Процесс сушки материала в барабанной, вращающейся сушилке

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет: “энергетический”

Кафедра: “Автотракторные двигатели и теплотехника”

Курсовая работа

Процесс сушки материала в барабанной, вращающейся сушилке

Студент

Степанов Виталий Юрьевич

Руководитель:

Ст. преподаватель Юхин Д.П.

УФА 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РЕФЕРАТ

ЗАДАНИЕ

1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ ПОДАВАЕМЫХ В СУШИЛКУ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ, РАСХОДА СУШИЛЬНОГО АГЕНТА И РАСХОДА ТЕПЛА НА СУШКУ

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ СУШИЛЬНОГО БАРАБАНА

4. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ: РАСЧЕТ БАРАБАНА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов удешевляет их транспортировку и придает им определенные свойства, а также уменьшению коррозии аппаратуры. Влагу можно удалять механическим способом: отжим, центрифугирование, отстаивание. Однако этими способами влага удаляется частично, более тщательное удаление влаги осуществляется путём тепловой сушки: испарение влаги, удаление паров.

Процесс тепловой сушки может быть естественным и искусственным. Естественная сушка применяется редко. По физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом. Его скорость определяется скоростью диффузии влаги из глубинных частей материала к поверхности, а затем в окружающую среду. Удаление влаги при сушке включает не только перенос материала, но и перенос тепла, таким образом является теплообменным и массообменным процессами. По способу подвода тепла к высушиваемому материалу сушку делят:

1) Контактная - путём передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделительную стенку;

2) Конвективная - путём непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом. В качестве, которого используют: подогретый воздух, топочные газы либо топочные газы с воздухом;

3) Радиационная - путём передачи тепла инфракрасным излучением;

4) Диэлектрическая - в поле токов высокой частоты;

5) Сублимационная - в замороженном состоянии в вакууме.

Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным воздухом или газом. При конвективной сушке влажному воздуху отводится основная роль. Поэтому необходимо чётко представлять какими параметрами описывается воздух.

РЕФЕРАТ

сушильный топочный газ тепло

Расчетно-пояснительная записка содержит 23 листов А4 и один лист А1.

Курсовая работа по «Теплотехники» посвящена расчёту сушильной установки с подъемно-лопастными перевалочными устройствами для высушивания пшеницы или сухофруктов топочными газами при определенных условиях.

В ходе выполнения курсовой работы использовались материалы многих технических дисциплин таких как: инженерная графика, электротехника, высшая математика, материаловедение, теория конструкционных материалов, материалы многих справочников и стандартов. Выполнение курсовой работы являлось важным этапом в получении практических навыков самостоятельного решения сложных инженерно - технических задач.

Графическая часть включает принципиальную схему барабанной сушилки, общий вид сушильной камеры, разрез сушильного барабана в увеличенном виде, также две экспликации. Номинальные и расчётные данные сушильной камеры на одном листе формата А1.

ЗАДАНИЕ

Исходные параметры:

В качестве топлива используется природный газ следующего состава (в объемных процентах):

СН₄ - 81 %; С₂Н₆ - 9 %; CO - 3 %; H₂ - 5 %;N₂ - 2 %;

t_Т=9⁰ С;; t_см=190⁰С; u_н=19; u_к=2; G_к=50.

1 - барабан; 2 - питатель; 3 - сушильный барабан; 4 - топка; 5 - смесительная камера; 6, 7, 11. - вентиляторы; 8 - промежуточный бункер; 9 - транспортёр; 10- циклон; 12 - зубчатая передача.

Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 попадает во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения газов в смесительной камере 5. Воздух в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами 6,7. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана 8, а из него на транспортирующее устройство 9.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное, мокрое пылеулавливание.

Транспортировка сушильного агента через сушильную камеру осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности упаковки.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.

1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ ПОДАВАЕМЫХ В СУШИЛКУ

Теоретическое количество сухого газа L₀ затрачиваемого на сжигание одного кг топлива равно:

, (1)

где составы горючих газов выражены в объемных долях.

Подставив соответствующие значения, получим:

кг/кг

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов.

Таблица 1

Газ	Реакция	Тепловой эф - фект реакции, кДж/м3
Водород	Н2 + 0,5О2 = Н2О	10810
Оксид углерода (11)	СО + 0,5 О2 = СО2	12680
Метан	СН4 + 2 О2 = СО2+ 2Н2О	35741
Этан	С2Н6 + 3,5 О2 = 2СО2 + 3Н2О	63797

Количество тепла Q_V, выделяющееся при сжигании 1 м³ газа равно:

, (2)

Q_V = 0,81•35741 + 0,09•63797 + 0,03•12680 +0,05•10810= 35612,8(кДж/м³•т),

где ц_i - объемная доля компонентов газа;

H_i - тепловой эффект реакции (кДж/м³).

Плотность газообразного топлива:

(3)

где M_i - мольная масса топлива (кмоль/кг);

t_т - температура топлива; t_т = 9 ⁰ C

V₀ - мольный объем; V₀ = 22.4 м³/кмоль

Т₀ = 273 ⁰ К.

