年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設計——轉筒干燥器的設計【含CAD圖紙+文檔】

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年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設計 ——轉筒干燥器的設計 摘 要：氧化銻是重要的化工產(chǎn)品，屬無機類阻燃劑，一般與鹵系阻燃劑復配使用，是一種重要的阻燃協(xié)效劑，也可用作防火涂料和填充料、媒染劑等。本文綜述了阻燃型填料氧化銻的性質、用途、主要生產(chǎn)方法、產(chǎn)品規(guī)格、市場前景及發(fā)展趨勢，主要探索了年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的工藝設計。設計中選用間歇生產(chǎn)方法（濕法.氨解法），將輝銻礦經(jīng)焙燒、冷凝后置于反應釜加酸攪拌溶解，經(jīng)過濾、水解、中和、洗滌、干燥、粉碎等步驟后得最終產(chǎn)品。本文主要承擔了干燥器的設計，主要對干燥器工藝尺寸進行了計算和合理的選型。 關鍵詞：阻燃型填料;氧化銻；工藝設計；轉筒干燥器 The process design of antimony oxide flame-retardant filler of 5,000 tons per year:The design of cylinder drier Abstract：Antimony oxide is an important chemical products, an inorganic flame retardants halogen flame retardant is generally related to the use of compound, is an important synergism of flame-retardant agent, also can be used as a fire retardant coating and filler, such as mordant. In this paper, antimony oxide flame retardant filler nature, uses, the main production methods, product specifications, market prospects and development trends, the annual output of 5000 to explore the main flame-retardant antimony oxide fill process design. Batch production in the selected design method (wet. Ammonia solution), will be roasted by stibnite, condensation reactor placed after the mixing acid dissolved by filtration, hydrolysis, and, washing, drying, grinding and other steps after the the final product. Assumed in this paper and drier design to determine the process parameters ,type and size, a reasonable selection. Key words : antimony oxide flame retardant filler, process design, and cylinder drier. 目錄 摘 要 1 ABSTRACT 1 1. 概述 2 1.1 氧化銻的性質 2 1.2 氧化銻的作用及用途 2 1.3 阻燃機理 2 1.3.1 阻燃劑的市場現(xiàn)狀 3 1.4 產(chǎn)品的毒副作用及防護處理 4 1.5 市場需求及發(fā)展前景 4 1.6 氧化銻合成方法簡介 4 1.6.1 干法： 4 1.6.2 濕法： 5 2. 設計任務 6 3. 原料及產(chǎn)品技術規(guī)格 6 3.1 原料 6 3.2 產(chǎn)品規(guī)格（質量標準見下表） 6 4. 生產(chǎn)工藝介紹 7 4.1 本文選用氨解法制造氧化銻 7 5. 干燥器的類型 8 5.1 干燥器的主要形式 8 5.1.1 廂式干燥器 8 5.1.2 洞道式干燥器 9 5.1.3 帶式干燥器 9 5.1.4 轉筒干燥器 9 5.1.5 氣流干燥器 10 5.1.6 流化床干燥器 11 5.1.7 噴霧干燥器 11 5.1.8 滾筒干燥器 11 5.2干燥器的選型 11 6. 