【正文】 起來(lái)更靈活。當(dāng)前，干燥設(shè)備有好多種，按操作壓力可以分為常壓式和真空式兩類 ； 按操作方式可分為間歇操作和連續(xù)操作兩類；按傳熱原理可分為傳導(dǎo)加熱式、對(duì)流加熱式、噴霧加熱式、輻射傳熱式和高頻加熱式等幾類 ； 按加熱方式可分為直接加熱式和間接加熱式兩類 ； 按構(gòu)造可以分為噴霧干燥器、流化床干燥器、氣流干燥器、槳式干燥器、箱式干燥器及旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器等。也可以這樣說(shuō)，保證干燥速率首先要保證干燥溫度和濕度這些外部條件的要求。從而有利于干燥 ， 并節(jié)省能量。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(huì)使得局部物料的溫度過(guò)高，而導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。機(jī)械脫水又可以分為電滲析脫水 、間斷式電滲析脫水、組合場(chǎng)能脫水以及輔以振動(dòng)的微濾。物料預(yù)熱階段，顧名思義，就是將濕料進(jìn)行預(yù) 熱，在此同時(shí)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(gè)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(shí)干燥率下降，直到含水率達(dá)到要求的范圍。 30年來(lái)，中國(guó)對(duì)許多干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化 。因此進(jìn)行干燥技術(shù)研究的任務(wù)迫切。我國(guó)有許多產(chǎn)品，就純度而言已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)外產(chǎn)品；然而就是由于干燥技術(shù)不如國(guó)外技術(shù)，堆積密度、粒度、色澤等物性指標(biāo)上不去。 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(duì)產(chǎn)品的 最終 質(zhì)量起著重要的保證作用 。經(jīng)過(guò)近幾十年的快速發(fā)展與追趕，我國(guó)的干燥設(shè)備雖然已經(jīng)結(jié)束了完全依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面，自行制造的干燥設(shè)備目前可基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的一般生產(chǎn)要求，甚至還有個(gè)別機(jī)種出口到國(guó)外。 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。 Flow field simulation。 關(guān)鍵詞 ： 流化 床 ， 干燥機(jī) ， 流場(chǎng)模擬，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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。 針對(duì) 圓錐型氣流流化干燥機(jī) ， 運(yùn)用計(jì)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(jì)的試驗(yàn)計(jì)劃安排法，開展了干燥機(jī) 流化室 的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化 與設(shè)計(jì) ， 以 確保 在 設(shè)備流場(chǎng)充分流化的前提下，進(jìn)一步減小 操作 的風(fēng)動(dòng)力操作損耗。結(jié)果表明，對(duì)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(jì)為 75 mm、釜的上下接口直徑設(shè)計(jì)為 60 mm、且上、下兩錐形體的錐角分別設(shè)計(jì)為 50176。 respectively design, equipment and 55176。 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(yùn)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(jìn)與否，直接影響著生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。 