【正文】 ① 翅片式加熱器。 應該指出：干燥塔的實際高度，除圓柱體部分高度外，還需包括塔體錐體部分高度及其它裝置的安裝高度 [28]。噴霧干燥器塔高的設計依據(jù)是使顆粒在塔內降速運動與等速運動的時間之和大于干燥過程所需的時間。 ① 恒速干燥時間 1? 22 2 2 801 51 23 69 11 00 2 1. 25 10 8 3 10 15 3. 2L p cmr d d st?? ???? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?（ ） （ ） （ 419） 其中，恒速干燥階段對數(shù)平均溫度差 111 11( ) ( ) ( 3 0 0 2 0 ) ( 1 2 6 5 4 ) 1 5 3 .23 0 0 2 01 2 6 5 4m c wmmcwt t t ttCttInIn tt? ? ? ? ? ?? ? ? ? ????? （ 420） ② 降速干燥階段時間 2? 葉小燕：層狀硅酸鈉的生產(chǎn)工藝設計 第 24 頁 共 44 頁 由于降速干燥階段時間 2? 與固相的性質有關，因此，可用臨界水分含量關系式表示為 2 2822 52 2 3 6 9 9 0 0 1 . 2 5 1 0 ( 0 . 5 6 0 . 0 2 0 4 ) 1 . 5 91 2 1 2 3 1 0 3 1 . 4s c C mr d X X st?? ???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?（ ）（ 421） 其中，降速干燥階段對數(shù)平均溫度差 22222( ) ( ) ( 1 2 6 5 4 ) ( 1 0 0 9 0 ) 3 1 .41 2 6 5 41 0 0 9 0c w mmcwmt t t ttCttInIn tt? ? ? ? ? ?? ? ? ? ????? （ 422） ③ 霧滴干燥所需的總時間 ? 12 1 .7 3 1 .5 9 3 .3 2 s? ? ?? ? ? ? ? （ 423） 干燥器直徑和有效高度的計算 對于噴霧干燥器直徑和有效高度的計算，采用圖解積分法比較方便。 ⑶ 計算物料的干基臨界濕含量 X ????1X （ 416） 物料初始濕含量 干物料）水 kgkgX /(4 111 ????? ?? 產(chǎn)品濕含量 22 2 0 .0 2 0 .0 2 0 4 ( )1 1 0 .0 2X k g k g? ?? ? ??? 水 干 物 料 ⑷ 計算霧滴臨界直徑 cd 及臨界收縮率 f 13201(1 )(1 )c Lpsd Xf dX????????????= （ 417） 假定在降速干燥階段霧滴的直徑大小變化可忽略不計，則霧滴的臨界直徑等于產(chǎn)品顆粒直徑，即 pcdd? 。本設計選矩形切向通道 2 個。任取 1 ??? 代入上式得 ：kgkJII e /)(39。噴嘴安裝在塔的頂部，熱空氣也從頂部進入。壓力式噴嘴所形成的液膜厚度范圍大致是 — 4 m? 。根據(jù)本工藝設計需要，選用壓力式霧化器。 噴霧干燥流程簡介 噴霧干燥可分為三個過程階段 [15]：料液霧化為霧滴；霧滴與熱空氣接觸；干燥產(chǎn)品與空氣分離。 ⑹ 機座選擇 由于攪拌軸軸向力不大，聯(lián)軸器為夾殼式，故選用 AJ? 型機座。 參考公稱軸徑系列，取 mmd 50? ，軸結構及尺寸設計可據(jù)此進行。 ④ 內筒封頭壁厚計算 考慮到加工制造方便，取封頭與筒體等厚，即取封頭名義厚度 mmnk 10?? 。按內壓取計算壓力 MPaPc ? ， 按外壓取計算壓力 MPaPc ? （考慮操作過程可能出現(xiàn)的最大壓力差）。 ③ 確定內筒體高度 H 當 mmDN 1400? ， 1h = mm40 時，由附表 15?? [14] 查得內筒封頭的容積kiV ? 3。 ⑷ 反應器的有效體積 RV ： 330 . mmtvV R ???? 總 (34) 式中： RV —— 表示反應器的有效體積， 3m 。再用封閉料斗加進石英砂 ， 攪拌均勻 后送入反應罐 ， 用蒸汽直接加熱 ， 待反應器壓力升至 0. 6～ 0. 