工藝計算 12 6.1 計算的主要項目為轉筒直徑，長度，物料，在干燥器內的停留時間 12 6.1.1 轉筒干燥器的直徑 12 6.1.2 轉筒干燥器的長度 12 6.1.3 物料在轉筒干燥器內的停留時間 13 6.1.4 轉筒的傾斜率 14 6.1.5 填充率 14 6.2 轉筒干燥器的計算 14 6.3 計算結果匯總 18 結束語 20 參考文獻 21 致謝 22 1 XX 大學 本科畢業(yè)設計 題 目 年產(chǎn) 5000 噸阻燃性氧化銻 轉筒干燥器的設計 學生姓名 專業(yè)名稱 化學工程與工藝 指導教師 20XX 年 5 月 27 日 2 目錄 摘 要 1 Abstract 1 1 概述 2 1 1 氧化銻的性質 2 1 2 氧化銻的作用及用途 2 1 3 阻燃機理 2 1 3 1 阻燃劑的市場現(xiàn)狀 3 1 4 產(chǎn)品的毒副作用及防護處理 4 1 5 市場需求及發(fā)展前景 4 1 6 氧化銻合成方法簡介 4 1 6 1 干法 4 1 6 2 濕法 5 2 設計任務 6 3 原料及產(chǎn)品技術規(guī)格 6 3 1 原料 6 3 2 產(chǎn)品規(guī)格 質量標準見下表 6 4 生產(chǎn)工藝介紹 7 4 1 本文選用氨解法制造氧化銻 7 5 干燥器的類型 8 5 1 干燥器的主要形式 8 5 1 1 廂式干燥器 8 5 1 2 洞道式干燥器 9 5 1 3 帶式干燥器 9 5 1 4 轉筒干燥器 9 5 1 5 氣流干燥器 10 5 1 6 流化床干燥器 11 5 1 7 噴霧干燥器 11 5 1 8 滾筒干燥器 11 5 2 干燥器的選型 11 3 6 工藝計算 12 6 1 計算的主要項目為轉筒直徑 長度 物料 在干燥器內的停留時間 12 6 1 1 轉筒干燥器的直徑 12 6 1 2 轉筒干燥器的長度 12 6 1 3 物料在轉筒干燥器內的停留時間 13 6 1 4 轉筒的傾斜率 14 6 1 5 填充率 14 6 2 轉筒干燥器的計算 14 6 3 計算結果匯總 18 結束語 20 參考文獻 21 致謝 22 1 年產(chǎn) 5000 噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設計 轉筒干燥器的設計 摘 要 氧化銻是重要的化工產(chǎn)品 屬無機類阻燃劑 一般與鹵系阻燃劑復配使用 是一種 重要的阻燃協(xié)效劑 也可用作防火涂料和填充料 媒染劑等 本文綜述了阻燃型填料氧化 銻的性質 用途 主要生產(chǎn)方法 產(chǎn)品規(guī)格 市場前景及發(fā)展趨勢 主要探索了年產(chǎn) 5000 噸阻燃型填料氧化銻的工藝設計 設計中選用間歇生產(chǎn)方法 濕法 氨解法 將輝銻礦經(jīng) 焙燒 冷凝后置于反應釜加酸攪拌溶解 經(jīng)過濾 水解 中和 洗滌 干燥 粉碎等步驟 后得最終產(chǎn)品 本文主要承擔了干燥器的設計 主要對干燥器工藝尺寸進行了計算和合理 的選型 關鍵詞 阻燃型填料 氧化銻 工藝設計 轉筒干燥器 2 The process design of antimony oxide flame retardant filler of 5 000 tons per year The design of cylinder drier Abstract Antimony oxide is an important chemical products an inorganic flame retardants halogen flame retardant is generally related to the use of compound is an important synergism of flame retardant agent also can be used as a fire retardant coating and filler such as mordant In this paper antimony oxide flame retardant filler nature uses the main production methods product specifications market prospects and development trends the annual output of 5000 to explore the main flame retardant antimony oxide fill process design Batch production in the selected design method wet Ammonia solution will be roasted by stibnite condensation reactor placed after the mixing acid dissolved by filtration hydrolysis and washing drying grinding and other steps after the the final product Assumed in this paper and drier design to determine the process parameters type and size a reasonable selection Key words antimony oxide flame retardant filler process design and cylinder drier 3 1 概述 1 1 氧化銻的性質 氧化銻亦稱三氧化二銻 銻華 氧化銻 方銻礦 為白色或灰色無溴晶體 粉末 屬兩性氧化物 是電的不良導體 微溶于水 