40 年代開始，隨著流化技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度、高生產(chǎn)率的沸騰床和氣流式干燥器相繼出現(xiàn)。但總體而言，與國(guó)外的同類設(shè)備相比，國(guó)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(jìn)一步地改進(jìn)與研發(fā)。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(jì)效率與 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 ， 譬如我國(guó) 有 許多的 工業(yè) 出口產(chǎn)品，單就純度而言 ， 已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)了國(guó)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(guó)際 市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)中 常 處于劣勢(shì)，如白炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣等。在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，有的甚至售價(jià)僅為國(guó)外同種產(chǎn)品的 1/3。 第一屆全國(guó)干燥會(huì)議干 1975年 6月 23日在南京召開，至今已經(jīng) 30余 年了。其中 噴霧干燥機(jī)，旋轉(zhuǎn)快速干燥機(jī)，振動(dòng)流化床干燥機(jī)，蒸汽管 (管壁導(dǎo)熱的 )回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)，糧食干燥機(jī)等 ， 均接近或達(dá)到國(guó)際 先進(jìn) 水平 ， 這對(duì)我們中國(guó)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)偉大的轉(zhuǎn)折。 通常所了解的干燥就是將一個(gè)使物料脫水到一定程度，即將濕料變成干料的過(guò)程，看似非常簡(jiǎn)單。這幾種方式雖然有的已經(jīng)付諸于工程運(yùn)作，但還有發(fā)揮的余地。因此，從一方面來(lái)講，干燥有等溫干燥和變溫干燥兩種，在干燥過(guò)程中，并非僅僅等溫干燥就能解決問(wèn)題的，等溫干燥會(huì)導(dǎo)致物料過(guò)熱，損傷產(chǎn)品質(zhì)量，故采用變溫干燥是必要的。仔細(xì)選擇氣溫和脈沖氣流頻率也可防止物料的過(guò)熱。然而保證干燥速率并不是衡量干燥過(guò)程優(yōu)劣的唯一因素，降低干燥的能量消 耗，保證產(chǎn)品的純度也是不可忽視的。 我們現(xiàn)在暫且將它籠統(tǒng)地分為傳統(tǒng)干燥器和新型干燥器兩方面。當(dāng)前，又發(fā)展了一些新類型的干燥器，如噴動(dòng)床干燥器，沖擊流干燥 器，轉(zhuǎn)筒干燥器，過(guò)熱蒸汽干燥器等等。 過(guò)熱蒸汽干燥器，它早有發(fā)明，但具體使用，也是近二十幾年才興起的，它具有操作安全、效率高、快速干燥、產(chǎn)品質(zhì)量好的特點(diǎn)。 以下簡(jiǎn)要介紹幾種常見(jiàn)的干燥 形式 及設(shè)備。 壓力式霧化器的噴霧干燥 特點(diǎn)可簡(jiǎn)要概括如下 ： a)可以制造粗粒子。 此外， 壓力式噴嘴 還 有一種新 型 結(jié)構(gòu)，稱為壓力 氣流式噴嘴 ，其 結(jié)構(gòu)是中央為壓力噴嘴，周圍的環(huán)隙為氣流式噴嘴。 氣流式霧化器的噴霧干燥 在工業(yè)上也較為常見(jiàn)。此霧化器的特征是霧滴很細(xì)，分布又很窄 (510 um)，是 目前可提供蒸發(fā)量 200 kg/h以下的噴霧干燥裝置。對(duì)脫水濾餅類的膏狀物料，需經(jīng)造?；蛑瞥砂魻詈笠嗫筛稍?。 （ 3） 廂式 干燥機(jī) 廂 式干燥器特別適用于多品種、小批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。2 0C之內(nèi)，而且 廂 式干燥器在行業(yè)內(nèi)部已形成了系列化。真空 廂 式干燥器傳熱方式大多用間接加熱、輻射加熱、紅外加熱或感應(yīng)加熱等。如細(xì)粉狀物料則應(yīng)先擠制成形后 方可使用。在回轉(zhuǎn)殼體的內(nèi)部，以同心圓方式排列 2—4圈的加熱管，管內(nèi)通入水蒸氣或其他熱載體，以熱傳導(dǎo)的方式加熱被干燥物料。過(guò)去，石油化工廠全部是進(jìn)口。