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1 Abstract

2 第1章 绪论

3 1.

1 研究背景与意义

3 1.2 课题研究进展

3 1.2.1流化干燥技术

7 1.2.2惰性粒子流化干燥

10 1.2.3 CFD理论及商用软件

12 1.3 课题的研究重点

16 第2章 流化流场模拟与设备尺寸优化

17 2.1流化床结构

17 2.2 CFD流场模型

18 2.2.1双流体理论

18 2.2.2离散颗粒模型

19 2.2.3气固作用模型

20 2.2.4模拟计算流程

20 2.3计算参数及网格模型

21 2.3.1模拟计算参数

21 2.3.2网格模型

22 2.4计算结果与讨论

23 2.4.1计算结果

23 2.4.2优化后的流场考察

26 第3章 结论

28 参考文献

29 致谢

33 摘要为进一步提升工业流化床干燥器生产的操作性能与效率,在实验室前期有关波纹布风板研发的基础上,基于计算流体力学理论及相应的商用软件,及结合均匀设计法,初步开展设备主体结构的设计研究.结果表明,在计算拟定的设备主体尺寸及操作工况下,当流化床的主体圆筒高度、下锥体高度、接口高度及接口直径各自与设备主体圆筒直径间的尺寸比例依次为1.

90、0.

50、0.65和0.50时,操作的风动力压降可降至最小,此时室内的流场分布效果亦较佳. 关键词:流化床,波纹布风板,流场模拟,尺寸优化 Abstract In order to enhance the operational performance and the efficiency of production of industrial fluidized bed dryers further more,based on computational fluid dynamics theory, the related commercial software , and combining with the uniform design method about corrugated air distributor, the structure design of the body size of fluidized bed dryers has been carried out. The results showed that, with the main body size of the fluidized bed dryers and operating conditions unchanged, when the ratio?of each of the main?cylinder?height of the fluidized bed, the low cone height, the height of interface and the diameter of the interface equipment and the main?cylinder?diameter of fluidized bed dryers are 1.90, 0.50, 0.65 and 0.50, the wind power pressure of operation can be reduced to the minimum, thus the flow distribution?effects in fluidized bed dryers are better. Keywords: fluidized bed, Corrugated distributor, CFD simulation,size optimization 第1章 绪论 第1.1节 研究背景与意义 干燥是一种古老而重要的工业操作技术,其技术水平及相应设备的先进与否,直接影响着生产企业的经济效益和产品竞争力.经过近几十年的快速发展与追赶,我国的干燥设备虽然已经结束了完全依赖进口的被动局面,自行制造的干燥设备目前可基本满足国内市场的一般生产要求,甚至还有个别机种出口到国外.但总体而言,与国外的同类设备相比,国内的干燥设备制造水平仍处于积累发展阶段,尚不能较好满足当前如制药与催化剂制造等新兴行业中的高精技术要求,亟待进一步地改进与研发. 