回转圆筒干燥机构设计doc

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  HG2.0×20回转圆筒干燥机结构设计 作 者 姓 名: 指 导 教 师: 老师 单 位 名 称: 机械工程与自动化学院 专 业 名 称: 机械工程及自动化 东 北 大 学 2008年6月 HG2.0 × 20 rotating cylinder dryer structural design Supervisor: Liu Yang The college of Mechanical Engineering and Automation Northeastern University June 2008 毕业设计(论文)任务书 毕业设计(论文)题目: HG2.0×20回转圆筒干燥机结构设计 设计(论文)的基本内容: 根据题目进行调研并参观相似实物及照片,主要进行结构设计, 完成HG2.0×20回转圆筒干燥机成套图纸的结构设计,并通过计算齿轮传动、轴承寿命计算等,完成设计计算书。 毕业设计(论文)专题部分: 题目:高粘性物料抄板结构形式探讨 设计或论文专题的基本内容: 根据现有的结构,探讨干燥高粘性污泥时,筒体内抄板结构形式。 学生接受毕业设计(论文)题目日期 第1周 指导教师签字: 2008年3月4日 摘 要 干燥技术的应用,在我国具有十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术,就显示了干燥技术的应用。解放以后,干燥技术的应用发展很快,20世纪50年代初期,分散悬浮态技术(如气流干燥器等)开始工业应用,干燥技术的研究工作也普遍开展,高效的干燥器也在生产应用。随着工业现代化的进展,化学工业的机械化、大型化和自动化水平的提高,作为化工单元操作设备之一的干燥器,也必将迅速的发展。在我国,虽然干燥设备的应用已有几十年的历史,但干燥设备的制造高峰是近二十年来的事。在这二十多年中,经过广大工程技术人员的努力,开发或仿制一批干燥设备,大多数工业化机型我国都可以加工,基本扭转了干燥设备靠进口的局面。培养了众多的干燥技术人员,也涌现出一大批干燥设备制造企业。湿物料由皮带运输机或斗式提升机送到料斗,由进料口加入。转筒干燥器主体是略带倾斜并能回转的筒体。物料进入筒内部时,与通过筒内的热风成顺流接触或逆流或与加热壁面进行有效接触而被干燥,干燥后产品从另一端下部出料。在干燥过程中,物料借助于筒的缓慢转动,在重力作用下从高的一端向较低一端移动。筒体内壁上装有顺向抄板,它不断把物料抄起又洒下,使物料的热接触面大大增强,提高了干燥速率并促使物料向前移动。热载体(热空气、烟道气)干燥物料后,通过旋风除尘器收集其夹带的粉尘后排空。order to meet the needs of industrial and agricultural production, in the spray, and air flow, such as drying, and the development and installation of agricultural products, food, medicines, biological products, such as the drying process and device research and development work. Rotary cylinder dryer also be born. Rotary cylinder dryer is the oldest one of the drying equipment, equipment structure simple and easy to use. Are still being widely used in chemical industry, building materials and metallurgy, and other fields. This paper will further the design of the structure of its rotating cylinder dryer on the structure of the shell, the shell and its load calculation moment and stress calculations, and detailed description of the rotating cylinder dryer rolling circle design, support Structural design, transmission gear and parameters of the calculation. It is the working principle of wet materials from the conveying belt or bucket elevator to the hopper, from the feed I joined. Drum dryer and the principal is slightly tilted to the rotary cylinder body. Materials into the internal cylinder, and through the barrel of hot air down into contact with the heating or counter-current or effective contact with the wall was dry and dried products from the other side of the lower part of the material. In the process of drying, the material through the use of slow rotating cylinder, in the role of gravity from the high-end mobile to the lower end. Extinguishers installed in wall-to-copy, it also continued to cast Chaoqi materials, so that the hot surface materials greatly enhance and improve the drying rate and materials to move forward. Heat carrier (hot air, flue gas) dry materials, collected through the cyclone to attach the dust after emptying. This article is based on the basic principles of drying process, other models for the characteristics and the needs of the community, have been successful examples