難溶于乙醇 亦不溶于稀 硫酸和稀硝酸 可溶于濃鹽酸 濃硫酸 濃堿 草酸 酒石酸和發(fā)煙硝酸 表 1 理化指數(shù)32OSb 名稱 理化指數(shù) 分子式 32OSb 相對分子質量 291 5 沸點 1550 Co 密度 5670 3mkg 折射率 2 350 晶形 斜方晶體 立方晶體 吸油性 11 1 2 氧化銻的作用及用途 氧化銻廣泛應用于 PVC PP PE ABS PU 等塑料中做阻燃劑 尤其與 鹵化物阻燃劑并用時表現(xiàn)出良好的阻燃性 對其力學性能影響小 也用作帆布 紙張 涂料等的阻燃助劑 還可用作媒染劑和白色油漆燃料 制造白色玻璃 搪瓷 吐酒石 藥物 膠合水泥及銻鹽等 在橡膠塑料工業(yè)中作填充劑和阻燃 劑 在搪瓷 陶瓷制品中作搪瓷遮蓋劑 在電子工業(yè)中用于制作壓敏陶瓷及磁 頭零件用的非磁性陶瓷 在涂料工業(yè)中作為油漆的白色顏料及阻燃劑 用作有 機合成的催化劑 1 3 阻燃機理 一般而言 有機材料進行燃燒應具備三個條件 外界熱能的供應 氧氣的 存在在和材料本身降解生成的可燃性氣體 材料燃燒過程的主要反應為 OHCR22 O2 4 OH2 當材料受熱后溫度升高 一定溫度后 發(fā)生熱降解和氧化熱降解反應 在 氧的參與下生成活性較高的羥基自由基 它決定著燃燒的速度 接著 羥 HO 基自由基與 發(fā)生反應 生成的 自由基與 反應生成 如此反應循環(huán)C 2 HO 進行 具有連鎖反應的特征 因此反應速度極快 由此可知 為了阻止材料燃 燒 其基本方法是抑制可燃性氣體的發(fā)生和阻斷氧氣的供應 三氧化二銻作為阻燃劑 本身并無良好阻燃效果 但與鹵化物阻燃劑并用 時卻表現(xiàn)出良好的阻燃性 并超過了這兩種阻燃劑中的任何一種 反映了他們 之間的化學作用改變了原來的性質 三氧化二銻與鹵化物并用時在高溫下生成 鹵化銻 其反應為 三鹵化銻沸點較高 沸O3R2SbX6OSb232 3SbCl 點 223 沸點 288 密度大 可以長時間的在火焰區(qū)域起作用 鹵3BrCo 化銻在聚相時 能促使聚合物 阻燃劑體系脫鹵化氫和使聚合物表面炭化 同 時在氣態(tài)時又能捕捉自由基 這些反應都有利于阻燃 受熱時先釋放出 并生成 然后 進行熱分解 在吸取大HlSbOlSbCl 量熱的同時生成 在火焰溫度下 分解出 游離基 與火焰中的3SbC3 活性 等結合 起到抑制火焰的作用 同時 蒸汽比重大 O l3bl 附于物料表面 起到隔絕空氣的作用 并在火焰上空凝結成液滴或者固體微粒 能量在固體表面被消耗 使燃燒速度減慢或停止 1 3 1 阻燃劑的市場現(xiàn)狀 隨 著 我 國 合 成 材 料 工 業(yè) 的 發(fā) 展 和 應 用 領 域 的 不 斷 拓 展 阻 燃 劑 在 化 學 建 材 電 子 電 器 交 通 運 輸 航 天 航 空 日 用 家 具 室 內 裝 飾 衣 食 住 行 等 各 個 領 域 中 具 有 廣 闊 的 市 場 前 景 此 外 煤 田 油 田 森 林 滅 火 等 領 域 也 促 進 了 我 國 阻 燃 劑 發(fā) 生 較 快 的 發(fā) 展 我 國 阻 燃 劑 已 發(fā) 展 成 為 僅 次 于 增 塑 劑 的 第 二 大 高 分 子 材 料 改 性 添 加 劑 目 前 的 年 生 產(chǎn) 量 在 15 萬 17 萬 t 之 間 年 消 費 量 20 萬 t 左 右 不 足 部 分 主 要 從 美 國 和 以 色 列 進 口 進 口 的 主 要 品 種 為 有 機 溴 及 鹵 磷 系 阻 燃 劑 我 國 阻 燃 劑 生 產(chǎn) 廠 60 余 家 能 夠 生 產(chǎn) 50 余 種 產(chǎn) 品 主 要 為 溴 磷 系 列 其 中 溴 系 阻 燃 劑 是 最 重 要 的 系 列 約 占 我 國 有 機 阻 燃 劑 的 30 國 內 阻 燃 劑 的 品 種 和 消 費 量 還 是 以 有 機 阻 燃 劑 為 主 無 機 阻 燃 劑 生 產(chǎn) 和 5 消 費 量 還 較 少 但 近 年 來 發(fā) 展 勢 頭 較 好 市 場 潛 力 較 大 阻 燃 劑 中 最 常 用 的 鹵 系 阻 燃 劑 具 有 其 他 阻 燃 劑 系 列 無 可 比 擬 的 高 效 性 1 4 產(chǎn)品的毒副作用及防護處理 氧化銻產(chǎn)品具有刺激性 對呼吸器官及眼 鼻 喉 皮膚均有刺激作用 吸入后引起上呼吸道刺激 頭痛 惡心 嘔吐 呼吸困難 二氧化銻可溶于胃 液 產(chǎn)生含銻離子 而銻是重金屬 攝入后引起胃腸道刺激 惡心 嘔吐 口 腔和咽喉燒傷及中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制 慢性影響是 可致肝 腎損害 接觸工人 出現(xiàn)血壓變化及心電圖異常 可致皮膚損害 引起皮膚干燥 皸裂 還可出現(xiàn) 皮炎或濕疹 1 5 市場需求及發(fā)展前景 我國的銻礦資源十分豐富 其儲量和產(chǎn)量占居世界首位 氧化銻是最重要 的無機阻燃劑之一 單獨使用的時候阻燃作用很小 但是與鹵系阻燃劑并用時 可以大大提高鹵系阻燃劑的效能 因此它是幾乎所有鹵系阻燃劑中不可缺少的 協(xié)效劑 盡管近年來阻燃劑無鹵化呼聲很高 但由于銻鹵協(xié)效阻燃的高效性 及對材料的物理性能影響極小 鹵系阻燃劑在一段時間內仍將占據(jù)阻燃劑的主 導地位 