【正文】 較大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用始于1926年。流化床冷卻器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘要 IABSTRACT II第一章 緒論 1 1 1 3 3 3 4 6 9 9 10 11第二章 流化床冷卻器工藝計(jì)算 12 12 12 12 13 13 14 15 17 17 18 19 20 22 23四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 27 27 壓降計(jì)算 28 28 28 29 30 30 31 31第三章 旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算 33第四章 附件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37 37 38 38 40 41第五章 壓縮機(jī)和泵的選型 42 42 42 43 46 47 47 47 49第六章 總結(jié) 50參考文獻(xiàn) 52致謝 53四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 顆粒材料指小而圓的物質(zhì)，最簡單的顆粒形狀是圓球；粒徑在40～500μm范圍內(nèi)，氣固密度差在1400～4000之間的顆粒稱粗顆粒；粒徑在20～100μm范圍內(nèi)，氣固密度差小于1400的顆粒稱細(xì)顆粒；由許多個(gè)粒度間隔不大的粒級(jí)顆粒構(gòu)成的顆粒系統(tǒng)稱顆粒群。當(dāng)時(shí)德國科學(xué)家溫克勒在諾伊納建成第一臺(tái)實(shí)用的常壓流化床氣化發(fā)生爐，用于粉煤氣化，該法于1922年獲得德國專利。在此分析的基礎(chǔ)上進(jìn)過大量研究、改進(jìn)，終于提出了流化床粉煤造氣法[1]。 我國在本世紀(jì)50年代初期，就開展了對流態(tài)化技術(shù)及其應(yīng)用的研究工作，最早的應(yīng)用實(shí)例就是流態(tài)化焙燒。這種燃燒方式有非常廣泛的燃燒適應(yīng)能力，可燃用一般鍋爐燃燒，也可燃用一些其他固體染料，如無煙煤、貧煤、石煤、頁巖等。無熱效應(yīng)產(chǎn)生的過程，因不是在常溫下進(jìn)行，需維持適宜的溫度，亦存在熱平衡的計(jì)算問題。 （二）流體與顆粒間的傳熱 固體顆粒的熱量傳給流體主要是以對流傳熱方式進(jìn)行。只是由于固定床階段顆粒緊密接觸，彼此有嵌頓、搭橋現(xiàn)象，因而床層有可能不是一下子全部琉松、顆粒全部浮起。它具有這么幾個(gè)要素[1]：有固體顆粒存在、有流體介質(zhì)存在、固體與流體介質(zhì)在特定條件下發(fā)生作用。如果床內(nèi)設(shè)置阻擋元件(如沸騰鍋爐床層內(nèi)布置的埋管受熱面)，則固體顆粒與阻擋元件之間的碰撞與摩擦也是非常強(qiáng)烈的。流化床的結(jié)構(gòu)型式[4]很多，但不論什么型式，一般都由殼體，氣體分布裝置，內(nèi)部構(gòu)件，換熱裝置，氣固分離裝置和固體顆粒加、卸裝置所組成如圖12所示。一塊好的氣體分布板要能達(dá)到良好的氣體分布狀態(tài)、阻力小、不漏料，不堵塞、結(jié)構(gòu)簡單，制造檢修方便等耍求。填充物在國外試驗(yàn)過玻璃球、鋼球、金屬絲網(wǎng)圓往體、拉西環(huán)等。床內(nèi)換熱可以采用載熱體換熱、電威加熱和電極炭棒加熱等方式。不少細(xì)粒對反應(yīng)還有用，需返回床層，有些過程細(xì)粒是有用的產(chǎn)品。(二)內(nèi)旋風(fēng)分離裝置在流化床稀相段設(shè)置旋風(fēng)分離器或旋風(fēng)分離器組，是減少細(xì)粒帶出的有效方法之一。也有用素瓷管、燒結(jié)陶瓷管的。加卸料常用的方法有重力流動(dòng)法、機(jī)械傳送法和氣流輸送法。 （三）氣流輸送法 氣流輸送是靠氣體吹動(dòng)顆粒定向流動(dòng)。由于氣體和固體粒子的強(qiáng)烈攪動(dòng)，使得床層內(nèi)局部熱量和氣體分子迅速傳至其他方向。例如，一個(gè)煉制能力為60萬噸/年的流化催化裂化裝置，催化劑的循環(huán)量達(dá)760噸/時(shí)，象這樣大量的催化劑從反應(yīng)器取出，經(jīng)再生后又返回反應(yīng)器，在固定床內(nèi)根本無法實(shí)現(xiàn)。由于床內(nèi)產(chǎn)生大氣泡，使氣固接觸極不均勻，氣體在床層內(nèi)的停留時(shí)間分布不均勻，增加了副反應(yīng)的產(chǎn)生，亦導(dǎo)致反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化率下降和選擇性變差。