Расчет барабанной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Введение
• 1. Литературный обзор
• 1.1 Теоретические основы процесса сушки
• 1.2 Основные технологические схемы для проведения процесса
• 1.3 Сушилки
• 2. Обоснование и описание установки
• 3. Расчет барабанной сушилки
• 3.1 Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку
• 3.2 Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента
• 3.3 Определение основных размеров сушильного барабана
• 4. Расчёт топки
• 5. Расчёт вспомогательного оборудования
• 5.1 Подбор циклона
• 5.2 Подбор вентилятора
• 5.3 Расчет рукавного фильтра
• 5.4 Расчет бункера
• Заключение
• Список использованных источников

• Введение
• На сегодняшний день химическая промышленность одна из самых важных и крупнотоннажных отраслей народного хозяйства.
• Роль химической промышленности как отдельной отрасли в нашей стране на столько велик, что по некоторым параметрам, например, по выпуски синтетических волокон, минеральных удобрений, других химических продуктов и веществ, она обогнала некоторые развитые европейские страны.
• Совершенствование химической техники направлено на повышение производительности труда, улучшение качества готовой продукции и снижение её себестоимости.
• Главные направления в развитии химической промышленности:
• - увеличение мощностей химико-технологических систем и отдельных аппаратов путём повышения их размеров;
• - интенсификация работы аппаратов;
• - механизация трудоёмких процессов;
• - создание безотходных производств;
• - замена периодических процессов непрерывными и др.
• Процесс сушки широко распространен в химической отрасли: сушка минеральных удобрений, солей, органических веществ, синтетических красителей, химических волокон, тканей, строительных материалов и др.
• Во многих случаях сушка является одной из важнейших операций, определяющих не только качество готовой продукции, но и технико-экономические показатели производства в целом.
• Сушка производится различными методами и различными аппаратами. В данном курсовом проекте процесс сушки рассматривается со стороны непрерывного действия в барабанной сушилке.
• В барабанных сушилках сушат порошковые и кусковые, зернистые и сыпучие материалы с размером кусков до 40 мм: каменный уголь, известняк, глину, песок, минеральные соли и другие материалы. Сушилки этого типа работают в непрерывном режиме при атмосферном давлении.
• При использовании прямоточной схемы сушильный агент поступает через загрузочное торцовое отверстие барабана и движется попутно с движением материала. При использовании противоточной схемы теплоноситель входит в барабан через разгрузочное отверстие и направляется на встречу движущемуся материалу. Прямоточная схема по сравнению с противоточной обеспечивает более интенсивную сушку и максимальный удельный паросъём вследствие достижения высоких температурных напоров в начале, когда влажность материала максимальна, и он легко сушится. С другой стороны, противоточная схема позволяет, по сравнению с прямоточной, достигать наиболее полного теплоиспользования и экономии топлива.
• В качестве теплоносителя используют дымовые газы или нагретый воздух. Дымовые газы применяются для термостойких материалов.
• Если материал не допускает большой температуры нагрева, или не допустимо загрязнение его сажей, то применяют нагретый воздух.