7 MPa ， 停止用蒸汽直接加熱 ， 改用夾套蒸汽保溫 ， 維持壓力在 0. 6～ 0. 7 MPa， 數(shù)小時后反應完成 ， 反應物料自然冷卻降溫至 120 ℃ 時出料。這種方法加快了結晶速度 ，可使結晶在 5～ 15 min 完成 ，產(chǎn)品結構均勻 ，有效晶形的結晶度高。 噴霧干燥一步結晶法 [10] 將水玻璃直接噴霧到干燥結晶爐中，先在干燥段干燥成為粉體，緊接著進入結晶段結晶。隨著我國環(huán)保工作的推進 ， 禁磷已成為當務之急 、 大勢所趨。 1998年遼陽神奇洗滌材料有限公司研制出多功能洗滌助劑層硅酸鈉 ， 主要性能優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。在去離子水中，層硅分解成小分子，轉化為可溶性層狀硅酸鈉；在含離子水中，硅中的鈉離子很快被水中的鈣、鎂等離子置換，交換上堿土離子后的層硅更加增強了網(wǎng)狀結構的穩(wěn)定性 ，并形成細小顆粒分散在水中，這種交換非常迅速，同時也促進了層硅在水中溶解。層硅的吸水能力可間接地判斷其同其它物質相混合后的充填流動性和復配性能，并且較高的吸附率對層硅的二次加工和應用具有較好的實際意義。 結晶性層狀硅酸鈉性能 層硅主要用做洗滌助劑，以不同工藝條件對層硅鈣離子交換性能影響作為考察依據(jù)，進行不同條件的實驗討論。 設計層硅生產(chǎn)工藝流程，并提供所需的裝置設計的基礎數(shù)據(jù)，運用流體力學和傳熱傳質學等理論知識對過程進行數(shù)學描述。 關鍵詞 層狀硅酸鈉 洗滌助劑 工藝設計 第 1 頁 共 44 頁 前 言 洗滌劑是用量較大的日化產(chǎn)品，我國現(xiàn)年產(chǎn)量超過 300萬 t 。其中， α和 β相的層硅熱力學性質穩(wěn)定，容易生成，但離子交換能力較低； δ相 層硅由無定形硅酸鈉高溫結晶而成，具有較好的離子交換能力。對于上述功能，不是哪一種助劑能完全具備的，配方中往往是幾種助劑配合，發(fā)揮協(xié)同效應。層硅結合鈣、鎂離子速度很快，樣品在 35 ℃ 、 2min 對鈣、鎂離子結合能力等同于常用代磷助劑 4A 沸石 35 ℃ 、 20 min 水平 [8]。 抗酸能力 在洗滌劑使用過程中，為加快對油污和酸性污漬的清除，需要在洗滌過程保持一定堿性，以 pH 值 1011為好，這要求洗滌劑所復配用的洗滌助劑具有較好的抗酸性能。 層硅的開發(fā)研制成功使得每況愈下的德國赫司特公司重振雄風 ， 停止了三聚磷酸鈉的生產(chǎn) ， 成為全球最大規(guī)模的層硅酸鈉生產(chǎn)廠。我國每年生產(chǎn)各種洗滌劑已達 400萬 t， 并以每年 %的速度遞增 ， 每年約有 60萬一 70萬 t三聚磷酸鈉的洗滌廢水隨生活廢水一起排入江河湖海 ,經(jīng)過多年的積累導致了水質的磷含量過高 ， 水質富營養(yǎng)化 ， 水 中的藻類植物迅速大量繁殖 ， 在近海產(chǎn)生赤潮發(fā)生在淡水中稱為藻華 。又由于干燥后是坨狀固體，結晶時溫度由表及里，物料 的葉小燕：層狀硅酸鈉的生產(chǎn)工藝設計 第 6 頁 共 44 頁 受熱區(qū)域和受熱時間不等，而影響了產(chǎn)品的晶體結構。先將液體硅酸鈉與堿進行調模反應 , 經(jīng)噴霧干燥后得到無定型二硅酸鹽 , 再在 600800℃ 下結晶 , 使其轉變成占 δ一 Na2SiO5, 然后將產(chǎn)物粉碎或壓實成顆粒狀即為層硅成品。 生產(chǎn)工藝設計 綜合比較上述制備層硅的方法，現(xiàn)設計生產(chǎn)工藝如下： 層硅的生產(chǎn)以燒堿、石英砂為主要原料 ， 經(jīng)混料、反應、沉降、調模、過濾、濃縮、噴霧干燥、包裝得成品。 