包括化工生產(chǎn)中的物理操作(冷凝，吸附，干燥，冷卻等)、合成反應(yīng)(生產(chǎn)苯酥，順丁烯二酸哥，苯胺，甲醛，合成烴類，丁二烯，醋酸乙烯，丙烯睛，氯硅烷，二氯乙烷)、烴類加工(催化裂化制取石油產(chǎn)品，砂子爐熱裂解，粉煤干餾與氣化)、焙燒(硫鐵礦焙燒，磁化焙燒，鋅精礦、貧鐵礦、明礬石的焙燒，氧化鐵礦石還原，重堿、石灰石鍛燒)以及其它應(yīng)用等。9第二章 流化床冷卻器工藝計(jì)算本章介紹對流化床顆粒冷卻器的筒體直徑和主要高度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后進(jìn)行物料和熱量衡算以及設(shè)計(jì)三種不同換熱構(gòu)件并計(jì)算它們的換熱系數(shù)，最終合理選取其中一種作為本次設(shè)計(jì)的換熱構(gòu)件。 本次設(shè)計(jì)考慮到設(shè)計(jì)一種自用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，故設(shè)備的制造要求簡單便宜。但由于流化床中有氣泡和短路等現(xiàn)象，氣固接觸顯著變差，致使實(shí)際需要的靜床高較之于固定床或流化床實(shí)驗(yàn)室裝置提供的數(shù)值往往要高得多。 （2—5） （2—6）=277則流化段空隙率[2] （2—7）=膨脹系數(shù)[4]R==則=R這類換熱器受顆粒磨損也較其他類型換熱器小，不易損壞，使用壽命長。目前，這種換熱器常用單管式和套管式（亦稱指型管)兩種。這部分傳熱可以看作是流化床反應(yīng)器必需的傳熱，因?yàn)榱骰擦己玫木鶞匦?、較大的蓄熱能力及床層中劇烈的顆粒運(yùn)動(dòng)可能有助于目標(biāo)反應(yīng)的完成。達(dá)到臨界流化速度以后，傳熱系數(shù)隨氣速增加而增加，當(dāng)增至一定值后開始逐步減慢。二是均勻分布?xì)怏w并創(chuàng)造一個(gè)良好的起始流化條件。 國內(nèi)流化床采用的氣體預(yù)分部器型號(hào)有多種，主要有彎管，同心圓錐殼，帽式及錐底填充等。 壓降計(jì)算 冷卻器壓降主要分為三部分：流化床層壓降、分布板壓降、換熱構(gòu)件壓降?；ひ苯鹧芯克?jīng)對氣體分布板的穩(wěn)定性問題題作過理論分析，他們通過實(shí)驗(yàn)得出分布板壓降經(jīng)驗(yàn)公式[4]： （2—28）則 =500換熱構(gòu)件壓降由兩部分組成，可按下式計(jì)算[8]： （2—29）式中：為流體流過直管因摩擦阻力引起的壓降； 為流體流過環(huán)管因摩擦阻力引起的壓降；其中，的計(jì)算如下： （2—30） （2—31）式中：為摩擦系數(shù)；為流體密度； 、分別為直管總長度和彎管長度； ﹑分別為直管和彎管內(nèi)徑： 分別為直管和彎管內(nèi)流體流速。內(nèi)裝旋風(fēng)子構(gòu)件，按圓周方向均勻排布亦通過上下管板固定；設(shè)備采用裙座支撐，封頭采用耐高壓橢圓型封頭。根據(jù)臨界粒徑的定義，粒徑大于或等于臨界粒徑的顆粒，=100%。冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，電弧焊和接觸焊的焊接性能好，氣焊時(shí)厚度小，外形要求嚴(yán)格或形狀復(fù)雜的制件上易發(fā)生裂紋。 低碳鋼C%≤% 國內(nèi)通常稱為A3鋼。 （二）不銹鋼。常用材料為黃銅、鋅銅合金。 　　 往復(fù)式壓縮機(jī)—是容積式壓縮機(jī)，其壓縮元件是一個(gè)活塞，在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 　　速度型壓縮機(jī)—是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機(jī)，在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。面對市場上各式各樣不同功效的壓縮機(jī)，需要根據(jù)具體情況和實(shí)際工藝要求，選用適合生產(chǎn)需要的空氣壓縮機(jī)。操作維護(hù)方便：操作人員不必經(jīng)過長時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)轉(zhuǎn)，操作相對簡單，可按需要排氣量供氣。應(yīng)用范圍螺桿壓縮機(jī)具有可靠性高、維護(hù)方便、適應(yīng)性強(qiáng)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，隨著對其研究的不斷深化和設(shè)計(jì)技術(shù)的持續(xù)提高，螺桿壓縮機(jī)的性能將會(huì)得到進(jìn)一步的改善，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來越廣泛。