• 1. Литературный обзор
• 1.1 Теоретические основы процесса сушки
• При конвективной сушке сушильный агент передает материалу тепло и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счет этого тепла. Таким образом, сушильный агент играет роль тепло- и влагоносителя. При прочих методах сушки находящийся в контакте с материалом влажный газ (обычно воздух) используется лишь для удаления испарившейся влаги, т. е. выполняет роль влагоносителя.
• Влажный воздух как влаго- и теплоноситель характеризуется следующими основными параметрами: абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (теплосодержанием).
• Относительная влажность ц является одной из важнейших характеристик воздуха как сушильного агента, определяющая его влагоёмкость, т. е. способность воздуха к насыщению парами влаги.
• В процессе сушки воздух увлажняется и охлаждается и соответственно изменяет свой объем. Поэтому использование в качестве параметра воздуха его абсолютной влажности усложняет расчеты. Более удобно относить влажность воздуха к единице массы абсолютно сухого воздуха величине, не изменяющейся в процессе сушки. Количество водяного пара (в кг), содержащегося во влажном воздухе приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха х.
• На диаграмме I-х по любым двум известным параметрам влажного воздуха можно найти точку, характеризующую состояние воздуха, и определить все его остальные параметры.
• Равновесие при сушке.
• Если материал находится в контакте с влажным воздухом, то принципиально возможны два процесса:
• 1) сушка (десорбция влаги из материала - при парциальном давлении пара над поверхностью материала р_м, превышающим его парциальное давление в воздухе или газе р_п;
• 2) увлажнение (сорбция влаги материалом) при р_м<р_п.
• В процессе сушки величина р_м уменьшается и приближается к пределу р_м=р_п. При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая, равновесной влажностью.
• Механизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом: чем прочнее эта связь, тем труднее протекает процесс сушки. При сушке связь влаги с материалом нарушается. Предложена следующая классификация форм связи влаги с материалом: химическая, физико-химическая и
• физико-механическая.
• Химически связанная влага наиболее прочно соединена с материалом в определенных (стехиометрических) соотношениях и может быть удалена только при нагревании материала до высоких температур или в результате проведения химической реакции. Эта влага не может быть удалена из материала при сушке. В процессе сушки удаляется, как правило, только влага, связанная с материалом физико-химически и механически. Наиболее легко может быть удалена механически
• связанная влага, которая, в свою очередь, подразделяется на влагу макрокапилляров и микрокапилляров.
• Макрокапилляры заполняются влагой при непосредственном соприкосновении ее с материалом, в то время как в микрокапилляры влага поступает как при непосредственном соприкосновении, так и в результате поглощения ее из окружающей среды. Влага макрокапилляров свободно удаляется не только сушкой, но и механическими способами. Физико-химическая связь объединяет два вида влаги, отличающихся прочностью связи с материалом: адсорбционно и осмотически связанную влагу. Первая прочно удерживается на поверхности и в порах материала. Осмотически связанная влага, называемая также влагой набухания, находится внутри клеток материала и удерживается осмотическими силами. Адсорбционная влага требует для своего удаления значительно большей затраты энергии, чем влага набухания. Присутствие этих видов влаги особенно характерно для коллоидных и полимерных материалов.
• Сушка топочными газами. В настоящее время все более широкое распространение приобретает сушка топочными газами, используемыми для сушки не только неорганических, но и органических материалов. Это объясняется в первую очередь тем, что температура топочных газов значительно выше температуры воздуха, нагреваемого перед сушкой. В результате влагопоглощающая способность газов во много раз больше влагопоглощающей способности воздуха и соответственно больше потенциал сушки.
• В качестве сушильного агента применяются газы, полученные либо сжиганием в топках твердого, жидкого или газообразного топлива либо отработанные газы котельных, промышленных печей или других установок. Используемые для сушки газы должны быть продуктами полного сгорания топлива и не содержать золы и сажи, загрязняющих высушиваемый материал в условиях конвективной сушки. С этой целью газы подвергаются сухой или мокрой очистке перед поступлением в сушилку. Обычно температура топочных газов превышает предельно допустимую для высушиваемого материала и поэтому их разбавляют воздухом для получения сушильного агента с требуемой температурой.
• Сравнивая величину удельного расхода тепла в сушилке с топочными газами с удельным расходом тепла в воздушной сушилке, работающих при одинаковых начальных и конечных параметрах сушильного агента, можно установить, что удельный расход тепла на 1 кг испаренной влаги больше в газовых сушилках, чем в воздушных. Однако критерием сравнения указанных сушилок должен быть не удельный расход тепла, а расход топлива на 1 кг испаренной влаги, который ниже для сушилок, работающих на топочных газах. Экономия топлива, а также меньшие капитальные затраты (в связи с отсутствием воздухонагревательных устройств) относятся к числу преимуществ сушки топочными газами по сравнению с сушкой горячим воздухом.
• 1.2 Основные технологические схемы для проведения процесса
• Конструкции сушилок очень разнообразны и отличаются по ряду признаков: по способу подвода тепла (конвёктивные, контактные и др.), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные), по способу организации процесса (периодические и непрерывные), а также по взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток, противоток, перекрестный ток). Это крайне затрудняет обобщающую классификацию сушилок. Рассмотрены будут группы сушилок, которые находят применение (или перспективны для применения) в химической технологии, объединенные по способу подвода тепла и состоянию слоя высушиваемого материала (неподвижный, перемешиваемый и т. д.).
• 1.3 Сушилки
• Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материала.
• Камерные сушилки. Эти сушилки являются аппаратами периодического действия; работающими при атмосферном давлении. Они используются в производствах небольшого масштаба для материалов, допускающих невысокую температуру сушки, например красителей. Материал в этих сушилках на лотках, установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры 1 в соответствии с рисунком рисунком 1.1. На каркасе камеры между вагонетками 2 установлены козырьки 3, которые как бы делят пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент. Свежий воздух, нагретый в наружном калорифере 4, засасывается вентилятором 5 и подается вниз камеры сушилки. Здесь он движется (путь воздуха показан на рисунке стрелками), два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах 6 и 7. Часть отработанной воздуха с помощью шибера 8 направляется на смешение со свежим. Таким образом, сушилка работает с промежуточным подогревом и частичной рециркуляцией воздуха, т. е. по варианту, обеспечивающему низкую температуру и более мягкие условия сушки.
• Однако, вследствие сушки в неподвижном толстом слое, сушилки этого типа обладают низкой производительностью и продолжительность сушки в них велика. Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых современных конструкциях камерных сушилок наружный вентилятор заменяют внутренними реверсивными осевыми вентиляторами или применяют эжекторы. В эжекционных камерных сушилках рециркулирующий отработанный воздух подсасывается свежим, что позволяет уменьшить расход электроэнергии на циркуляцию.