of design on the basis of information before the designers experience and conclusions of the design. In the design, to HG2.0 × 20 rotating cylinder dryer to study, analyze it and the other dryer, as well as the different characteristics of the existing problems, which explore HG2.0 × 20 rotating cylinder dryer design of the structure . As the models in the industry in the application, the paper quoted the design of a number of other design teachers method and conclusions. Key words: Dryer,Rotary cylinder,Structural Design 目 录 毕业设计(论文)任务书 i 摘 要 iii Abstract v 第1章绪论 1 1.1干燥技术的概况 1 1.2干燥原理 2 1.3被干燥物料及干燥介质的特性 3 1.3.1 3 1.3.2干燥介质的特性 4 1.4干燥过程的节能 4 1.4.1干燥装置的能量利用率 4 1.4.2干燥器的热效率 5 1.4.3干燥操作的节能途径 5 1.5干燥器的分类与选择 5 1.5.1干燥器的分类 5 1.5.2干燥器的选型 6 1.6干燥技术的进展 6 1.6.1干燥设备研制向专业化方向发展 6 1.6.2干燥设备的大型化、系列化和自动化 6 1.6.3改进干燥设备,强化干燥过程 7 1.6.4采用新的干燥方法及组合干燥方法 7 1.6.5降低干燥过程中能量的消耗 8 1.6.6闭路循环干燥流程的开发和应用 9 1.6.7消除干燥操作造成的公害问题 9 第2章回转圆筒干燥机简介 10 2.1回转圆筒干燥机的工作原理 10 2.2回转圆筒干燥机的特点 12 2.2.1回转圆筒干燥机的优点 12 2.2.2回转圆筒干燥机的缺点 12 2.3回转圆筒干燥机流向的选择 12 2.3.1并流 12 2.3.2逆流 12 2.3.3并逆流组合 13 2.4载热体的选择 13 2.5回转圆筒干燥机的分类及适用范围 14 2.5.1直接加热转筒干燥器 14 2.5.2间接加热转筒干燥器 17 2.5.3复式传热干燥器 18 2.6抄板 19 2.6.1升举式抄板 19 2.6.2均布式抄板 19 2.6.3扇形式抄板 20 2.6.4蜂巢式抄板 20 第3章回转圆筒干燥机结构设计与计算 21 3.1已知条件 21 3.2物料衡重和热量衡重 21 3.2.1水分蒸发量 21 3.2.2空气消耗量 22 3.3设备参数计算和确定 23 3.3.1转筒的转速n和倾斜率S的选择 23 3.3.2停留时间 23 3.3.3填充率检验 24 3.4筒体设计 24 3.4.1筒体最小壁厚计算 24 3.4.2筒体载荷计算 24 3.4.3筒体弯矩与应力计算 25 3.4.4筒体变形计算 27 3.4.5截面变形的筒体计算 28 3.5滚圈设计 30 3.5.1滚圈与托轮材料的确定 30 3.5.2滚圈、托轮接触应力计算 30 3.5.3校核弯曲应力 32 3.6拖轮及轴承计算 33 3.6.1托轮 33 3.6.2托轮轴 34 3.6.3滚动轴承计算 34 3.6.4轴的弯矩核算 35 3.7挡轮及轴的计算 36 3.7.1挡轮 36 3.7.2挡轮受力 36 3.7.3挡轮参数的确定 37 3.7.4挡轮轴及轴承的选择 38 3.8传动装置的计算 38 3.8.1传动功率的确定 38 3.8.2传动装置的确定 39 3.8.3齿轮的计算 39 第4章经济环保性分析 41 4.1经济性 41 4.2环保性 41 第5章结论 42 参考文献 43 结束语 44 附录(外文翻译) 45 第1章绪论 1.1干燥技术的概况 干燥技术的应用,在我国具有十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术,就显示了干燥技术的应用。《天工开物》一书中,描述了人工加热干燥过程,总结了我国劳动人民的干燥实践,反映了我国古代劳动人民的高度智慧。在解放前,我国干燥技术的应用,一般仍停留在手工作坊的阶段。解放以后,干燥技术的应用发展很快,20世纪50年代初期,分散悬浮态干燥技术(如气流干燥器等)开始工业应用,干燥技术的研究工作也普遍开展,高效的干燥器也在生产中应用。随着工业现代化的进展,化学工业的机械化、大型化和自动化水平的提高,作为化工单元操作设备之一的干燥器,也必将更加迅速的发展。 干燥是将物料去除水分或其他挥发成分的操作,涉及面很广。随着生产的发展,对干燥技术、干燥装备的需求有了更高的要求。由于原有工业基础较薄弱,产量小,大多数用电烘箱、蒸汽烘箱等干燥物料。为适应工农业生产的需要,开展了对喷雾、气流、流化等干燥装置的开发以及对农产品、食品、药品、生物制品等的干燥过程及装置的研究开发工作。 干燥是许多工业生产中的重要工艺过程之一,它直接影响到产品的性能、形态、质量以及过程的能耗等。干燥技术的覆盖面较广,既涉及复杂的热、质传递机理,又与物系的特性、处理规模等密切相关,最后体现在各种不同的设备结构及工艺上。 干燥技术随着有关产业的发展有着比较大的进展,因为干燥涉及不同品类产品的品质、性状、干燥前后的不同物态。而干燥的能耗在工业发达国家要超过能耗总量的10%,因此干燥过程的节能是涉及面广的长远课题。同时大量的干燥需求也必然促使干燥装置制造业的发展。其中机电一体化、加工制造标准化、调控水平等也都是体现干燥装置水平的内涵。由此认为我国目前干燥技术的发展方兴未艾。 随着干燥有关产品的发展,对其品质的提高、能量单耗的降低、操作的可靠程度,都会对干燥技术及装置提出更高的要求。对于干燥装置制造业来说,满足上述要求,乃至逐步形成具有当代世界水平或领先水平的产品及企业也是必要的。若干干燥工作开展不多的产品,如造纸、食品、矿冶等方面的加强以及干燥基础理论研究,已有机种及新机种的开发,机电一体化程度的提高、制造标准的接轨等都将是今后的工作内容。 干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分或溶剂,就化学工业而言目的在于,使物料便于包装、运输、贮藏、加工和使用。具体为: 悬浮液和滤饼状的化工原料和产品,可经干燥成为固体,便于包装和运输。 不少的化工原料和产品,由于水分的存在,有利于微生物的繁殖,易霉烂、虫蛀或变质,这类物料经过干燥便于贮藏。例如生物化学制品、抗生素及食品等,若含水量超过规定标准,易于变质,影响使用期限,需要经干燥后才有利于贮藏。 为了使用方便。例如食盐、尿素和硫铵等,当其干燥到含水率为0.2%——0.5%左右时,物料不易结块,使用比较方便。 便于加工。一些化工原料,由于加工工艺要求,需要粉碎(或造粒)到一定的粒度范围和含水率,以利于再加工和利用。