臥式多室流化床干燥器在硫酸銨干燥中的選型計算

蘇國英，高　妍，郭中山，譚永鵬，駱　浩(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司　甘肅蘭州　730060)

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臥式多室流化床干燥器在硫酸銨干燥中的選型計算

蘇國英，高妍，郭中山，譚永鵬，駱浩
(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司甘肅蘭州730060)

摘要根據(jù)硫酸銨干燥項目工藝設計參數(shù)，對臥式多室流化床干燥器進行了選型計算，并配套其他相關工藝設備。所設計的臥式多室流化床干燥器投入實際運行后，具有干燥效果好、結構簡單、物料夾帶少、安全可靠、易于操作、環(huán)境污染小等特點，完全可以滿足硫酸銨的干燥要求。

關鍵詞硫酸銨干燥選型計算

Selection Calculation of Horizontal Multi-Compartment Fluidized Bed Dryer for Drying Ammonium Sulfate

Su Guoying，Gao Yan，Guo Zhongshan，Tan Yongpeng，Luo Hao

(Tianhua Institute of Chemical Machinery and Automation Co.，Ltd.Gansu Lanzhou 730060)

Abstract Based on process design parameters of drying ammonium sulfate project，a selection calculation of horizontal multi-compartment fluidized bed dryer is carried out，including other relevant supporting process equipment.After putting into actual operation of the designed horizontal multicompartment fluidized bed dryer，it has the features of good drying effect，simple structure，less material entrainment，safe and reliable，easy to operate，less environmental pollution，etc.The requirements for drying ammonium sulfate can be met fully.

Keywords ammonium sulfate dry selection calculation

目前，在硫酸銨工業(yè)生產中，其干燥所采用的設備有氣流干燥器、振動床干燥器、廂式干燥器、流化床干燥器、盤式干燥器［1-4］等，其中流化床干燥器因其對被干燥物料的適應性廣、傳熱效率高而一直為人們所重視，已在食品、化工、建材、制藥等領域得到了廣泛的應用。

流化床干燥器可分為單層流化床干燥器、多層流化床干燥器、臥式多室流化床干燥器、振動流化床干燥器、噴動流化床干燥器、脈沖流化床干燥器等多種形式。相對于其他形式的流化床干燥器，臥式多室流化床干燥器具有如下特點［5］:①操作簡單，便于操作控制。②干燥效果好，物料在床層內的停留時間分布范圍窄，干燥時間分布均勻，不會出現(xiàn)物料“短路”現(xiàn)象，干燥產品濕度均勻;可根據(jù)實際需要實時調節(jié)物料在床層內的停留時間，避免了能源浪費，干燥后產品含水質量分數(shù)可達0.01％～0.03％;物料顆粒在干燥過程中的碰撞概率小，對物料磨損小，產品外觀質量高。③占地面積小，結構簡單，易于制造，設備投資低;設備內無傳動部件，維修周期長，維護成本低;干燥溫度可調，避免了能源浪費。

山東某公司的硫酸銨干燥項目采用臥式多室流化床干燥器，干燥與冷卻在同一設備內實現(xiàn)，減少了干燥床與冷卻床之間的物料輸送，簡化了工藝流程，方便了系統(tǒng)操作，具有節(jié)能省地雙重功效。該干燥器自2012年9月底投入使用以來，運行情況良好。

