【正文】 目 錄 摘要 ...................................................................... 1 Abstract ................................................................... 2 第 1 章 緒論 ............................................................. 3 研究背景與意義 ....................................................... 3 課題研究進展 ......................................................... 3 工業(yè) 干燥 技術(shù) ..................................................... 3 氣流流化干燥 .................................................... 9 CFD 理論及其應(yīng)用軟件 ............................................ 12 課題的研究重點 ...................................................... 18 第 2 章 流場模擬與流化床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 .................................. 19 氣流流化床干燥機結(jié)構(gòu) ................................................ 19 內(nèi)部流場的 CFD 模擬 .................................................. 19 CFD 理論 模型 .................................................... 19 模擬計算流程 ................................................... 21 初始計算參數(shù) ................................................... 22 網(wǎng)格模型及計算邊界 ............................................. 23 結(jié) 果與 討論 .......................................................... 23 模擬計算結(jié)果 ................................................... 23 尺寸優(yōu)化后的 流化 流場 ........................................... 26 第 3 章 結(jié)論 ............................................................ 28 參考文獻 ................................................................ 29 致 謝 ..................................................................... 33 1 摘 要 圓錐型氣流流化干燥機 作為一種 歷史相當(dāng)悠久 的 工業(yè)生產(chǎn) 設(shè)備 ， 在 化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中有著十分廣泛的實際應(yīng)用。 針對 圓錐型氣流流化干燥機 ， 運用計算流體力學(xué)理論及相應(yīng)的經(jīng)典商用軟件，借助均勻設(shè)計的試驗計劃安排法，開展了干燥機 流化室 的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化 與設(shè)計 ， 以 確保 在 設(shè)備流場充分流化的前提下，進一步減小 操作 的風(fēng)動力操作損耗。結(jié)果表明，對于釜體中部圓筒直徑為 300 mm 的圓錐型氣流流化床，當(dāng)釜的中部圓筒高度設(shè)計為 75 mm、釜的上下接口直徑設(shè)計為 60 mm、且上、下兩錐形體的錐角分別設(shè)計為 50176。和 55176。時，設(shè)備正常操作時的風(fēng)阻壓降將可降至最低。 