如磷矿石经粉碎干燥可以提高化学反应速度;催化剂半成品的造粒干燥,可使其保持一定含水率和粒度范围,有利于压片成型等。 为了提高产品的质量。某些化工原料和产品,其质量的高低与含水量有关。物料经过干燥处理,水分除去后,有效成分相应增加,提高了产品质量。例如涤纶切片在纺丝前,干燥到含水率为0.02%以下,可以防止在抽丝时产生气泡,提高丝的质量。 化学工业中的干燥方法有三类:机械除湿法、加热干燥法、化学除湿法。机械除湿法,是用压榨机对湿物料加压,将其中一部分水分挤出。物料中除去的水分量主要决定施加压力的大小。物料经机械除湿后仍保留很高的水分,一般为40%——60%左右。粒状物料或不许受压的物料可用离心机脱水,经过离心机除去水分后,残留在物料中的水分为5% ——10%左右。其他,还有各种类型的过滤机,也是机械除湿法常用的设备。机械除湿法只能除去物料中部分自由水分,结合水分仍残留在物料中。因此,物料经过机械除湿后含水量仍然较高,一般不能达到化工工艺要求的较低的含水量。加热干燥法,是化学工业中常用的干燥方法,它借助热能加热物料、气化物料中的水分。除去计1kg的水分,需要消耗一定的热量。例如用空气来干燥物料时,空气预先被加热送入干燥器,将热量传给物料,同时气化物料中的水分,形成水蒸气,并随空气带出干燥器。物料经过加热干燥,能够除去物料中的结合水分,达到化工工艺上所要求的含水量。化学除湿法,是利用吸湿剂除去气体、液体和固体物料中少量的水分。由于吸湿剂的除湿能力有限,仅用于除去物料中的微量水分,化工生产中应用极少。化学工业中固体物料的干燥,一般是先用机械除湿法,除去物料中大量的非结合水分,再用加热干燥法除去残留的部分水分(包括非结合水分和结合水分)。 1.2干燥原理 干燥操作是传热传质同时伴随发生的除湿过程。干燥所需的热量是由于干燥介质通过对流、传导、热辐射及介电的方式传给被干燥物料的,使物料中的湿分获得热量后变成蒸汽从其中分离出来,最后得到湿含量较低的且达到某一规定要求的干燥产品。在干燥过程中,干燥过程原理主要涉及湿物料和干燥介质在热力干燥过程中所表现的热力学及物理特性及其变化规律;湿物料内部以及与干燥介质间的热量和质量传递过程机理;干燥过程动力学原理;干燥过程的模型、模拟等内容。 简单地讲,湿物料在热力干燥时通常会相继经历以下两个主要的阶段。 阶段1,能量(主要为热量)从周围环境传递至物料表面使其表面湿分蒸发。液体以近不变的速度从物料表面排除,而物料温度则维持在湿球温度左右。此过程的干燥速率主要取决于干燥介质的温度、湿度、流速、作用表面积以及压力等外部条件。此过程称外部条件控制过程,也称恒速干燥过程。 阶段2,当物料表面不再有充足的水分供表面蒸发后,多余的热量会通过热传导传递至湿物料内部,使物料温度上升,并在其内部形成温度梯度;而湿分则由内部向表面迁移,至物料表面后进而被不饱和的干燥介质带走,显然此时的干燥速率会低于恒速干燥阶段的干燥速率。湿物料内部的热量和质量的传递速率主要取决于物料性质(如热导率、质量传递系数等)以及其自身的温度和湿含量等因素。此过程称内部条件控制过程,也称降速干燥过程。 干燥理论的任务是要搞清楚上述干燥过程中所涉及的诸多参数,如被干燥物质与干燥介质的物性参数、干燥器的结构参数、干燥过程的操作参数等,与干燥时间的关系以及它们所遵循的规律;干燥过程中含湿物质内部及外部的湿分与热量传递机理以及它们的分布规律;干燥器内部被干燥物质与干燥介质的流体动力学特性等问题。 1.3被干燥物料及干燥介质的特性 1.3.1被干燥物料的特性 (1)物料的状态 a.溶液及泥浆状物料,如工程废液及盐类溶液等。 b.冻结物料,如食品、医药制品等。 c.膏糊状物料,如活性污泥及压滤机滤饼等。 d.粉粒状物料,如硫酸铵及树脂粉末等。 e.块状物料,如焦炭及矿石等。 f.棒状物料,如木材等。 g.短纤维状物料,如人造纤维等。 h.不规则形状的物料,如陶瓷制品等。 i.连续的薄片状物料,如带状织物、纸张等。 j.零件及设备的涂层,如机械产品的涂层等。 (2)物料的物理化学性质与被干燥物料的物理化学性质是决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因素,因此,干燥器的设计者要了解。 a.物料的化学性质。如组成、热敏性(软化点、熔点或分解点),物料的毒性,可燃性,氧化性和酸碱性(度)、摩擦带电性、吸水性等。 b.物料的热物理性质。如物料含水率、假密度、真密度、比热容、热导率及粒度和粒度分布等。 对于原料液还应当知道浓度、粘度及表面张力等。 c.其他性质,如膏糊状物料的粘附性、触变性(即膏糊状物料在振动场中或在搅动条件下,物料可从塑性状态,过渡到具有一定流动性的性质),这些性质在设计干燥器及加料器时可加以利用。 (3)物料与水分结合的性质固体与水分结合的方式是多种多样的,它可以是物料表面附着的,也可以是多孔性物料孔隙中滞留的水分,也可以是物料所带的结晶水分及透入物料细胞内的溶胀水分等。物料与水结合方式不同,除去的方法也不尽相同。例如物料表面附着的水分和大毛细管中的水分,是干燥可以除去的;化学结合水,不属于干燥的范围,经干燥后,它仍残存在物料中。 1.3.2干燥介质的特性 大多数工业干燥过程均采用预热后的空气作为干燥介质。环境空气是含有少量水蒸气的气汽混合物,所以又称为湿空气。干燥理论中之所以称其为“干燥介质”,是因为它在干燥过程中承担着热湿载体的作用。它将热量传递给湿物料,为其提供干燥能量;同时,又把湿物料中的湿分(通常是水分)携带出干燥器,从而达到了干燥的目的。 1.4干燥过程的节能 干燥是能量消耗较大的单元之一。因为不论是干燥液体物料、浆状物料,还是含湿的固体物料,都要将液态水变成气态, 所以需要供给较大的汽化潜热。通常把干燥过程中蒸发1㎏水分所消耗的能量称为单位能耗。 1.4.1干燥装置的能量利用率 所谓干燥装置的能量利用率是指装置脱去水分所需要的能量与供给装置能量之比,即: (1-1) 式中:—干燥装置的能量利用率,%; —脱水所需要的能量,J; —供给装置能量,J。 1.4.2干燥器的热效率 干燥器的热效率是指干燥过程中用于水分蒸发所需要的热量与热源提供的热量之比,即: (1-2) 式中:—干燥器的热效率,%; —水分蒸发所需要的热量,J; —热源提供的热量,J。 1.4.3干燥操作的节能途径 由于干燥操作的能耗是如此之大,而能量利用率又很低,特别是近年来随着能源危机的出现,能源价格的不断上涨,因此,有必要采取措施改变干燥设备的操作条件,选择热效率高的干燥装置,回收排出废气中的部分热量来降低生产成本。 (1)减少干燥过程的各种热损失; (2)降低蒸发器的蒸发负荷; (3)提高干燥器入口空气温度、降低干燥器出口废气温度; (4)部分废气循环; (5)从干燥器出口废气中回收热量; (6)从固体产品中回收其显热。 1.5干燥器的分类与选择 1.5.1干燥器的分类 (1)按干燥器操作压力分 可分为常压式和线)按干燥器操作方式分 可分为间歇操作和连续操作的干燥器两类。 (3)按被干燥物料的状态分 可以分为块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、溶液或浆状物料干燥器等。 (4)按干燥器供给物料热量的方法分 可以分为传导加热干燥器、对流加热干燥器、辐射加热干燥器、高频加热干燥器等。 (5)按干燥器使用干燥介质的种类分 可以分为空气、烟道气、过热水蒸气、惰性气体为干燥介质的干燥器。 (6)按干燥器的构造分 可以分为喷雾干燥器、流化床干燥器、气体干燥器、回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、各种厢式干燥器等。 (7)一种较新的分类方法,把干燥器分为两大类、五小类 两大类是绝热干燥过程和非绝热干燥过程。绝热干燥过程又可分为两类:一是小颗粒物料干燥器,例如喷雾干燥器、气流干燥器、流化床干燥器、移动床干燥器及回转圆筒干燥器等。二是块状物料干燥器,例如厢式干燥器中的洞道式干燥器、多带式及带式干燥器等。非绝热干燥过程,又分为三小类:真空干燥、传导传热干燥、辐射传热干燥,其特点是非绝热系统。 1.5.2干燥器的选型 干燥器的选型,一般要考虑多种因素,如是物料的状态、性质、干燥产品的要求(产品终含湿量、结晶形式及光泽等),产品的大小以及所采用的热源等为出发点,结合干燥器的分类,参考干燥器的选型表,确定所适合的干燥器类型。但是,能够适用于某一干燥物料的干燥器往往有几种,例如,对用于炼焦、低温干馏、煤的气化以及特殊用途的燃烧煤粉,为了改善其使用功能(提高发热量,改善研磨性能),需要进行干燥。在选型时,可根据物料是块状,又是大量连续生产的,查“干燥器选择表”可以采用气流干燥、回转圆筒干燥器、单室连续流化床干燥器、竖式(移动床)干燥器等。又如,绦纶切片的干燥,根据物料的状态、处理方式可用气流干燥器、回转圆筒干燥器、多层连续流化床干燥器、卧式多室流化床干燥器等。至于选用何种干燥器一方面可借鉴目前生产采用的设备,另一方面,可利用干燥设备的最新发展,选择适合该任务的新设备。如这两方面都无资料,就应在实验的基础上,再经技术经济核算后做出结论,才能保证选用的干燥器在技术上可行,经济合理,产品质量优良。 1.6干燥技术的进展 目前干燥技术发展的总趋势为: 1.6.1干燥设备研制向专业化方向发展 由前所述,干燥设备应用极广,遍及国民经济各部门,而且需要量也很大,因此为干燥设备向专业化方向发展打下了基础。 1.6.2干燥设备的大型化、系列化和自动化 从干燥技术经济的观点来看,大型化的装置,具有原材料消耗低、能量消耗少、自动化水平高、生产成本低的特点。设备系列化,可对不同生产规模的工厂及时提供成套设备和部件,具有投产快和维修容易的特点。例如,喷雾干燥装置,最大生产能力为55.6kg/s产品;流化床干燥器(干燥煤)生产能力可达到97kg/s产品;双层流化床干燥器,最高年处理物料达11×。 1.6.3改进干燥设备,强化干燥过程 近年来,常用的干燥设备(喷雾、流态化、气流干燥等),仍在原有的基础上改进和发展。 (1)改善设备内物料的流动状况(或干燥介质的流体力学状况),强化和改善干燥过程。例如气流干燥器,从直管气流干燥,改成脉冲气流,使被干燥粒子在脉冲气流的作用下多次的加速,强化传热传质过程。又如,改进喷雾干燥器的进风装置,达到控制雾滴的运动状况等。 (2)增添附属装置,改善干燥器的操作,扩大干燥设备的使用范围。 在气流干燥器的流程中,增添分散器,使气流干燥器用于分散性差的湿物料的干燥;增添破碎机,使气流干燥器用于块状物料的干燥;增添混合器,使气流干燥器用于含水量很高的物料;增添分级机,以解决产品粒度的均匀化等。 在喷雾干燥方面,研制了高粘度物料的雾化器;研制各种喷雾干燥器的进气分布装置,使干燥塔中心与塔壁的气速基本一致,减少喷雾干燥的粘壁;安装电磁自动振动装置,防止物料粘壁等。 在流化床干燥器中,增添附属装置,改善其操作性能。例如在单层圆筒形流化床中,添加旋转分隔板,分隔板从流化床中部开始旋转分隔直至出料口。湿物料从流化床中部加入,在旋转隔板的控制下,物料从进口至出口一边流化一边运动,而不会“短路”,因此,物料在流化床中的停留时间均匀。在双层流化床中的上层,增添摆动的物料松动器,当流化床操作时,松动器不停摆动,松动物料,避免形成死床层,以改善流化床的特性。在卧式多室流化床中的第一室,增添搅拌装置,使凝聚的湿物料分散,同时排除不能流化的大颗粒。此外,在卧式多室流化床,把固定隔板改成悬挂在回转链上的运动隔板,在运动隔板的作用下,物料从加料端均匀地移到出料端,实现了物料的“活塞流”,可使被干燥物料停留时间均匀,产品含水率均匀。 1.6.4采用新的干燥方法及组合干燥方法 近年来高频干燥、微波干燥、红外线干燥以及组合干燥发展较快。其他,如利用弹性振动能,强化固体物料的干燥。通过弹性振动能声波对固体物料表面作用,可使湿固体表面流体边界层破坏,减小传热和传质的阻力,故能强化干燥,但声强不能低于143——145dB。 1.6.5降低干燥过程中能量的消耗 干燥是消耗热量很大的化工单元装置。在干燥过程中,热效率变化很大,如药片包衣干燥时,热效率为7%;食品添加剂的流态化干燥,热效率为20%左右;一般化学工业中干燥热效率为20%——50%。 提高干燥过程热效率的主要措施如下: (1)对现有干燥设备,加强热管理。如防止干燥介质的泄漏,使燃烧炉中的燃烧完全,对带有热风循环的干燥设备,尽可能地保持最大的循环风量等。 (2)改善设备的保温。一般干燥器损失热量为3%——30%,。在对干燥器散热量进行测定的基础上,采取措施,改善设备的保温,减少热损失。 (3)防止产品的过度干燥。干燥过程中,应严格地把产品控制在要求的含水量范围内,避免造成产品的过度干燥,而增加能量消耗。例如纸张干燥,是为了保证纸张的强度,要求其含水率为7%,而多滚筒干燥器可能将纸过度干燥到含水率为4%。为了防止过度干燥,可以减少最后几个滚筒,改为高频加热,严格控制纸张含水率在7%。 (4)减少被干燥物料的初水分含量。如果被干燥的物料是溶液,可用薄膜蒸发器浓缩后,再进行喷雾干燥;如果被干燥的物料是悬浮液,可用过滤除去大部分水分后,再进行干燥。这样可以降低单位质量产品的热能消耗。例如,天津油漆总厂把铬黄干燥改成过滤后,把滤饼用往复泵输送至喷嘴,再用气流雾化,进行喷雾干燥,产品质量好,降低了热能消耗。 (5)回收废气带走的热量。对流干燥器在进口温度不太高的情况下,废气带走的热量与总热量之比值是很大的,有的可占总热量的40%。采用热交换器回收废气带走的热,已在工业上实施。例如,用10摄氏度的空气,通过废热回收换热器加热到84.7摄氏度,废气可从150摄氏度降到70摄氏度,回收了废气中热量的25%,节约燃料23%,在两年内即可收回废热回收换热器所用的投资。用“热管”回收废气中的热量也是很有前途的方法。 (6)提高干燥器的空气进口温度。被干燥的物料若是非热敏性的,进入干燥器的空气温度,可以提高到650摄氏度以上;对于热敏性的物料,也可在保证产品质量的前提下,尽可能地采用较高的干燥器气体进口温度。因为,使用的气体温度越高,干燥器的热效率越高。例如,把20摄氏度绝对湿含量为0.01的空气加热到500摄氏度,用于干燥,在干燥器中空气放热而降温的极限是使之绝热饱和到这种状态空气的湿球温度65.8摄氏度,其理论热效率可达到90.5%。如果,这种空气只加热到120摄氏度,用同样的方法计算,其理论热效率为82%。可见,提高干燥器的进口空气温度,可以提高干燥器的理论热效率,实际热效率亦是如此。 (7)采用过热蒸汽干燥。用过热蒸汽作干燥介质,利用蒸汽显热下降的干燥方法,叫做过热蒸汽干燥。干燥用的蒸汽,可以循环使用,以减少热损失,提高干燥过程的热效率。此外,蒸汽的比定压热容比空气的大一倍,在相同的干燥热负荷下,水蒸气的用量,仅为空气用量一半,因此,提高了干燥装置的生产能力。