流化床顆粒冷卻器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)版

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)顆粒產(chǎn)品時(shí)常常伴隨冷卻降溫問(wèn)題,例如顆粒肥料和聚酯切片的冷卻等。處理這樣的問(wèn)題的常用方法是利用固體顆粒流態(tài)化原理，通過(guò)風(fēng)冷、增設(shè)換熱構(gòu)件等對(duì)固體顆粒進(jìn)行冷卻。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)研究流化床顆粒冷卻器中不同換熱構(gòu)件的傳熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括流

2、化床﹑換熱構(gòu)件﹑旋風(fēng)分離器、動(dòng)力設(shè)備、加料設(shè)備。換熱構(gòu)件有蛇形、列管式、鼠籠式三種型式。</p><p>　　關(guān)鍵詞：顆粒冷卻；流化床；換熱構(gòu)件；傳熱系數(shù)；旋風(fēng)分離器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Industrial production of granular products often acc

3、ompany cooling problems, such as granular fertilizer and polyester chip cooling, etc. The commonly used method to cope with this problem is to use solid particle fluidization principle, through the air cooling system, ad

4、ding heat exchange component to cool the solid particles.</p><p>　　This design is a experimental platform, base on the experimental data measuring in experiment platform to study the particles fluidized bed

5、cooler in different heat transfer coefficient of heat transfer components. Experimental platform mainly includes the fluidized bed, heat transfer components, cyclone separator, power equipment, feeding equipment. Heat tr

6、ansfer components comprise serpentine tube bending, shell and tube type, squirrel cage three kind of type.</p><p>　　Keywords: Particle cooling; Fluidized bed; Heat transfer component; Heat transfer coefficie

7、nt; Cyclone separator</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　

8、1.1流態(tài)化冷卻技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.1流態(tài)化技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.2流態(tài)化冷卻技術(shù)3</p><p>　　1.2顆粒流化床形成3</p><p>　　1.2.1流化過(guò)程3</p><p>　　1.2.2流態(tài)化的實(shí)現(xiàn)要素和特點(diǎn)4</p><p&

9、gt;　　1.2.3流化床冷卻器基本構(gòu)造6</p><p>　　1.3流化床的主要優(yōu)缺點(diǎn)9</p><p>　　1.3.1流化床的優(yōu)點(diǎn)9</p><p>　　1.3.2流化床的缺點(diǎn)10</p><p>　　1.4設(shè)備設(shè)計(jì)的意義11</p><p>　　第二章 流化床冷卻器工藝計(jì)算12</p>

10、<p>　　2.1工藝流程12</p><p>　　2.1.1流程工藝圖12</p><p>　　2.1.2流程介紹12</p><p>　　2.2主體設(shè)備尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　2.2.1筒體直徑設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　2.2.2冷卻器高度設(shè)計(jì)計(jì)算14</p>

11、<p>　　2.3物料及熱量衡算15</p><p>　　2.4換熱構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算17</p><p>　　2.4.1換熱構(gòu)件形式17</p><p>　　2.4.2流態(tài)化床層與壁面間的傳熱18</p><p>　　2.4.3床層對(duì)管壁傳熱系數(shù)的影響因素19</p><p>　　2.4.4蛇形管

12、換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算20</p><p>　　2.4.5單管式列管換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算22</p><p>　　2.4.6鼠籠式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算23</p><p>　　2.5氣體預(yù)分布器與分布板設(shè)計(jì)26</p><p>　　2.5.1氣體預(yù)分布器27</p><p>　　2.5.2氣體分布板27</p>

13、<p>　　2.6 壓降計(jì)算28</p><p>　　2.6.1流化床層壓降28</p><p>　　2.6.2分布板壓降28</p><p>　　2.6.3換熱構(gòu)件壓降29</p><p>　　2.7強(qiáng)度計(jì)算30</p><p>　　2.7.1筒體的強(qiáng)度計(jì)算30</p><p

14、>　　2.7.2殼體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核31</p><p>　　2.7.3封頭厚度計(jì)算31</p><p>　　第三章 旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算33</p><p>　　第四章 附件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37</p><p><b>　　4.1換熱管37</b></p><p><b>　　4.

15、2接管38</b></p><p><b>　　4.3法蘭38</b></p><p>　　4.4螺栓螺母40</p><p><b>　　4.5支架41</b></p><p>　　第五章 壓縮機(jī)和泵的選型42</p><p>　　5.1壓縮機(jī)的選型

16、42</p><p>　　5.1.1空氣壓縮機(jī)的種類42</p><p>　　5.1.2空氣壓縮機(jī)選型43</p><p>　　5.2.3壓縮機(jī)型號(hào)確定46</p><p>　　5.2泵的選型47</p><p>　　5.2.1泵的分類47</p><p>　　5.2.2泵的選型47

17、</p><p>　　5.2.3泵的型號(hào)確定49</p><p><b>　　第六章 總結(jié)50</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)52</b></p><p><b>　　致謝53</b></p><p><b>　　第一章

18、緒論</b></p><p>　　顆粒材料指小而圓的物質(zhì)，最簡(jiǎn)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。生活中我們常常用到顆粒材料有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥、合成材料需要的聚酯切片、聚苯顆粒材料等，工業(yè)生產(chǎn)這些顆粒材料伴隨著很大的熱

19、量交換，而對(duì)于解決這樣的辦法很多，但常用的方法就是流態(tài)化原理。</p><p>　　流態(tài)化[1]是固體流態(tài)化的簡(jiǎn)稱，即依靠流體流動(dòng)的作用使固體顆粒懸浮在流體中或隨流體一起流動(dòng)的過(guò)程。固體流態(tài)化技術(shù)現(xiàn)在普遍應(yīng)用于固體材料的燃燒、煤的氣化和焦化及化工生產(chǎn)中的氣固相催化反應(yīng)、物料的干燥加熱與冷卻、吸附、固體物料的輸送等領(lǐng)域，成為跨學(xué)科發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)。近年來(lái)，人們?cè)诘蜏仂褵嗍炝?、煤炭干法分選等領(lǐng)域也嘗試?yán)昧鲬B(tài)化技術(shù)