经过近几十年的快速发展,我国的干燥技术及设备虽然已经结束了完全依赖进口的被动局面,但总体而言,与国外的同行业相比,国内的干燥设备设计技术目前仍不够成熟,多数仍是在借鉴国外同类技术的基础上小幅改进而成.在设计过程中,通常均采用模拟设计和相似设计的办法,绘制样机,然后按照约定比例进行放大或缩小,其间再对部分不完善的地方进行改进和革新,以此适应自身的生产条件或扩展生产能力.显然,诸如此类的设计流程和方法势必将存在较大的先天不足或缺陷,不仅具有较高的盲目性和风险性,如只有待样机制造出来后方可验证设备是否符合要求,另一方面也极大延长着设计周期,导致生产产品的更新换代滞后,成本攀高.此外,自动化程度低、适应范围窄、能耗高亦是我国干燥设备普遍存在的特点,故而也严重制约着国内干燥技术的快速发展,亟待进一步解决. 第1.2节 课题研究进展 1.2.1 流化干燥技术 1.2.1.1 技术简介 干燥作为一种历史悠久的生产操作技术,是指通过气化而除去湿物料中湿分的化工分离过程.在现代工业中,干燥技术仍有着十分广泛的应用,诸多的工业产品都是经过干燥分离而制得.工业上,干燥操作不仅影响着产品的生产效率与操作能耗,且通常作为产品加工的最后一道工序,对产品的最终质量起着重要的保证作用.因此,干燥操作的技术水平将直接影响到生产企业的经济效率与市场竞争力,譬如我国有许多的工业出口产品,单就纯度而言,已经达到或超过了国外的同类产品,但只因干燥技术的落后,致使产品的粒度、色泽和堆积密度等物性指标偏低,从而在国际市场竞争中常处于劣势,如白炭黑、轻质碳酸钙等.为此近年来,国内的有关单位或部门正着力加大对干燥技术的研究力度,先后成立了各级干燥技术研究中心,组织召开了多届干燥技术交流会,并取得了阶段性的研究成果,目前已涌现出了一批专业的新型干燥设备生产与制造厂商,进而有力推动了国内干燥技术由传统的粮食、肥料、饲料、燃料、陶瓷、织物和矿物等生产领域向新兴的生物化工、高分子材料、催化剂制造、印染、食品与制药等高科技领域中的应用拓展,初步显示出良好的发展势头. 近几十年来,随着世界人口的大幅增加、能源的日益紧张以及对环保型生产技术的强烈追求,人们对于干燥技术也早已提出了更高的期望或要求,即不再单纯满足于干燥产品的低含水量指标,同时对干燥操作的热效率、生产强度、生产周期及环境污染等均已制定了相应的指标要求,故而有效促进了大量新型干燥工艺、设备得以快速地研发与推广.目前,国内外已实现工业化生产的干燥技术主要有:喷雾干燥,气流干燥,流化(含振动流化床、流化床造粒)干燥,回转圆筒干燥,旋流闪蒸干燥,圆盘干燥,带式干燥,双锥回转真空干燥,桨叶式干燥,微波真空干燥和冷冻干燥等.其中,流化干燥作为工程优势最为显著的高效干燥技术之一,在工业上的应用正日趋广泛,已渐成为诸多产品生产的主要干燥方法. 1.2.1.2 传统的流化干燥操作 流化干燥是一种典型的流态化操作过程,属于流态化技术范畴.流态化技术是指利用流动流体的作用,促使大量固体颗粒悬浮于流体介质中,从而使得固体颗粒呈现出类似于流体的某些表观特性的过程操作.流态化技术自1921年发明以来,干燥是应用最早的领域之一.世界上第一套工业化的流化床干燥装置于1948年在美国出现,设计用于白云石的干燥处理.此后,针对该类型的操作过程,各国学者相继开展了大量的实验与理论研究,我国学者也于20世纪60年代开始了相关的研发工作,当时的华东化工学院、浙江大学、成都工学院等科研单位在流化操作、流化机理及理论计算等方面均进行了不同深度地探索,并形成和积累了大量珍贵的基础文献资料,从而为国内后期的流化干燥研究奠定了基础. 在气固流化干燥过程中,由于待干燥物料被悬浮于介质气流之中,故物料与气流间可保持充分地接触,两者的相际接触面积甚大,故干燥的热容系数较高.又由于物料在流化过程中呈沸腾状翻滚,即物料自身的运动十分剧烈,传热的气膜阻力也较小,故流化干燥的热效率也较高.与其他的干燥装置相比,流化干燥装置的密封性能通常也十分优异,其传动机械一般并不与物料直接接触,故杂质不易掺入和污染被处理的物料,这一特性对于纯度要求较高的制药生产尤为实用.此外,流化干燥还普遍具有操作温度低、设备结构简单、维护及检修方便等诸多优点,但传统的流化干燥技术也仍存有一些自身的不足之处,主要表现为:(1)物料的停留时间不一致,难以获取湿含量均匀的干燥产品,部分产品可能会因过度干燥而变质;