【正文】 的循環(huán)輸送，都有各自的加卸待點(diǎn)。 （一）重力流動(dòng)法靠粒子本身重力加入床層或自床層流出的方法，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是加卸速度較慢，因此僅適用于小加、小卸的場(chǎng)合。如醋酸乙烯流化床每天補(bǔ)充新觸媒和卸出舊觸媒，就是采用此法。一般常用的機(jī)械有：螺旋愉送機(jī)，皮帶加料機(jī)，圓盤(pán)加料機(jī)，星形加料器，斗式提升機(jī)等。但是，這種方法必須配備專(zhuān)門(mén)的機(jī)器設(shè)備。按輸送物料與空氣的比例大小，可以分為稀相輸送和濃相輸送。濃相輸送的氣速，一般很少超過(guò)8米/秒，固氣比可達(dá)100～25。如果要維持流態(tài)化操作的正常進(jìn)行，還需要?jiǎng)恿υO(shè)備、完整的床層空間或容器、床內(nèi)加人一定量及一定粒度范圍、粒度形狀的固體顆粒物以及測(cè)控儀表等。 （一）氣一固間傳熱和傳質(zhì)速率快，床層溫度均勻流化床所用的固體粒子比固定床的小得多，粒子的比表面積很大，每立方米床層的接觸表面積可達(dá)3280～ 49200平方米，因此，氣體與固體間的傳熱和傳質(zhì)速率要比固定床的快得多。這對(duì)于許多化學(xué)反應(yīng)十分可貴，尤其是強(qiáng)烈放熱的過(guò)程，如果熱量不及時(shí)取出，將使過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。 （二）床層與壁面間的傳熱系數(shù)大流化床內(nèi)固體顆粒掃過(guò)傳熱表面的劇烈運(yùn)動(dòng)，促使傳熱表面不斷更新，沿壁存在固體顆粒亦使壁面氣體流膜的厚度減薄，這些都使流化床傳熱系數(shù)提高。 （三）便于實(shí)現(xiàn)過(guò)程連續(xù)化和自動(dòng)化流化床粒子處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此粒子的取出和加入床層特別方便。要達(dá)到過(guò)程的連續(xù)化，必須將催化劑不斷地加入和取出。 （四）設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度大 由于流化床具有傳熱、傳質(zhì)效果好，速度快和過(guò)程的連續(xù)化，因此設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)處理量大，又可提高年平均操作天數(shù)。 （五）操作條件好 過(guò)程的連續(xù)化、自動(dòng)化和流動(dòng)化，使操作簡(jiǎn)化，減輕了體力勞動(dòng)，改善了操作條件。固體顆粒的帶出損耗，對(duì)有些催化劑價(jià)格昂貴者，使其產(chǎn)品成本增加。 （二）流化床內(nèi)固體顆粒和流體沿設(shè)備軸向混合(又稱(chēng)返混)很?chē)?yán)重，大量參加反應(yīng)的物質(zhì)被已反應(yīng)的物質(zhì)所稀釋?zhuān)箓髻|(zhì)推動(dòng)力減小，導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)程的轉(zhuǎn)化率下降和選擇性變差。另外，氣固接觸不良和嚴(yán)攻的返混現(xiàn)象，都使催化劑的利用效率降低，所以流化床的空間時(shí)間收率比固定床低。為了克服返混造成的弊病，可以采用多層流化床或者在流化床內(nèi)加設(shè)內(nèi)部構(gòu)件等措施來(lái)彌補(bǔ)。 設(shè)備設(shè)計(jì)的意義 在緒論中曾提到，流態(tài)化技術(shù)首次大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用始于1962年問(wèn)世的流化床氣化法(即溫克勒氣化法)。概括起來(lái)說(shuō)、流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用與理論研究表現(xiàn)出如下三方面特點(diǎn)[1]: ①流態(tài)化技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)，應(yīng)用范圍最廣。 ②以上所述的化工應(yīng)用，有很多還處于逐級(jí)放大狀態(tài)，需要不斷摸索、積累經(jīng)驗(yàn)，以便使試驗(yàn)研究裝置最終變?yōu)榭纱笠?guī)模應(yīng)用的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。