20、，獲得了較好的效果。</p><p>　　1.1 流態(tài)化冷卻技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1.1流態(tài)化技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介</p><p>　　流態(tài)化技術(shù)究竟何時(shí)出現(xiàn)、為何人所創(chuàng)？目前尚無(wú)定論。因?yàn)槿祟惖奈拿魇芬延袛?shù)千年之久，早先的淘金、冶煉，甚至淘米等都可以看成是流態(tài)化技術(shù)在生產(chǎn)中應(yīng)用。目前人們公認(rèn)的流態(tài)化技術(shù)首先較大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用始于1926年。當(dāng)時(shí)德國(guó)科學(xué)家溫

21、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(guó)專利。1926年建成投產(chǎn)第一臺(tái)煤氣發(fā)生爐。在此以前，工業(yè)生產(chǎn)中制造水煤氣的常用的方法是將塊煤放在臥式或立式爐內(nèi)通入空氣及水蒸氣進(jìn)行氣化。這種固定床汽化爐中使用的煤塊需要有一定的尺寸，而且要均勻。而煤礦開(kāi)采出來(lái)的不光是煤塊，還有大量的煤粉。隨著采掘機(jī)機(jī)械化水平不斷提高，原煤中含煤量不斷增多。對(duì)于劣質(zhì)煤，其中煤末的含量更多，于是就形成了日趨緊張的煤塊供應(yīng)

22、不足與大量造氣需要之間的矛盾。人們分析固定床的氣化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)煤粉之間的空隙率小，氣體通過(guò)的阻力很大，無(wú)法進(jìn)行事宜操作，而且固定床中顆粒之間、顆粒與氣體之間、床層物料與器壁之間的傳熱效果較差，不適合高放熱的氣化反應(yīng)過(guò)程。在此分析的基礎(chǔ)上進(jìn)過(guò)大量研究、改進(jìn)，終于提出了流化床粉煤造氣法[1]。</p><p>　　本世紀(jì)40年代，由于第二次世界大戰(zhàn)的影響，航空汽油的需求激增。當(dāng)時(shí)石油煉化工業(yè)中主要的煉油方法是采用固定床

23、催化裂變；催化劑在反應(yīng)器里不動(dòng)，反應(yīng)過(guò)程和催化劑的再生過(guò)程交替在同一設(shè)備進(jìn)行，屬于間歇操作，且催化劑壽命短，需要不斷再生。為進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，不得不采用兩套裝置，輪流操作，致使操作麻煩，設(shè)備生產(chǎn)能力也受很大限制。為了解決這個(gè)矛盾，美國(guó)麻省理工學(xué)院和美孚石油公司率先推出流花催化裂化裝置以取代傳統(tǒng)固定法生產(chǎn)。</p><p>　　從40年代中期開(kāi)始，美國(guó)和加拿大等地出現(xiàn)了流態(tài)化培燒裝置，用于黃鐵礦、石灰石等物料煅燒。這可

24、以視為流態(tài)化燃燒技術(shù)的開(kāi)始。</p><p>　　近幾十年來(lái)，流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用與研究更廣泛，不僅僅應(yīng)用于石油煉制，而且在化工、冶金、制藥、動(dòng)力、環(huán)保等領(lǐng)域均得到廣泛重視和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。</p><p>　　我國(guó)在本世紀(jì)50年代初期，就開(kāi)展了對(duì)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。1956年南京化學(xué)工業(yè)公司采用流態(tài)化技術(shù)焙燒黃鐵礦以制造二氧化硫并制造硫酸。</p>

25、;<p>　　1957年我國(guó)在遼寧葫蘆島采用流態(tài)化裝置焙燒精礦以生產(chǎn)二氧化硫，獲得成功。</p><p>　　50年代末，我國(guó)首次從原蘇聯(lián)獲得流態(tài)化技術(shù)生產(chǎn)苯酐技術(shù)，次用一個(gè)直徑3m的反應(yīng)器，可使生產(chǎn)能力打到800t/a。</p><p>　　1965年沈陽(yáng)化工研究院與大連染料廠合作，成功開(kāi)發(fā)了流態(tài)化冷凝技術(shù)，在年產(chǎn)600t苯酐生產(chǎn)系統(tǒng)中，應(yīng)用達(dá)8年之久。同年，我國(guó)建成了第一

26、臺(tái)自行設(shè)計(jì)和制造的流態(tài)化催化裂化裝置，生產(chǎn)能力為150t/h，隨后又建成了一些規(guī)模更大的裝置。</p><p>　　50年代中期，采用新型的全沸騰風(fēng)貌式流態(tài)化技術(shù)用于固體煤顆粒的燃燒，獲得良好效果，因而與多國(guó)家開(kāi)始重視正反面工作。1973年的石油危機(jī)客觀上促使這種燃燒技術(shù)的發(fā)展。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(wú)煙煤、貧煤、石煤、頁(yè)巖等。</p>

27、<p>　　1975年，原西德魯奇公司在第一代風(fēng)帽式全沸騰爐的燃燒裝置中引入外分離裝置，使得效率大大提高。</p><p>　　我國(guó)自1964年開(kāi)始流態(tài)化燃燒技術(shù)的研究工作。1965年清華大學(xué)與廣東茂名石油公司研制我國(guó)第一臺(tái)燃燒母頁(yè)巖的風(fēng)帽式流化床鍋爐，至今已有50年。目前2～130t/t容量的鼓泡床鍋爐在我國(guó)已有2000多臺(tái)，約占全國(guó)工業(yè)鍋爐蒸發(fā)量1%。由于我國(guó)燃燒構(gòu)成的特殊性，因而發(fā)展固體燃料的流

28、態(tài)化燃燒技術(shù)有著特殊意義。</p><p>　　進(jìn)入80年代以來(lái)，我國(guó)也開(kāi)始重視循環(huán)床的研究工作，繼36t/h循環(huán)床沸騰爐1988年11月在山東水熱電廠投運(yùn)之后，75t/h循環(huán)鍋爐及燃燒梅尼的35t/h循環(huán)床鍋爐均已列為國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃或工業(yè)示范項(xiàng)目，有些項(xiàng)目已完成并投入使用。</p><p>　　1.1.2流態(tài)化冷卻技術(shù)</p><p>　　流態(tài)化過(guò)程普遍件隨有傳