1　工藝流程

臥式多室流化床干燥器干燥硫酸銨工藝流程如圖1所示。

圖1　臥式多室流化床干燥器干燥硫酸銨工藝流程

來自上游工段的濕硫酸銨物料經雙螺旋混合器進入臥式多室流化床干燥器干燥段第1室，與從流化床底部進入的熱空氣沸騰接觸，然后依次再經干燥段第2和第3室，逐步將硫酸銨干燥至要求的水分含量;干燥后的硫酸銨顆粒進入流化床干燥器冷卻段，冷空氣從冷卻段底部進入，物料在冷卻室中被逐步冷卻;從流化床干燥器冷卻段出來的硫酸銨物料(＜60℃)由旋轉卸料閥卸出，經皮帶輸送機送至產品料倉。空氣經空氣過濾器過濾后由鼓風機送入空氣換熱器，與1.1 MPa(表壓)蒸汽換熱至約140℃后分別進入流化床干燥器3個干燥室;冷空氣經空氣過濾器由鼓風機送入流化床干燥器的冷卻段;干燥硫酸銨后的熱氣體與冷卻硫酸銨后的冷空氣在流化床干燥器上部匯合并從頂部引出進入旋風分離器進行氣固分離，分離出的硫酸銨粉末進入溶解槽;夾帶少量硫酸銨粉塵的氣體從頂部離開旋風分離器，經引風機進入洗滌塔進行噴淋水洗，凈化后的氣體經洗滌塔頂部填料和除霧器除霧后放空。

2　選型計算

2.1主要設計參數(shù)

臥式多室流化床干燥器主要設計參數(shù)見表1。

2.2選型計算

2.2.1符號說明

G1——物料進料量，kg/h;

G2——干燥產品出料量，kg/h;

GC——絕干物料量，kg/h;

X1，X2——進、出料中的含水率，干基;

表1　臥式多室流化床干燥器主要設計參數(shù)

W——水分蒸發(fā)量，kg/h;

γ——100℃下水的汽化潛熱，kcal/kg;

Cw，Cs——水及硫酸銨的比熱，kcal/(kg·℃) ;

T1，T2——硫酸銨進、出料溫度，℃;

t1，tw——熱風進口溫度及氣體濕球溫度，℃;

t2——物料出干燥段溫度，℃;

rw——濕球溫度下的汽化潛熱，kcal/kg;

C2-C*——物料出口的自由水分，干基;

C0-C*——物料的臨界自由水分，干基;

L——單位流化床截面積通過氣體流量，kg/ (m2·h) ;

αa——物料體積傳熱系數(shù)，kJ/(m3·h·℃) ;

H0——物料靜止床層高度，mm;

Cf——干燥流體比熱，kcal/(kg·℃) ;

Δtm——對數(shù)平均溫差，℃;

A——流化床底面積，m2。

2.2.2質量衡算

則水分蒸發(fā)量W =470.0 kg/h。

2.2.3熱量衡算

由于只有結晶水的干燥，所以僅有降速干燥過程。

(1)干燥段熱量衡算

蒸發(fā)水分需要的熱量QD1:

加熱水分熱量QD2:

加熱物料熱量QD3:

干燥物料需要的總熱量:

則在該項目的工藝條件下，干燥硫酸銨所需的總熱量QD=1 721 216.51 kJ/h，并可得到干燥段單位面積通過的氣體流量LA=5 873.7 kg/(m2·h)。

(2)冷卻段熱量衡算

假設物料出口溫度為55℃，則冷卻物料中水分所需熱量QC1:

冷卻物料所需熱量QC2:

冷卻物料需要的總熱量QC:

則在該項目的工藝條件下，冷卻來自干燥段的硫酸銨物料所需的熱量為974 179.35 kJ/h，并可得到冷卻段單位面積通過的氣體流量LB= 6 220.0 kg/(m2·h)。

2.2.4底面積計算

根據(jù)物料特性、最大顆粒臨界流化速度及最小顆粒逃逸速度，計算得物料體積傳熱系數(shù)(αa) 為627 178.20 kJ/(m3·h·℃)，并取顆粒流化速度u =1.4～1.8 m/s。

(1)干燥段底面積計算

干燥段出口物料溫度t2可按下式計算:

則可計算得到干燥段出口物料溫度t2= 83.2℃。

其中靜止床層高度H0= 300 mm。通過式(12)和(13)可求得臥式多室流化床干燥器干燥段所需底面積為6.0 m2。

(2)冷卻段底面積計算

假設冷空氣進口溫度為30.0℃(考慮夏季工況)，通過試差計算，求得冷空氣出臥式多室流化床干燥器溫度為66.2℃，同樣可通過式(13)求得冷卻段所需底面積為1.8 m2。