因而流態(tài)化技術(shù)也是有局限性的，既不可能一經(jīng)問(wèn)世便一勞永逸、一成不變，也不可能成為解決某些具體問(wèn)題的終極手段。由于流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類(lèi)或型式較多，采用的工藝條件不同，因而尚缺少統(tǒng)一的模型或完備、系統(tǒng)的理論來(lái)解釋流態(tài)化過(guò)程及其行為，對(duì)流化床中兩相或三相床層的流體動(dòng)力特性、傳熱傳質(zhì)特性等機(jī)理問(wèn)題的解釋還更多地依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)公式或假說(shuō)。綜上所述，本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)的不斷探索研究為流態(tài)化在冷卻方面取得更進(jìn)一步的理論基礎(chǔ)，從而對(duì)流態(tài)化應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。 工藝流程圖 21 工藝流程圖 本次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具體是一種另類(lèi)換熱器，它的作用是將220的聚酯切片無(wú)料冷卻至40。當(dāng)熱物料進(jìn)入流化床時(shí)與從預(yù)分布器中來(lái)的空氣接觸從而形成流化態(tài)，通入的空氣是通過(guò)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制壓力和氣量來(lái)達(dá)到不同實(shí)驗(yàn)要求，壓力和氣量分別通過(guò)壓力表和轉(zhuǎn)子流量計(jì)監(jiān)控，由閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)。物料通過(guò)重力加料法，從上部加料下邊出料，并且進(jìn)出口設(shè)置溫度表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 主體設(shè)備尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 床徑[1]是流化床反應(yīng)器最重要的工藝尺寸產(chǎn)規(guī)模來(lái)說(shuō)，床徑要由操作氣流速度來(lái)決定對(duì)于一定的生而欲確定操作氣流速度，自然要涉及粒子的擂界流化速度和帶出速度以及其他諸方面的因素[4]。所以對(duì)流化床筒體直接選取截取無(wú)縫鋼管的方式制造，設(shè)備的其他管件也盡量采用無(wú)縫鋼管，管子規(guī)格符合GB8163—87[8]要求。s。=由密相段直徑公式 [8] = （2—2）流體體積流量 =則稀相段直徑公式[4] = （2—3）一般取==則 = =由熱軋（擠壓、擴(kuò)）鋼管的外徑和壁厚，取 =450mm12mm 流化床反應(yīng)器的總高，系由三部分構(gòu)成[2]，即錐底、濃相段和稀相段。對(duì)一定的床徑和操作氣流速度，為了滿足空間速度和反應(yīng)接觸時(shí)間的需要，須有相應(yīng)的催化劑籽床高。雖然目前已提出不少流化床的氣體流動(dòng)模型，但欲將它們應(yīng)用于實(shí)際尚有相當(dāng)?shù)木嚯x。靜床高度公式[2] （2—4）則 = 當(dāng)氣流速度超過(guò)臨界流化點(diǎn)之后，床層便隨著氣速增加而不斷膨脹。 氣固系統(tǒng)屬于聚式流化，它在床層膨脹方面較之于液固流化狀態(tài)復(fù)雜得多?？晒┰O(shè)計(jì)應(yīng)用的關(guān)聯(lián)式都是基于小床數(shù)據(jù)獲得的，應(yīng)用到工業(yè)裝置可能有較大的偏差，好在隨著床徑的放大，膨脹程度一般都趨于減小。==，取=擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床分離空間高度確定[4]取==流化段與擴(kuò)大段過(guò)渡高度（取過(guò)渡角）則== 物料及熱量衡算表21 物料初始數(shù)據(jù)流量進(jìn)口溫度出口溫度 聚酯切片=220 =40水= =空氣 床層顆粒對(duì)數(shù)平均溫度[10] = （2—8）排氣溫度選擇[10] (2—9）式中t取值為（5～15）則空氣，水及流化顆粒定性溫度下物性[8]:水的定性溫度=（+）=35則查其物性= = = =Pas =流化顆粒定性溫度=（+）=130則查其物性 =物料及熱量衡算[8]傳熱量 =（）=（）+() （2—10）=130（220﹣40）==10==9937W空氣流量===式中為20空氣密度則冷卻水流量==286對(duì)數(shù)平均溫差[8]==170 ==20則 (2—11)=70 換熱構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 工業(yè)上常用的熱器分為外壁和內(nèi)壁兩種[3]: —夾套式換器 如圖22所示，這種換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不影響床內(nèi)流化質(zhì)量，不會(huì)使床層產(chǎn)生死角。