29、熱問(wèn)題，放熱過(guò)程需要撤走熱量，吸熱過(guò)程需要補(bǔ)充熱量;無(wú)熱效應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)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(wèn)題。因此，流化床的傳熱問(wèn)題是流化床設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題之一。</p><p>　　由于固體顆粒熱容較大，運(yùn)動(dòng)的粒子與流動(dòng)的流體都直接參與傳熱過(guò)程，使床內(nèi)溫度梯度極小，床層溫度比較均與;氣固間的劇烈攪動(dòng)，傳熱表面不斷更新，都提高了氣固間的給熱系數(shù)和床層與熱交換器器壁間的給熱系數(shù)，加之流化床所用

30、固體粒子比固定床的小得多，粒子的比表面積極大，因面?zhèn)鳠崴俾蚀蟠筇岣?。綜上所述，流化床的傳熱效率高，其傳熱系數(shù)約比固定床的高10倍[4]。</p><p>　　流化床傳熱過(guò)程可分為如下三部分：</p><p>　?。ㄒ唬c(diǎn)與點(diǎn)之間的傳熱</p><p>　　床層中點(diǎn)與點(diǎn)之問(wèn)的傳熱是在高速率下進(jìn)行的。顆粒的劇烈攪混可使床層導(dǎo)熱系數(shù)比銀還高100倍。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)就不必考

31、慮這種傳執(zhí)部分。</p><p>　　（二）流體與顆粒間的傳熱</p><p>　　固體顆粒的熱量傳給流體主要是以對(duì)流傳熱方式進(jìn)行。不少實(shí)驗(yàn)證明，氣體進(jìn)入床層很快與固體顆粒傳熱，在極短的區(qū)域內(nèi)達(dá)到溫度平衡，這一區(qū)域大約只有25毫米高，在此區(qū)域以上床層溫度是均勻的。氣固間傳熱速率如此快，并不是由于高的傳熱系數(shù)所致，主要是流體與顆粒間有較大的接觸表面積。</p><p>

32、;　?。ㄈ┝骰泊矊优c熱交換器是面之固的傳熱</p><p>　　在流化床系統(tǒng)中，單靠進(jìn)、出床層的物料總熱焓一般不能取得熱平衡。除個(gè)別采用向床層直接噴入冷卻介質(zhì)(水等物質(zhì))外，一般都采用在床內(nèi)增設(shè)換熱器，撤出床層多余熱量或加入床層不足的熱量。</p><p>　　1.2 顆粒流化床形成</p><p><b>　　1.2.1流化過(guò)程</b>&

33、lt;/p><p>　　在垂直的管中裝人固體顆粒，氣體自下而上通過(guò)顆粒床層，隨著氣體流速逐漸增大，管中的固體順粒將出現(xiàn)三種狀態(tài)[2]（如圖1-1所示）：固定床階段、流態(tài)化階段、氣體輸送階段。</p><p>　　固定床階段即為顆粒靜止時(shí)的狀態(tài)。</p><p>　　流態(tài)化階段也稱流化床階段，當(dāng)氣流速度逐漸增大時(shí)，氣流對(duì)顆粒的曳力也逐漸增大，當(dāng)該氣速增大至某一定值時(shí)，固體

34、顆粒達(dá)至受力平衡，即： </p><p>　　氣流對(duì)顆粒的曳力+氣流對(duì)顆粒的浮力=顆粒的重力</p><p>　　此時(shí)，固體顆粒有可能在床層中自由浮沉。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。</p><p>　　三、氣體輸送階段，在正常流態(tài)化階段，由于固體顆粒大小不一，會(huì)有一些細(xì)小顆粒在曳力、浮力作用下

35、被氣流帶出床外，但運(yùn)動(dòng)的固體物料仍可形成一定的上界面。操作速度＞帶出速度后，被帶出的物料逐漸增多，甚至一些大顆粒也被帶出，原有的床層上界面逐漸消失，對(duì)應(yīng)的料層阻力急劇減小。這就是氣力輸送狀態(tài)。</p><p>　　氣力輸送也稱為氣流床。當(dāng)操作速度很大時(shí)，氣流對(duì)固體顆粒的攜帶能力也很大。這時(shí)的單顆粒受力關(guān)系為：</p><p>　　氣流對(duì)顆粒的曳力+氣流對(duì)顆粒的浮力 >顆粒受到的重力&

36、lt;/p><p>　　1.2.2流態(tài)化的實(shí)現(xiàn)要素和特點(diǎn)</p><p>　　由流態(tài)化過(guò)程的分析可以得出，流態(tài)化實(shí)際上是一種狀態(tài)，可稱之為固體物料顆粒在流體介質(zhì)作用下的流體化狀態(tài)，也可稱為顆粒狀固體與流體介質(zhì)接觸并發(fā)生作用的一種操作狀態(tài)，或者還可以稱之為介于固定床(對(duì)應(yīng)固定床狀態(tài))與輸送床(也稱流動(dòng)床或氣流床，對(duì)應(yīng)氣力輸送狀態(tài))之間的一種相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。人們可以利用這種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)某種目，的，如加

37、快反應(yīng)速度等，因而流態(tài)化狀態(tài)的應(yīng)用就成了一種方法或技術(shù)。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。</p><p>　　流態(tài)化過(guò)程具有以下特點(diǎn):</p><p><b>　　一、類似液體的特性</b></p><p>　　流化床中氣體和固體的運(yùn)動(dòng)情況很像沸騰的液體，因而也稱之為沸騰床，它表現(xiàn)出

38、類似液體的性質(zhì)，即：</p><p>　　①輕小的物料顆粒容易浮起；</p><p>　?、诋?dāng)容器傾斜時(shí)，流態(tài)化床層的上界面仍保持相對(duì)水平狀態(tài)；</p><p>　?、蹥?、固兩相流體(運(yùn)動(dòng)著的固體粒子群也屬于流體)容易變形、流動(dòng)，沒(méi)有固定的形狀，如在容器側(cè)部開(kāi)口，固體顆很容易自孔口流出;</p><p>　?、苡袃蓚€(gè)流態(tài)化容器并聯(lián)相通時(shí)，兩容