它适于干燥时发臭的物料、有爆炸危险的物料、含有机溶剂的物料以及放射性废物的干燥等。 1.6.6闭路循环干燥流程的开发和应用 例如用惰性气体作干燥介质的闭路循环流程。北京石油化工总厂向阳化工厂用氮气作干燥介质,干燥聚丙烯树脂,生产能力可达1.39kg/s,产品质量也高。 1.6.7消除干燥操作造成的公害问题 在粉尘回收方面,用湿式除尘器洗涤废气,可使排放废气中含粉尘量降到15——35mg/(标准),此值的大小还取决于洗水用量。现代化的空气喷吹自动清除粉尘的袋滤器,处理后气体含尘量可以达到20mg/(标准)。还可采用废气洗涤和热回收组合的方式,来净化废气,它既可减少粉尘又降低了热耗。为了减少干燥中风机产生的噪声,应选用加工精度高、动平衡调节好的风机,其次,在安装上应采取隔振和减振等措施,务必使风机噪声控制在90dB以下。 第2章回转圆筒干燥机简介 2.1回转圆筒干燥机的工作原理 回转圆筒干燥器是一种处理大量物料干燥的干燥器。由于运动可靠、操作弹性大、适应性强、处理能力大,广泛适用于冶金、建材、轻工等部门。在化工行业中,如硫酸铵、硫化碱、安福粉、硝酸铵、尿素、草酸、重铬酸钾、聚氯乙烯、二氧化锰、碳酸钙、硝酸磷肥、钙镁磷肥、磷矿、普通过磷酸钙、重过磷酸钠、三聚磷酸钠等的干燥,大多适应回转圆筒干燥器。 回转圆筒干燥器生产流程如图2.1所示。 图2.1 回转圆筒干燥器流程图 1-燃烧炉;2-定量给料器;3-湿料输送机;4-料斗;5-回转干燥器;6-斗式提升机; 7-旋风除尘器;8-袋式除尘器;9-引风机;10-尾气排空烟囱;11-膨胀环; 需要干燥的湿物料由皮带运输机或斗式提升机送到料斗,然后经料斗的加料机构通过加料管进入进料端。加料管的斜度要大于物料自然倾角,以便物料顺利溜入干燥器内。干燥器圆筒是一个与水平线略成倾斜的旋转圆筒。物料从较高一端加入,载热体由较低一端进入,与物料成逆流接触,也有载热体与物料一起并流进入筒体的。随着圆筒的转动,物料受到重力作用运行到较低的一端。湿物料在筒内前移的过程中,直接或间接得到了载热体的给热,使湿物料得以干燥。然后在出料端经皮带机或螺旋输送机送出。在圆筒内壁上装有抄板,它的作用是把物料抄起来又洒下,使物料与气流的接触表面增大,以提高干燥速率并促进物料前进。载热体一般为热空气、烟道气等。载热体经干燥后,一般需经除尘器将气体内所带物料捕集下来。如须进一步减少尾气含尘量,还应经过袋式除尘器或湿法除尘器后在放空。 回转圆筒干燥器一般适用于颗粒状物料,也可用部分掺入干物料的办法干燥粘性膏状物料或含水量较高的物料,并已成功地用于溶液物料的造粒干燥中。国内回转圆筒干燥机直径一般在0.4——3m,个别的达5m。干燥器长度一般在2——30m,也用长50m,甚至更长的。一般L/D在6——10。所处理的物料含水量范围为3%——25%,也有高达50%的。干燥后的含水量可达到0.5%左右,甚至可达到0.1%。物料在干燥器内的停留时间在5min到2h。气流速度,对粒径为1mm左右的物料,气速在0.3——1.0m/s范围;对粒径为1——5mm的物料,气速在1.2——2.2m/s范围内。 回转圆筒干燥器在物料和载热体并流操作时,筒体内物料温度即使在出口处也很接近于气体的湿球温度,这说明干燥过程基本上是在等阶段进行。即水分主要从粒子表面蒸发而无降速阶段。这是因为当粒子与气流接触时,水分从表面蒸发,但当粒子埋入料层后,水分几乎停止蒸发。这时粒子内部的水分继续向表面扩散,当粒子在露出料层与气流接触时,粒子表面又有自由水分存在,使粒子温度一直维持在气流的湿球温度附近。故可认为此干燥过程仅仅是物料与气体之间的外部传热、传质过程。 筒壁、抄板与气流接触时被加热,而与物料接触时被冷却,但由于变化周期较短,温度变化幅度很小,所以筒壁温度基本上可以认为是常数。此外,由于物料对筒壁传导的给热系数大于气体对筒壁的对流给热系数,故筒壁温度实际上接近于料温,加上物料只有很薄的一层被加热,故料层中心温度升高极少。根据许多资料表明,热传导的热量所占比例很小,只有在分格式转筒中才占30%左右。 回转圆筒干燥器中一部分热量是颗粒辐射传热,这时粒子表面接受辐射热。在化工干燥作业中,气体温度一般不太高,故辐射的热量在最佳条件下不超过物料在干燥器中所的热量的6%,所以在大多数场合下,在热力计算中可以不予考虑。回转干燥主要是属于对流干燥,热能以对流方式由热气体传给与其直接接触的湿物料表面,再由表面传至物料内部,这是一个传热过程。水分从物料内部以液态或气态扩散,透过物料层而达到表面,然后水气通过物料表面的气膜面扩散到载热体的主体,这是一个传质过程。所以干燥是有传热和传质两个过程组成,两者之间是相互联系的。干燥过程得以进行的条件,是必须被干燥物料表面所产生水气或其他蒸气的压力大于载热体中水气或其他蒸汽的分压,压差越大,干燥过程进行得越迅速。为此,载热体需及时地将气化的水气带走,以保持一定的气化水分的推动力。所以,在回转圆筒干燥器中都设有鼓风机或引风机。 2.2回转圆筒干燥机的特点 2.2.1回转圆筒干燥机的优点 回转圆筒干燥机与其他干燥设备相比,具有如下优点: (1)生产能力大,可连续操作; (2)结构简单,操作方便; (3)故障少,维修费用低; (4)适用范围大,可以用它干燥颗粒状物料,对于那些附着性大的物料也很有利; (5)操作弹性大,生产上允许产品的产量有较大波动范围,不致影响产品的质量; (6)清扫容易。 2.2.2回转圆筒干燥机的缺点 这种干燥器的缺点是: (1)设备庞大,一次性投资多; (2)安装、拆卸困难; (3)热容量系数小,热效率低(但蒸汽管式转筒干燥器热效率高); (4)物料在干燥器内停留时间长,且物料颗粒之间的停留时间差异较大,因此不适合对温度有严格要求的物料。 2.3回转圆筒干燥机流向的选择 湿物料和载热体流向有并流和逆流两种,也有逆、并流合用的。 2.3.1并流 物料移动方向与载热体流动方向相同.干燥过程中湿含量高的物料与温度最高而湿含量小的载热体在进口端相遇,此处干燥推动力大。而在出口端,则湿含量较小的物料和湿含量较大的载热体相接触,干燥推动力小。所以并流的特点是推动力沿物料移动方向逐渐减少。在干燥最后阶段,干燥推动力减少到很小,干燥速度因此很慢,影响生产力。并流方式适用于下列物料的干燥: (1)物料在湿度较大时,允许快速干燥而不会发生裂纹或焦化现象; (2)干燥后物料不能耐高温,即产品遇高温会发生分解、氧化等变化; (3)干燥后的物料吸湿性很小,否则干燥后的物料会从载热体中吸回水分,降低产品质量。 2.3.2逆流 物料移动方向与载热体流动方向相反。在入口处,湿度高的物料与湿度大、温度低的载热体接触,在出口处,湿度低的物料与温度高的湿度小的载热体相接触,因此干燥其内各部分的干燥推动力相差不大,分布比较均匀。逆流方式适用于下列物料的干燥: (1)物料在温度较大时,不允许有快速干燥,以免引起物料发生龟裂等现象; (2)干燥后的物料可以耐高温,不会发生分解、氧化等现象; (3)),热效率为30%——50%;若气体进口温度为500摄氏度,则体积蒸发率为35kg(水)/(),热效率为50%——70%。所以对于处理矿石、沙说、煤、过磷酸钙等物料的转筒干燥器都带有直接产生烟道气的燃烧炉,其燃烧可以是煤、油或者天然气等。 若处理的物料不允许被污染,则用热空气作载热体。