整個(gè)床層溫差很小，這對(duì)于溫差控制很?chē)?yán)的操作非常合適。但安內(nèi)部構(gòu)件后，床層軸向、徑向溫差要增大。主要缺點(diǎn)是傳熱面積受設(shè)備尺寸限制。在床內(nèi)安置換熱設(shè)備要往意以下幾點(diǎn): ①設(shè)備外表面盡量簡(jiǎn)潔光滑，以減少對(duì)床內(nèi)流化質(zhì)量的影響。③設(shè)備在床內(nèi)部的焊接點(diǎn)越少越好，避免熱膨脹引起焊縫脹裂以及被運(yùn)動(dòng)顆粒磨損，造成泄漏。 常用的內(nèi)壁換熱器有以下幾種[4]: (一)列管式換熱器 列管式換熱器是將熱管豎直放置在床內(nèi)，無(wú)論在濃相還是稀相都可使用。 （二）鼠籠式換熱器這種換熱器焊縫較多，由于總管與支管的剛性不同，因此，熱膨脹情況不一，在溫差大的場(chǎng)合，焊縫容易脹裂，造成滲漏等現(xiàn)象。 （三）管束換熱器管束可以列置亦可橫排，根據(jù)不同工藝過(guò)程而定。 （四）蛇管換熱器 與一般蛇管換熱器似。流化床大致可分為兩種情形[1]: 一種是流體介質(zhì)與固體顆粒間的傳熱，這也包括固體顆粒不參與反應(yīng)(例如催化劑)、但有兩種或兩種以上的流體介質(zhì)相草作用、相互傳熱的情況。對(duì)流態(tài)化燃燒而言，氣體與顆粒間的傳熱既涉及碳粒的氧化然燒速度，也涉及床層運(yùn)行的穩(wěn)定和燃料顆粒的著火性能。固體壁面包括兩類(lèi):一類(lèi)是流化床的容器壁面，一類(lèi)是床層中特別設(shè)置的裝置壁面。較為常見(jiàn)的是移出反應(yīng)熱量，例如流態(tài)化鍋爐內(nèi)部設(shè)置的各種排管、脅管就是鍋爐的主要傳熱面之一，這些傳熱面從流化床中吸收的熱量占鍋爐總傳熱面吸收熱量的很大一部分，有的可以占到40%。 床層對(duì)管壁傳熱系數(shù)的影響因素[4]極多，主要因素有以下幾點(diǎn)： 1. 操作速度的影響 固定床的傳熱系數(shù)較低，氣速增加給熱系數(shù)也稍有增加。 在相近的氣速下，床層與管壁的傳熱系數(shù)隨顆粒粒徑的減小而增大，這是由于顆粒與壁面的氣膜更緊密接觸所致。換熱器置于床中不同半徑時(shí)，給熱系數(shù)不等，換熱器置于距中心2/5時(shí)給熱系數(shù)最高，換熱器橫放和豎放給熱系數(shù)都不相同如圖23所示[4]。s 顆粒平均直徑，m 流化空隙率 氣體導(dǎo)熱系數(shù)， 氣體比熱容， 固體比熱容，= =542 蛇形換熱構(gòu)件總的傳熱系數(shù)[8] （2—19）式中：剛的導(dǎo)熱系數(shù)=45, 冷卻水側(cè)污垢熱阻= , 流化顆粒側(cè)污垢熱阻=.則= =342圖 26 單管式列管換熱器由換熱器在床層中距軸中心位置為2/5D時(shí)換熱系數(shù)最大則取r=結(jié)合實(shí)際情況取主管n=8 ，u=則管徑==m由無(wú)縫鋼管規(guī)格GB8163—87，取d=11mm2mm材料為20鋼流體對(duì)直管傳熱系數(shù)G=u其中：=800mm ，=6mm，=147mm，=120mm，=9mm2mm 氣體預(yù)分布器與分布板設(shè)計(jì)氣體分布板[4]在流化床中的作用有三:一是支承催化劑或其它固體物料。三是抑制聚式流化原生不穩(wěn)定性的惡性引發(fā)，使這個(gè)良好起始流化條件得以長(zhǎng)時(shí)期地穩(wěn)定保待下去。預(yù)分布器[4]的作用，是在分布板之前，預(yù)先為氣體分布創(chuàng)造一個(gè)較好的流型，從而減輕分布板在均勻分布?xì)怏w方面的負(fù)荷。因此，與分布板相比，它居于次要的地位。特別是對(duì)于大型裝置，更是如此。彎管預(yù)分布器用的最多，主要是器制造簡(jiǎn)單，與進(jìn)氣直沖分布板相比已起到一定預(yù)分布作用，操作可靠不易堵塞。圖 28 彎管式預(yù)分布器 進(jìn)氣管由無(wú)縫鋼管取d=25mm，材料為20號(hào)鋼；分布器厚度=12mm，材料為16Mn。