=2ΔP干燥介質(zhì)的體積流量為：Vs=L0.772+1.244H0=54700=16.1選取篩孔直徑，則總篩孔數(shù)目為：n0=933950(個分布板的實際開孔率為：φ=在分布板上篩孔按等邊三角形布置，孔心距為：t=0.952可取t=6.5mm.預(yù)分布器的作用是在分布板前預(yù)先把氣體分布均勻一些，避免氣流直沖分布板而造成局部速度過高，對于大型干燥器，尤其需要裝置預(yù)分布器。4.1.2分隔板為了改善氣固接觸情況和使物料在床層內(nèi)停留的時間分布均勻，沿長度方向設(shè)置7個橫向分隔板（板間距約為1.45m）。隔板與分布板之間的距離為20-50mm,現(xiàn)取為40mm。分隔板寬3m，高3.6m，由5mm厚鋼板制造。4.1.3物料出口堰高hRet=dEv-1u-umf=將和代入上式，即可以得到Ev解得：=7.05(4-6)代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：2.14×0.1-經(jīng)試差解得h=0.42m4.2箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1上箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計上箱體是物料與熱空氣進行熱交換的主要場所，物料與上箱體壁直接接觸，由于物料腐蝕性特別小，材料選用Q235—A即可，壁厚5mm。圖4.1上箱體截面輪廓示意圖采用這種結(jié)構(gòu)形式，可以使熱空氣通過物料層后，由于流通面積的擴大而降低了氣速，從而減少了物料夾帶現(xiàn)象的產(chǎn)生，同時上箱體采用遍結(jié)構(gòu)，避免了法蘭與物料的接觸，所以法蘭材料選用碳鋼。1.視鏡玻璃2.襯墊3.接緣4.壓緊環(huán)5.螺柱6.螺母圖4.2視鏡上箱體因較寬則在床層段部分設(shè)有八對視鏡[12]，用以觀察物料干燥狀況和清洗。視鏡的主要尺寸如下表：表4-1視鏡主要參數(shù)公稱直徑DgDD1b1b2H螺柱數(shù)量螺柱直徑150250215403011012M16上箱體上部設(shè)有三個排風管，用以排風。進料口在床身一側(cè)，材料也為Q235，為了解在干燥過程中溫度的變化，在每個室的視鏡附近開設(shè)一個溫度計插口，用以安溫度計測量溫度。4.2.2下箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計下箱體是熱空氣進入的氣室，下箱體的厚度不用太厚，取為5mm，材料為Q235A，為使氣流能均勻進入下箱體，將下箱體分隔成八個小室，每一個小室設(shè)有一個進風口，以使進風比較均勻。4.2.3肋板結(jié)構(gòu)設(shè)計由于上、箱體壁厚較小，在力作用下易發(fā)生變形，因此設(shè)一些肋板，增加箱體的剛度，防止變形。肋板等間距，均勻分布焊在上下箱體上，焊接方式采用雙面交錯焊，如下圖所示。這種焊接方法對上箱體有很大意義，因為上箱體為不銹鋼材料，這樣焊接可減少對不銹鋼的燒損，對下箱體來說，則可較少焊縫面積。圖4.3肋板雙面交錯焊接4.3接管及法蘭的確定4.3.1各管口直徑的計算⑴干燥器氣體入口管直徑的確定因流化床下床體用分隔板分隔成8個小室，則在每個小室有一進氣管，共有8個進氣管，支管上有調(diào)節(jié)氣流流量的閥門。一般裝置中的管路，氣體在常壓下管路中的流速范圍為10-30m/s,取u1=20m/s，估算由V1=π4D1取D1u1在10-30m/s范圍內(nèi)，合適，所以選定管為?=377×13。⑵干燥器氣體出口管直徑的確定干燥器出口采用3個出氣管,排氣量為V排=54712.1m3u2在10-30m/s范圍內(nèi)，合適，所以選定管為?=530×15⑶干燥器進料口管直徑：V進取粉料的速度為0.03m/s，則進料管直徑D3則選定管為?4⑷干燥器出料口直徑：V出=G取出口管的直徑D4=500mmu=4V4.3.2接管法蘭的設(shè)計與選擇圖4.4法蘭根據(jù)《壓力容器和化工設(shè)備實用手冊》[29]上，選用平焊法蘭。