Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Могилевский государственный университет продовольствия

Кафедра теплохладотехники

Расчётно-пояснительная записка

к курсовому проекту на тему

''Расчёт барабанной сушилки для пищевых дисперсных материалов.''

Выполнил:

студентка гр. ТЖМПЗ-002 Пурышева Ю.

Проверил: Левьюк Л.Н.

Могилев 2004

Содержание

Введение

1. Состояние вопроса

2. Технические описания и расчёты

2.1 Описание принципа работы технологической схемы

2.2 Описание принципа работы проектируемого аппарата

2.3 Материальный расчёт установки

2.4 Тепловой расчёт установки

2.5 Конструктивный расчёт барабанной сушилки

2.6 Расчёт и подбор комплектующего оборудования

2.6.1 Расчёт и подбор калориферов

2.6.2 Расчёт и подбор циклона

2.7 Гидравлический расчёт линии воздуха и подбор вентилятора

Литература

Введение

Процессы сушки широко применяются в промышленности и сельском хозяйстве. Объектами сушки могут быть разнообразные материалы на различных стадиях их переработки (сырьё, полуфабрикаты, готовые изделия).

Сушкой называется процесс удаления из материала любой жидкости, в результате чего в нём увеличивается относительное содержание сухой части. На практике при сушке влажных материалов, в том числе пищевых продуктов, удаляют главным образом воду, поэтому под сушкой понимают процесс обезвоживания материалов.

Материалы сушатся с различной целью: для уменьшения массы (это удешевляет их транспортировку), увеличения прочности (керамические изделия, древесина), повышения теплоты сгорания (топливо), повышения стойкости при хранении и для консервирования (зерно, пищевые продукты, биопрепараты).

Большинство пищевых продуктов являются влажными телами, содержащими значительное количество воды. Вода входит в состав растительных и животных тканей и являются необходимой составной частью пищи человека. Однако избыток воды снижает питательную ценность пищевых продуктов, значительно удорожает их транспортировку и может вызвать порчу продуктов вследствие жизнедеятельности различных микроорганизмов в водной среде. Поэтому большинство пищевых продуктов подвергают сушке, в процессе которой их влажность значительно снижается.

Процесс тепловой сушки пищевых продуктов заключается в переводе влаги, находящейся в них, в парообразное состояние и удаление образующегося пара во внешнюю, окружающую продукты, среду.

По способу подвода теплоты к материалу различают сушилки конвективные, контактные (сушка на горячих поверхностях), с лучистым нагревом (терморадиационные), с нагревом токами высокой частоты, акустические. Наиболее широко в пищевой промышленности применяются конвективные сушильные установки, в которых сушильным агентом является нагретый воздух или смесь его с топочными газами. Продукты, используемые для питания человека, высушиваются воздухом.

Основные элементы установки - сушильная камера, где происходит собственно сушка, калорифер, в котором воздух нагревается перед поступлением в сушильную камеру, и вентилятор, обеспечивающий принудительную циркуляцию воздуха.

Широко используются в промышленности сушильные установки с возвратом (рециркуляцией) части отработанного воздуха, в этом случае свежий воздух смешивается с частью отработанного воздуха, поступающего из сушильной камеры, образуя смесь. Смесь вентилятором подается в калорифер, подогревается и направляется затем в сушильную камеру. Сушильные установки бывают с дополнительным подогревом воздуха непосредственно в сушильной камере и с промежуточным подогревом воздуха в калориферах, установленных в отдельных ее зонах. Сушка в этих установках протекает при более низкой и равномерной температуре воздуха в камере.

1. Состояние вопроса

ПРОИЗВОДСТВО МЯСОКОСТНОЙ МУКИ.

Предприятия мясной промышленности вырабатывают мясокостную муку и технический жир. Высокое содержание в мясокостной муке белков, жиров и минеральных веществ обусловливает ее ценность как продукта для скармливания сельскохозяйственным животным и птицам.

Сырьем для производства кормовой продукции являются: ветеринарные конфискаты, непищевые отходы и малоценные в пищевом отношении продукты, получаемые при переработке всех видов скота, птицы и кроликов, отходы от производства пищевой и технической продукции, а также трупы скота и птицы, допущенные ветеринарно-санитарной службой.

В зависимости от морфологического состава и назначения сырье подразделяют на четыре группы:

ь кровь цельная, фибрин, форменные элементы крови;

ь мякотное и мясокостное сырье. К нему относятся: жировое сырье с большим содержанием жира (жир-сырец, непригодный или не используемый на пищевые цели; кишки убойных животных, не используемые для выработки колбасных оболочек); кишки птичьи; непищевая жировая обрезь от зачистки мяса, субпродуктов и об рядки шкур; жиросодержащее сырье с относительно небольшим содержанием жира (забракованное мясо и внутренние органы животных, не используемые на пищевые цели; малоценные продукты убоя скота; шквара от вытопки жира; отходы, получаемые при выработке натуральных колбасных оболочек, шлям; отходы от переработки птицы и кроликов);

ь костное сырье. К нему относятся кость от обвалки туш и голов сырая и вываренная (в том числе костный остаток от механической дообвалки кости убойных животных); бараньи головы и ноги; яичная скорлупа;

ь кератинсодержащее сырье -- малоценное перо (подкрылок), отходы перо-пухового сырья.