因此氧化銻仍有一定的發(fā)展空間 隨著有機高分子合成材料的廣泛 應用 同時對于合成材料的易燃燒 容易造成火災的特點 人們對防火安全性 顯示了強烈關注 從而促進了氧化銻在塑料 涂料 橡膠 建材 電子 紡織 等領域的應用獲得迅速發(fā)展 1 6 氧化銻合成方法簡介 傳統(tǒng) 的工業(yè)制備方法主要分為干法和濕法兩大類 32OSb 加熱條件下的金屬銻與氧反應法 焙燒三硫化二銻礦物法 三硫化二銻水 解法 電解氯化銻法 銻精礦直接氧化法 濕化學方法 等前兩種屬于干法 后三種屬于濕法 制備 的方法還有等離子體法和膠體沉淀法等 這些方32Sb 法最大的缺點就是雜質含量過高 白度低 粉末顆粒分布不均勻 1 6 1 干法 1 加熱條件下金屬梯與氧反應法 23O4Sb 3 6 2 焙燒三硫化二銻礦物法 2322326SOb9Sb CO2S3OSb2 4 生產(chǎn)過程 蒸發(fā)硫化銻或金屬梯 氧化其蒸氣 并從蒸氣相中使氧化銻進 行結晶 該過程的溫度為 600 800 當使用硫化礦時 會產(chǎn)生廢料 固oo 體礦渣和氣體二氧化硫 金屬銻燃燒法雖無廢料產(chǎn)生 但考慮成本 工業(yè)生產(chǎn) 常不考慮 1 6 2 濕法 1 三氯化銻水解法 HCl6OSb32SbCl322 注 工業(yè)上一般以氨水作為氯化氫接收體 2 銻精礦直接氧化法 酸式濕法 多用硫酸 工藝流程 產(chǎn)品 干燥 水 堿 水 銻精礦 過濾干燥浸出 還原 水解 中和 浸出劑 還原劑 工業(yè)上用的最多的是氨解法和直接法 3 氨解法 濕法 O3H2SbCl6lOSb22 2HClSbOlSbCl23 l4 lNNl 243223 lSbSbl 243232 工藝流程 輝銻礦 鹽酸 水 水 氨水 焙燒爐 冷凝器 反應釜 過濾 水解 過濾 粉碎機 干燥爐 洗滌槽 中和槽過濾 7 產(chǎn)品 4 直接法 輝銻礦法 2322326COSb9CSb O3224 將粉碎的輝銻礦與焦炭以 7 1 的比例混合均勻 置于焙燒爐 或反射爐 內 在 6000 左右氧化焙燒 將爐氣冷凝收集揮發(fā)出的 蒸氣 此時因含32OSb 有較多雜質 需將其轉至還原爐中 在焦炭存在下 用純堿作助熔劑 加熱還 原成金屬銻 再將其放入氧化爐中用空氣氧化成 蒸氣 再送入冷凝器32 冷凝收集 即得 含量大于 99 的成品 32OSb 2 設計任務 年產(chǎn) 5000 噸阻燃型填料三氧化二銻的生產(chǎn)工藝 本工藝過程主要分為七個 階段 分別是礦石焙燒 粗銻白反應 過濾 水解 中和 洗滌和干燥 本文 完成的是第七階段干燥的工藝設計 轉筒干燥器 確定生產(chǎn)的最佳工藝條件 已知條件 1 按一年生產(chǎn) 300 天 一天生產(chǎn) 24 小時計算 3 原料及產(chǎn)品技術規(guī)格 3 1 原料 鹽酸 粗銻白 3 2 產(chǎn)品規(guī)格 質量標準見下表 表 2 原料規(guī)格 項目 主要成分組分 輝銻礦 71 4 28 6 32Sbb 鹽酸 30 氨水 8 7pH 鹽酸或硝酸 0 1 lmo 8 表 3 產(chǎn)品的主要技術規(guī)格 項目 零級 一級 二級 色澤 純白 純白 白色略帶微紅 S b3299 5 99 98 PO0 13 0 2 0 3 32As0 06 0 12 0 2 雜質總和 0 05 1 0 325 目篩余量 0 1 0 5 100 目篩余量 全通過 4 生產(chǎn)工藝介紹 4 1 本文選用氨解法制造氧化銻 其具體的工藝流程分為以下幾步 1 焙燒 火法煉銻中將銻礦石 含 在空氣中加熱成粉末 并除32Sb 去全部的硫 2 溶解 用輝銻礦 精礦或粗銻白 銻氧粉 為原料置于反應釜中 按重量比 0 3 1 的比例加入濃度為 30 的鹽酸 攪拌 讓其充分溶解 生成三 氧化銻 3 過濾 過濾 2 中的反應液 濾液存用 4 水解 將 3 中濾液轉入水解槽進行水解 常溫攪拌 注 水解完 全的程度取決于水解液中剩余酸度的高低 一般水解產(chǎn)物控制在 階段時 其相應母液的酸度為 0 5 0 6mol L 這時大量雜質仍2SbOCl3 留在母液中 水解過程可在常溫下攪拌實現(xiàn) 水解產(chǎn)物過濾后的濾餅 由于含 有少量雜質 可用 0 1mol L 洗滌除去 由于金屬雜質的硝酸鹽溶解度大 3HNO 且稀硝酸不會使 氧化 效果更好 3Sb 5 中和 凈化后的濾餅放入中和槽 以除 即生成銻白 中和時的酸度 Cl 控制在 PH 7 8 酸度太高銻溶解 增大損失 太低則除不完全 9 中和時 用酸液 PH 7 8 調 與常溫 進行攪拌 當 PH 穩(wěn)定到 8 時 Cl 中和即完成 6 洗滌 7 干燥中和過濾后的產(chǎn)品含濕量為 40 左右 在干燥箱 100 150 溫度下烘干兩小時 即可獲得 99 5 高質量銻白 32OSb 8 粉碎 干燥好的產(chǎn)品轉入粉碎機粉碎至理想粒度既得最終產(chǎn)品 5 干燥器的類型 5 1 干燥器的主要形式 在工業(yè)生產(chǎn)中 由于被干燥物料的形狀 塊狀 粒狀 溶液 漿狀及膏糊 狀等 和性質 耐熱性 含水量 分散性 粘性 耐酸堿性 防爆性及濕度等 不同 生產(chǎn)規(guī)?