• 1 - сушильная камера; 2 - вагонетки; 3 - козырьки; 4, 6, 7 - калориферы; 5 -вентилятор; 8 - шибер.
• Рисунок 1.1 - Камерная сушилка
• Туннельные сушилки. Эти сушилки отличаются камерных тем, что в них соединенные друг с другом вагонетки медленно перемещаются на рельсах вдоль очень длинной камеры прямоугольного сечения (коридора). На входе и выходе коридор имеет герметичные двери, которые одновременно периодически открываются для загрузки и выгрузки материала: вагонетка с высушенным материалом удаляется из камеры, а с противоположного конца в нее поступает новая вагонетка с влажным материалом. Перемещение вагонеток производится с помощью троса и механической лебедки. Сушильный агент движется прямотоком или противотоком к высушиваемому материалу. Длина таких сушилок более 50 м; ширина коридора определяется в основном допустимым пролетом перекрытий (обычно не более 3,5 м). Зазор между вагонеткой и стенкой камеры не должен превышать 70-80 мм В качестве агента сушки используют воздух, топочные газы или перегретый пар. При сушке нагретым воздухом паровые калориферы делают выносными (с расположением обычно на крыше камеры) или устанавливают непосредственно в камере или же рядом в специальных отсеках.
• Туннельные сушилки обычно работают с частичной рециркуляцией сушильного агента и они используются для больших количеств штучных материалов, например керамических изделий. По интенсивности сушки туннельные сушилки мало отличаются от камерных: им присущи основные недостатки последних (длительная и неравномерная сушка, ручное обслуживание).

1 - вход влажного материала; 2 - вход агента сушки; 3 - вагонетки; 4 - механизм передвижения вагонеток; 5 - траверсная тележка; 6 - выход отработанной смеси; 7 - раздвижные двери; 8 - обходной путь; 9 - выход высушенного материала.

Рисунок 1.2 - Туннельная сушилка

Конвективные сушилки с перемешиванием слоя материала

Барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для сушки кусковых, зернистых и сыпучих материалов. Барабанная сушилка в соответствии с рисунком 1.5 имеет цилиндрический барабан 1, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1/15--1/50) и опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5--8 мин-¹; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом - топочными газами. Газы и материал особенно часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 8 со средней скоростью, не превышающей 2-- 3 м/сек.

Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца -- поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и резке -- изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11 с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 5.

Устройство внутренней насадки барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала.

Подъемно-лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка - для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда используют

комбинированные насадки, например подъемно-лопастную (в передней части аппарата) и распределительную.