热空气是经空气预热器加热的。加热介质可用蒸汽加热器、电加热器、或用烟道气经预热器加热热空气等方法。也可用其他工业废热气体来加热空气。也有用间接加热的方式,即热量用金属壁传给被干燥物料,如外加热式的回转圆筒干燥器。 若被干燥物料的产品不允许被污染,而且不允许被空气冲淡,则热量应通过转筒壁传入。此时,可以将转筒装在砖室内,筒外通以烟道气;也可在筒内安装中心管或列管、套管等表面热交换器,利用金属壁传热。载热体可为烟道气、水蒸气或电加热。在被干燥物料中,则通以干净气体,将蒸发的水分移走。 2.5回转圆筒干燥机的分类及适用范围 按照物料和热载体的接触方式,将回转圆筒干燥器分为三种类型,即直接加热式、间接加热式、复合加热式。现分述如下。 2.5.1直接加热转筒干燥器 (1)常规直接加热干燥器 此种干燥设备的简图如图2.2所示。在这种干燥设备中被干燥的物料与热风直接接触,以对流传热的方式进行干燥。按照热风与物料之间的流动方向,分为并流式和逆流式。在并流式中热风与物料移动方向相同,入口处温度较高的热风与湿含量较高的物料接触。因物料处于表面汽化阶段,故产品温度仍然大致保持湿球温度。出口侧的物料虽然温度在升高,但此时的热风温度已经降低,故产品的温度升高不会太大。因此选用较高的热风入口温度,不会影响产品的质量。这对于热敏性物料的干燥包括那些含有易挥发组分物料的干燥,例如肥料行业中铵基盐的干燥是适宜的。但对于铵基盐的干燥,物料温度应低于90摄氏度,以免发生燃烧。另外,对于附着性较大的物料,选用并流干燥也十分有利。在逆流式中热风流动方向和物料移动方向相反。对于耐高温的物料,采用逆流干燥,热利用率高。干燥器的空气出口温度在并流式中一般应高于物料出口温度约10——20摄氏度。在逆流式中空气出口温度没有明确规定,但设计时采用100摄氏度作为出口温度比较合理。 常规直接加热转筒干燥器的筒体直径一般为0.4——3m,筒体长度与筒体直径之比一般为4——10。干燥器的圆周速度为0.4——0.6m/s,空气速度在1.5——2.5m/s范围内。 图2.2 常规直接加热回转圆筒干燥器 (2)叶片式穿流回转圆筒干燥器 按照热风的吹入方式将叶片式穿流回转圆筒干燥器分为端面吹入型和侧面吹入型两种。图2.3是端面吹入型的简图,其筒体水平安装,沿筒体内壁圆周方向等距离装有许多从端部入口侧向出口侧倾斜的叶片(百叶窗),热风从端部进入转筒底部,仅从下部有料层的部分叶片间隙吹入筒内,因此能有效地保证干燥在热风与物料的充分接触下进行,不会出现短路现象。物料则在倾斜的叶片和筒体的回转作用下,由入口侧向出口侧移动,其滞留时间可用出口调节隔板调节。侧面吹入型与端面吹入型不同的是,筒体略带倾斜安装,大部分热风从开有许多小孔的筒体外吹入筒内,基方向与筒内物料的移动方向成直角,再空过三角形叶片的百叶窗孔进入料层。在回转筒体壁处四周装有箱型壳体,并沿回转筒体长度方向分成3——4个独立的室。每个室都有独立的鼓风机、空气加热器以及进气口和排气口。热风温度以及循环风量、排气量均能自行调节。这种类型的干燥器体积传热系数大,约为349——1745W/(℃),干燥时间短,终为10——30min,物料的填充率较大,约为20%——30%。装置容积相对较小。料层阻力为98——588Pa,通过风速一般为0.5——1.5m/s,筒体的转速约为常规直接加热转筒干燥器的1/2左右,使用的热风温度为100——300℃。在工业上,常用这种干燥器干燥粒状、块状或片状物料,例如焦炭、压扁大豆、砂糖等忌破坏的物料。此外,像塑料颗粒一类必须干燥到很低水分的物料以及像木片、纸浆渣、大柴棒等密度小的物料,都可以用它来干燥。 图2.3 叶片式穿流回转圆筒干燥器 (3)通气管式回转圆筒干燥器 这种型式干燥器简图如图2.4所示。转筒的设计和安装与常规式相同,不同的是转筒内没有安装抄板,物料自进口端向出口端移动的过程中,始终处于转筒底部的空间中,形成一个稳定的料层,因而减少了粉尘的飞扬。热空气则从端部进入不随筒体转动的中心管后,高速地从埋在料层内的分支管小孔中喷出,与物料强烈接触。由于分支管是沿着中心管长度方向均匀分布,而沿着圆周方向则主要集中于中心管下部分布。所以这种设计不仅保证了热风与物料的有效接触,强化了传热传质过程,而且与叶片式穿流转筒干燥器相比,气体在干燥器长度上的分布则更加均匀。通气管式干燥器的体积传热系数约是常规式的两倍。转筒的圆周速度约是常规式的1/2。在相同的生产能力下,干燥筒体的长度仅是常规式的1/2,因此设备费用大大降低。 图2.4 通气管式回转圆筒干燥器 2.5.2间接加热转筒干燥器 当被干燥物料不宜与烟道气或热空气直接接触时,可以采用间接传热的干器。在这种干燥器中,载热体不直接与被干燥的物料接触,而干燥所需的全部热量都是经过传热壁传给被干燥物料的。 间接传热干燥器如图2.5所示。外壳内装有同心圆筒,借助于连接管使内筒的内部空间与外壳和炉壁间的环状空间相通,整个外壳砌在砖炉内。从燃烧炉来的烟道气进入外壳和炉壁间的环状空间,自外掠过外壳,然后穿过连接管进入内筒。最后用送风机将其排出。被干燥的物料在外壳与内筒之间的环状空间通过,而空气带走物料蒸出的蒸气,则与物料成逆流方式流动,然后由送风机排出。 图2.5 间接传热干燥器 1-外壳;2-炉膛;3-内圆筒;4-炉壁;5-连接管;6-风机;7-风机; 也有先将烟道气进入内管,然后穿过连接管道外壳和炉壁间的环状空间后经送风机排出的。也有采用内热式间接加热,高温烟道气从干燥器高端的中心火管一直到干燥器低端,并从20根伸向四周的短火管通向锯齿形的烟道抄板夹层内,再沿外壁和抄板间空隙回到入口端有风机抽出,而物料由干燥器高端进入到中心火管和抄板间翻动前进,物料和烟气之间靠火管、小火管、抄板传热,传热面积比双筒式大,热效率高。为了进一步提高热效率,增大传热面积,可将中心火管进口端先用一根,而后分为5根小管,面积增大了,热效率也显著提高了。 本设备特点:(1)干燥成本低。(2) 图2.6 复式传热干燥器 1-燃烧炉;2-排风机;3-外壳;4-十字形管 干燥器主要由外壳及十字断面中央内管组成。被干燥物料沿着外壳壁和中央内管间的环状空间移动,烟道气自燃烧炉进入中央内管,自左向右流动,并将一部分热量经管壁传给被干燥物料,然后进入并通过环状空间与被干燥物料直接接触,而后由排风机或烟囱排出。 这种结构的优点是减少了对于周围介质的热损失,当湿物料还不可能分散开并剧烈地接受其体重的热量时,能先在热表面上将湿物料强烈地加热,同时利用内圆筒来沉降带来的粉尘和使气体混合均匀。 2.6抄板 为了减少物料黏附在筒壁上和防止物料结成块,有时在回转圆筒干燥机的终端,安装悬挂着的链条作为中间粉碎,以增加物料与气体接触的单位面积,同时由于链条金属的热传导作用而加强了物料的受热。为了使黏附在筒壁上的物料落下,也有在筒体外装重锤进行振打。有时为了在进料端使物料容易前进,筒内壁上焊有2m左右长的螺旋导板。为了使干燥器内气固相之间的传热、传质效果好,普遍采用抄板。 抄板是会转圆筒干燥器的重要部件。它的作用是将物料抄起来并逐渐渐向热气流中,以强化物料与热气流的热质交换,促进干燥过程的进行。抄板的型式及数量选择的正确与否直接影响热效率和干燥强度。根据经验,抄板的数量一般为(6~10)D。抄板的角度则要考虑物料的休止角和附着性等情况。图2.7表示工业上常用的抄板布置型式。 图2.7 抄板型式 2.6.1升举式抄板 如图2.7(a)所示。