2.2.5分布板開孔率

根據(jù)物料粒徑分布情況，可選取分布板開孔率為5％，分布板開孔形式為舍形孔，并進行核算。

2.3干燥系統(tǒng)主要配套設備規(guī)格

根據(jù)系統(tǒng)質量與熱量衡算，主要配套設備規(guī)格參數(shù)如下:空氣換熱器換熱面積1 200 m2，采用翅片管式換熱器;旋風除塵器及噴淋洗滌塔直徑分別為Φ 2 000 mm和Φ 2 500 mm，干燥段鼓風機型號為9-28ⅠNo11.2-D，冷卻段鼓風機型號為9-19 No11.2-D，尾氣引風機型號為Y5-47ⅡNo12.4D。

3　流化床干燥系統(tǒng)設計特點

3.1臥式多室流化床干燥器設計特點

(1)物料的干燥和冷卻在同一設備中進行，簡化了流程，減少了設備，節(jié)省了占地面積。

(2)臥式多室流化床干燥器共分4個室，其中干燥段3個、冷卻段1個，在相鄰風室間安裝了可調的擋板，物料的停留時間相對較為恒定，避免了物料發(fā)生“短路”現(xiàn)象，干燥產品濕度比較均勻。

(3)在干燥過程中，濕物料從進料口依次經過各風室，物料在各風室的濕含量略有不同，可以根據(jù)具體情況調節(jié)熱風溫度和各風室的熱風量，使風量從第1室至第3室依次降低，4個室的床層壓降呈現(xiàn)梯度，保證物料流動順暢。

(4)采用分塊組裝式分布板，各分布板連接處的間隙≤1 mm并采用防腐硅密封膠密封，既減少了漏料的可能，又避免了分布板縫隙處形成風幕墻而導致物料局部流動不正常甚至死床的可能性［6］。分布板開孔采用舍形孔，其孔口方向與物料流動方向相同，保證了物料從設備進口到尾端的順暢流動，同樣可減少停車時的漏料量。

(5)流化床干燥器對物料的磨損程度較輕，降低了超細物料的比例，提高了硫酸銨產品的外觀質量。

(6)設備結構簡單，無傳動部件，便于加工制造、操作和維修。

3.2環(huán)境污染小

臥式多室流化床干燥器頂部設有擴大段，可有效減少尾氣夾帶硫酸銨粉塵量。尾氣經旋風分離器分離除塵后，再經洗滌塔噴淋洗滌，完全可達到環(huán)保排放要求。空氣換熱器及流化床干燥器外壁設有隔熱層，風機設置減震器和隔音罩。流化床干燥器頂部設置壓力測量元件，保證流化床在微負壓下操作，避免了粉塵灑落。粉塵和水全部回收進入生產系統(tǒng)，沒有新的污染源產生。

3.3操作彈性大

該項目選用雙螺旋給料器，可有效破碎來自離心機的塊狀物料，從而避免了流化床第1室出現(xiàn)物料結塊和座床現(xiàn)象，處理能力可滿足生產要求。

4　存在的問題

(1)在運行過程中，流化床側壁上設置的觀察窗表面被霧氣完全覆蓋，需不停擦拭，導致擦拭把柄使用壽命縮短且更換不便。

(2)為方便各分布板間的連接固定，每塊分布板邊緣處設有不開孔區(qū)域，在此區(qū)域內開設螺栓孔，導致開孔率降低，運行過程中若風量調節(jié)不當，便有可能造成死床。

(3)硫酸銨中含有游離氨，有一定的腐蝕性，故各分布板連接處采用耐腐蝕的硅密封膠密封。為防止此處與分布板不開孔區(qū)域一起造成死床，應考慮將分布板連接處設計為布風結構。

參考文獻

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［5］金國淼.干燥設備［M］.北京:化學工業(yè)出版社: 97-164.

［6］牛虎，馬訓強，邢召良，等.淺談流化床干燥器布風板的設計［J］.化工設計，2002(6) : 5-7.

(收稿日期2015-07-14)

作者簡介:蘇國英(1983—)，女，碩士，化工工藝工程師，從事化工工藝的設計研究工作，研究方向為化工工藝; sgy703@@126.com。

中圖分類號:TQ441.11

文獻標識碼:A

文章編號:1006-7779(2016) 01-0054-04