39、器的上界面維持相同的高度。</p><p>　　這種似液體性對(duì)于實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程的連續(xù)化與自動(dòng)化是非常有利的。</p><p>　　二、固體顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)與迅速混合</p><p>　　由于流化床內(nèi)穎粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，又由于氣固流化床以氣泡運(yùn)動(dòng)為基本特征顆粒在氣流或氣泡作用下進(jìn)行強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)，包括上下運(yùn)動(dòng)和左右運(yùn)動(dòng)，床層基本處于全混狀態(tài)，溫度與濃度趨于均勻。這一均溫特性

40、便于溫度的調(diào)節(jié)控制及維持穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。但是當(dāng)固體物料連續(xù)進(jìn)、出床層時(shí)，固體顆粒在床內(nèi)停留時(shí)間并不一致，這對(duì)于要求顆粒充分停留的工藝操作是不利的。</p><p>　　三、強(qiáng)烈的碰撞與摩擦</p><p>　　這種碰撞與摩擦是固，體顆粒在床內(nèi)強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，包括顆粒之間的碰撞與摩擦，顆粒與容器壁之間的碰撞與摩擦。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

41、的碰撞與摩擦也是非常強(qiáng)烈的。這種特點(diǎn)對(duì)于氣固系統(tǒng)與固體壁面(容器壁面及阻擋件表面)間的對(duì)流傳熱是極為有利的，對(duì)于固體顆粒表面的更新，促進(jìn)床內(nèi)反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行及床層內(nèi)的加熱、冷卻也是很有利的。其缺點(diǎn)是固體壁面的物理磨損較嚴(yán)重。假如所需工藝操作不希望顆粒過(guò)于粉碎，則可通過(guò)控制物料的進(jìn)、出一時(shí)間來(lái)減少粉碎程度。</p><p><b>　　四、顆粒比表面積大</b></p><p

42、>　　流化床的要素之一是限制固體物料的粒度，因而其物料粒度比固定床小得多，顆粒的比表面積相應(yīng)要大得多，氣固間或兩種不同的固體顆粒間的傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)過(guò)程也強(qiáng)烈得多。</p><p>　　五、氣體與顆粒的接觸時(shí)間不均勻</p><p>　　在氣固流化床中，大部分氣流以氣泡的形式較快地通過(guò)床層，與顆粒的接觸時(shí)間有限，而固味與部分氣體形成的密度相對(duì)均勻的乳化相中氣體與顆粒的接觸時(shí)間較長(zhǎng)，這

43、就造成了氣、固相間接觸時(shí)間的不均勻規(guī)象。假如固體顆粒扮演催化劑角色，則其催化作用會(huì)受到相應(yīng)的影響。</p><p>　　流化床的這些特性對(duì)于工業(yè)應(yīng)用真有非常重要的意義，因?yàn)樵诹鲬B(tài)化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用中必須首先解決采用何種類型的流態(tài)化、應(yīng)控制哪些參數(shù)以獲得最佳操作狀態(tài)等向題。</p><p>　　1.2.3流化床冷卻器基本構(gòu)造</p><p>　　流化床的結(jié)構(gòu)型式[4]很

44、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1-2所示。</p><p>　　今將這些基本構(gòu)件的作用和概況分述于下:</p><p><b>　　一、殼體</b></p><p>　　殼體的作用，主要是保證流化過(guò)程局限在一定范圍內(nèi)進(jìn)行。它由底蓋、筒身和頂蓋組成。筒身的形狀有圓柱形

45、(常用)，圓錐形，箱式和組合式(變直徑圓往床，如明磯石沸騰焙燒爐，圓柱和圓錐組合，如重堿沸騰緞燒爐，圓柱形和箱式組合，有帶前、后室的黃鐵礦沸騰焙燒爐)。底蓋和頂蓋一般是配合筒身的形狀。如果按照床內(nèi)固體粒子的分區(qū)來(lái)分類，可以分為單層床，多層床、串聯(lián)床、雙容器或多容器循環(huán)裝置。</p><p><b>　　二、氣體分布裝置</b></p><p>　　氣體分布裝置主要是均

46、勻分布?xì)怏w，造成一個(gè)良好的起始流化條件，同時(shí)需要支承固體粒子。氣體分布裝置可分為氣體預(yù)分布器和氣體分布板兩部分，氣體預(yù)分布器雖然也有多種結(jié)構(gòu)型式，但沒(méi)有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求，只要使進(jìn)床的氣體不偏流就行。氣體分布板是均勻分布?xì)怏w的關(guān)鍵.構(gòu)件，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(jiǎn)單，制造檢修方便等耍求。對(duì)于無(wú)溢流管多層床和流化催化裂化裝置的氣體分布板，除滿足上述要求外，還需滿足落料量和均勻落料的要求。<

47、;/p><p><b>　　三、內(nèi)部構(gòu)件</b></p><p>　　內(nèi)部構(gòu)件的作用是用來(lái)改善流態(tài)化質(zhì)量。內(nèi)部構(gòu)件的形式有擋網(wǎng)、擋板、垂直板和填充物等。擋網(wǎng)一般朵用鐵絲網(wǎng)。擋板有單旋百葉窗式、多旋百葉窗式和單向斜片式等。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)反應(yīng)器已采用了百葉窗擋板和擋網(wǎng)，效果較好。垂直板在國(guó)內(nèi)僅使用在氯乙烯合成流化床內(nèi)，將垂直翅片

48、焊在熱交換列管上，既可改善流態(tài)化質(zhì)量，又增加了傳熱面積。填充物在國(guó)外試驗(yàn)過(guò)玻璃球、鋼球、金屬絲網(wǎng)圓往體、拉西環(huán)等。床內(nèi)加</p><p>　　設(shè)內(nèi)部構(gòu)件可以破碎大氣泡，改善氣固接觸，減少氣固返混，從而提高反應(yīng)效果。但是，內(nèi)部構(gòu)件不同程度地限制了顆?；旌?，促進(jìn)固體粒子的分級(jí)和增加床層的軸向、徑向溫</p><p>　　差，這對(duì)多數(shù)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是不利的。因此，有時(shí)在加設(shè)內(nèi)部構(gòu)件的同時(shí)，還用內(nèi)部