Типы промышленных барабанных сушилок разнообразны: сушилки, работающие при противотоке сушильного агента и материала, с использованием воздуха в качестве сушильного агента, контактные барабанные сушилки и др.

1 - барабан; 2 - бандаж; 3 - ролики; 4 - зубчатая передача; 5 - ролики; 6 - питатель; 7 - лопасти приемно-винтовой насадки; 8 - вентилятор; 9 - циклон; 10 - камера; 11 - разгрузочное устройство.

Рисунок 1.5 - Барабанная сушилка

Устройство сушилок с кипящим (псевдоожиженным) слоем. Эти сушилки являются одним из прогрессивных типов аппарата для сушки. Процесс в кипящем слое позволяет значительно увеличить поверхность контакта между частицами материала и сушильным агентом, интенсифицировать испарение влаги из материала и сократить (до нескольких минут) продолжительность сушки.

Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия в соответствии с рисунком 1.6.

Высушиваемый материал подается из бункера 1 питателем 2 в слой материала, «кипящего» на газораспределительной решетке 3 в камере 4 сушилки. Сушильный агент -- горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, который подается в смесительную камеру 5 вентилятором 6, -- проходит с заданной скоростью через отверстия решетки 3 и поддерживает на ней материал в кипящем (псевдоожиженном) состоянии. Высушенный материал ссыпается через штуцер 7 несколько выше решетки 3 и удаляется транспортером 8. Отработанные газы очищаются от унесенной пыли в циклоне 9 и батарейном пылеуловителе 10, после чего выбрасываются в атмосферу.

В сушилках этого типа с цилиндрическим корпусом наблюдается значительная неравномерность сушки, обусловленная тем, что при интенсивном перемешивании в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его средней величины. Поэтому применяют сушилки с расширяющимся кверху сечением, например коническим. Скорость газа внизу камеры должна превышать скорость осаждения самых крупных частиц, а вверху быть меньше скорости осаждения самых мелких частиц. При такой форме камеры достигается более организованная циркуляция твердых частиц, которые поднимаются в центре и опускаются (в виде менее разреженной фазы) у периферии аппарата. Благодаря снижению скорости газов по мере их подъема улучшается распределение частиц по крупности и уменьшается унос пыли. Это, в свою очередь, повышает равномерность нагрева (более мелкие частицы, поднимающиеся выше, находятся в области более низких температур) и позволяет уменьшить высоту камеры.

1 - бункер; 2 - питатель; 3 - газораспределительная решетка; 4 - камера сушилки; 5 - смесительная камера; 6 - вентилятор; 7 - штуцер для выгрузки высушенного материала; 8 - транспортер; 9 - циклон; 10 - батарейный пылеуловитель.

Рисунок 1.6 - Однокамерная сушилка с кипящим слоем

Для материалов, мало чувствительных к нагреву, применяют двух- и трехсекционные ступенчато-противоточные сушилки с кипящим слоем.

За счет противотока материала и сушильного агента достигается более высокая степень насыщения газа влагой, но высушенный материал соприкасается с наиболее горячим теплоносителем. Для регулирования температуры нагрева в слой материала в секциях помещают змеевики. В таких сушилках выгрузка высушенного материала производится над слоем через переточные патрубки. Чтобы избежать чрезмерного увеличения гидравлического сопротивления, высоту кипящего слоя в сушилках непрерывного действия поддерживают в пределах 400-700 мм (в зависимости от свойств высушиваемого материала).

Для сушки небольших количеств различных продуктов применяют периодически действующие сушилки с кипящим слоем. В этих аппаратах эффективно используют подачу сушильного агента импульсами, вызывающими кратковременное псевдоожижение материала. Таким способом удается достичь равномерной сушки материалов, склонных к слипанию, и кристаллических материалов без значительного истирания их частиц.

В определенных условиях значения объемного напряжения по влаге А при сушке некоторых продуктов в промышленных непрерывно действующих сушилках с кипящим слоем достигают 1250 кг/(м³·ч).

С помощью сушилок с кипящим слоем при рациональном аппаратурном оформлении процесса достигается экономичная сушка. Поэтому при сушке некоторых продуктов (например, солей) сушилки с кипящим слоем вытесняют барабанные и менее эффективные сушилки других типов.