Сырье собирают в специальную тару и взвешивают. В цехи кормовых и технических продуктов сырье доставляют по линиям пневмотранспорта, спускам, в подвесных ковшах или напольным транспортом. Сырье направляют для переработки по мере его получения не менее двух раз в смену. В сырье не должно быть мусора и металлических предметов.

В цехах кормовых и технических продуктов сырье по видам принимают в соответствующие накопительные бункера и емкости, оснащенные приспособлениями для передачи на переработку.

Одной из стадий производства мясокостной муки является её сушка. Эта стадия технологического процесса может выполняться на следующих установках:

ь барабанная сушилка СБА-1,

ь непрерывнодействующая барабанная сушилка А1-ИФИ,

ь сушилка А1-КВР,

ь сушилка ППС-25М,

ь сушилка РЗ-ЧСС.

БАРАБАННАЯ СУШИЛКА СБА-1.

Барабанная сушилка СБА-1 непрерывного действия предназначена для сушки мясокостной муки.

Сушилка СБА-1 (рис. 1) состоит из электропривода, питателя, сушильного барабана, разгрузочного устройства, фильтра и подогревателя воздуха. На каркасе, сваренном из уголковой стали, крепятся все основные узлы машины.

Рис. 1 Сушилка СБА-1 непрерывного действия. 1 - вентилятор, 2 - питатель, 3 - калорифер, 4 - барабан

Привод сушилки -- электродвигатель мощностью 2.2 кВт (n=1420 об/мин) и червячный редуктор РЧП 120-Ш-2, которые соединены пальцевой муфтой.

Питатель представляет собой бункер, в котором размещены два верхних и один нижний ворошители и шнек подачи мясокостного бульона в барабан. Ворошители и шнек получают вращение от выходного вала редуктора через цепную передачу.

Сушильный барабан опирается на катки, установленные на каркасе. Барабан получает вращение от электропривода через зубчатую передачу (i=8.45), ведомое колесо которой насажено на барабан. Сушильный барабан состоит из трех барабанов цилиндрической формы--переднего, среднего и заднего, различающихся формой лопаток, приваренных внутри барабана. Лопатки способствуют пересыпанию продукта и продвижению его к разгрузочному устройству. Снаружи сушильный барабан обшит листовой сталью. Наружная обшивка барабана и слой воздуха, находящийся между внутренним корпусом барабана и наружной облицовкой, служат теплоизоляцией. Лабиринтные уплотнения, расположенные с обоих торцов барабана, препятствуют подсосу холодного воздуха, но не мешают вращению.

Техническая характеристика сушилки СБА-1.

Производительность (при снижении влажности мясокостного

бульона с 12 до 15%), т/ч …………………………………………… 0.1

Установленная мощность, кВт ……………………………………... 3.3

Испарительная способность, кг исп. влаги в час ….……………… 11

Расход теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж ……………………. 7000

Габаритные размеры, мм ……………………………… 4150х1375х3045

Масса, кг …………………………………………………………….. 1296

В конце подвижного барабана расположен неподвижный барабан, под нижним патрубком которого находится разгрузочное устройство. Оно представляет собой бункер, в нижней части которого вращается ротор с лопастями. Ротор получает прерывистое движение от кулачка, установленного на вращающемся барабане, через храповой механизм.

В фильтре шесть фильтрующих рукавов из фильтродиагонали. Рукава закреплены на плите, которая, в свою очередь, смонтирована на подвижном штоке. В конусной части корпуса фильтра имеется заслонка, которая удерживается в закрытом положении грузом.

Подогреватель воздуха состоит из двух калориферов с площадью нагрева не менее 64.8 м², выходного патрубка и заслонки. Между калориферами проложен стальной лист для удлинения пути прохождения воздуха. Центробежный вентилятор подсоединен к выходному патрубку, расположенному верхней части фильтра. Для поддержания необходимой температуры внутри сушилки применен дистанционный регулятор температуры прямого действия.

НЕПРЕРЫВНОДЕИСТВУЮЩАЯ БАРАБАННАЯ СУШИЛКА А1-ИФИ.

