2022年年处理万吨硫酸铵回转圆筒干燥器设计 .pdf
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1、化工原理课程设计题目年处理 6 万吨硫酸铵回转圆筒干燥器设计学院名称化 学 化 工 学 院指导教师王国平班级高材 101 班学号 201045870116 学生姓名甘从军2012 年 1 月 13 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 30 页
2、- - - - - - - - - 1 目录1 前言 . 错误!未定义书签。2 设计任务 . 错误!未定义书签。3 工艺条件及设计方案说明. 错误!未定义书签。3.1 条件设计 . 错误!未定义书签。3.2 设计方案说明 . 错误!未定义书签。4 物料衡算和能量衡算. 错误!未定义书签。5 设备参数计算和确定. 错误!未定义书签。5.1 转筒的直径 D . 错误!未定义书签。5.2 容积传热系数 a. 错误!未定义书签。5.3 转筒长度 . 错误!未定义书签。5.4 转筒的转速 n 和倾斜率 T 的选择.错误!未定义书签。5.5 填充率检验 . 错误!未定义书签。5.6 实际生产能力核算 .
3、错误!未定义书签。6 筒体设计 . 错误!未定义书签。6.1 筒体最小壁厚 . 错误!未定义书签。6.2 筒体载荷计算 . 错误!未定义书签。6.3 筒体弯矩与应力计算 . 错误!未定义书签。6.4 筒体变形计算 . 错误!未定义书签。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 30 页 - - - - - - - - - 2 6.5 截面变形的筒体计算 . 错误!未定义书签。6.6 筒体热膨胀伸长计算 . 错误!未定义书签。7 滚圈设计 . 错误!未定义书签。7.1
4、 滚圈与托轮材料的确定. 错误!未定义书签。7.2 滚圈、托轮接触应力计算 .错误!未定义书签。7.3 校核弯曲应力 . 错误!未定义书签。8 托轮及轴承计算 . 错误!未定义书签。8.1 托轮轴 . 错误!未定义书签。8.2 托轮. 错误!未定义书签。8.3 滚动轴承计算 . 错误!未定义书签。8.4 轴的弯矩核算 . 错误!未定义书签。9 挡轮及轴的计算 . 错误!未定义书签。9.1 挡轮. 错误!未定义书签。9.2 挡轮受力 . 错误!未定义书签。9.3 挡轮参数的确定 . 错误!未定义书签。9.4 挡轮轴及轴承的选择 . 错误!未定义书签。10 传动装置的计算 . 错误!未定义书签。1
5、1 参考文献 .-24 - 12 CAD 流程图 . 错误!未定义书签。13 符号说明 . 错误!未定义书签。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 30 页 - - - - - - - - - 1 1 前言干燥是化工、医药、食品等领域必不可少的基本操作, 其应用领域广泛。为了提高生产效率, 便于储存和加工, 降低生产成本, 提高产品质量等目的,通常对一些产品进行干燥处理。干燥设备因此产生,现如今市场上出现了各种各样的干燥设备,回转圆筒干燥机是一种传统的也是应用最
6、广泛的一种干燥设备。本文是根据干燥过程的基本原理,针对其它机型的特点和社会的需求,在已有成功设计实例的基础上,参考以前设计者的经验和结论,进行的设计。在设计中,以回转圆筒干燥机为研究对象,分析了其它干燥机的不同特点以及存在的问题,由此探讨回转圆筒干燥机的设计。在深入了解回转圆筒干燥机的功能原理基础上,针对设计中遇到的不同问题,本文在计算过程中对此进行了计算和说明;另外,分析了此类型干燥机的动力学参数,并对在机器运作过程中容易出现问题的一些部位,在设计中进行了力学分析和疲劳验算。回转圆筒干燥机是在热空气的作用下对物料进行干燥,将物料由高端送入,低端下侧出料,此过程中通入热风进行干燥,最终达到干燥
7、物料的目的。原料从圆筒一端(高端)上部加入,经过圆筒内部时,与通过筒内的热空气接触而被干燥,干燥后的产品从另一端(低端)底部收集。其主体部分是略带倾斜并能回转的筒体。在干燥过程中,物料借助于圆筒的缓名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 30 页 - - - - - - - - - 2 缓转动,由于重力作用,物料向底端移动。筒体内部的抄板,将物料扬起、抛下,使物料与热气充分接触,提高干燥速率。由于回转圆筒干燥机已被成功广泛应用于生产实践,因此本文在设计时引用了其他
8、一些设计老师的实验方法和结论。2 设计任务年处理 2.6 万吨硫酸铵回转圆筒干燥器设计本次设备设计为回转圆筒干燥器。下图为回转圆筒示意图产品热风湿料废气名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 30 页 - - - - - - - - - 3 3 工艺条件及设计方案说明3.1 条件设计3.1.1 被干燥物料名称:硫酸铵干燥介质:空气回转圆筒操作方式:并流3.1.2 生产能力: 60000吨/年(料液)生产时间: 15000h/a 3.1.3 物料参数:入口湿含量:
9、(5.4%) (干基)出口湿含量:(0.3%) (干基)入口温度 1=23 出口温度 2=38 3.1.4 干燥介质参数:空气温度:t0=25空气湿度: H0 =0.015kg/kg绝干气热空气进入干燥器的进口温度:t1=100干燥后的出口温度: t2=403.1.5 空气质量流速: 3.2kg/(m2?s)3.1.3 硫酸铵:粒度:dp=1.55.5mm(平均粒度 3.5mm)堆积密度: s=860kg/m3比热容: Cs=2.00 kJ /(kg?) 3.2 设计方案说明3.2.1 干燥设备的选择本次产品硫酸铵为固体颗粒状物料,含水量较高,为非结合水,不耐高温,可迅速干燥,对于该特点我们对
10、如下干燥器作了分析。主要的干干燥器有箱式干燥器、转筒干燥器、流化床干燥器、 气流干燥器、喷雾干燥器等。转筒干燥器:可连续操作,处理量大,与气流干燥器、流化床干燥器相比,对物料含水量、粒度等变动适应性强,操作稳定可靠;其缺点是设名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 30 页 - - - - - - - - - 4 备笨重,占地面积大。此外干燥操作中处理的物料由于其形态和性质的多样性,以及各种产品质量要求不同,有各种不种类型的干燥器选择。此外,回转圆筒干燥器还有机械
11、化程度高,流动阻力小,容易控制,产品质量均匀,结构简单,操作方便,操作弹性大,故障小,容易维修,清扫容易等优点。因此,基于以上考虑,我们选择回转圆筒干燥器。3.2.2 工艺方案的选定根据以下分析,本次选用热空气并流直接加热法。干燥介质的选定:硫酸铵的固体物料不能承受高温,不允许污染,干燥介质是直接与被干燥物料接触的热载体,亦是载湿体,且空气是廉价易得的热源,因此选用热空气做干燥介质。流向的选定:并流方式进口干燥能力大,出口端能力小。硝酸铵物料湿度较大,允许快速干燥而不会发生裂纹现象,在干燥后期不能耐高温, 易被分解,而且干燥后期物料的吸湿性很小,所以选用并流方式。加热方式的选定:直接传热主要靠
12、对流传热,热利用率高,应用广泛。因为物料不会被空气冲淡,也不会被空气污染,所以选用直接传热,即干燥器内载热体直接与被干燥物料接触。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 30 页 - - - - - - - - - 5 4 物料衡算和热量衡算4.1 水分蒸发量生产能力为G1=60000t/a= 1500010600003=4000kg/h=1.1111kg/s 由,1115.41wXw可求得:w1=0.0512 若以绝对干料计,则skgWGGc/0542.1)05
13、12.01(1111.1)1(11水分蒸发量为skgXXGWc/0538.0%)3.0%4.5(0542.1)(214.2空气消耗量蒸发水分所需要的热量q1:KWctcrIIWqwvWV19.13323187.440224920538.0)()(1201)(物料升温所需的热量q2:KWcXCGcGqwscmc825.31)2338()178.4003.02(0542.1)()(122122热损失 q3:KWqq33)825.3119.133(2.0)(2.0q213需要的总热量 q :KWqqqq02.19833825.3119.133321空气消耗量 L :skgttHqL/178.3)40
14、100)(015.088.101.1(02.198)(88.101.1(210因为空气通过预热器湿度不变,即H1=H0=0.015kg水/kg 干气kgkgHLWH0319.0015.0178.30538.012干气名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 30 页 - - - - - - - - - 6 图 1 湿空气的 I-H 图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -
15、 - - - - - 第 10 页,共 30 页 - - - - - - - - - 7 5 设备参数计算和确定5.1 转筒的直径D 转筒的直径可根据空气的最大流量计算。空气离开转筒时的流量为skgHLWs/279.3)0319.01(178.3)1(2max,转筒的直径为mHLD305.12.314.3279.34)1(42取筒体直径 1. 6m.。5.2 容积传热系数a CmKWsDWa0316.016.0/220.06.1324.0max,324.0)2279.3()2(5.3 转筒长度转筒长度 Z 为预热段、蒸发段、加热段三段长度之和,而每段长度均满足下式所示的对流传热速率的要求,即a
16、mQZt式中- 转筒的横截面积, m2 a- 转筒干燥器的体积传热系数,3/kWmC5.3.1 预热段长 Z1 由 t1=100C和 H1=H0=0.015kg/kg 绝干气,查图1 得湿球温度 twA=34C,即A= twA=34C。skgtCXCGtkCGQwwscwAca/81.25)2334()178.4054.02(0542.1)()(111考虑预热段内加热损失为20%,则预热段内空气给物料的热量为:AQ= 1.2aQ=1.2 25.81=30.972kJ/s 对预热段作热量衡算,得1111.011.88AHAAAQL CttLHtt即)100()015.088.101.1(972.