；蛏a(chǎn)能力也相差較大 對干燥產(chǎn)品的要求 如含水量 形狀 強度及粒度等 也不盡相同 因此 所采用干燥器的型式也是多種多樣的 通 常 干燥器可按加熱方式分成如表 4 所示的類型 表 4 常用干燥器的分類 類型 干燥器 對流干燥器 廂式干燥器 氣流干燥器 沸騰干燥器 轉筒干燥器 噴霧干燥器 傳導干燥器 滾筒干燥器 真空盤架式干燥器 輻射干燥器 紅外線干燥器 介電加熱干燥器 微波干燥器 5 1 1 廂式干燥器 廂 式 干 燥 器 又 稱 盤 式 干 燥 器 是 一 種 常 壓 間 歇 操 作 的 最 古 老 的 干 燥 設 備 之 一 一 般 小 型 的 稱 為 烘 箱 大 型 的 稱 為 烘 房 按 氣 體 流 動 的 方 式 又 可 分 為 并 流 式 穿 流 式 和 真 空 式 廂式干燥器還可用煙道氣作為干燥介質 10 廂式干燥器的優(yōu)點是結構簡單 設備投資少 適應性強 缺點是勞動強度 大 裝卸物料熱損失大 產(chǎn)品質量不易均勻 廂式干燥器一般應用于少量 多 品種物料的干燥 尤其適合于實驗室應用 5 1 2 洞道式干燥器 洞道式干燥器的器身為狹長的洞道 內敷設鐵軌 一系列的小車載著盛于 淺盤中或懸掛在架上的濕物料通過洞道 在洞道中與熱空氣接觸而被干燥 小 車可以連續(xù)地或間歇地進出洞道 由于洞道干燥器的容積大 小車在器內停留時間長 因此適用于處理量大 干燥時間長的物料 如木材 陶瓷等 干燥介質為熱空氣或煙道氣 氣速一般 應大于 2 3m s 洞道中也可采用中間加熱或廢氣循環(huán)操作 5 1 3 帶式干燥器 帶式干燥器干燥室的截面為長方形 內部安裝有網(wǎng)狀傳送帶 物料置于傳 送帶上 氣流與物料錯流流動 帶子在前移過程中 物料不斷地與熱空氣接觸 而被干燥 傳送帶可以是單層的 也可以是多層的 帶寬約為 1 3m 帶長約為 4 50m 干燥時間約為 5 120min 通常在物料的運動方向上分成許多區(qū)段 每 個區(qū)段都可裝設風機和加熱器 在不同區(qū)段內 氣流的方向 溫度 濕度及速 度都可以不同 如在濕料區(qū)段 操作氣速可大些 根據(jù)被干燥物料的性質不同 傳送帶可用帆布 橡膠 涂膠布或金屬絲網(wǎng) 制成 物料在帶式干燥器內基本可保持原狀 也可同時連續(xù)干燥多種固體物料 但要求帶上物料的堆積厚度 裝載密度均勻一致 否則通風不均勻 會使產(chǎn)品 質量下降 這種干燥器的生產(chǎn)能力及熱效率均較低 熱效率約在 40 以下 帶 式干燥器適用于干燥顆粒狀 塊狀和纖維狀的物料 5 1 4 轉筒干燥器 用熱空氣直接加熱的逆流操作轉筒干燥器 其主體為一略微傾斜的旋轉圓 筒 濕物料從轉筒較高的一端送入 熱空氣由另一端進入 氣固在轉筒內逆流 接觸 隨著轉筒的旋轉 物料在重 力 作 用 下 流 向 較 低 的 一 端 通 常 轉 筒 內 壁 上 裝 有 若 干 塊 抄 板 其 作 用 是 將 物 料 抄 起 后 再 灑 下 以 增 大 干 燥 表 面 積 提 高 干 燥 速 率 同 時 還 促 使 物 料 向 前 運 行 當 轉 筒 旋 轉 一 周 時 物 料 被 抄 起 和 11 灑 下 一 次 物 料 前 進 的 距 離 等 于 其 落 下 的 高 度 乘 以 轉 筒 的 傾 斜 率 抄 板 的 型 式 多 種 多 樣 同 一 回 轉 筒 內 可 采 用 不 同 的 抄 板 如 前 半 部 分 可 采 用 結 構 較 簡 單 的 抄 板 而 后 半 部 分 采 用 結 構 較 復 雜 的 抄 板 干 燥 器 內 空 氣 與 物 料 間 的 流 向 除 逆 流 外 還 可 采 用 并 流 或 并 逆 流 相 結 合 的 操 作 并 流 時 入 口 處 濕 物 料 與 高 溫 低 濕 的 熱 氣 體 相 遇 干 燥 速 率 最 大 沿 著 物 料 的 移 動 方 向 熱 氣 體 溫 度 降 低 濕 度 增 大 干 燥 速 率 逐 漸 減 小 至 出 口 時 為 最 小 因 此 并 流 操 作 適 用 于 含 水 量 較 高 且 允 許 快 速 干 燥 不 能 耐 高 溫 吸 水 性 較 小 的 物 料 而 逆 流 時 干 燥 器 內 各 段 干 燥 速 率 相 差 不 大 它 適 用 于 不 允 許 快 速 干 燥 而 產(chǎn) 品 能 耐 高 溫 的 物 料 為 了 減 少 粉 塵 的 飛 揚 氣 體 在 干 燥 器 內 的 速 度 不 宜 過 高 對 粒 徑 為 1mm 左 右 的 物 料 氣 體 速 度 為 0 3 1 0m s 對 粒 徑 為 5mm 左 右 的 物 料 氣 速 在 3m s 以 下 有 時 為 防 止 轉 筒 中 粉 塵 外 流 可 采 用 真 空 操 作 轉 筒 干 燥 器 的 體 積 傳 熱 系 數(shù) 較 低 約 為 0 2 0 5 C Wo3 對 于 能 耐 高 溫 且 不 怕 污 染 的 物 料 還 可 采 用 煙 道 氣 作 為 干 燥 介 質 對 于 不 能 受 污 染 或 極 易 引 起 大 量 粉 塵 的 物 料 可 采 用 間 接 加 熱 的 轉 筒 干 燥 器 這 種 干 燥 器 的 傳 熱 壁 面 為 裝 在 轉 筒 軸 心 處 的 一 個 固 定 的 同 心 圓 筒 筒 內 通 以 煙 道 氣 也 可 沿 轉 筒 內 壁 裝 一 圈 或 幾 圈 固 定 的 軸 向 加 熱 管 由 于 間 接 加 熱 轉 筒 干 燥 器 的 效 率 低 目 前 較 少 采 用 轉 筒 干 燥 器 的 優(yōu) 點 是 機 械 化 程 度 高 生 