Установка А1-ИФИ предназначена для получения кормовой муки

Рис. 2. Барабанная сушилка А1-ИФИ 1 -- теплогенератор; 2 -- сушильный барабан; 3 -- циклон; 4 -- система дробления и отвода муки; 5 -- весы

Рис. 3 Технологическая схема барабанной сушилки А1-ИФИ: 1 -- транспортер; 2 -- весы; 3 -- наклонный шнек; 4 -- малый циклон; 5 -- большой циклон; 6 -- сушильный барабан; 7 -- битер; 8 -- приемный патрубок; 9 -- форсунка; 10 -- вентилятор высокого давления; 11 -- камера сгорания; 12 -- теплогенератор; 13 -- привод сушильного барабана; 14 -- шлюзовый затвор (дозатор); 15 -- дробилка; 16 -- вентилятор отвода муки

Установка (рис. 3) состоит из следующих основных узлов: теплогенератора 1, транспортера, сушильного барабана 2, циклона сухой массы 3 системы дробления и отвода муки 4, весовой установки 5 и зашивочной машины. Сушка производится смесью топочных газов с воздухом.

Материал подается в барабан транспортером 1 (рис. 3). Толщина устанавливается битером 7. Передвигаясь в потоке теплоносителя и перемешиваясь с ним, масса постепенно высыхает, а сухие частицы потоком теплоносителя выносятся в большой циклон сухой массы, в котором отделяются от агента сушки к через дозатор 14, минуя отборщик тяжелых частиц, поступают в дробилку 15. Отработавший теплоноситель через выхлопную трубу вентилятора циклона сухой массы выбрасывается в атмосферу.

Измельченная сухая масса через сменное решето потоком воздуха, создаваемого вентилятором, подается в малый циклон 4, где отделяется и, пройдя через дозатор этого циклона, шнеком 3 подается на автоматические весы.

Техническая характеристика сушилки А1-ИФИ.

Производительность по кормовой муке, т/ч …………………….. 1.25

Установленная мощность, кВт ……………………………………... 55

Расход условного топлива, кг/ч …………………………………….. 130

Испарительная способность сушилки, кг исп. влаги в час ……….. 1000

Расход теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж …………………….. 3812

Температура агента сушки, °С ……………………………………… 900

Габаритные размеры, мм ……………………………… 11010х7800х4850

Масса, кг ………………………………………………………………11735

СУШИЛКА А1-КВР.

Используется для сушки мясокостной муки.

Сушилка А1-КВР (рис. 4) состоит из сушильной камеры, двух вентиляционных и калориферных станций 1, 5, батареи циклонов 6, загрузочного устройства 2, отсасывающего вентилятора и пульта управления.

Сушильная камера представляет собой жесткий металлический каркас из стандартного профиля, облицованный тепло- и звукоизоляционными панелями и имеющий двери. В сушильной камере смонтировано четыре металлических

Рис. 4. Сушилка А1-КВР: 1 -- калориферно-вентнляционная станция второго и четвертого коробов; 2 -- загрузочное устройство; 3 -- вибропривод; 4 -- питатель; 5 -- калорнферно-вентиляционная станция первого и третьего коробов; 6 -- батарея циклонов

короба, расположенных один под другим и попарно укрепленные на вертикальных рамах-подвесках, которые кинематически связаны с эксцентриковым вибропроводом. Рамы, на которых укреплены сушильные короба, на пластинчатых рессорах, укрепленных на жесткой раме перекрытия сушильной камеры.

Первый и третий короба (считая сверху) связаны одной рамой, второй и четвертый -- другой рамой и колеблются в противофазе в вертикальной плоскости с номинальной амплитудой 8 мм и частотой 450 колебаний В каждом сушильном коробе жестко закреплено перфорированное решето, под которое подается подогретый воздух для сушки. В воздухопроводящей части короба имеются поворотные щитки, предназначенные для регулирования распределения воздуха под решета.

В нижней части сушильной камеры на жесткой раме смонтированы два вибратора с электроприводом. Питатель роторный барабанный. В загрузочном бункере его размещен ворошитель типа «беличье колесо».

Две вентиляционно-калориферные станции стыкуются непосредственно, с торцовыми стенками сушильной камеры. В каждой расположены вентиляторы, калориферы и пароконденсатопроводная аппаратура для двух зон сушки. Левая станция обслуживает первую и третью зоны сушки, правая - четвертую.

В сушилке A1-KBP улучшены условия эксплуатации калориферов, вентиляторов. Вместо бачков циклоны снабжены сборными бункерами, увеличена жесткость решет.

В начале загрузки продукт постепенно накапливается на решете, пока не достигнет уровня, заданного переливным порогом. Дальнейшая подача продукта приводит к перемещению его вдоль решета и пересыпанию через порог на второе решето, и так далее с решета на решето. Таким образом, в с виброкипящем слоем движение материала обеспечивается даже на горизонтальном или с небольшим углом наклона решете в результате подпора подаваемого питателем продукта. Регулируя частоту вращения питателя порогов, можно изменять производительность и длительность пребывания материала в сушилке. Пересыпаясь через порог четвертого решета, продукт дает в вибролоток и выводится. Оптимальная высота порогов не должна превышать 100 мм.