水平安裝的長(zhǎng)圓筒體壁上開有許多 的孔 ，筒體內(nèi)壁沿圓周等距離裝有許多抄板，抄板端部從入 口 側(cè)向出 口 側(cè)傾斜。在回轉(zhuǎn)筒體外設(shè)有外殼，在外殼內(nèi)沿 著軸向設(shè)有隔板，它將干燥器隔成幾個(gè)獨(dú)立的加熱室。因干燥器內(nèi)物料借轉(zhuǎn)動(dòng)向前移動(dòng)，接近活塞流，故停留時(shí)間分布很窄。物體在第 1室進(jìn)行表面脫水以及部分內(nèi)部水分的脫除，干燥后8 尾氣的相對(duì)濕度較高，降溫也較多，因此將尾氣排棄。 （ 5） 槳葉式干燥機(jī) 槳葉式干燥機(jī)早在 20世紀(jì) 70年代國(guó)內(nèi)就有單位進(jìn)行了開發(fā)，限于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和 所設(shè)計(jì)的熱軸結(jié)構(gòu)過(guò)分復(fù)雜，因此中途停止。槳葉式干燥機(jī)國(guó)外已經(jīng)開發(fā)多年，目前這種機(jī)型以日本株式會(huì)社奈良機(jī)械制作所為代表，現(xiàn)已開發(fā)出雙軸和四軸兩種結(jié)構(gòu)、 10多個(gè)規(guī)格的系列產(chǎn)品。這就極大地減少了被氣體帶走的這部分熱量損失，提高了熱量利用率，是一種節(jié)能型干燥設(shè)備。規(guī)格有近 20種。 （ 9） 蒸 汽干燥機(jī) 蒸汽干燥機(jī)屬間接傳熱式干燥機(jī)，與普通回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的差別在于在筒內(nèi)安裝有貫穿于整個(gè)干燥機(jī)的蒸汽加熱管，適用于大批量、連續(xù)干燥的物料，廣泛應(yīng)用于化工、石化、冶金、飼料、環(huán)保等行業(yè)。常用的組合干燥有氣流 流化床干燥系統(tǒng)、轉(zhuǎn)筒 振動(dòng)流化床干燥系統(tǒng)、雙級(jí)氣流干燥系統(tǒng)、槳葉 閃蒸干燥系統(tǒng)、噴霧 帶式干燥系統(tǒng)等十幾種組合干燥方式。為此，我們可以努力提高設(shè)備的通用性，使得一種規(guī)格的干燥機(jī)可以適用于不同類型的原材料和不同的干燥方式，同時(shí)降低生產(chǎn)設(shè)備所需的基本成本，提高設(shè)備的利用率。當(dāng)然，干燥技術(shù)的發(fā)展不僅與干燥形式和干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)有關(guān)，同樣與干燥的理論水平，材料選用以及加工制造的方法都有很大的關(guān)系。 氣流 流化床干燥過(guò)程屬于對(duì)流傳熱操作類型，因物料處于懸浮狀態(tài)，故氣固兩相可充分接觸，從而可強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過(guò)程，即操作的熱效率高、效果好、干燥強(qiáng)度大，較適于一些難處理物料的批量處理，如膏狀物料等。然而 該類型 干燥機(jī)即便有這么多優(yōu)點(diǎn)，氣流干燥機(jī)還是有它的局限性所在的，比如說(shuō)它對(duì)潔凈的要求比較高，除塵能力要強(qiáng)，因?yàn)槠渲械牧黧w阻力大；又如它的干燥管的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以它對(duì)干燥廠房的要求也比較高等。不同干燥機(jī)類型對(duì)這些操作參數(shù)的要求也不一樣。氣流干燥過(guò)程中氣體與顆粒間的相對(duì)速度基本上等于有 stocks定律決定的沉降速度。概括來(lái)講，影響氣流干燥器干燥效果的因素主要有以下幾點(diǎn) : (1)熱風(fēng)溫度 對(duì)整個(gè)熱風(fēng)干燥過(guò)程來(lái)說(shuō)，熱風(fēng)溫度不僅決定著整個(gè)干燥過(guò)程的干燥速度，而且對(duì)產(chǎn)品的最終干燥質(zhì)量也有著很大的影響。噴嘴出口氣流速度對(duì)汽化強(qiáng)度的影響總體不大，但汽化強(qiáng)度隨噴嘴出口氣流速度增加而呈微弱增加的趨勢(shì)。 (4)噴嘴結(jié)構(gòu) 噴嘴從開孔的幾何形狀上可分為圓形和條形兩大類。物料的運(yùn)動(dòng)不僅使其保持了氣體射流沖擊技術(shù)高傳熱系數(shù)的特點(diǎn)，而且還消除了傳熱不均的弊病。由氣流噴射 的特征知，挾帶的主要影響因素是噴嘴出口的直徑、兩噴嘴間距和噴嘴高度。 (8)噴嘴傾角 由于滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得整體物料表面與水平面之間存在著一定的物料傾角 β 。 