кг/м³

Количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива равно:

, (4)

кДж/кг

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха б, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов, до температуры смеси. t_см = 190 ⁰ C

Значение б находят из уравнений материального и теплового баланса.

- Уравнение материального баланса:

(5)

где L_с.г. - масса сухих газов образовавшихся при сгорании 1 кг топлива;

C_mH_n - массовая доля компонентов, при сгорании которых

образуется вода (кг/кг).

- Уравнение теплового баланса:

, (6)

где з - общий КПД учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду; з = 0,94;

с_т - теплоемкость газообразного топлива при температуре топлива 9⁰ С;

с_т = 1,2 кДж/(кг•к);

I₀ - энтальпия свежего воздуха ( кДж/кг); I₀ = 49 кДж/кг;

i_с.г. - энтальпия сухих газов;

i_с.г. = с_с.г.•t_c.г. = 1,05•190 = 199,5 (кДж/кг),

где с_с.г. = 1,05 кДж/(кг•К)

t_с.г. = 190 ⁰С;

x₀ - влагосодержание свежего воздуха при температуре t₀ = 9⁰С и влажности ц₀ = 80 %, х₀ = 0,0064 кг/кг

i_п = r₀ + с_nt_n = 2500 + 1,97•190 = 2874,3 (кДж/кг)

где r₀ - теплота испарения воды при температуре 0 ⁰С

r₀ = 2500 кДж/кг

с_п - средняя теплоемкость водяных паров, с_п=1,97 кДж/(кг•К);

t_п - температура водяных паров

t_п = t_с.г. = t_см. = 190 ⁰C

Пересчитаем содержание компонентов топлива при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые по формуле:

, (7)

щ(CH₄) = 0,0584•0,81•16 = 0,757

щ(C₂H₆) = 0,0584•0,09•30 = 0,158

щ(H₂) = 0,0584•0,05•2 = 0,0058

Количество влаги, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива равно:

кг/кг

L_c.г.=1+L₀-1+16,94-1,99=15,95 кг/кг

Решая совместно уравнения 5 и 6, получаем:

, (8)

Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению:

Общая удельная масса сухих газов получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси t_cм = 190 ⁰С равна:

, (9)

G_с.г. = 1 + 11,52•16,94 - 1,99 = 194,2 (кг/кг)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива равна:

, (10)

G_п = 1,99+11,52•0,0064•49 = 5,6кг/кг

Влагосодержание газов на входе в сушилку (х₁ = х_см) равно:

,

кг/кг;

Энтальпия газов на входе в сушилку:

, (11)

кДж/кг

Поскольку коэффициент избытка воздуха б велик (б > 1), физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ, РАСХОДА СУШИЛЬНОГО АГЕНТА И РАСХОДА ТЕПЛА НА СУШКУ

Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W, удаляемой из высушенного материала.

, (12)

кг/с

По диаграмме состояния влажного воздуха I - х, определяем рабочую линию сушки. Отсюда находим координаты x₁, I₁; x₂, I₂; x₀, I₀:

x₁= 0,0288 кг/кг, I₁=282,2 кДж/кг;

x₂= 0,025 кг/кг, I₂= 160 кДж/кг;

x₀= 0,0064кг/кг, I₀=49 кДж/кг.

Расход сухого газа L_с.г. равен:

, (13)

кг/с

Расход сухого воздуха L равен:

, (14)

кг/с

Расход тепла на сушку Q_c равен:

, (15)

Расход топлива на сушку G_т равен:

, (16)

кг/с

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ СУШИЛЬНОГО БАРАБАНА

Расчет основных размеров сушильного барабана сводится к определению объема сушильного барабана, длины и диаметра барабана.

Определив длину и диаметр барабана, выбирают стандартный аппарат.

Определим парциальное давление водяных паров в газе по формуле:

, (17)

Тогда на входе в сушку:

На выходе из сушки:

Найдем среднее парциальное давление водных паров в сушильном барабане:

,

.

Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи в_v может быть вычислен по эмпирическому уравнению:

(18)

где

.

с_ср - средняя плотность сушильного агента, кг/м³

с_ср =

с - средняя теплоемкость сушильного агента,

кДж/(кг•К);

в - степень заполнения барабана высушиваемым материалом,

в = 15-25%, принимаем 15%;

щ - рабочая скорость сушильного агента в барабане,

щ = 2,4 м/с;

n - число оборотов барабана ( изменяется в реальных барабанах от 10 до 20 об/мин)

n = 12 об/мин;

кг/(м²с);

Р₀ = 10⁵ Па;

подставляем, определяем

Коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массопередачи

Для определения средней движущей силы, найдем по диаграмме состояния влажного воздуха I - х, определяем Р_(х0); Р_(х1); Р_(х2):

Р_(х0) = 67 С⁰;

Р_(х1) = 187 С⁰;

Р_(х2) = 120 С⁰.

Найдем движущую силу в начале процесса сушки:

Найдем движущую силу в конце процесса сушки:

Средняя движущая сила равна

(19)

Движущую силу массопередачи ДХ_ср определяем по уравнению:

, (20)



Объем сушильного пространства рассчитывается по формуле:

, (21)

.