Техническая характеристика сушилки А1-КВР.

Производительность по сухому продукту, кг/ч ………………… 1600

Начальная влажность, % …………………………………………. 70

Число сушильных решет ………………………………………….. 3

Количество зон сушки …………………………………………….. 3

охлаждения ……………………………………….…… 1

Общая площадь решет, м² ………………………………………… 8

в том числе сушильных ………………………………….. 6

охлаждающих ……………………………………………. 2

Расход воздуха на сушку, кг/ч …………………………………….. 33000

Длительность сушки, мин …………………………………………. 12

Общий расход пара, кг/ч …………………………………………... 1725

Общая мощность электродвигателей, кВт ……………………….. 57

СУШИЛКА ППС-25М.

Пневматическая сушилка представляет собой вертикальную камеру или трубу, в которой продукт при высушивании находится во взвешенном состоянии. Для обеспечения такого состояния необходимо, чтобы скорость движения агента сушки была больше скорости витания частиц продукта. Скорость витания колеблется от 5 до 15 м/с.

Калориферная установка состоит из шести пластинчатых калориферов КВБ-ПП-01, установленных в общем кожухе в 2 ряда. Поступающий воздух очищается в 12 масляных ячейковых фильтрах системы Рокка, установленных перед калориферами.

Питатель представляет собой сварную корытообразную емкость. Внутри располагаются мешалка и винтовой конвейер.

Рыхлитель представляет собой корытообразный кожух, в котором в подшипниках вращается вал с бичами. Бичи повернуты на 15° влево или вправо по отношению к оси вала. Это способствует лучшему рыхлению и дает возможность поддерживать частицы во взвешенном состоянии. Кожух снабжен патрубками для входа горячего воздуха и продукта и выхода продукто-воздушной смеси. В сушильной трубе 6 сушка заканчивается.

Сепаратор представляет собой промежуточную емкость, которая соединена верхней частью с сушильной трубой, а внизу переходит в возвратную трубу 7.

Батарея циклонов состоит из четырех циклонов УЦ-38, расположенных в 2 ряда а соединенных между собой. В нижней части каждая пара цнкло нов имеет общий винтовой конвейер со специальным клапаном, препятствует подсосу воздуха и открывается лишь при наличии продукта на конвейере. Посредством вертикальных патрубков и специальных верхние участки циклонов подсоединены к входному патрубку Ц7-40.

Рис. 5. Пневматическая сушилка ППС-25М: 1 -- скруббер; 2 -- вентилятор; 3 -- воздухопровод; 4 - циклонная установка; 5 - сепаратор; 6 -- сушильная труба; 7 -- возвратная труба; 8 -- питатель; 9 -- калорифер; 10 - выхлопная труба; 11 -- винтовой конвейер; 12 -- привод; 13 -- рыхлитель; 14 - шлюзовой затвор

Скруббер (мокрый пылеуловитель) - представляет собой усечённый конус со специальным днищем-завихрителем.

Сырой продукт подается в питатель, откуда поступает в патрубок рыхлителя. В рыхлителе происходит дробление продукта и интенсивное его перемешивание горячим воздухом. По мере высыхания частицы поднимаются из рыхлителя вверх по трубе и досушиваются, находясь во взвешенном состоянии в потоке воздуха. Вверху происходит поворот потока вниз. На своем пути частицы ударяются об отражательные щитки сепаратора. При этом более тяжелые частицы выпадают из потока в возвратную трубу, а более легкие направляются к циклонам. Недосушенные и крупные частицы по возвратной трубе поступают в питатель, где смешиваются с сырым продуктом снова подаются в сушилку. Высушенный продукт отделяется в циклонах и винтовыми конвейерами направляется к упаковочным машинам.

Вентилятор 2, отсасывающий воздух из циклонов, создает разряжение во всей системе. Воздух от вентилятора подается в скруббер на очистку, откуда выбрасывается в атмосферу.

СУШИЛКА РЗ-ЧСС.

Сушилка РЗ-ЧСС непрерывного действия предназначена для сушки мясокостной муки. Состоит из трех основных частей: сушильной, очистительной и транспортирующей.

В сушильную часть входят топка 9, передняя и задняя камеры и сушильный барабан 7, которые смонтированы на раме. К очистительной части относят всасывающий фильтр 8 и батарею циклонов 1. Транспортирующая часть представляет собой два транспортера 2, которые работают на загрузке и разгрузке сушилки.