產(chǎn) 能 力 大 流 體 阻 力 小 容 易 控 制 產(chǎn) 品 質 量 均 勻 此 外 轉 筒 干 燥 器 對 物 料 的 適 應 性 較 強 不 僅 適 用 于 處 理 散 粒 狀 物 料 當 處 理 粘 性 膏 狀 物 料 或 含 水 量 較 高 的 物 料 時 可 于 其 中 摻 入 部 分 干 料 以 降 低 粘 性 或 在 轉 筒 外 壁 安 裝 敲 打 器 械 以 防 止 物 料 粘 壁 轉 筒 干 燥 器 的 缺 點 是 設 備 笨 重 金 屬 材 料 耗 量 多 熱 效 率 低 約 為 50 3 結 構 復 雜 占 地 面 積 大 傳 動 部 件 需 經(jīng) 常 維 修 等 目 前 國 內 采 用 的 轉 筒 干 燥 器 直 徑 為 0 6 2 5m 長 度 為 2 27m 處 理 物 料 的 含 水 量 為 3 50 產(chǎn) 品 含 水 量 可 降 到 0 5 甚 至 低 到 0 1 均 為 濕 基 物 料 在 轉 筒 內 的 停 留 時 間 為 轉 筒 轉 速 傾 角 在 8 以 下 hininr8 5 1 5 氣流干燥器 氣 流 干 燥 器 是 一 種 連 續(xù) 操 作 的 干 燥 器 濕 物 料 首 先 被 熱 氣 流 分 散 成 粉 粒 12 狀 在 隨 熱 氣 流 并 流 運 動 的 過 程 中 被 干 燥 氣 流 干 燥 器 可 處 理 泥 狀 粉 粒 狀 或 塊 狀 的 濕 物 料 對 于 泥 狀 物 料 需 裝 設 分 散 器 對于塊狀物料需附設粉碎機 氣流干燥器有直管型 脈沖管型 倒錐型 套管型 環(huán)型和旋風型等 氣流干燥器的主體是直立圓管 濕物料由加料斗加入螺旋輸送混合器中與一定 量的干物料混合 混合后的物料與來自燃燒爐的干燥介質 熱空氣 煙道氣等 一同進入粉碎機粉碎 粉碎后的物料被吹入氣流干燥器中 在干燥器中 由于 熱氣體作高速運動 使物料顆粒分散并隨氣流一起運動 熱氣流與物料間進行 熱質傳遞 使物料得以干燥 干燥后的物料隨氣流進入旋風分離器 經(jīng)分離后 由底部排出 再經(jīng)分配器 部分作為產(chǎn)品排出 部分送入螺旋混合器供循環(huán)使 用 而廢氣經(jīng)風機放空 5 1 6 流化床干燥器 流化床干燥器又稱沸騰床干燥器 是流態(tài)化技術在干燥操作中的應用 流 化床干燥器種類很多 大致可分為 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 噴動床干燥器 旋轉快速干燥器 振動流化床干燥器 離心流化床干燥器和內熱式流化床干燥器等 顆粒物料放置在分布板上 熱空 氣由多孔板的底部送入 使其均勻地分布并與物料接觸 氣速控制在臨界流化 速度和帶出速度之間 使顆粒在流化床中上下翻動 彼此碰撞混合 氣固間進 行傳熱和傳質 氣體溫度降低 濕度增大 物料含水量不斷降低 最終在干燥 器底部得到干燥產(chǎn)品 熱氣體由干燥器頂部排出 經(jīng)旋風分離器分出細小顆粒 后放空 當靜止物料層的高度為 m 時 對于粒徑大于 0 5mm 的物料 15 0 氣速可取為 0 4 0 8 u t 對于粒徑較小的物料 顆粒床內易發(fā)生結塊 一般 由實驗確定操作氣速 5 1 7 噴霧干燥器 噴霧干燥器是將溶液 漿液或懸浮液通過噴霧器而形成霧狀細滴并分散于 熱氣流中 使水分迅速汽化而達到干燥的目的 熱氣流與物料可采用并流 逆 流或混合流等接觸方式 根據(jù)對產(chǎn)品的要求 最終可獲得 30 50 m 微粒的干燥 產(chǎn)品 這種干燥方法不需要將原料預先進行機械分離 且干燥時間很短 一般 為 5 30s 因此適宜于熱敏性物料的干燥 如食品 藥品 生物制品 染料 塑料及化肥等 13 5 1 8 滾筒干燥器 滾筒干燥器是以導熱方式加熱的連續(xù)干燥器 它適用于溶液 懸浮液 膠 體溶液等流動性物料的干燥 5 2 干燥器的選型 在選擇干燥器時 首先應根據(jù)濕物料的形狀 特性 處理量 處理方式及 可選用的熱源等選擇出適宜的干燥器類型 通常 干燥器選型應考慮以下各項 因素 1 被干燥物料的性質如熱敏性 粘附性 顆粒的大小及形狀 磨損性及 腐蝕性 毒性 可燃性等 2 對干燥產(chǎn)品的要求干燥產(chǎn)品的含水量 形狀 粒度分布 粉碎程度等 如干燥食品時 產(chǎn)品的幾何形狀 粉碎程度均對成品的質量及價格有直接的影 響 干燥脆性物料時應特別注意成品的粉碎與粉化 3 物料的干燥速率曲線與臨界含水量確定干燥時間時 應先由實驗測出 干燥速率曲線 確定臨界含水量 物料與介質接觸狀態(tài) 物料尺寸與幾何形cX 狀對干燥速率曲線的影響很大 如物料粉碎后再進行干燥時 除了干燥面積增 大外 一般臨界含水量 值也降低 有利于干燥 因此 當無法用與設計類型c 相同的干燥器進行實驗時 應盡可能用其它干燥器模擬設計時的濕物料狀態(tài)進 行實驗 并確定臨界含水量 值 cX 4 回收問題固體粉粒的回收及溶劑的回收 5 干燥熱源可利用的熱源的選擇及能量的綜合利用 6 干燥器的占地面積 排放物及噪聲是否滿足環(huán)保要求 為了便于物料的特性 及干燥器的工藝計算和結構設計選擇轉筒式干燥器 6 工藝計算 6 1 計算的主要項目為轉筒直徑 長度 物料 在干燥器內的停留時間 6 1 1 轉筒干燥器的直徑 D A 轉筒的截面積 4 14 6 1 2 轉筒干燥器的長度 