这种抄板在工业上应用十分广泛,主要适用于大块物料和易粘结的物料。用这种抄板结构干燥器精洗容易,但转筒的填充率较低,在0.1~0.2之间。 2.6.2均布式抄板 如图2.7(b)(c)所示。与升举式抄板相比,它能保证物料更均匀地分布在转筒的全部横截面上。对于粉状物料或带一定粉块的物料,用这种抄板比较适宜。工业上常在间接加热会转圆筒干燥器中设置这种抄板,用于煤粉、磷酸氢钙、轻质碳酸钙和粉状石黑等物料。 2.6.3扇形式抄板 如图2.7(d)所示。扇形式抄板由升举式抄板构成的互不机通的扇形部分构成。物料沿着各各曲折的通道逐渐下降,与热气流进行充分接触而干燥。这种抄板适用于块状、易脆和密度大的物料。 2.6.4蜂巢式抄板 如图2.7(e)所示。物料被分散在各个小格子中,从而降低了物料落下的高度,减少了干燥过程中产生的粉尘量。因此,它适用于易生粉尘的细碎物料。其填充率较高,可达0.15~0.25。 除上述几种抄板型式以外,还有翻动式等几种布置型式,由于工业上应用较少,故不作介绍。 对于干燥高粘性污泥时,筒体内抄板结构形式应采用升举式抄板。当转筒旋转时,抄板将污泥从堆积处带起来,分别带到各种高度倾撒下去,以增加污泥与气体的接触面积。此种抄板会引起气体的分层现象。并随着转筒转数的减少和转筒直径的加大而增加。采用这种结构干燥高粘性污泥后,筒体内壁易于清洗。 第3章回转圆筒干燥机结构设计与计算 本论文通过一个具体的实例来论述回转圆筒干燥机的结构设计方法。 假设需要设计一个回转圆筒干燥机来干燥硫酸铵,产量为年产50000t。每年除大修和其他情况外,按300天计,每小时为9200kg。 3.1已知条件 被干燥物料名称 硫酸铵 流向 并流 物料进口含水量 =3% 物料出口含水量 0.1% 产量 7000kg/h 比重(相对密度) 1.77 物料入口温度 =10℃ 物料出口温度 =60℃ 物料粒度 1~3mm 空气速度 2.6kg/s㎡ 空气温度 =27℃ 湿球温度 =17℃ 热空气进口温度 =200℃ 干燥器出口空气温度 =100℃ 硫酸铵的比热 =0.478kcal/kg℃ 硫酸铵的对极重度 =900kg/ 3.2物料衡重和热量衡重 3.2.1水分蒸发量 (3-1) =0.1% 将湿基含水量换算成干基含水量: (kg水/kg绝对干料)(3-2)(kg水/kg绝对干料)(3-3): (3-4) (3-5) =27℃, =17℃,再由I-X图可查得干空气。由于此时无法求出离开干燥器时的,所以要由热量衡算求出空气消耗量L(kg/s)=1kcal/kg·℃。 (1)—蒸发水分所需的热量 (3-6)—物料升温(由升到)所需的热量 = (3-) =2.4832×(0.478+0.001)×(60-10) =8.97(kcal) (3)—热损失 (3-8) (3-9) (3-10) =5.24(kg/s) 干空气 (3-11) (3-12) 筒体的倾斜度一般为0~8°; 取倾斜角=1.71888°,斜率S=3%。 3.3.2停留时间 (3-13) 式中:—气体流量速度(kg/s); (kg湿空气/s) Z—转筒长度(m)—颗粒平均直径(); D=2.0m; S=0.03; n=4.5rpm; =(19.802-11.149)×60 =519(s) 3.3.3填充率检验 (3-14)—每秒钟的加料体积,,,, ; V—转筒体积, ,即2.35%填充率。 3.4筒体设计 筒体跨距一般取(0.56~0.6) 筒体材料取Q235钢,取 3.4.1筒体最小壁厚计算 (3-15)—筒体材料在操作温度下的屈服应力, =2000kgf/ (即温度为150℃时的); K—抄板与筒体壁重量比系数,对于升举式抄板K=1.6; C—材料腐蚀裕度,C=0.3cm。 参考筒体最小壁厚计算,确定筒体厚度为。 3.4.2筒体载荷计算 (1)筒体自重 筒体自重的估算 (3-16)。 考虑滚圈下垫板加厚等,单位长度重量取 (3-17) (3-18) 为物料容重,;=0.0235;D=2m。 (3)齿圈重量 设齿圈位置在靠近拖轮1.8m处。 (3-19)—齿圈宽度,=240mm; —齿圈分度圆直径,=2500mm; —计算系数,=0.00019; =0.00019×25×240×2500=1167kg 取=1200kg 3.4.3筒体弯矩与应力计算 支点跨距 均布载荷重 (3-20) 由均布载荷引起的最大弯矩 图3.1 所示,筒体所受的弯矩和剪力分析。 其中,Z=2000cm。 (3-21) =8010kg=80100N (3-22) =8850kg=88500N (3-23);; (2)由集中载荷引起的弯矩 (3-24) 式中:a=180cm,b=1020cm, , 。 假设均布和载荷引起的弯矩和集中载荷引起的弯矩作用在同一面上,则 (3-25) (3)计算弯曲应力 (3-26)—; —筒体焊缝系数,取0.9; —温度系数,取1; —筒体断面模数; —许用弯曲应力,(无衬里筒体); 3.4.4筒体变形计算 (1)轴线)—材料弹性模数,; I—筒体惯性矩, =0.0248(cm) ∴ ,筒体安全。 (2)悬伸端挠度计算 (3-28) 3.4.5截面变形的筒体计算 (3-29)—托轮处支点反力,; —滚圈直径,,取; —平均半径,; —截面惯性矩,; (3-30)—滚圈截面高度, —滚圈宽度; (3-31) (3-32)—滚圈、托轮许用接触应力,; —滚圈与托轮直径之比,,取=4; —托轮直径; 支反力、的计算: ,—滚圈重量(估计),; (3-33) (3-34) 则: 取 则: 故在允许范围之内,满足要求。 3.5滚圈设计 3.5.1滚圈与托轮材料的确定 滚圈材料用ZG45II 正火 托轮材料用ZG45II 正火 许用接触应力 3.5.2滚圈、托轮接触应力计算 滚圈与托轮间受力为两圆柱体线接触,根据弹性力学公式求得最大接触应力,其受力如图3.2所示。 图3.2 滚圈力平衡图 (3-35)—单位接触宽度上的载荷, (3-36) —支承载荷,取由筒体弯矩计算求得的各支座反力的最大值(kgf); —滚圈自重,,估算时取0.1; —托轮滚圈中心连线与垂直方向的夹角,一般; —滚圈宽度(cm); —弹性模量,; 、—滚圈、托轮的外半径(cm)。 ∴ 故满足要求。 矩形滚圈截面设计如图3.3所示。 图3.3 矩形滚圈 ∴ (3-37)—筒体厚度,=12mm ; —垫板实际厚度,=30mm; C—常温时滚圈与垫板的半径间隙,mm。 (3-38) 式中:—垫板外径,; —滚圈处滚圈与筒体的平均温度差,=100 ℃; —热膨胀系数,钢材℃)。 ∴C=2mm 则: 托轮直径 取=600mm 滚圈重量验算: (3-39) 式中:—钢铁比重,; —滚圈截面积,; —滚圈平均半径,。 3.5.3校核弯曲应力 滚圈受力分析如图3.4所示。 图3.4 受力分析图 (3-40)—支点反力,; —滚圈半径,。 弯曲应力: (3-41)—滚圈截面模数,; 。 3.6拖轮及轴承计算 3.6.1托轮 托轮直径 拖轮宽度 式中:2u为筒体轴向窜动量,2u=40mm。 ∴取 3.6.2托轮轴 托轮轴采用转轴式,其受力分析如图3.5所示。 图3.5 转轴的弯矩 (3-42) 式中:—,; —轴承内圈宽度,; —。 