2. Обоснование и описание технологической схемы

В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термоустойчивостью, содержанием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. В связи с этим выбор рационального способа сушки, типа сушильной установки и конструкции сушильного аппарата представляет собой сложную технико-экономическую задачу. Большинство сушилок, в принципе, имеют схожее применение. Но основным критерием выбора типа сушилки является температурный режим работы, агрегатное состояние высушиваемого материала и его физические и химические свойства.

Барабанные сушилки широко применяют для непрерывной сушки, как правило, при атмосферном давлении, кусковых, зернистых и сыпучих материалов, не прилипающих к стенкам и не пылящих. Поэтому для сушки KCl рекомендуется использовать барабанную сушилку, работающую по нормальному сушильному варианту. Она получила наибольшее распространение в промышленности благодаря простоте устройства и эксплуатации.

Барабанная сушилка имеет цилиндрический сварной барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту, опирающийся с помощью бандажей на ролики. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу. Частота вращения барабана обычно не превышает 5 - 8 мин^-1. Материал подаётся в барабан питателем и поступает на внутреннюю насадку. Насадка, тип которой определяется свойствами высушиваемого материала, обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесный контакт с сушильным агентом при перемешивании. Газовая фаза и материал движутся прямотоком, что позволяет избежать перегрева материала.

Перемещение материала вдоль барабана происходит в основном вследствие наклона барабана. При его вращении материал захватывается лопатками, поднимается, а затем ссыпается с различной высоты. Это уменьшает истераемость материалов по сравнению с сушилками кипящего слоя.

Сушильный барабан прост в обслуживании. S. 1^--¦

Недостатком является громоздкость барабана, коррозия металла, небольшой

КПД из-за незначительного заполнения объема барабана, жесткие условия сушки.

В сушильном барабане неизбежно происходит частичное испарение материала. Наиболее мелкие частицы выносятся из барабана потоком газа. Для улавливания пылевой фракции чаще всего используют циклоны. Конструкция циклона приведена на рисунке 2.1.

1 - цилиндрический корпус; 2 - коническое днище; 3 - крышка циклона; 4 - тангенциальный входной патрубок; 5 - выхлопная труба.

Рисунок 2.1 - Циклон

Циклон состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и крышкой 3.

Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20-30 м/с) через патрубок 4 прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запылённого газа движется по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса. Пыль концентрируется вблизи стенок и переносится потоком в разгрузочный бункер. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубу 5.

Для транспортировки больших количеств газа при низких давлениях применяют вентиляторы. Конструкция центробежного вентилятора приведена на рисунке 2.2.

1 - корпус; 2 - рабочее колесо; 3,4 - всасывающие и нагнетающие патрубки

Рисунок 2.2 - Центробежный вентилятор

В спиралевидном корпусе 1 вентилятора вращается рабочее колесо 2 с большим числом лопаток. Газ поступает по оси колеса через всасывающий патрубок 3, захватывается лопатками и выбрасывается из корпуса через нагнетательный патрубок 4. Рабочие колёса вентиляторов среднего и высокого давления имеют относительно большую ширину, лопатки их загнуты вперёд.

Установки, предназначенные для сжигания топлива без проведения технологических процессов в них, называются топками. Топки должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать полное сжигание топлива и высокую экономичность его использования; быть надежными и достаточно простыми для монтажа и обслуживания; быть безопасными в эксплуатации и достаточно дешевыми.

Принципиальная схема прямоточной барабанной сушильной установки представлена на рисунке 2.1.

Влажный материал питателем подаётся во вращающийся сушильный барабан. Параллельно материалу в сушилку подается сушильный агент (дымовые газы), образующиеся от сгорания топлива (каменного угля) в топке, и происходит смешение топочных газов в смесительной камере. Воздух в топку и смесительную камеру подаётся соответственно вентилятором. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер, а из него на транспортирующее устройство. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне, а затем в рукавном фильтре.