Расход тепла на прогрев материала равен:

, (22)

Объемный коэффициент теплопередачи определяется по эмпирическому уравнению:

, (23)

Объем барабана необходимый для прогрева влажного материала определяют по уравнению:

, (24)

Полный объем сушильного барабана:

, (25)

По справочным данным находим основные характеристики барабанной сушилки - длину и диаметр, взяв за основу объем сушильного пространства.

По таблице выбираем барабанную сушилку № 7208 со следующими характеристиками:

Объем сушильного пространства V = 710 м³,

Внутренний диаметр барабана d = 6 м,

Длина барабана l = 26 м,

Частота вращения барабана n = 12 об/мин.

Среднее содержание влагосодержание сухого агенте, сухого воздуха:

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана равен:

, (26)

Определяем действительную скорость газов в барабане:

, (27)

Среднее время пребывания материала в барабане:

, (28)

Где Количество находящегося в сушки материала равно:

, (29)

Где р_м - плотность материала

р_м = 1200кг/м³;

в - степень заполнения барабана

в = 0,12;

находим

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана б:

, (30)

Толщина стенки барабана:

,

.

L = 26 м

Найдем нагрузку по длине сушильной трубе:

,

Найдем объем трубы:

Расстоянии между опорами: = 0,585L=0,585•26= 15,21м.

В наиболее опасном сечении балки (посередине между опорами) обеспечивается минимальный изгибающий момент:

Крутящий момент (в МН·м) можно определить:

Мощность привода равна:

Момент сопротивления кольцевого сечения барабана:

,

Условие прочности барабана имеет вид:

где расчетный (приведенный) момент (в МН·м) определяют по формуле

=0,35·4295+0,65·=198000Н·м

Допускаемое напряжение рекомендуется принимать (с учетом возможных температурных напряжений, неточностей монтажа и т.п.) для барабанов без футеровки (сушилки, кристаллизаторы) в пределах 5--10 МН/.

Условие выполняется.

После проверки на прочность барабан проверяют на прогиб. Для нормальной работы допускается прогиб f не более 1/3 мм на 1 м длины, т. е.

4. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ: РАСЧЕТ БАРАБАНА

Прогиб от равномерно распределенной нагрузки определяют по формуле

,

где Е -- модуль упругости материала барабана, МН/м2; E=1,71·10⁵ МПа

I -- осевой момент инерции кольцевого сечения барабана (в м4), который находят по формуле:

,

,

,

.

Условие выполнено.

Значение реакция опорного ролика определяют по формуле

,

Условие контактной прочности на смятие в месте соприкосновения ролика и бандажа записывается в виде

- выбрали

Наружный диаметр бандажа принимаем следуя соображениям, что , т.е. м.

Определение диаметра опорного ролика

Определяем из следующего соотношения:

, м

-- наружный радиус опорного ролика, м;

-- наружный радиус бандажа, м;

,

.

-- допускаемое напряжение материала ролика и бандажа на смятие для стального литья = 300--500 МПа, = 13,3МПа < =300МПа

Условие выполнено.

Выполним проверку прочности бандажа на изгиб. Рассматривая участок бандажа между двумя башмаками как кривой брус, можно записать условие прочности бандажа на изгиб в виде:

где -- максимальный изгибающий момент в месте контакта опорного ролика и бандажа, МН·м;

--момент сопротивления сечения бандажа, м³.

Изгибающий момент можно определить по формуле

где -расстояние между соседними башмаками, м;

m - общее число башмаков.=12

,

.

Момент сопротивления бандажа прямоугольного сечения определяют по формуле

где -- соответственно ширина и высота бандажа, м.

м.

,

.

Условие выполняется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По данным условиям мы рассчитали процесс конвективной сушки материала в барабанной, вращающейся сушилке при подогреве воздуха продуктами сгорания отопительного газа. Так же по приведенным данным произвели расчет материального и теплового балансов процесса сушки с помощью диаграммы Рамзина. По расчетам нашли тип барабанной сушилки - № 7208 и его характеристики: диаметр d_вн = 6 м, длина l = 26 м, объем V = 19,9 м³, частота n = 12 об/мин, угол наклона к горизонту которой составляет б = 4,7⁰.

Зерносушилки барабанного типа

Модель	длинна-А1	длинна барабана-А	высота-Н1	диаметр барабана-D1	ширина-В1
CЗ-0.10	2500	2000	1500	1000	1500
CЗ-0.3	7500	6000	2200	1500	2200
СЗ-1	8500	7500	2500	1800	2500
СЗ-4	10600	9000	2800	3500	2800
СЗ-9	13000	10500	2900	3500	2800
СЗ-15	16000	13500	3300	2800	3300
СЗ-20	17000	2Х7500	3100	2200	3000

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1981.

2.Сушильные аппараты и установки. Каталог НИИХИММАШ. 3-е изд., М.:, 1975.

3.Аппараты с вращающимися аппаратами общего назначения. Основные параметры и размеры. ГОСТ 11875-79.

4.Дытнерский Ю.И., Основные процессы и аппараты химической технологии. 4-е издание М:Альянс, 2008.

Размещено на Allbest.ru