49、和外部循環(huán)管幫助固體粒子混和，減少揚(yáng)析和保待良好的固體粒度分布。</p><p><b>　　四、換熱裝置</b></p><p>　　幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都帶來(lái)熱交換問(wèn)題，流化床反應(yīng)器也不例外。放熱反應(yīng)必須及時(shí)撤走熱量，吸熱反應(yīng)必須及時(shí)加入熱量。熱量交換除借流化介質(zhì)和顆粒直接換熱外，常采用外夾套換熱和床內(nèi)換熱器。外夾套換熱可以用電威加熱和載熱體換熱。床內(nèi)換熱可以采

50、用載熱體換熱、電威加熱和電極炭棒加熱等方式。由于電加熱耗電量大，不經(jīng)濟(jì)，所以使用不廣。間接換熱的熱載體常用水、蒸汽、空氣、耐高溫油、聯(lián)苯、煤氣等。采用流化床濃相換熱器時(shí)，除考慮一般的換熱器要求外，必須考慮對(duì)流化床內(nèi)流型有利。對(duì)相同換熱面積的換熱器，希望在床內(nèi)的投影面積越小越好。另外，在溫度高、換熱器較長(zhǎng)且剛性固定時(shí)，必須考慮熱交換器的熱膨脹補(bǔ)償問(wèn)題。</p><p><b>　　五、氣固分離裝置<

51、/b></p><p>　　流化床內(nèi)固體顧粒的運(yùn)動(dòng)，引起粒子之間以及粒子與設(shè)備之間的碰撞和磨損。因此，離床層的氣體帶有大量的細(xì)粉和粉塵。不少細(xì)粒對(duì)反應(yīng)還有用，需返回床層，有些過(guò)程細(xì)粒是有用的產(chǎn)品;有些粉塵帶出床外后影響產(chǎn)品的純度和千凈。這些都要求對(duì)離床的氣體進(jìn)行氣固分離。流化床分離裝置常用下列三種型式。</p><p><b>　　（一）自由沉降段</b><

52、;/p><p>　　在床層上部留一擴(kuò)大空間高度，使離床層的含塵氣體減慢速度，有利細(xì)粒沉降下來(lái)。進(jìn)沉降段的穎粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以分為三種情形:有些穎粒的沉降速度小于沉降段的氣速，就被帶出床外，有些顆粒的沉降速度等于沉降段氣速，顆粒懸浮在沉降段作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，有可能被磨細(xì)后帶出設(shè)備，也有可能與其它順粒粘附而落回床層;有些顆粒較大，由于近床面大氣泡破裂而被彈出床面進(jìn)入沉降段的，本身沉降速度遠(yuǎn)大于沉降段氣速，當(dāng)彈出料面的顆粒動(dòng)能清失

53、后即會(huì)返回床層。自由沉降段只適合帶出量不多的氣固分離或床外還有其它除塵設(shè)施。</p><p>　　(二)內(nèi)旋風(fēng)分離裝置</p><p>　　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。如萬(wàn)型流化催化裂化裝置內(nèi)設(shè)置了三組二級(jí)內(nèi)旋風(fēng)分離器，捕集量最大可達(dá)1600噸/時(shí)，除塵效率可達(dá)99，9%以上。</p><p>　　目前，不少催化反應(yīng)器內(nèi)

54、亦采用了內(nèi)旋風(fēng)分離器。這種裝置由旋風(fēng)分離器、料腿和料腿密封裝置組成。料腿和料服密封裝置是它的關(guān)鍵，料腿的粗細(xì)和長(zhǎng)度以及密封裝置的嚴(yán)密性都直接影響這種裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù)過(guò)程的各自特點(diǎn)，可將料腿伸入床層或懸在稀相區(qū)內(nèi)。</p><p><b>　　(三)內(nèi)過(guò)濾器</b></p><p>　　要求出流化床的氣體含粉塵很少，可以采用內(nèi)部過(guò)濾裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。過(guò)濾器常用若干根鉆

55、孔鐵管外包玻璃布制成。也有用素瓷管、燒結(jié)陶瓷管的。為了使過(guò)簿管上的粉塵及時(shí)排除，減少過(guò)濾阻力，提高過(guò)濾效率，保持長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，常常附設(shè)空氣循環(huán)反吹裝置。苯酐流化床幾乎全部采用過(guò)濾器。</p><p>　　上述三種裝置中分離效率最高的是過(guò)濾器，但阻力較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較多，檢修亦不方便。自由沉降段效率雖低，但其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，可使用在一般分離要求的過(guò)程。內(nèi)旋風(fēng)分離器使用越來(lái)越多，是很有發(fā)展前途的一種氣固分離裝置。<

56、;/p><p>　　六、固體顆粒加卸裝置</p><p>　　流化系統(tǒng)存在固體顆粒的加卸問(wèn)題。固相加工中的物料進(jìn)出床層，氣相加工中固體顆粒的輸送，如流化催化裂化的催化劑循環(huán)輸送，砂子裂解爐中熱載體的循環(huán)輸送，都有各自的加卸待點(diǎn)。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。</p><p><b>　?。ㄒ唬┲亓α鲃?dòng)法</b></p&

57、gt;<p>　　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。為了使流動(dòng)順利進(jìn)行，在有些場(chǎng)合可以通入少量氣體以松動(dòng)粒子，使之便于流動(dòng)。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。</p><p><b>　?。ǘC(jī)械傳送法</b></p><p>　　機(jī)械傳送法使用十分廣泛。一般

58、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。此法傳送物料穩(wěn)妥可靠，多數(shù)機(jī)械傳送不受物料的濕度和粒度等限制。但是，這種方法必須配備專門(mén)的機(jī)器設(shè)備。</p><p><b>　?。ㄈ饬鬏斔头?lt;/b></p><p>　　氣流輸送是靠氣體吹動(dòng)顆粒定向流動(dòng)。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。稀相輸送時(shí)，氣速一般采用5～