Топка сушилки изготовлена из жаростойкого листового материала, работает на жидком топливе, поступающем в горелку самотеком. Смесительная камера оборудована рычажной системой блокировки дросселей. Боковой патрубок соединен с задней камерой, верхний -- с дымовой трубой. При работе сушилки дроссель-клапан дымовой трубы закрыт, в период розжига топки -- открыт. Блокировка предусмотрена одним рычагом. Распыливается топливо потоком воздуха от вентилятора, который смонтирован на раме сушилки.

Задняя камера 10 установлена рядом с топкой и служит для подачи агента сушки в барабан. В передней стенке камеры имеется блок со съемной крышкой. Конусное дно камеры заканчивается клапаном-мигалкой, через который излишек материала удаляется из камеры.

Сушильный барабан 7 шестисекционный с подъемно-лопастной системой. В передней части барабана шесть винтовых дорожек, подводящих материал к секторам; такие же дорожки в конце барабана служат для отвода материала. Барабан заканчивается конусом, к торцу которого прикреплено съемное кольцо с шестью лючками. Барабан опирается на четыре пары приводных и опорных роликов. Передняя камера 3 служит для отвода отработавшего агента сушки и вывода просушенного материала через затвор, расположенный внизу камеры, на разгрузочный транспортер. Для изменения скорости прохождения продукта вдоль барабана на двух опорах предусмотрены специальные регулирующие винты.

Привод сушилки от двух электродвигателей: один -- для вентилятора топки, другой -- для сушильного барабана. Кроме того, электродвигатели установлены на батарее циклонов, всасывающем фильтре и вентиляторе.

Продукт по загрузочному транспортеру через трубу поступает на винтовые дорожки барабана, перемещается по всей его длине и омывается агентом сушки, проходящим по сечению барабана параллельно. По мере высыхания наиболее тонкая фракция продукта переходит во взвешенное состояние и продолжает движение вместе с агентом сушки. Пройдя барабан, высушенный продукт через затворы передней камеры поступает на разгрузочный транспортер.

Агент сушки при помощи вентилятора высокого давления из топки через заднюю камеру поступает в сушильный барабан, омывает влажный продукт, подсушивает его и, захватывая наиболее тонкую фракцию, через переднюю камеру по воздухопроводу поступает в батарею циклона и фильтр. Здесь частицы продукта осаждаются, а воздух вентилятором удаляется в атмосферу.

В начальный период пуска необходимо следить за тем, чтобы не было преждевременной подачи топлива до зажигания свечей, что может вызвать взрыв. При внезапном затухании или срыве факела, когда не срабатывает прибор контроля факела, следует прекратить подачу топлива, устранить неисправности и после продувки топки и выжигания факелом топлива в камере приступить к повторному розжигу топки.

Рис. 6 Сушилка РЗ-ЧСС: 1 -- батарея циклонов; 2 -- транспортеры; 3 -- передняя камера; 4 -- пульт управления; 5 -- рама; 6 -- привод сушильного барабана; 7 -- сушильный барабан; 8 -- всасывающий фильтр; 9 -- топка; 10 -- задняя камера; 11 -- топливный бак; 12 -- вентилятор высокого давления

Техническая характеристика сушилки РЗ-ЧСС.

Производительность, т/ч …………………………………………….. 1.1

Установленная мощность, кВт ……………………………………… 20

Расход условного топлива, кг/ч ……………………………………... 21.6

Испарительная способность сушилки, кг исп. влаги в час …… 85-166

Расход теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж …………….……… 7450

Габаритные размеры, мм ………………………….… 10000х9000х5630

Масса, кг ……………………………………………………….…….. 5000

2. Технические описания и расчёты

2.1 Описание принципа работы технологической схемы

Исходный продукт - ПЭТФ, с содержанием влаги Wн=7% и температурой и1=120°С, из бункера Б₁ подается в барабанную сушилку БС. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ. Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t0=-9.8°С и относительную влажность ц0=90 %. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t1=130°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 151.1 при давлении 5 атм. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t2=75°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон СК-ЦН-34 и далее выбрасывается в атмосферу.

Сухой продукт с содержанием сухих веществ 99.5% и имеющий температуру и2=60°С из нижней части сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б2 и далее на ленточный транспортёр, а из циклона СК-ЦН-34 - прямо на ленточный транспортёр.

2.2 Описание принципа работы проектируемого аппарата

Барабанная сушилка предназначена для сушки химических продуктов.

барабанный сушилка вентилятор гидравлический

ПЭТФ поступает в сушилку с начальными параметрами W_н=7% и температурой и₁=120°С.

Продукт в сушильную камеру загружается дозировано из бункера, через патрубок 1.

Снизу, через патрубок 2 во вращающийся сушильный барабан поступает воздух с t₁=130°С, где и идёт процесс сушки. Частицы ПЭТФ попадая в сушильную камеру встречаются с нагретым воздухом, средняя температура которого t_ср=102.5°С и с этого начинается процесс сушки.