不同類型反應器在工業(yè)生產(chǎn)中的適用程度，如表 31 所示： 表 31 不同類型反應器在工業(yè)生產(chǎn)中的適用程度 [13] 物 相 操作方式 間 歇 連續(xù) 方式 管 式 多級釜式 釜 式 單 相 G 少用或不用 常用（裂解爐） 少用或不用 少用或不用 L 常用（溶液聚合） 較常用 較常用 常用（溶液聚合） 多 相 G+L 較常用（發(fā)酵罐） 常用（填料塔） 較常用 (板式塔 ) 常用（攪拌釜鼓泡塔） L+L 較常用（攪拌釜） 較常用 較常用（篩板塔） 較常用 (攪拌釜 ) G+S 少用或不用 常用（固定床，移動床） 較常用（多層流化床） 常用 (流化床 ) L+S 較常用 (攪拌釜 ) 較常用（固定床，移動床） 較常用（多層流化床） 較常用 (流 化床 ) G+L+S 常用（涓流床，高爐） 較常用 常用（槳式反應器） 結合本工藝特點，應選用間歇攪拌釜式反應器，其特點為： ① 這類反應器結構簡單、加工方便； ② 傳質效率高； ③ 溫度分布均勻，便于控制和改變工藝條件（溫度、濃度、反應時間等）； ④ 操作靈活性大，便于更換品種、小批量生產(chǎn)； ⑤ 可用來進行均相反應，也可用于非均相反應。根據(jù)本工藝要求，裝料系數(shù) ?? ， 由公式可估算 iD ，即 30DH4?????????iiVD??= ??? ?? (38) 其中， iD — 表示筒體內徑， mm ； H — 表示筒體高度， mm ； 0V — 表示操作容積， 3m ； ? — 表示裝料系數(shù) 。 在 150 ℃ 以 下 的 許 用 應 力 由 附 表 15?? [14] 查取，MPat 113][ ?? ， 常溫屈服限 MPas 235?? 。 ③ 內筒體壁厚計算 1）按承受 內壓計算 焊縫系數(shù)同夾套，取 ?? ，則內筒體計算壁厚為： mmPDP t jc ][2 c ???? ???? ??? 2）按承受 外壓計算 設內筒體名義厚度 mmn 8?? ，取 mmC ? ， mmC 22 ? ，則 mmC ? ， mmCne ????? ?? 內筒體外徑 mmDD ni 141620 ??? ? 內筒體計算長度 mmhHL j 1 3 19)8350(311 2 0031 ??????? 則 4 1 61 3 1 90 ??DL, ??eD ? ， 由 圖 113[14]查得 ?A ,由圖 115[14]查得 MPaB 43? ,此時許用外壓 [P ]為： M P aDBP e ][ 0 ????? ? 2020 屆化學工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 共 44 頁 因此，取 mmn 8?? 不能滿足內筒體穩(wěn)定性要求。結合本工藝中夾套的特點及對各種支座的綜合比較分析，因而選 B 型耳式支座。 ⑷ 減速器選擇 490 ?LY 電 機 同 步 轉 速 min1500r ，滿載時轉速 min1400r ， 則 減 速 比50 302850 15001400 ????i ，按減速器標準系列取 29?i ，輸出軸徑取 mm50 。其設備屬于對流加熱型干燥器。 ⑵ 噴霧干燥的缺點： ① 投資費用比較高； ② 噴霧干燥屬于對流型干燥器，熱效率比較低。液膜伸長變薄，最后分裂為小霧滴。霧化器空氣一霧滴的運動方向，取決于空氣入口和霧化器的相對位置，據(jù)此，可分為三大類：并流、逆流和混合流運動。 ⑶ 干燥塔出口空氣的濕含量 2H 2020 屆化學工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 共 44 頁 干燥過程的總熱量損失： )/( 水kgkJqqq lm ?????? （ 45） 實際干燥過程為非等焓干燥過程 7 5 4201 8 II 112 12 ???????? qtc mw （ 46） 由此可見，空氣進干燥器前的狀態(tài) 11( , )HI 和出口狀態(tài) 22( , )HI 之間的關系為一條斜率為（1wmc t q??）的直線。當 ?? 時，查圖 46 得流量系數(shù) ? 。因此， 0u 可以分解為徑向速度 0xu 及軸向速度 0yu ，如圖 47 所葉小燕：層狀硅酸鈉的生產(chǎn)工藝設計 第 22 頁 共 44 頁 示： 圖 47 徑向與軸向分速度示意圖 00 48s in 6 4 . 8 5 6 s in 2 6 . 422xu u m s??? ? ? ? （ 414） 00 48c o s 6 4 . 8 5 6 c o s 5 9 . 322