取 3.6.3滚动轴承计算 (3-43)—寿命系数,,取=7500小时, =4.5; —速度系数,; (—轴承转速,即托轮转速,=18rpm) ∴ —载荷系数, =1.2; —温度系数, =0.95; —当量载荷,; —托轮径向载荷, —托轮轴向载荷, (3-44) 选用调心滚子轴承,型号53626。由轴承样本确定: Y—轴向系数2.9 e—介子系数0.34 ∴ 由于 ∴ (3-45) 则: 查表可得: ∴ 故满足要求。 3.6.4轴的弯矩核算 (3-46) (3-47) 式中:W为轴的断面模数, ∴ 3.7挡轮及轴的计算 3.7.1挡轮 挡轮材料选用铸钢ZG45II,由于挡轮大部分时间内不受力,故强度条件改为: (3-48) 为挡轮接触许用应力, 3.7.2挡轮受力 挡轮的几何关系如图3.6所示。 图3.6 挡轮几何关系图 图中:—挡轮的半锥顶角,,取; —挡轮大端直径; —挡轮推力; S—挡轮侧面母线长度; —滚圈外径; —挡轮侧面平均直径。 按普通挡轮推力 (3-49)—回转部分重量, —滚圈与托轮的摩擦系数, ,取; ,,,。 3.7.3挡轮参数的确定 由接触强度确定直径 (3-50) ; —弹性模数,; ; —挡轮厚度, 。 取 挡轮大端直径 (3-51) 又: 则: 选取 3.7.4挡轮轴及轴承的选择 (1)挡轮轴向力 (2)轴的计算 (3-52)—单位许用压力,。 取 (3)挡轮转速 (4)轴颈剪切力的验算 采用实心轴,材料用45钢 (3-53) 。 (5)挡轮滚动轴承 计算方法可参照本文托轮部分的轴承计算 本文选用圆锥滚子轴承30000型,30316,并通过校核已经满足使用要求。 3.8传动装置的计算 3.8.1传动功率的确定 设计依据: (物料休止角) (物料容重) 采用杜马公式计算 (3-54) —直径,; —长度,; —转速,; —物料容重,; —填充系数,; —升举式抄板系数,。 则: 故选用电机功率为11kw。 结论:选用电机为Y180M-8,转速为730r/min。 3.8.2传动装置的确定 总速比 一般齿轮比为,取。 则减速机速比为 按功率为11kw、进轴转速为730rpm、速比为20选用减速机。 故选用ZLY224型减速机。 3.8.3齿轮的计算 大齿轮的分度圆为 取1.25, 则 取模数 取大齿轮齿数 小齿轮齿数 取小齿轮齿数 则 ,故基本满足要求。 按接触强度计算齿圈宽度 (3-55)—按计算功率加上一定余量,=11kw; —集中载荷系数,取1.05~1.1, =1.1; —动载荷系数,当齿轮圆周速度低时(一般小于1m/s),可取=1.8;转速 较高时,=1.35~1.4,所以取=1.3; —许用接触应力,; 齿轮材料ZG45II正火 —传动功率,。 则: 取 第4章经济环保性分析 4.1经济性 回转圆筒干燥机是消耗热量很大的化工单元装置。在干燥过程中,热效率变化很大,因此在干燥过程中提高干燥过程的热效率可以有效的节省成本,其主要措施如下: 对现有的回转圆筒干燥设备,加强热管理。如防止干燥介质的泄漏,使燃烧炉中的燃烧完全,并配有热风循环的干燥设备,尽可能地保持最大的循环风量等,这样就有利于热量的二次循环。 在圆筒上包一层保温材料,改善设备的保温。一般回转圆筒干燥器损失热量为3%——30%,。在本干燥器散热量进行测定的基础上,采取措施,改善设备的保温,减少热损失。 回收废气带走的热量。回转圆筒干燥机的废气带走的热量与总热量之比值是很大的,有的可占总热量的40%。采用热交换器回收废气带走的热,已在工业上实施。例如,用10摄氏度的空气,通过废热回收换热器加热到84.7摄氏度,废气可从150摄氏度降到70摄氏度,回收了废气中热量的25%,节约燃料23%,在两年内即可收回废热回收换热器所用的投资。用“热管”回收废气中的热量也是很有前途的方法。 同时,由于回转圆筒干燥机的生产能力大、适用范围广、流体阻力小、操作方便等特点,所以对于一个厂家来说,虽然它的投资非常大,但是它的优点能有效地帮助厂家节省成本,所以对于大量干燥的厂家,选用回转圆筒干燥机是可行的。 4.2环保性 在回转圆筒干燥机的粉尘处理方面,我们可以在载热体经干燥器以后,使废气经旋风除尘器处理,然后将废气中所带的物料捕集下来。如须进一步减少尾气含尘量,我们还可以让废气经过袋式除尘器或湿法除尘器处理后,再放空。 第5章结论 通过资料查询和现场参观,以及对回转圆筒干燥机参考资料的了解,使自己对干燥机的一些知识有了初步的了解和掌握;通过实践,检验自己大学期间所学知识和实际动手能力;通过对此系列的干燥机的学习和研究,初步了解国内在此方面的科研成果和发展动态;在学习和设计研究中,让自己学以致用,在实际中检验和巩固所学过的知识,锻炼自己的实际动手能力,更为以后的学习和工作打下坚实的基础。 本设计论文是在张振伟老师的指导下,设计了回转圆筒干燥机机。探索了干燥设备设计的现代设计方法,初步掌握了机械设计的步骤与方法,为下一步的工作打下坚实基础,利用所学的各种专业知识解决设计中的种种困难,对于干燥设备有了进一步的了解,更加认识了机械设计过程中的困难,了解到如何设计一个机械机构,回转圆筒干燥机应用的方面比较广,具有典型优点,是一个很具有推广的机械产品,本设计还存在着不足的地方,需要进一步的考虑和设计。 在设计回转圆筒干燥机时由于缺少经验与相关知识,故在一定程度上借助了老师们和前届同学们的相关资料;通过此干燥机的设计,整体上掌握了回转圆筒干燥机的设计思想与相关思路。完成HG2.0×20回转圆筒干燥机成套图纸的结构设计,并通过计算齿轮传动、轴承寿命计算等,是本论文需解决的关键问题,同时由于筒体与托轮轴的不平衡安装而引起的窜动问题及筒体的受力计算也是本文的难点和关键问题。 参考文献 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Drying Proceedings of the 10th International Drying Symposium[M], Krakow Poland:1996. 627-634. 10.赵旭.HDPE蒸汽管回转干燥机的工艺计算[M],化工机械,2000. 11.C G J Baker. Drying Technology, [M]1998,635-653. 12.Mujumdar A S, Ed. Handbook of Industrial Drying, Vol.1 and 2,Marcel Dekker,New York,1995,1460. 13Mujumdar A S.Drying Technologies of the Future,Drying Techonlogy-an International Journal,1991,325-347. 14.干燥设备调查组.国内干燥设备调查[J],化工部设备设计技术中心站,1971. 15.夏诚意.干燥讲义[M],南京:南京化工学院,1979. 16.时均等主编.化学工程手册[M],上卷,第2版,北京:化学工业出版社,1996,17-32. 17.周开勤,唐睿城,杨景惠.机械设计师实用手册[M],天津:天津科学技术出版社,1992. 18.《化学工程手册》编辑委员会编.化学工程手册[M],北京:化学工业出版社,1996. 19.童景山,李敬.流体热物理性质的计算[M],北

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