59、30米/秒，固氣比為10～0.5。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。氣流輸送法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸送能力大，調(diào)節(jié)方便，因此近年來(lái)得到迅速發(fā)展。</p><p>　　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。</p><p>　　1.3 流化床的主要優(yōu)缺點(diǎn)</p>

60、<p>　　近十年來(lái)，流化床的使用范圍越來(lái)越廣泛，僅化工行業(yè)國(guó)內(nèi)已有幾十種產(chǎn)品果用流化床生產(chǎn)，很多固定床日益被流化床所代替，流化床的主要優(yōu)缺點(diǎn)[4]如下。</p><p>　　1.3.1流化床的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?。ㄒ唬庖还涕g傳熱和傳質(zhì)速率快，床層溫度均勻</p><p>　　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

61、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。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。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。流化床能理想地滿足這種過(guò)程的要求。</p><p>　?。ǘ┐矊优c壁面間的傳熱系數(shù)大</p><p>　　流化床內(nèi)固體顆粒掃

62、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。一般流化床傳熱系數(shù)比固定床大10倍左右。</p><p>　?。ㄈ┍阌趯?shí)現(xiàn)過(guò)程連續(xù)化和自動(dòng)化</p><p>　　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。有些催化反應(yīng)過(guò)程，催化劑失活很快，須及時(shí)再生。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。例如，

63、一個(gè)煉制能力為60萬(wàn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。ㄋ模┰O(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度大</p><p>　　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)。與相同生產(chǎn)量的固定床相比，流化床設(shè)備直徑小，造價(jià)低。</p&

64、gt;<p><b>　?。ㄎ澹┎僮鳁l件好</b></p><p>　　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。</p><p>　　1.3.2流化床的缺點(diǎn)</p><p>　?。ㄒ唬┕腆w顆粒磨提大，損耗多</p><p>　　固體顆粒的劇烈攪動(dòng)，造成粒子的磨損，增加了粉塵

65、的帶出和回收系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。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。此外，由于堅(jiān)硬粒子的劇烈運(yùn)動(dòng)也帶來(lái)了設(shè)備的磨損。</p><p>　?。ǘ┝骰矁?nèi)固體顆粒和流體沿設(shè)備軸向混合(又稱返混)很嚴(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，使傳質(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。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

66、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。如有些反應(yīng)，流化床催化劑效率只有固定床的10～15%。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)。</p><p>　　必須指出，雖然流化床具有很多優(yōu)點(diǎn)，甚至有些過(guò)程只有在流化床中才能實(shí)現(xiàn)，但是，并不是所有用固定床的過(guò)程均可用流化床代替。</

67、p><p>　　1.4 設(shè)備設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　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)。不僅如此，迄今為止在化工領(lǐng)域，該技術(shù)的應(yīng)用仍然是最多的。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]:</p><p>　?、倭鲬B(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。包括化工生產(chǎn)中的物

68、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。</p><p>　?、谝陨纤龅幕?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

69、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。有些應(yīng)用方法(或裝置)在當(dāng)時(shí)具有一定的技術(shù)先進(jìn)性、曾發(fā)揮過(guò)重要作用，但后來(lái)又被更新好的方法所替代。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。</p><p>　?、哿鲬B(tài)化技術(shù)的應(yīng)用水平在一定意義上領(lǐng)先于流態(tài)化理論的發(fā)展。由于流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類或型式較多，采用的工藝條件不同，因而尚缺少統(tǒng)一的模型

70、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于經(jīng)驗(yàn)公式或假說(shuō)。這也可以從側(cè)面說(shuō)明流態(tài)化技術(shù)仍是發(fā)展中的技術(shù)，有待于人們的深人研究。</p><p>　　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)。</p><p>　　第二章 流化床

71、冷卻器工藝計(jì)算</p><p>　　本章介紹對(duì)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。</p><p><b>　　2.1 工藝流程</b></p><p>　　2.1.1流程工藝圖</p><p>

72、<b>　　2.1.2流程介紹</b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具體是一種另類換熱器，它的作用是將220的聚酯切片無(wú)料冷卻至40。其中空氣主要作為流化動(dòng)力，冷卻介質(zhì)主要是換熱構(gòu)件中的水。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)。冷卻介質(zhì)通過(guò)離心

73、泵來(lái)提供，在進(jìn)出口設(shè)置溫度表和壓力表，在控制閥作用下調(diào)節(jié)流速和壓力，并且分別由轉(zhuǎn)子流量計(jì)和壓力表監(jiān)控。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)。最后從頂部出去的含塵空氣進(jìn)入自行設(shè)計(jì)的旋風(fēng)分離器出去細(xì)微塵粒，并將潔凈空氣放空。</p><p>　　2.2 主體設(shè)備尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.2.1筒體直徑設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>

74、　　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]。</p><p>　　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(jiǎn)單便宜。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。</p>&

75、lt;p>　　根據(jù)熱軋（擠壓、擴(kuò)）鋼管的外徑和壁厚截取筒體直徑，取=325mm×12mm</p><p><b>　　聚酯切片物性：</b></p><p>　　固體顆粒臨界流速[4]</p><p>　　（2—1） </p><p>　　式中： ˉ臨界流速，m/

76、s，</p><p>　　- 顆粒平均直徑，m，</p><p>　　- 顆粒密度，kg/，</p><p>　　-進(jìn)口流體體密度，kg/，</p><p>　　- 進(jìn)口流體黏粘度，Pa·s。 </p><p><b>　　=0.027m/s</b></p><p&g

77、t;　　操作流化系數(shù)[2]取K=3 ，則=K·=0.081m/s</p><p>　　由密相段直徑公式 [8] </p><p><b>　　=（2—2）</b></p><p>　　流體體積流量 =20.6/h</p><p>　　則稀相段直徑公式[4]</p><p><

78、;b>　　=（2—3）</b></p><p>　　一般取==0.0405m/s</p><p>　　則 = =0.426m</p><p>　　由熱軋（擠壓、擴(kuò)）鋼管的外徑和壁厚，取 =450mm×12mm</p><p>　　2.2.2冷卻器高度設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　流化床反應(yīng)