以上是影響氣流干燥機(jī)的主要因素 ， 干燥設(shè)備與技術(shù)先進(jìn)與否將直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。這樣的設(shè)計(jì)具有一定的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)性 ， 其效果只有在樣機(jī)生產(chǎn)出來(lái)以后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能知道 ， 很難預(yù)知產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否合理 ， 總體參數(shù)、各零部件參數(shù)一級(jí)作業(yè)參數(shù)選擇是否合理、是否達(dá)到最佳。安裝用戶若缺乏理論上的了解 ， 就不能對(duì)操作系數(shù)進(jìn)行調(diào)整 ，而對(duì)于使用單位而言 ， 這又是最 不利的因素 ， 因?yàn)榘惭b調(diào)試均以實(shí)際對(duì)象的真實(shí)條件為準(zhǔn) ， 而不是實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。比如蒸發(fā) 98%的水只需要 ，剩余水的蒸發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)。該裝置由若干單組成，每一單元熱風(fēng)獨(dú)立循環(huán)，部分尾氣由專門的排濕口排出，熱氣的傳輸過(guò)程中可以帶走物料表面的水分。 流化干燥可以節(jié)約能耗，并且可以干燥大量不同類型的物料。該裝置由干燥器、排風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器、攪拌器、粗細(xì)顆粒分級(jí)用空氣、空氣加熱器、過(guò)濾機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)組成，該裝置可以防止因流化不良導(dǎo)致死床。 c）旋轉(zhuǎn)高速干燥機(jī)。 d）流化床噴霧造粒干燥。通過(guò)一些資料表明，該裝置是一種新型裝置，目前還處于研究狀態(tài)。 CFD 理論 及其 應(yīng)用 軟件 CFD 技術(shù)方法 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能與技術(shù)的飛速發(fā)展，人們開始采用高速計(jì)算機(jī)，結(jié)合先進(jìn)的流體力學(xué)模擬技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的成功應(yīng)用，很大程度上要得益于計(jì)算流體力學(xué) CFD方法的建立與發(fā)展，后者既是流體力學(xué)理論中一個(gè)重要的研究分支，同時(shí)也是我們研究和了解復(fù)雜流體現(xiàn)象的一種有效手段。 13 CFD 是在計(jì)算機(jī)上求解描述流體運(yùn)動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)的偏微分方程組，并且對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)程模擬?？梢哉f(shuō)， CFD 是一種有效和經(jīng)濟(jì)的研究手段。數(shù)值模擬已經(jīng)成了工程中許多領(lǐng)域的一種較為先進(jìn)的研究方法。 NS 方程組是流體流動(dòng)所需遵守的普遍規(guī)律，可精確描述了自 然界流體流動(dòng)現(xiàn)象。 CFD 摒棄傳統(tǒng)化工過(guò)程的建模方式，用詳盡、真實(shí)和生動(dòng)再現(xiàn)的方 式來(lái)描述化工過(guò)程，因而被稱之為 “虛擬真實(shí) ”(virtual reality)之法。除了應(yīng)用于航空、航天、船舶、水利方面外，應(yīng)用的范圍逐步擴(kuò)大到化工、冶金、建筑、環(huán)境、 食品等相關(guān)領(lǐng)域。橢圓型方程與時(shí)間變量無(wú)關(guān)，僅與空間變量的二次導(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān)，一般用作描述定常情況的控制方程。對(duì)這 3 種不同類型方程數(shù)學(xué)上已經(jīng)發(fā)展出不同的穩(wěn)定、收斂的算法。其中， Patankar 等學(xué)者發(fā)表的用于描述外部繞流問(wèn)題的拋物線偏微分方程 PS 法，以及解決內(nèi)流問(wèn)題的 SIMPLE 算法等，都是當(dāng)時(shí)具有代表性的研究成果。報(bào)告將工程中常見(jiàn)的流動(dòng)