本次設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)裝置，綜合其幾種分布器特點(diǎn)選取直流型分布器比較合適，該種分布板具有孔徑小，分布密，制造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。開(kāi)孔徑d=1mm，則開(kāi)孔面積==則 ＜ （2—26）即 ＜=974則分布板孔數(shù)小于974個(gè)，厚度取10mm。 流態(tài)化床的壓降很容易計(jì)算。對(duì)于固定床，L和分別代表表靜止床高和固定床空隙率。則 =9000分布板之所以能夠均勻分布?xì)怏w，創(chuàng)造一個(gè)良好的起始流化條件并得以關(guān)期穩(wěn)定地保持下去，除了因?yàn)樗厦婢鶆蚍植贾S多小孔或錐帽這個(gè)淺顯的道理以外，最重要的原因是它對(duì)于通過(guò)的流體具有一定的阻力或壓降。也只有當(dāng)分布板的阻力大到足以克服聚式流化原生不穩(wěn)定性的惡性引發(fā)，分布板寧有可能將已經(jīng)建立的良好起始流化條件長(zhǎng)期繼續(xù)下去。當(dāng)Re在2000～3000000內(nèi)時(shí)[8]=3548=66=3548+66=3614 強(qiáng)度計(jì)算 由工藝計(jì)算殼體在46溫度下設(shè)計(jì)壓力為=,選取低合金鋼16Mn制成的無(wú)縫鋼管。選取20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴埽摴艿脑S用應(yīng)力=130， = （2—39）接管計(jì)算壁厚 （2—40）=接管有效壁厚 mm （2—41）開(kāi)孔直徑 ==31mm （2—42）接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 ==62mm （2—43）接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 == （2—44） 需要補(bǔ)強(qiáng)面積 == （2—45）可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為 == （2—46） == （2—47） =+= （2—48）本次設(shè)計(jì)其余接管材料都是用20鋼。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 （2—49）=設(shè)計(jì)厚度=+2=考慮到封頭與殼體便于焊接，故取名義厚度=14mm筒體有效厚度==142=12mm所選材料的屈服應(yīng)力=345水壓實(shí)驗(yàn)壓力=水壓實(shí)驗(yàn)校核=水壓實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平≤==＞殼體允許最大工作壓力=13＞設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 =＜=17059第三章 旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算本章主要介紹除塵設(shè)備—旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算，旋風(fēng)分離器設(shè)備的主要功能是盡可能除去輸送氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴，達(dá)到氣固液分離，以保證管道及設(shè)備的正常運(yùn)行。旋風(fēng)分離器采用立式圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沿軸向分為集液區(qū)、旋風(fēng)分離區(qū)、凈化室區(qū)等。旋風(fēng)分離器適用于凈化大于13微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。 改進(jìn)型的旋風(fēng)分離器在部分裝置中可以取代尾氣過(guò)濾設(shè)備。s；顆粒密度：1680 ； 顆粒直徑：29旋風(fēng)分離機(jī)入口粉塵直徑[2]: （3—1）== m表31 兩種標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離機(jī)尺寸關(guān)系[11] 尺寸比例 直切式入口 高效型 通用型4圖 31 旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖本次設(shè)計(jì)選用高效型由公式計(jì)算筒體直徑[11] （3—2）= =計(jì)算氣流進(jìn)口速度[11] （3—3）==計(jì)算壓降[11] （3—4）式中為阻力系數(shù)[11] （3—5）=則