79、器的總高，系由三部分構(gòu)成[2]，即錐底、濃相段和稀相段。本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備適用場(chǎng)合是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，故結(jié)合實(shí)際取流化床處理量：</p><p>　　W=135kg/h， 質(zhì)量空速為2.</p><p>　　靜床高本應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)和傳熱面的設(shè)置兩方面[4]來(lái)確定。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。但由于流化床中有氣泡和短路等現(xiàn)象，氣固接

80、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。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。到目前為止，靜床高的選定，還是憑經(jīng)驗(yàn)的。</p><p><b>　　靜床高度公式[2]</b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>

81、　　則 </p><p><b>　　=0.78m</b></p><p>　　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。習(xí)慣上用流化床高與靜床高的比值來(lái)表示一個(gè)床層膨脹的程度，并稱之為膨脹比[4]，數(shù)符號(hào)R示之。</p><p>　　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。至今，沒(méi)

82、有獲得一個(gè)統(tǒng)一、準(zhǔn)確、能在寬范圍里適用的關(guān)聯(lián)方法。可供設(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。</p><p><b>　?。?—5）</b></p><p><b>　?。?—6）</b></p><p><b>　　=277</

83、b></p><p>　　則流化段空隙率[2]</p><p><b>　?。?—7）</b></p><p><b>　　=0.57</b></p><p>　　膨脹系數(shù)[4]R==1.63</p><p>　　則=R·=1.630.78=1.27m，取=1

84、.3m</p><p>　　擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床分離空間高度確定[4]</p><p><b>　　取==0.15m</b></p><p>　　流化段與擴(kuò)大段過(guò)渡高度（取過(guò)渡角）</p><p><b>　　則==0.1m</b></p><p>　　2.3 物料及熱量衡算

85、</p><p>　　表2-1 物料初始數(shù)據(jù)</p><p>　　床層顆粒對(duì)數(shù)平均溫度[10]</p><p><b>　　=（2—8）</b></p><p>　　排氣溫度選擇[10]</p><p><b>　　(2—9）</b></p><p>

86、;　　式中t取值為（5～15）</p><p><b>　　則</b></p><p>　　空氣，水及流化顆粒定性溫度下物性[8]:</p><p>　　水的定性溫度=（+）=35</p><p>　　則查其物性=993.6 =4.174</p><p>　　=62.16

87、=72.3×Pa·s</p><p><b>　　Pr=5.02</b></p><p>　　空氣定性溫度(+)=30</p><p>　　則查其物性=1.165 =1.005 </p><p>　　=2.675 =1.86×Pa·s </p>

88、;<p><b>　　=0.701</b></p><p>　　流化顆粒定性溫度=（+）=130</p><p>　　則查其物性 =1.55</p><p>　　物料及熱量衡算[8]</p><p><b>　　傳熱量 </b></p><p>　　=（-）=（

89、-）+(-)（2—10）</p><p>　　=130×1.55×（220﹣40）=3.6×=10</p><p><b>　　==9937W</b></p><p><b>　　空氣流量</b></p><p>　　==20.6×1.205=24.8<

90、;/p><p><b>　　式中為20空氣密度</b></p><p><b>　　則冷卻水流量</b></p><p><b>　　==286</b></p><p><b>　　對(duì)數(shù)平均溫差[8]</b></p><p>　　=-=

91、170 =-=20</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2—11)</b></p><p><b>　　=70</b></p><p>　　2.4 換熱構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.4.1換熱構(gòu)件形式<

92、;/p><p>　　工業(yè)上常用的熱器分為外壁和內(nèi)壁兩種[3]:</p><p>　　一.外壁—夾套式換器</p><p>　　如圖2-2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。因此，可保持床內(nèi)溫度均勻。整個(gè)床層溫差很小，這對(duì)于溫差控制很嚴(yán)的操作非常合適。又因它在床層內(nèi)不占空間位置，所以也適合在流化床內(nèi)_安置內(nèi)部構(gòu)件。但安內(nèi)部構(gòu)件后，床層軸向、

93、徑向溫差要增大。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(zhǎng)。主要缺點(diǎn)是傳熱面積受設(shè)備尺寸限制。</p><p><b>　　二.內(nèi)壁換熱器</b></p><p>　　對(duì)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</p><p>　　過(guò)程要求。在床內(nèi)安置換熱設(shè)備要往意以下幾點(diǎn):</p>

94、<p>　　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。②盡量減少床內(nèi)的水</p><p>　　平平面構(gòu)件，防止在床內(nèi)出現(xiàn)局部死角以及對(duì)換熱管起屏蔽作用。③設(shè)備在床內(nèi)部的焊</p><p>　　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。④因流化床</p><p>　　與換熱器處于不伺溫度條件下操作，所以要考慮流化床與換

95、熱器之間的不同熱膨脹，采</p><p><b>　　取熱補(bǔ)償措施。</b></p><p>　　常用的內(nèi)壁換熱器有以下幾種[4]:</p><p><b>　　(一)列管式換熱器</b></p><p>　　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。目前，這種換熱器常用單管式

96、和套管式（亦稱指型管)兩種。</p><p><b>　　（二）鼠籠式換熱器</b></p><p>　　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。這種換熱器的傳熱面積較大。</p><p><b>　?。ㄈ┕苁鴵Q熱器</b></p>

97、<p>　　管束可以列置亦可橫排，根據(jù)不同工藝過(guò)程而定。橫排管束式換熱器用于流化質(zhì)量要求不高而熱交換量很大的場(chǎng)合，如沸騰燃燒鍋爐等。</p><p><b>　?。ㄋ模┥吖軗Q熱器</b></p><p>　　與一般蛇管換熱器似。根據(jù)換熱量大小，可在濃相段設(shè)置一個(gè)或多個(gè)。</p><p>　　2.4.2流態(tài)化床層與壁面間的傳熱</

98、p><p>　　流化床大致可分為兩種情形[1]:</p><p>　　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。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。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

99、及床層運(yùn)行的穩(wěn)定和燃料顆粒的著火性能。</p><p>　　另一種是流態(tài)化床層與固體壁面間的傳熱。固體壁面包括兩類:一類是流化床的容器壁面，一類是床層中特別設(shè)置的裝置壁面。對(duì)于需要保持較高溫度的流化床反應(yīng)器而言，流化床層與容器壁面間的傳熱可能成為熱損失，例如流態(tài)化鍋爐的流化床層與爐墻壁面間的傳熱是鍋爐的散熱損失，對(duì)于需要保持溫度大致穩(wěn)定在一定范圍的流化床來(lái)說(shuō)，床層中特別設(shè)置的裝置(如橫排管、縱排管、肋管等)則是為