⑴空氣入口管DN=350的平焊法蘭表4-2DN=350法蘭參數(shù)公稱通徑DN鋼管外徑A1法蘭內(nèi)徑B1法蘭外徑D螺孔中心圓直徑K螺孔直徑L螺孔數(shù)量n螺紋法蘭的厚度C法蘭的質(zhì)量kg3503773814904452212M202614.3⑵出口管DN=500的平焊法蘭表4-3DN=500法蘭參數(shù)公稱通徑DN鋼管外徑A1法蘭內(nèi)徑B1法蘭外徑D螺孔中心圓直徑K螺孔直徑L螺孔數(shù)量n螺紋法蘭的厚度C法蘭的質(zhì)量kg5005305356456002220M203223.7⑶進料口法蘭DN=450表4-4DN=450法蘭參數(shù)公稱通徑DN鋼管外徑A1法蘭內(nèi)徑B1法蘭外徑D螺孔中心圓直徑K螺孔直徑L螺孔數(shù)量n螺紋法蘭的厚度C法蘭的質(zhì)量kg4504804855955502216M203020.5⑷進料管外套管法蘭DN=500表4-5DN=500法蘭參數(shù)公稱通徑DN鋼管外徑A1法蘭內(nèi)徑B1法蘭外徑D螺孔中心圓直徑K螺孔直徑L螺孔數(shù)量n螺紋法蘭的厚度C法蘭的質(zhì)量kg5005305356456002220M203223.7第五章附屬設(shè)備及管路的選擇5.1送風機和排風機為克服整個干燥系統(tǒng)的阻力以輸送干燥介質(zhì)，必須選用合適類型的風機并確定其安裝方式。風機的安裝方式基本有三種，即送風式、后抽式、前送后抽式，此處選用前送后抽式，選擇兩臺風機分別安裝在換熱器的前面和除塵器的后面，調(diào)節(jié)前后壓強，可使干燥室處于略微負壓，整個系統(tǒng)與外界壓強差可很小[25]-[27]。5.1.1送風機已知體積流量V1=L0.772+1.244H0=54700×0.772+1.244×0.0268379.4m壓頭：（5-2）式中可忽略,則整個干燥過程的壓降主要有空氣過濾器、換熱器、干燥器、旋風分離器和袋濾器的壓降，由相關(guān)信息[21]-[23]估算總和壓降為14000Pa，為前半段提供動力的風機取HT=6800Pa已知標準條件下空氣密度為ρ0=1.293kg/m3查相關(guān)資料[25]知進口空氣密度為標準條件下體積流量為：V1'標準條件下風壓為：HT'=H根據(jù)所需風量V1'=43590.1m3/h和風壓HT'=7547.1Pa參考《該風機性能如下：風量12000~110000全風壓3432~8826軸功率40～500kW5.1.2排風機已知體積流量V2=54700×0.772+1.244×=54712.1m為后半段提供動力的風機取HT=7200Pa，已知干燥器出口空氣溫度為t2=56則標準條件下體積流量和風壓分為：V2'=VHT'=HT根據(jù)所需風量V2'=45699.2m3/h和風壓HT'該風機性能如下：風量12000~110000全風壓3432~8826軸功率40～500kW5.2供料裝置供料器是保證按照要求定量、連續(xù)（或間歇）、均勻地向干燥器供料與排料。常用的供料器有圓盤供料器、旋轉(zhuǎn)葉輪供料器、螺旋供料器、噴射式供料器等。將這些供料器相比較：對于圓盤供料器，雖然結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備費用低，但是物料進量的誤差較大，只能用于定量要求不嚴格而且流動性好的粒狀物料；對于旋轉(zhuǎn)葉輪供料器，操作方便，安裝簡便，對高大300oC的高溫物料也能使用，體積小，使用范圍廣，但在結(jié)構(gòu)上不能保持完全氣密性，對含濕量高以及有黏附性的物料不宜采用；對于噴射式供料器空氣消耗量大，效率不高，輸送能力和輸送距離受到限制，磨損嚴重。對于螺旋供料器，密封性能好，安全方便，進料定量行高，還可使它使用于輸送腐蝕性物料。根據(jù)物料性質(zhì)（散粒狀）和生產(chǎn)能力選用本設(shè)計選用螺旋供料器。物料供料量：V=Gcρ=4500400m3參考《石油化工設(shè)備設(shè)計選用手冊》395頁，選擇LS-D200型螺旋加料器，該加料器主要參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速：100r/min輸送量：13m主要尺寸見5.1：表5.1螺旋加料器主要尺寸DFEWlLLGLQY200243025002570248025002640250025002251205.3空氣過濾器空氣動力設(shè)備吸入含有灰塵的空氣之后，由于所用加熱介質(zhì)空氣中有可能會含有各種煤塵、顆粒，如隨空氣進入到干燥系統(tǒng)中將造成設(shè)備的磨損，縮短設(shè)備的使用壽命，吸入的灰塵會在風機葉片表面上結(jié)垢，造成設(shè)備中轉(zhuǎn)子的動平衡精度下降，使其工作壽命大大減短，灰塵中的有害化學成分會使設(shè)備生銹、腐蝕，因而，空氣動力設(shè)備必須要配高精度空氣過濾器。