關(guān)鍵詞 ： 流化 床 ， 干燥機 ， 流場模擬，結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 Abstract Layered conical fluidized air dryer as a historical quite a long industrial production equipment, and chemical industry, food, medicine and other industrial production has a wide range of application. For layered conical fluidized air dryer, using putational fluid mechanics theory and the corresponding classic by uniform design, mercial software test plan method, and carried out the dryer fluidization room structure size optimization and design, to ensure that equipment flow field under the premise of fully fluidized, further reduce operating wind power operation loss. The results show that, for axe body for 300 mm in diameter central cylinder of layered conical airflow fluidized bed, when autoclave central cylinder height for 75 mm, kettle design the fluctuation interface design for 60 mm in diameter, and two coneshaped body cone angle of 50176。 respectively design, equipment and 55176。 normal pressure drops the air resistance can be reduced to the minimum. Keywords： Fluidized bed。 Drier。 Flow field simulation。 Structure design 3 第 1 章 緒論 第 節(jié) 研究背景與意義 干燥是現(xiàn)代工業(yè)中運用極為廣泛的一種操作技術(shù)，其技術(shù)水平及相應(yīng)設(shè)備的先進與否，直接影響著生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和產(chǎn)品競爭力。近代干燥器開始使用的是間歇操作的固定床式干燥器。 19 世紀(jì)中葉，洞道式干燥器的使用，標(biāo)志著干燥器由間歇操作向連續(xù)操作方向的發(fā)展。 20 世紀(jì)初期，乳品生產(chǎn)開始應(yīng)用噴霧干燥器，為大規(guī)模干燥液 態(tài)物料提供了有力的工具。 40 年代開始，隨著流化技術(shù)的發(fā)展，高強度、高生產(chǎn)率的沸騰床和氣流式干燥器相繼出現(xiàn)。而冷凍升華、輻射和介電式干燥器則為滿足特殊要求提供了新的手段。 60 年代開始發(fā)展了遠紅外和微波干燥器。經(jīng)過近幾十年的快速發(fā)展與追趕，我國的干燥設(shè)備雖然已經(jīng)結(jié)束了完全依賴進口的被動局面，自行制造的干燥設(shè)備目前可基本滿足國內(nèi)市場的一般生產(chǎn)要求，甚至還有個別機種出口到國外。但總體而言，與國外的同類設(shè)備相比，國內(nèi)的干燥設(shè)備制造水平仍處于積累發(fā)展階段，尚不能較好滿足當(dāng)前如制藥與催化劑制造等新興行業(yè)中的高精技術(shù)要求， 亟待進一步地改進與研發(fā)。 可見，運用新興的 CFD 理論及其商業(yè)應(yīng)用軟件，開展干燥器的流場模擬及其結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項極具意義且高效的研究工作。 第 節(jié) 課題研究進展 工業(yè) 干燥 技術(shù) 技術(shù)簡介 干燥就是利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹?(水分或其他溶劑 )汽化 ,水汽或蒸汽經(jīng)氣流帶走或由真空泵將其抽出除去 ,而獲得固體產(chǎn)品的操作過程。 工業(yè)上，干燥 操作 不僅影響著產(chǎn)品的 生產(chǎn)效率 與操作 能耗， 且 通常 作為 產(chǎn)品 加工 的最后一道工序，對產(chǎn)品的 最終 質(zhì)量起著重要的保證作用 。因此， 干燥 操作 的技術(shù) 水平 將直接影響 到生產(chǎn) 企業(yè)的 經(jīng)濟效率與 市場競爭力 ， 譬如我國 有 許多的 工業(yè) 出口產(chǎn)品，單就純度而言 ， 已經(jīng)達到或超過了國外 的同類 產(chǎn)品，但 只 因干燥技術(shù) 的 落后 ， 致使產(chǎn)品的粒度、色澤和堆積密度等物性指標(biāo)偏低 ，從而在國際 市場 競爭中 常 處于劣勢，如白炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣等。