干燥器轉筒的長度可以用傳熱速率公式計算 Q m2mz D4 a tV Z 轉筒的長度 m Q 單位時間內空氣傳給物料的熱量 KW V 轉筒的體積 3 D 轉筒的直徑 m 空氣向物料的對流傳熱系數(shù) C mWo2 a 單位體積物料提供的干燥表面積 3 空氣與物料間的對數(shù)平均溫度差m t 前已述及 a 與 的乘積稱為空氣向物料的體積對流傳熱系數(shù) 轉筒干燥 器中體積對流傳熱系數(shù)按下式估算 D 0 324 L 0 16 式 中 L 濕 空 氣 的 質 量 速 度 上 式 的 應 用 條 件 1 轉 筒 直 徑 在 1 3m 范 圍 內 2 填 充 率 在 0 05 0 25 范 圍 內 一 般 轉 筒 的 長 度 與 直 徑 之 比 在 4 10 范 圍 內 6 1 3 物料在轉筒干燥器內的停留時間 物 料 在 干 燥 器 內 的 停 留 時 間 與 轉 筒 的 尺 寸 運 送 條 件 及 物 料 與 氣 體 間 的 流 向 等 有 關 按 下 面 的 經(jīng) 驗 公 式 估 計 既 d G10zLDTn 2360 5p9 其 中 物 料 在 轉 筒 干 燥 器 內 的 停 留 時 間 濕 物 料 的 質 量 速 度 粒 子 的 平 均 直 徑pd 濕 空 氣 的 質 量 速 度L 15 轉 筒 的 直 徑D 轉 筒 的 轉 速 n 轉 筒 的 傾 斜 率 既 轉 筒 的 軸 線 與 水 平 線 之 間 傾 角 的 正 切T 用 于 逆 流 操 作 用 于 并 流 操 作 式 中 主 要 項 目 的 確 定 如 下 1 轉 速 轉 筒 的 轉 速 可 在 1 8r min 范 圍 內 選 取 大 直 徑 轉 筒 轉 速 應 取 低 些 通 常 取 3 4 r min 轉 速 越 大 對 流 傳 熱 系 數(shù) 就 愈 大 能 耗 就 愈 大 若 物 料 干 燥 過 程 中 的 第 二 階 段 時 間 較 長 因 此 段 中 干 燥 速 率 不 是 控 制 因 素 傳 熱 速 率 對 干 燥 影 響 不 大 故 可 作 較 低 的 轉 速 6 1 4 轉筒的傾斜率 轉 筒 的 傾 斜 率 T 在 0 0 1m m 的 范 圍 較 合 適 相 當 于 轉 筒 的 軸 線 與 水 平 線 之 間 的 角 度 為 0 6 Co 轉 筒 設 計 完 畢 后 應 驗 證 填 充 率 是 否 在 合 適 的 范 圍 內 通 常 填 充 率 在 0 05 0 25 范 圍 內 較 合 適 若 物 料 裝 的 太 滿 則 物 料 移 動 速 度 快 與 氣 流 接 觸 不 夠 充 分 并 且 轉 動 功 率 消 耗 量 大 6 1 5 填充率 按 填 充 率 的 定 義 可 以 寫 出 V p 式 中 填 充 率 無 量 綱 單 位 時 間 內 加 入 物 料 的 體 積p 轉 筒 的 體 積 6 2 轉筒干燥器的計算 設 計 一 逆 流 操 作 的 轉 筒 式 干 燥 器 干 燥 三 氧 化 銻 顆 粒 狀 物 料 已 知 1 干 燥 的 生 產(chǎn) 能 力 每 小 時 干 燥 的 絕 干 物 料 為 724kg 2 空 氣 狀 況 新 鮮 空 氣 溫 度 t0 27 濕度 H0 0 0082kg kg 離開Co 16 預熱器的溫度 t1 180 離開預熱器的溫度 t2 70 Co Co 3 物料狀態(tài) 進出干燥器的是含量分別為 X1 0 667kg kg X 2 0 005 kg kg 近處干燥器的溫度分別為 絕干物料顆粒密度7 1 o50 2o 為 5670kg m3 絕干物料的平均比熱容為 0 241 顆粒的平均直徑為 KgJ 0 05mm 4 達到干燥要求所需時間為 2h 假設干燥過程的熱損失可以不計 干燥過程為絕熱冷卻過程 計算轉同干 燥器的直徑 長度 轉速 傾斜率及填充率 1 轉筒直徑 D D 4A 式中轉筒截面積 A 可按空氣的質量流量和質量速度計算 水分蒸發(fā)量 kg s 0 13 50 67324 XG W1 查表得出 由 t0 27 H0 0 0082kg kg 查出 I0 48Co kgJ 由 t1 180 H1 H0 0 0082kg kg 查出 I1 204 及濕球溫度 42tow1 由焓衡算式得出 Gc 1 8tW 490 t 0 IL 12m2021 27150 43607 37 1L482 解 L 3 15kg s 圍繞干燥做水分衡算得 H12 kg kg0 53 10 82LW 按最大空氣流量計算轉筒的直徑 即按空氣離開干燥器時的質量流量計算 即 kg s 3 08 513 H12 17 根據(jù)經(jīng)驗取濕空氣的質量速度 kg s 2 5L 2m21 3m5 208A 6 4D 取轉筒直徑 D 1 3m 按出口狀態(tài)計的空氣質量流速應校正為 kg s 2 493 08L 2m 2 轉筒的長度 為了簡化計算 沿著流程將轉筒長度分預熱段 干燥第 一階段及干燥第二階段三個部分 如圖所示 計算中假設物料中除去的水分都 是在第一階段內進行的而在令兩段中 物料獲得的熱量全部用于物料的升溫 三段的長度均可按傳熱速率公式計算 即 Q m2mz D4 a tV A atQzm 其中 1 3324 A2 轉筒干燥器的對流傳熱系數(shù)按下面公式計算 D 0 3 L a0 16 0 288 24 0 16C mKwo3 傳熱速率 Q 及對數(shù)平均溫度差 應分段計算 