Высушенный продукт отводится из сушилки через патрубок 4 с конечной влажностью W_к =0.5% и температурой и₂=60°С.

Воздух из сушилки отводится через патрубок 3 с температурой t₂=75°С. Вместе с воздухом вылетают частички ПЭТФ, которые осаждаются в циклоне при очистке воздуха.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу.

2.3 Материальный расчёт установки

Из уравнения материального баланса сушильной установки определим расход влаги W, удаляемый из высушиваемого материала:

G_к =3000 кг/ч =3000/3600=0.833 кг/с,

кг/с,

где

G_к - производительность установки по сухому веществу, кг/с

W_н - начальная влажность продукта, %

W_к - конечная влажность продукта, %.

W_н=7%,

W_к=0.5%.

2.4 Тепловой расчёт установки. Определение основных параметров влажного воздуха

К основным параметрам влажного воздуха относятся:

1. температура t,°С

2. относительная влажность воздуха ц,%

3. удельное влагосодержание х, кг/кг

4. энтальпия I, кДж/кг

Температуру и относительную влажность воздуха на входе в калорифер определяем по климатическим таблицам, для г. Воронеж на период зимы:

1. температура t0=19.3°С,

2. относительная влажность ц0=69%.

Удельное влагосодержание воздуха рассчитаем по формуле:

,

где

0.622 - отношение мольных масс водяного пара и воздуха,

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Рн=2239.2 Па при t0=19.3°С.

В - барометрическое давление воздуха, Па. (Для Европейской части СНГ принимается 745 мм рт. ст. = 99100 Па.)

Удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер:

, кг/кг

Т.к. подогрев воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер тоже, что и на входе в сушилку:

, кг/кг

Энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

,

где

Сс.в. - средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха, (при t<200°С Сс.в.=1.004 кДж/(кг^.К)),

t - температура влажного воздуха, °С,

х - удельное влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.,

in - удельная энтальпия перегретого пера, кДж/кг,

,

где r0 - удельная теплота парообразования воды, (при 0°С r0=2500 кДж/кг),

cn - средняя удельная теплоёмкость водяного пара,

cn=1.842 кДж/(кг^.К).

Энтальпия воздуха на входе в калорифер:

, кДж/кг

Энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку):

, кДж/кг

Тепловой расчёт сушилки.

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

,

где

- разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

- теплоемкость влаги во влажном материале при температуре и₁=25°С, кДж/(кг^.К);

=4.19 кДж/(кг^.К);

q_доп. - удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп.=0;

q_т. - удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае q_т.=0;

q_м. - удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

с_м - теплоемкость высушенного материала:

, кДж/(кг^.К),

с_с - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг^.К);

с_с=1.22 кДж/(кг^.К);

q_п. - удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги,

l - удельный расход абсолютно сухого воздуха:

, кг возд./кг влаги,

I₂ - энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг,

х₂ - удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в..

Значение х₂ находим по I-х диаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему расчитываем значение I₂.

Теплоемкость высушенного материала:

, кДж/кг влаги

Удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

Удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги

Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

, кДж/кг влаги

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

,

Или

,

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-х необходимо знать координаты (I и х) минимум двух точек. Координаты одной точки известны:

I₁=158 кДж/кг,

х₁=0.01 кг/кг,

Для нахождения координат второй точки, зададимся произвольным значением х, и определим соответствующее ему значение I. Пусть х=0.02 кг влаги/кг с.в., тогда:

, кДж/кг

Через две точки на диаграмме I-х с координатами I₁, х₁ и I, х поводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂=75°С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂=75°С находим параметры воздуха: х₂=0.027 кг/кг с.в.

Энтальпию воздуха рассчитываем по формуле:

, кДж/кг

Расход воздуха на сушку:

, кг/с

Средняя температура воздуха в сушилке:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

, кг/кг

Средняя плотность воздуха:

, кг/м³

Средняя плотность водяных паров:

, кг/м³

Средняя объемная производительность по воздуху:

, м³/с

Расход тепла на сушку:

, кВт

2.5 Конструктивный расчёт барабанной сушилки

Объем сушильного пространства V складывается из объема V_п, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема V_c, требуемого, для проведения процесса испарения влаги, т. е.:

Объем сушильного пространства барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, вычисляем по модифицированному уравнению массопередачи:

где ДХ_ср. - средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³,

K_v - объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи K_v=в_v.

Коэффициент массоотдачи вычисляем по эмпирическому уравнению:

где с_ср. - средняя плотность сушильного агента, кг/м³ (при средней температуре в барабане t_cр.=102.5⁰С);

, кг/м³

с - теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, кДж/(кг•К);

с=1 кДж/(кг•К);

в - степень заполнения барабана высушиваемым материалом;

в=14%;

Р₀ - давление, при котором осуществляется сушка, Па;

Р₀=10⁵ Па;

n - частота вращения барабана, об/ мин;

n=3 об/ мин.