為此近年來 ， 國內(nèi) 的有關(guān)單位或部門正著力 加大對干燥技術(shù)的研究力度，先后成立了各級干燥技術(shù)研究中心，組織召開了多屆干燥技術(shù)交流會， 并取得了階段性的研究成果，目前已 涌現(xiàn)出 了一批專業(yè)的新型干燥 設(shè)備生產(chǎn)與 制造廠 商 ， 進而有力推動了國內(nèi) 干燥技術(shù) 由 傳統(tǒng)的糧4 食、肥料、飼料、燃料、陶瓷、織物 和 礦物等 生產(chǎn) 領(lǐng)域 向 新興 的 生物化工、高分子材料、催化劑制造、印染 、 食品 與 制藥等 高科技 領(lǐng)域 中的應(yīng)用拓展 ， 初步 顯示出良好的發(fā)展勢頭 和廣闊的應(yīng)用前景。 干燥單元的重要性不僅在于它對產(chǎn)品生產(chǎn)過程的效率和總能耗有較大的影響，還在于它往往是生產(chǎn)過程的最后工序，操作的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，從而影響市場競爭能力和經(jīng)濟效益。我國有許多產(chǎn)品，就純度而言已經(jīng)達到甚至超過國外產(chǎn)品；然而就是由于干燥技術(shù)不如國外技術(shù)，堆積密度、粒度、色澤等物性指標(biāo)上不去。在國際市場競爭中處于劣勢，有的甚至售價僅為國外同種產(chǎn)品的 1/3。目前我國某些大型石化干燥裝備還依賴進 口。根據(jù)粗略估計，我國生產(chǎn)的干燥設(shè)備種類僅為國外 3040％。因此進行干燥技術(shù)研究的任務(wù)迫切。 第一屆全國干燥會議干 1975年 6月 23日在南京召開，至今已經(jīng) 30余 年了。 30多年來，我國干燥技術(shù)研究隊伍不斷壯大。目前我國從事干燥技術(shù)研究的大專院校、科研院所、研究單位大約有 50多家，領(lǐng)域涉及化工、醫(yī)藥、染料、輕工、林業(yè)、食品、糧食、造紙、硅酸鹽、水產(chǎn)業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)，全國共有設(shè)備制造廠 600多家，已形成了一支強有力的干燥科研開發(fā)隊伍，廣泛開展干燥技術(shù)的基礎(chǔ)研究、工藝研究及工業(yè)化研究，使我國干燥技術(shù)研究正向世界水平 邁進，某些技術(shù)領(lǐng)域達到了國際先進水平。 30年來，中國對許多干燥技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化 。其中 噴霧干燥機，旋轉(zhuǎn)快速干燥機，振動流化床干燥機，蒸汽管 (管壁導(dǎo)熱的 )回轉(zhuǎn)干燥機，雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機，糧食干燥機等 ， 均接近或達到國際 先進 水平 ， 這對我們中國來說，是一個偉大的轉(zhuǎn)折。中國有許多干燥設(shè)備制造廠，他們制造的常用干燥設(shè)備，基本上滿足了國內(nèi)市場的需要，并有個別機種出口到國外 。 操作 過程 原理 物料的干燥過程一般可大致分為三個階段 ，物料預(yù)熱階段，恒速干燥階段，降速預(yù)熱階段。物料預(yù)熱階段，顧名思義，就是將濕料進行預(yù) 熱，在此同時也用一些濕的水分汽化；恒速干燥階段主要是將物料表面所有濕的水分汽化，而物料表面的溫度保持不變，使含水量降到一個程度；降速預(yù)熱階段主要是深入到物料內(nèi)部，熱空氣主要是加熱物料，只有一小部分是汽化濕分，這時干燥率下降，直到含水率達到要求的范圍。 通常所了解的干燥就是將一個使物料脫水到一定程度，即將濕料變成干料的過程，看似非常簡單。然而事實上考慮到不同物料的要求以及各種因素，這其實是個比較復(fù)雜的過程。從最基本的講，既然脫水，那么就要考慮采用哪種方式脫水，機械脫水即是其中一種。機械脫水又可以分為電滲析脫水 、間斷式電滲析脫水、組合場能脫水以及輔以振動的微濾。這幾種方式雖然有的已經(jīng)付諸于工程運作，但還有發(fā)揮的余地。在脫水的過程中溫度一定會升高，因為在干燥的過程中一般是不停通空氣的，它有個空氣加熱的過程，而水分不斷減少的話，物料便會越來越容易受熱，溫度就會隨之升高。在物料干燥的過程中，隨著水分的散失，物料的溫度逐漸升高，在一定的溫度范圍內(nèi)，這并不會有什么影響，但是當(dāng)溫度升高一定程度時，就會對物料的干燥效果有影響，所以必須在5 干燥的過程中必須控制溫度的高低，使它在一定范圍內(nèi)浮動。并且要保證物料的均勻，使物料的失水量也 均勻，這樣就不會使得局部物料的溫度過高，而導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。因此，從一方面來講，干燥有等溫干燥和變溫干燥兩種，在干燥過程中，并非僅僅等溫干燥就能解決問題的，等溫干燥會導(dǎo)致物料過熱，損傷產(chǎn)品質(zhì)量，故采用變溫干燥是必要的。變溫干燥有極限變溫法和周期變溫法等幾種方法，極限變溫法就是當(dāng)物料的溫度趨近于耐熱的極限溫度時，立刻降低加熱介質(zhì)的溫度，使其在極限溫下干燥，達到最終要求的含水量而又保證產(chǎn)品的質(zhì)量；而周期變溫法就是周期性地通入熱空氣和冷空氣，在一定的范圍內(nèi)，通過冷熱空氣氣壓的相對擠壓，使物料的溫度不超過允許值，同時 又保證物料的脫水率，排除了濕料中的水分。同樣的， 熱空氣干燥時 ， 脈沖氣流比連續(xù)的高速氣流更有利于形成較大的物料與氣流間的相對速度。從而有利于干燥 ， 并節(jié)省能量。仔細選擇氣