透平機(jī)械流經(jīng)葉輪的介質(zhì)，一直是連續(xù)不斷的，氣缸的容積較大，葉輪能夠高速旋轉(zhuǎn)，故透平機(jī)械的排氣流量和發(fā)生的功率可大大增加。離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄，其氣量調(diào)節(jié)雖較方便，但經(jīng)濟(jì)性較差。隨著氣體動(dòng)力學(xué)研究的成就使離心壓縮機(jī)的效率不斷提高，又由于高壓密封，小流量窄葉輪的加工，多油楔軸承等技術(shù)關(guān)鍵的研制成功，解決了離心壓縮機(jī)向高壓力，寬流量范圍發(fā)展的一系列問題，使離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，以致在很多場合可取代往復(fù)壓縮機(jī)，而大大地?cái)U(kuò)大了應(yīng)用范圍?；钊娇諝鈮嚎s機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，該機(jī)型的工作原理、特性所限，為了供氣穩(wěn)定，一般活塞式空氣壓縮機(jī)都配備有儲(chǔ)氣罐。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修工作量大、維護(hù)費(fèi)用相對較高。對于該試驗(yàn)平臺(tái)本身占地面積小，可以和其他與流化床有關(guān)設(shè)備放在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，而選擇的活塞式壓縮機(jī)兩者可以共用，而且離心壓縮機(jī)本身比較實(shí)惠，所以綜合分析選擇。如不給出最大流量時(shí)。對過程工業(yè)用泵因所抽送的液體性質(zhì)和一般泵不同，且過程裝置要求長期運(yùn)行，故還必須提出如下要求： 耐液體腐蝕、磨蝕，使用壽命長(耐腐蝕泵或泥漿泵)； 密封性能可靠，尤其對于易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)更要求控制其泄漏量，甚至完全無泄漏(屏蔽泵或磁力泵)； 要求操作性能穩(wěn)定，低噪音，小振動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)周期不低于8000h； 適合于低溫或高溫介質(zhì)的輸送(低溫泵或熱流泵)； 要求高吸人性能，即必需凈正吸人頭NPSH，小的泵(液態(tài)烴泵，雙吸式離心泵)；高粘度介質(zhì)的輸送用轉(zhuǎn)子泵；低流量、高壓力、高揚(yáng)程用筒式泵、高速部分流泵、多級(jí)泵有計(jì)量精度要求時(shí)用計(jì)量泵。流量較小、溫度較低、壓力要求穩(wěn)定的，宜選用轉(zhuǎn)子泵或雙螺桿泵。根據(jù)現(xiàn)有資料合理設(shè)計(jì)主體尺寸然后確定設(shè)備處理量最終完成設(shè)計(jì)。在最初計(jì)算臨界流速時(shí)就由于未選擇正確公式使結(jié)構(gòu)尺寸很不合理，這個(gè)問題是通過再次比較了公式適用范圍和要求后才得以解決。接管和法蘭都是嚴(yán)格參考GB8163—87和GB/T91192000 標(biāo)準(zhǔn)選取。大學(xué)四年我做過很多類似畢業(yè)設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)，但它們夠沒有畢業(yè)設(shè)計(jì)來的深刻而富有意義。由于資料稀少所以對流體傳熱方面最依賴于化工原理中的傳熱章節(jié)中的知識(shí)，而床層傳熱主要參考《流化床換熱結(jié)構(gòu)分析及給熱系數(shù)通用關(guān)聯(lián)式比較》和《石油化工設(shè)計(jì)參考資料—流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)》兩份資料，最終確定了傳熱量10。 在第一章緒論方面我花了許多功夫，這是體現(xiàn)對本次設(shè)計(jì)理解最重要的地方。s 由于離心泵結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低,體積小,重量輕,安裝檢修方便。流量較大，揚(yáng)程相對較低。無論介質(zhì)液面高于或低于泵中心，均應(yīng)取最低液面。 二、容積式泵：利用泵缸體內(nèi)容積的連續(xù)變化輸送液體的泵，如往復(fù)泵、活塞泵、齒輪泵、螺桿泵。運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和噪聲較大，設(shè)備安裝基礎(chǔ)要求高。因依靠容積變化的原理工作，因而不論其流量大小，都能達(dá)到很高的工作壓力。它由曲柄連桿機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。離心式壓縮機(jī)的效率一般仍低于活塞式壓縮機(jī)。