щ - скорость газов в барабане, м/с;

щ=3 м/с;

с_ср. - насыпная плотность высушиваемого материала, кг/м³;

с_ср.=1581 кг/м³;

Р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане (среднеарифметическая величина между парциальным давлением на входе газа в сушилку и на выходе из нее), Па.

На входе в сушилку:

На выходе из сушилки:

Откуда:

Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

, с^-1

Движущую силу массопередачи ДХ_ср. определим по уравнению:

Средняя движущая сила ДР_ср, выраженная через единицы давления (Па), равна:

- движущая сила в начале процесса сушки, Па;

- движущая сила в конце процесса сушки. Па

- давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па. Определяем по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале t_м1 и в конце t_м2 процесса сушки. По диаграмме I-x находим:

t_м1=39.9⁰С,

t_м2=38⁰С,

=7374.1 Па,

=6578.3 Па.

Тогда:

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находим по модифицированному уравнению теплопередачи:

где Q_П - расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1, кВт;

, кВт

K_v - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³•К);

, кВт/(м³•К)

Дt_ср.- средняя разность температур, град.

Для вычисления Дt_ср. находим температуру сушильного агента t_x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_мl. Эту температуру находим из уравнения теплового баланса:

Откуда t_х=129.6⁰С.

, ⁰С

, ⁰С

, м³

Общий объем сушильного барабана:

, м³

Принимаем: , тогда , м³

, м

, м

Действительная скорость газов в барабане:

, м/с

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана:

, м³/с

, м³/с

, м/с

Действительная скорость газов (щ_Д =2.4 м/с) отличается от принятой в расчете (щ=3 м/с) незначительно.

Среднее время пребывания материала в сушилке:

, с

Количество находящегося в сушилке материала:

, кг

, кг

, с

Угол наклона барабана:

, ⁰

Скорость уноса, равная скорости свободного витания:

, м/с

где м_ср. - вязкость сушильного агента при средней температуре;

, Па·с

, Па·с

с_ср. - плотность сушильного агента при средней температуре;

, кг/м³

, кг/м³

d - наименьший диаметр частиц материала, м;

d=0.4•10^-3 м;

с_ч - плотность частиц высушиваемого материала, кг/м³;

с_ч=1581 кг/м³;

Аr - критерий Архимеда;

, м/с

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке щ_д=2.4 м/с меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера щ_cв=2.62 м/с, поэтому частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не будут уноситься потоком сушильного агента из барабана.

2.6 Расчёт и подбор комплектующего оборудования

2.6.1 Расчёт и подбор калориферов

Принимаем к установке калорифер КФБО-5, для которого:

1. площадь поверхности нагрева F_к=26.88 м²,

2. площадь живого сечения по воздуху f_к=0.182 м².

Площадь поверхности теплопередачи:

, м²

где

Q - расчётное количество теплоты, необходимое для подогрева воздуха, кВт

Q =124.6 кВт

k - коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к воздуху, Вт/(м²·К)

, Вт/(м²·К)

b, n - опытные коэффициенты,

b=16.47

n=0.456

сн - массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(м²·К)

сн=10 кг/(м²·К)

, Вт/(м²·К)

Дt_ср. - средняя разность температур греющего теплоносителя и воздуха, °С

, °С

где

Дt' - большая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Дt'' - меньшая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Для подогрева воздуха в калорифере используется греющий пар, имеющий при давлении 5 атм. температуру 151.1°С.

, °С

, °С

,°С

Площадь поверхности теплопередачи:

, м²

Количество параллельно установленных калориферов:

, шт

где

L - расход воздуха, кг/с

L=1.1 кг/с

, шт

Принимаем х=1

Уточняем массовую скорость воздуха в живом сечении калорифера:

, кг/(м²·К)

Количество последовательно установленных калориферов:

, шт

Принимаем y=2

Установочная площадь поверхности теплопередачи калориферной батареи:

, м²

Сопротивление калорифера:

, Па

где

e, m - опытные коэффициенты,

e=0.43

m=1.94

, Па

Сопротивление калориферной батареи:

, Па

Конструктивные размеры калорифера КФБО-5.

Модель и номер калори-фера	Размеры, мм	Трубная резьба штуцера, дюймы	n1	n2
	А	А1	А2	А3	Б	Б1	Б2	Б3
КФБО-5	710	750	770	930	625	640	662	520	2	5	5

2.6.2 Расчёт циклона СКЦН-34

Исходные данные:

Кол-во очищаемого воздуха при рабочих условиях:

V=1.2 м³/с

Плотность газа при рабочих условиях (t=75єС):

, кг/м³

Динамическая вязкость воздуха при рабочих условиях:

, Па·с

Плотность частиц:

с_ч=1581 кг/м³

Расчёт.