t 預熱段 干燥操作為絕熱飽和冷卻過程 故第一階段內物料表面溫度為空氣 初始狀態(tài)的濕球溫度 該 溫 度 即 為 預 熱 段 終 端 的 物 料 表 面 溫 度 42tw1 預 熱 段 物 料 吸 收 的 熱 量 速 率 為 2740 1367 tGcQ1wm0 7k 預熱段終端的空氣溫度 可通過下面的熱量衡算求得 即at 02ah0tLc 18 其中 預熱段濕空氣的平均比熱容 1 025 81 01 8H0ch C mKwo3 所以 7 35tLQth0a o 35 6420 21t t21 t wa1m0 o m0 5436 87z0 干燥第一階段 假設物料中除去的水分都是在第一階段內進行的 故這段內 的傳熱速率為 tw11WrQ 由附錄查的 42 時水的汽化熱為 573 06kJ kg 故 0 133 573 06 76 22kw1 對第一階段做焓衡算可求得第一階段末空氣的溫度 bt 1abh1QtLc 其中濕空氣的平均比熱容為 1 025 8 0 8H0c1h1 C mKwo3 93 7 2536tLtah1b o 38 4270 8ln tln t w1abam o5 3m8 30 276z1 干燥第二階段 干燥第二階段的傳熱速率為 kw 5 23410 236074 t GcQw12m2 9 150893 ln tln t21b2 Co 19 m35 093 128 05 z 總長度 0 054 5 13 0 35 5 5m 2z 根據(jù)實際情況 z 6m4 613Dz 3 轉 速 轉 筒 直 徑 較 大 故 取 轉 速 為 2r min 4 傾 斜 率 計 算 d G10zLDTn 2360 5p9 2 49L smkg2 360AX1 1 360774 0 252 所以 0 254961 32T0 6329 0 00526m m 即轉筒的傾斜率在 0 0 1m m 的范圍內 故認為計算合適 5 填 充 率 V p 56703 124 X1Gsp 0 0000591 m 941 4 zDV 22 30 57 9603 20 故以上設計的轉筒尺寸符合要求 6 3 計算結果匯總 表 5 轉筒干燥器的工藝計算結果 項目 數(shù)值及說明 轉筒直徑 D m 1 3 轉筒長度 Z m 6 轉筒截面積 A 3 1 32 轉筒體積 V 7 964 對流傳熱系數(shù) C mKwo2 0 288 轉筒的傾斜率 0 00526 轉筒的轉速 inr 2 填充率 0 053 21 結束語 本文主要介紹了工業(yè)生產(chǎn)阻燃型填料氧化銻的工藝設計 在生產(chǎn)上已經(jīng)應 用的相當成熟 具有廣闊的市場前景及發(fā)展趨勢 在設計轉筒干燥器時 通過 計算選取設備 每步計算都要查得精確數(shù)據(jù) 轉筒干燥器的設計環(huán)環(huán)相扣 一 步稍微出錯 將會大大影響下步設計 這使我更加了解了化學是一門嚴謹?shù)膶W 科 也對化工設計的過程有了更加完整和清晰地認識 在進行畫圖的過程中 使我對 AutoCAD 制圖有了更進一步的掌握 但由于時間緊 所能查閱的資料和 文獻有限 在整個設計過程中還存在很多不足之處 仍需要更進一步改進 22 參考文獻 1 劉光啟 馬連湘 劉杰 化學化工物性數(shù)據(jù)手冊無機卷 M 化學工業(yè)出版社 2005 2 H S 卡茨 J V 米路西凱 塑料用填料及增強劑手冊 M 化學工業(yè)出版社 2003 5 3 夏清 陳常貴 化工原理下冊 M 天津大學出版社 1999 4 張軍 夏延至 聚合物阻燃與阻燃技術 J 北京 化學工業(yè)出版社 2005 5 王永強 阻燃材料及應用技術 M 化學工業(yè)出版社 2002 6 邢鳳蘭 靳士蘭 化工制圖 M 國防工業(yè)出版社 2002 7 熊家林 張克立 無機精細化學品的制備和應用 M 化學工業(yè)出版社 2008 8 黃仲九 房鼎業(yè) 化學工藝學 M 高等教育出版社 2008 9 9 賈修偉 納米技術應用叢書 M 化學工業(yè)出版社與材料科學與工程出版社 2009 7 23 致 謝 本設計是在張孟民老師的指導下完成的 首先要衷心的感謝張老師無私的 毫無保留的幫助 還要感謝和我一起做畢業(yè)設計的同學 正因為有了老師和同 學們無私的幫助 我才可以在遇到不會或不懂的問題時能及時地獲得解決問題 的辦法 這使我節(jié)省了大量的時間和精力 使我的畢業(yè)設計得以順利的進行下 去 在設計和計算的整個過程中 張老師給予了細心地指導與熱心的幫助 在 此表示衷心感謝 最后在設計即將完成之際 對所有曾經(jīng)在工作中和學習過程中給予過我?guī)?助的老師和同學表示最誠摯的祝福與感謝 24 結束語 本文主要介紹了工業(yè)生產(chǎn)阻燃型填料氧化銻的工藝設計 在生產(chǎn)上已經(jīng)應 用的相當成熟 具有廣闊的市場前景及發(fā)展趨勢 在設計轉筒干燥器時 通過 計算選取設備 每步計算都要查得精確數(shù)據(jù) 轉筒干燥器的設計環(huán)環(huán)相扣 一 步稍微出錯 將會大大影響下步設計 這使我更加了解了化學是一門嚴謹?shù)膶W 科 也對化工設計的過程有了更加完整和清晰地認識 在進行畫圖的過程中 使我對 AutoCAD 制圖有了更進一步的掌握 但由于時間緊 所能查閱的資料和 文獻有限 在整個設計過程中還存在很多不足之處 仍需要更進一步改進