結(jié)構(gòu)緊湊、密封效果好，泄露現(xiàn)象少，尺寸小，因而機(jī)組占地面積及重量都比同一氣量的活塞式壓縮機(jī)小得多。二、離心壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)是一種動(dòng)力式壓縮機(jī)，在其中有一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪（葉片通常在側(cè)面）使氣體加速，主氣流是徑向的。適應(yīng)性強(qiáng)：螺桿空壓機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小，排氣穩(wěn)定，在寬廣的范圍內(nèi)能保持較高的效率。一、螺桿壓縮機(jī)螺桿空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)的一種，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，從而將氣體壓縮并排出。 　　 離心式壓縮機(jī)—屬速度型壓縮機(jī)，在其中有一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪（葉片通常在側(cè)面）使氣體加速。 　　滑片式壓縮機(jī)—是回轉(zhuǎn)式變?nèi)輭嚎s機(jī)，其軸向滑片在同圓柱缸體偏心的轉(zhuǎn)子上作徑向滑動(dòng)。 本次螺柱、螺栓和螺母的規(guī)格[9]分別采用GB/T578—2000,GB/T6170—2000,GB901—88材料分別采用35號(hào)、35號(hào)、25號(hào)鋼。A1，A2，A4 馬氏體、13%Cr耐腐蝕性較差，強(qiáng)度高，耐磨性好。、小螺絲等無硬度要求的產(chǎn)品。與換熱管選擇原理相同，對接管的選型也可參照基本選型原則進(jìn)行選型，考慮成本問題，材料和換熱管材料相同選擇20號(hào)鋼。圖 32 與顆粒直徑比關(guān)系第四章 附件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本章主要對流化床冷卻器的換熱管、接管、法蘭、螺栓、墊片、支架等設(shè)計(jì)選型流體輸送管路直徑可根據(jù)流量和流速用式計(jì)算，流量一般由生產(chǎn)任務(wù)決定，所以關(guān)鍵在于選擇合適的流速。它是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、耐高溫、設(shè)備費(fèi)用和阻力較高（80～160毫米水柱）的凈化設(shè)備，旋風(fēng)除塵器在凈化設(shè)備中應(yīng)用得最為廣泛。材料46時(shí)許用應(yīng)力=170,取焊縫系數(shù)=1，腐蝕余量=2mm則計(jì)算厚度[9]： （2—32）=設(shè)計(jì)厚度 =+2= （2—33）考慮到筒體直接截取無縫鋼管，故取名義厚度=14mm筒體有效厚度 ==142=12mm （2—34）所選材料的屈服應(yīng)力=345水壓實(shí)驗(yàn)壓力 = （2—35）水壓實(shí)驗(yàn)校核 （2—36）=水壓實(shí)驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平≤==＞殼體允許最大工作壓力 （2—37）=13＞設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 （2—38）=＜=170開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)。處于流態(tài)化狀態(tài)時(shí)的壓降不再隨流速改變而改變，該壓降等于床層內(nèi)單位截面積上的顆粒重量，即[1] （2—27）式中L和，可對應(yīng)不同流速下的床高和空隙率。本次設(shè)計(jì)就采用彎管式預(yù)分布器。這三點(diǎn)足以說明氣體分布板在流化床催化反應(yīng)器中所占據(jù)的重要地位置。 不同的氣固系統(tǒng)，從各準(zhǔn)數(shù)方程式中表明，傳熱系數(shù)也各有差異。 另一種是流態(tài)化床層與固體壁面間的傳熱。這種換熱器的傳熱面積較大。圖22 夾套式換熱器 對大型流化床設(shè)備，都是在床內(nèi)設(shè)置具有一定傳熱面積的內(nèi)壁換熱器，以滿足工藝過程要求。s Pr=空氣定性溫度(+)=30則查其物性= = = =Pa到目前為止，靜床高的選定，還是憑經(jīng)驗(yàn)的。 根據(jù)熱軋（擠壓、擴(kuò)）鋼管的外徑和壁厚截取筒體直徑，取=325mm12mm聚酯切片物性： 固體顆粒臨界流速[4] （2—1） 式中： ˉ臨界流速，m/s， 顆粒平均直徑，m， 顆粒密度，kg/， 進(jìn)口流體體密度，kg/， 進(jìn)口流體黏粘度，Pa其中空氣主要作為流化動(dòng)力，冷卻介