Оптимальная скорость газа в аппарате:

щ_опт=2 м/с

Необходимая площадь сечения циклона:

, м²

Диаметр циклона:

, м

N - кол-во циклонов,

N=1

Стандартное значение D=900 мм

Действительная скорость газа в циклоне:

, м/с

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона:

- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона,

=1150.

К₁ - поправочный коэффициент на диаметр циклона, К₁=1.

К₂ - поправочный коэффициент на запылённость газа, К₂=0.93.

К₃ - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, К₃=0.

Потери давления в циклоне:

, Па

Соотношение размеров в долях диаметра D циклона СК-ЦН-34.

Наименование		Размер
		в долях	в мм
Внутренний диаметр цилиндрической части	D		900
Высота цилиндрической части	Hц	0.4	360
Высота конической части	Hк	2.6	2340
Внутренний диаметр выхлопной трубы	d	0.22	200
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия	d1	0.18	160
Ширина входного патрубка	b	0.18	160
Высота внешней части выхлопной трубы	hв	0.3	270
Высота установки фланца	hфл	0.1	90
Высота входного патрубка	a	0.4	360
Длина входного патрубка	l	0.6	540
Высота заглубления выхлопной трубы	hт	0.4	360

Минимальное время пребывания частиц в циклоне:

, с

L - длина пути, проходимого газовым потоком в циклоне, м.

, м

Скорость во входном патрубке:

, м/с

Принимаем н_окр=12 м/с

Скорость осаждения частиц:

, м/с

d_ч=0.6·10^-5 м

, м/с

Минимальное время пребывания частиц в циклоне:

, с

2.7 Гидравлический расчёт линии воздуха и подбор вентилятора

Исходные данные:

L=1.1 кг/с, - массовый расход воздуха;

Разобьем участок движения воздуха на III участка предварительно образмерив.

1 участок.

, м

Для трубопровода примем скорость движения воздуха =15м/с.

Диаметр трубопровода равен

где V-объемный расход воздуха равен

Относительная влажность ц₀=69%;

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Рн =2239.2 Па

Температура воздуха на первом участке 19.3⁰С.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 325 мм. Внутренний диаметр трубы d=325-12•2=301 мм.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение:

где при данной температуре плотность воздуха

.

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0.210^-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений:

Где

коэффициенты местных сопротивлений

_вх. вход трубу.

Потери давления на придание скорости потоку:

Общие потери напора

2 участок.

м

Для трубопровода примем скорость движения воздуха =15м/с.

Диаметр трубопровода равен

где V-объемный расход воздуха равен

Относительная влажность ц₀=2%;

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Рн=368500 Па

Температура воздуха на втором участке 130⁰С.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 377 мм. Внутренний диаметр трубы d=377-10•2=357 мм.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение

где при данной температуре плотность воздуха

.

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0.210^-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений

Где

коэффициенты местных сопротивлений

_вх. вентиль прямоточный при полном открытии.

Общие потери напора

3 участок.

м

Для трубопровода примем скорость движения воздуха =15м/с.

Диаметр трубопровода равен

где V-объемный расход воздуха равен

относительная влажность ц₀=12%;

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Рн =38537 Па

Температура воздуха на первом участке 75⁰С.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 377 мм. Внутренний диаметр трубы d=377-10•2=357 мм.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение

где при данной температуре плотность воздуха

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0.210^-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений

где

коэффициенты местных сопротивлений

_вх. вход трубу.

_вых. выход из трубы.

_кол. колено 90⁰.

Общие потери напора:

Гидравлическое сопротивление всей сети:

Подбор вентилятора.

Полезная мощность вентилятора:

Вт

Мощность электродвигателя:

Вт

Вт

Выбираем к установке:

1. вентилятор: марка ЦП-40-8К с Р=3000 Па и Q=4.2 м³/с,

2. электродвигатель: марка 4А315S4 с N=60 кВт и _дв=0.92.

Литература

1. Гинзбург А.С. Расчёт и проектирование сушильных установок пищевой промышленности, Москва, Агропрмиздат, 1985 г.

2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию, Москва, Химия, 1991 г.

3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию, Москва, Химия, 1983 г. 272 с.

4. Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической промышленности.

5. Справочник по пыле и газоулавливанию. Под. ред. Русанова А.А. М., “Энергия” 1975 г. 296 с.

6. Стахеев И.В Пособие по курсовому проектированию процессов и аппаратов пищевых производств, Минск, Вс. школа, 1975 г.

7. Стабников В.Н. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств, Киев, В. школа, 1982 г.

8. Сажин В.С. Основы техники сушки. М: 84 г.

9. Гришин М.А. Установки для сушки пищевых продуктов. Справочник: М: 89 г.

Размещено на Allbest.ru