17、30At解得tA=91.0C预热段的平均温差为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 30 页 - - - - - - - - - 8 111002391.0346722AWAmAttttC则mtQZmAaA045.1676.1422.0972.30215.3.2 蒸发段长 Z2 在蒸发段内,水分蒸发量W=0.0437kg/s。并认为蒸发过程中,物料表面始终被非结合水所湿润,表面的温度蒸发温度B等于它接触的空气的湿球温度 tWB=tWA=34C。相应的水的汽化潜
18、热r=2410kJ/kg。sKJWrQb/00.13024100538.0考虑蒸发段内加热损失为20%,则空气给出的传热速率为sKJQQbB/56.15500.1302.12.1对蒸发段作热量衡算,得21.011.88BH BABABQLCttLHtt即)0.91()0319.088.101.1(178.356.155Bt解得44.68BtC蒸发段的平均温差为91.03444.683427.66ln/ln91.034/ 44.6834AWABWBmBAWABWBtttttttttC则mtQZmBaB742.1266.276.1414.322.056.155225.3.3 加热段长 Z3物料在此
19、段内温度由B升至 2,并且没有水蒸发。该段的传热速率为sKJCXCGkCGQBwscBcc/98.7)3438)(187.4003.088.1(0542.1)()(2222亦考虑热损失20%,则sKJQQcC/576.998.72.12.1加热段的平均温差为222244.683440348.12ln/ln44.6834/4034BBmCBBtttttC则mtQZmCaC667.212.86.1422.0576.923转筒总体长度为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12
20、页,共 30 页 - - - - - - - - - 9 mZZZZ436.16667.2742.12045.1321取 Z=17m。转筒干燥器的长径比为Z/D=17/1.6=11.625在 412 的范围内,故为合理。5.4 转筒的转速 n和倾斜率 S 的选择筒体的转速一般为610nD选取min/5.36.16.56.5rDn筒体的倾斜度一般为08 ,取倾斜角 =1845 ,则转筒的斜率S=0.02、停留时间 S19206035000542.1279.317106.15.302.01723.0601023.05.09.05.0max,9.0PcSdGZWDSnZ5.5 填充率检验SVV式中:
21、SV- 每秒钟的加料体积,m3/s smGVSS/001291.08601111.131V- 转筒体积3221632.3417)26.1()2(mZDV故填充率为0726.016.34001291.01920VVs可知填充率在0.050.15的范围内,符合假设要求,以上计算是合理的。5.6 实际生产能力核算hkghkgsZDG/4000/3.400219208600726.0176.114.3900900221名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页,共 30 页 -
22、 - - - - - - - - 10 6 筒体设计筒体跨距一般取( 0.560.6)z,取 0.58。mZZm86.91758.058.0筒体材料取 Aa,取mz=10m=10000mm。6.1 筒体最小壁厚2min0.0707sRKC其中:筒体半径,70cmm7.0Rs固体材料在操作温度下的屈服应力,取2/k2000cmgf(系温度为 150时s)K抄板与壁重量比的系数,对于升举式抄板为1.6 C材料腐蚀裕度,C=mm3cmcm62.6662.03.02000807.10707.02min6.2 筒体载荷计算参见通体最小壁厚计算,再根据表8-8干燥器通体厚度与直径的关系( 干燥设备设计【M
23、】上海科技出版社 p.411)确定筒体厚度mm13。6.2.1 筒体自重筒体自重的 q 的估算:)(85.7Dqs其中:D筒体直径,mD6.1筒体厚度mtDqs/5168.0013.0)013.06.1(14.385.7)(85.7表 1 年产 2.6 万吨钙镁磷肥回转圆筒干燥器设计结果汇总名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页,共 30 页 - - - - - - - - - 11 项目符号单位计算数据空气消耗量Lskg /3.178 预热段1mt67.00 平均
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