100、了對(duì)床層進(jìn)行加熱或移出反應(yīng)熱量。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</p><p>　　熱量的很大一部分，有的可以占到40%。這部分傳熱量是流化床層與固體壁面間的有效傳熱量。</p><p>　　2.4.3床層對(duì)管壁傳熱系數(shù)的影響因素</p><p>　　床層對(duì)管

101、壁傳熱系數(shù)的影響因素[4]極多，主要因素有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1. 操作速度的影響</p><p>　　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。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(kāi)始逐步減慢。</p><p><b>　　2.顆粒直徑的影響</b></p><p>　　在

102、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</p><p>　　粒與壁面的氣膜更緊密接觸所致。</p><p>　　3.氣體和固體顆粒物性的影響</p><p>　　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。</p><p>　　4.熱器在床中位置的影響</p><p>　　換

103、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2-3所示[4]。</p><p>　　2.4.4蛇形管換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　管徑選取</b></p><p>　　一般蛇形彎管自來(lái)水流速[8]取值u＜1.0，故取u=0.3</p><p&g

104、t;<b>　　由 </b></p><p><b>　　=（2—12）</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　則d===0.019mm</p><p>　　由無(wú)縫鋼管規(guī)格GB8163—87，取d=22mm×1.5mm材料為20鋼&

105、lt;/p><p>　　冷卻水質(zhì)量流速[8]</p><p><b>　?。?—13）</b></p><p>　　G=0.3×993.6=298.08</p><p>　　Re=（2—14）</p><p>　　==7833（過(guò)渡流）</p><p>　　流體在圓

106、形直管作強(qiáng)制湍流時(shí)[8]</p><p>　　=0.023（2—15）</p><p>　　=0.023×××=2369</p><p><b>　　修正系數(shù)[8]</b></p><p><b>　　=（2—16）</b></p><p>

107、<b>　　==0.94</b></p><p>　　流體在圓形直管中作過(guò)渡流</p><p>　　=0.94×2396=2227</p><p>　　流體在彎管中對(duì)流時(shí)[8]</p><p><b>　　=（2—17）</b></p><p><b>

108、　　r—彎曲半徑，m.</b></p><p>　　在換熱構(gòu)件設(shè)計(jì)中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[4]</p><p>　　則r==0.12 m</p><p><b>　　==3475 </b></p><p>　　床層對(duì)彎管壁傳熱系數(shù)[4]</p><p>　

109、　=0.075（1-）（2—18）</p><p>　　式中：-床層與壁管壁傳熱系數(shù)，</p><p><b>　　-顆粒密度</b></p><p><b>　　-氣體密度</b></p><p><b>　　-氣體流速，m/s</b></p><p&g

110、t;<b>　　-氣體粘度Pa·s</b></p><p>　　- 顆粒平均直徑，m</p><p><b>　　- 流化空隙率</b></p><p><b>　　-氣體導(dǎo)熱系數(shù)，</b></p><p><b>　　-氣體比熱容，</b>&l

111、t;/p><p><b>　　-固體比熱容，</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=542 </b></p><p>　　蛇形換熱構(gòu)件總的傳熱系數(shù)[8]</p><p><b>　　（2—19）</b&

112、gt;</p><p>　　式中：剛的導(dǎo)熱系數(shù)=45,</p><p>　　冷卻水側(cè)污垢熱阻= ,</p><p>　　流化顆粒側(cè)污垢熱阻=.</p><p><b>　　則=</b></p><p><b>　　=342</b></p><p>　　

113、2.4.5單管式列管換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　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</p><p><b>　　則取r=0.12m</b></p><p>　　結(jié)合實(shí)際情況取主管n=8 ，u=0.3</p><p><b>　　則管徑==m</b></p>

114、<p>　　由無(wú)縫鋼管規(guī)格GB8163—87，取d=11mm×2mm材料為20鋼</p><p><b>　　流體對(duì)直管傳熱系數(shù)</b></p><p>　　G=u·=0.3×993.6=298.08</p><p>　　Re===2886(過(guò)渡流）</p><p>　　修正系

115、 ===0.65</p><p><b>　　=0.023</b></p><p><b>　　==2284</b></p><p>　　==0.65×2284=1485</p><p>　　又床層對(duì)豎直管傳熱系數(shù) =6913</p><p>

116、;<b>　　=</b></p><p><b>　　即K=457</b></p><p>　　2.4.6鼠籠式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　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=0.12m</p><p>　　上下兩個(gè)環(huán)形彎管流速取=0.2</p><

117、;p>　　則 ==0.023m</p><p>　　由無(wú)縫鋼管規(guī)格GB8163—87，取d=27mm×2mm材料為20鋼</p><p>　　根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)豎直管取n=16 ，=0.3</p><p><b>　　==m</b></p><p>　　由無(wú)縫鋼管規(guī)格GB8163—87，取d=9mm

118、5;2mm材料為20號(hào)鋼</p><p>　　對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)設(shè)取，取直管有效高度L=0.6m</p><p><b>　　則彎管部分面積 </b></p><p><b>　　==0.0545</b></p><p>　　直管部分面積 </p><p><b&g

119、t;　　==0.1508</b></p><p>　　傳熱面積 =0.2053</p><p><b>　　兩者傳熱系數(shù)比 </b></p><p><b>　　則預(yù)取傳熱系數(shù) </b></p><p><b>　　= （2—20）</b><

120、/p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　流體對(duì)彎管傳熱系數(shù)</b></p><p>　　=0.2×993.6=199</p><p>　　==6331（過(guò)渡流）</p><p><b>　　湍流下傳熱系數(shù)</b><

121、/p><p>　　=0.023（2—21）</p><p><b>　　==1303</b></p><p>　　修正系數(shù) ===0.91</p><p>　　==0.91×1303=1186</p><p>　　==1186=1991 </p>