已知空氣流量為43590.1m3/h查相關(guān)資料5.4換熱器用來加熱干燥介質(zhì)(空氣)的換熱器稱為空氣加熱器。一般可采用煙道氣或飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，且已飽和水蒸氣應(yīng)用更廣泛。在干燥系統(tǒng)中，常用的蒸汽加熱器有兩種主要形式，一種是SRZ型；另一種是SRL型。這兩種結(jié)構(gòu)形式的熱媒都在管子內(nèi)流動，通過管子的外表面加熱空氣，由于空氣側(cè)的換熱系數(shù)要比管內(nèi)側(cè)熱媒的換熱系數(shù)低很多，所以管外側(cè)都加工成翅片，用以提高管外空氣的湍流程度以及增加單位管長的換熱面積，提高傳熱性能。兩種加熱器操作壓力范圍一般為0.03～16MPa，被加熱的空氣溫度在140℃以下，迎面氣速為2.5～3.8m/s，最高不超過7.6m/s從蒸汽性能表中查得，當蒸汽壓力P=400Kpa時，飽和蒸汽溫度Ts空氣平均溫度T=t0+參考《干燥設(shè)備設(shè)計手冊》801～811頁[26]，根據(jù)其中蒸汽加熱器性能規(guī)格43-9，初選型號為SRZ22×10D，單元組件的散熱面積Aa=81.27確定空氣從30℃升至90℃所需熱量Q:Q=Vρcpt1-t=48379.4×1.0601×1.013+1.022=3131071.4kJ/h實際風速：u=V13600Af=空氣的質(zhì)量流速：u根據(jù)所查公式求排管的傳熱系數(shù)K：K=51.5ur0.51=51.5×11.62傳熱溫差ΔtΔtm=90-30ln143.4-30143.4-90所需傳熱面積A：Ac=QK所需單元排管數(shù)n：n=AcAa實際選取3組，總傳熱面積A=3×81.27=243.81性能校核:迎面風速us=V12.5m/傳熱面積安全系數(shù)AA加熱空氣側(cè)總阻力Δp=3×0.21×u=71.82PaSRZ型換熱器：這種形式的傳熱單元組件是順空氣流向的三排交叉排列螺旋翅片管束組成，其翅片管均用?21mm×2mm無縫鋼管繞制上16mm×0.5mm的皺褶鋼帶而成，呈螺旋狀，片距有5mm、6mm、8mm三種共38種規(guī)格，為了消除翅片與管子接觸處的間隙，繞片之后進行熱鍍鋅。采用這種加工工藝的散熱排管，翅片與管子緊密接觸，熱阻小，傳熱性能良好，穩(wěn)定并且耐腐蝕。5.5除塵設(shè)備由于對于粒徑小于5μm的細粉在旋風分離器內(nèi)的除塵效果較差，為了回收有價值的塵粒和保護衛(wèi)生，工業(yè)上常采用除塵效率更高的設(shè)備進行二次除塵。二次除塵設(shè)備中常用的有袋濾器和濕式除塵器，其中袋濾器應(yīng)用最多，具有以下特點：對于微米或亞微米數(shù)量級塵粒的除塵效率一般可達99%，甚至可達99.9%以上；處理氣體量范圍大，根據(jù)需要，可設(shè)計制造出處理每小時幾立方米到幾百萬立方米氣流量的袋式除塵器。適應(yīng)性強，可以捕集多種干性粉塵；不受粉塵比電阻的限制，特別對于高比電阻粉塵，除塵效率比電除塵器高得多；進口含塵氣體在相當大的范圍內(nèi)變化，對除塵效率和阻力影響不大。結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，運行穩(wěn)定可靠，不存在水污染和污泥處理等問題。因此本次設(shè)計采用袋濾器。目前應(yīng)用最多的袋濾器有兩種形式，一種為電磁脈沖反吹式袋濾器，另一種為機械回轉(zhuǎn)反吹式袋濾器。兩種袋濾器各有優(yōu)缺點，脈沖式可以自動控制反吹周期及反吹時間，但反吹量較少，如果濾袋較長時，末端的反吹效果不佳。機械回轉(zhuǎn)反吹量較大，反吹效果較好，但對系統(tǒng)有一定影響，使系統(tǒng)壓力波動。綜合以上優(yōu)缺點，我們選用具有自動控制的脈沖袋濾器。參考《常用化工單元設(shè)備設(shè)計》212-213頁[24]知，對于脈沖袋濾器F=Qu