3. Расчет барабанной сушилки

Параметры воздуха поступающего в топку для образования сушильного агента

Температура теплоносителя

на входе в сушилку t₁=900

на выходе из сушилки t₂=80

Дальнейший расчет ведем для зимних и летних условий

Зимние условия Летние условия

t_з= - 11.1°C t_л= 20°C

ц_з= 88% ц_л= 68%

Влагосодержание паровоздушной смеси определим по формуле

где:

- относительная влажность воздуха;

П= 765 мм. рт. ст. - барометрическое давление.

Pнас - давление насыщенного водяного пара

Энтальпия влажного воздуха определяется по формуле

где:

1,01 кДж/кг*К - средняя удельная теплоемкость сухого воздуха

1,97 кДж/кг*К - средняя удельная теплоемкость водяного пара

x - влагосодержание воздуха (рассчитывалось выше)

t - температура воздуха

2493 кДж/кг - удельная теплота парообразования воды при 0°C

Подставив в уравнение соответствующие значения получим

3.1 Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку

В качестве топлива используют каменный уголь добываемый на территории Донецкого бассейна марки ОС(отощенно-спекающийся). Состав данного угля :

C^r=88% , H^r=4.5%, O^r=2.6%, S^r=2.3%

Далее проводим расчет параметров топочных газов подаваемых в сушилку.

Теоретическое количество сухого воздуха , затрачиваемого на сжигание 1 кг

топлива, равно:

Подставив в уравнение соответствующие значения получим

Высшая теплота сгорания угля определяется по формуле



Подставив в уравнение соответствующие значения получим

Определяем коэффициент избытка воздуха по формуле

где:

- КПД , учитывающий эффективность работы топки, принимаем равным 90%;

t_T - температура топлива;

- теплоемкость топлива;

- удельная теплоемкость газов;

- температура газа;

Подставив в уравнение соответствующие значения получим

сушка барабан топочный газ

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 900 °С, равна:



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

Влагосодержание газов на входе в сушилку (x₁ = x_см) на 1 кг сухого воздуха

равно:

х₁ = G_П/G_c.г .

Откуда

х_{1 зим} = 0,018 кг_/кг;

х_{1 лето} = 0,026 кг_/кг.

Энтальпия газов на входе в сушилку:

J₁ = (Qз + c_TT_T + бL₀I₀)/G_сг.

J_1зим = 1117 кДж/кг;

J_1лет = 1233 кДж/кг.

Поскольку коэффициент избытка воздуха б велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I-х.

3.2 Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента

Количество поступающее на сушку материала

,

где к - производительность сушилки по высушиваемому материалу, кг/с.

- начальная влажность материала, % вес;

- конечная влажность материала, % вес.

По заданию т/сут, % , % .

Количество поступающего материала:

кг/с.

Количество удаленной влаги

кг/с.

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки

Д = c_в и1 + Q_доп - (Q_T + Q_M + Q_П),

где Д - разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере;

с_в - теплоемкость влаги во влажном материале 4.19 кДж/(кг·К);

и_н - температура влажного материала; 19^оС

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

Q_т - удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае Q_т = 0;

Q_м - удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом, кДж/кг влаги; Q_м = G_кc_м(и_к - и_н)/W;

с_м - теплоемкость высушенного материала, равная 0,92 кДж/(кг·К) [5];

и_к = t_м.т. - температуру высушенного материала примем равной температуре

мокрого термометра.

Q_п - удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги, удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испарённой влаги Q_п = 22,6 кДж/кг.

Для определения температуры мокрого термометра воспользуемся диаграммой Рамзина. Схема определения температуры мокрого термометра приведена на рисунке 3.1.

Из точки А с координатами (х₁; I₁) проводим линию I = const, как для процесса теоретической сушки, до пересечения с линией ц = 100% (точка Б) и определяем температуры в этой точке.

Для зимнего периода t_м.т. = 76єС.

Для летнего периода t_м.т. = 77єС.

Q_м(зим) = 504 кДж/кг

Q_м(лето) = 513 кДж/кг

Тогда Д равно:

Д_зим = -696,548 кДж/кг влаги;

Д_лет = -706,25 кДж/кг влаги.

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

Д = I - I₁/(x - x₁), или I = I₁ + Д (x - x₁). (3.18)

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-x (рисунок 3.2) необходимо знать координаты (х и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значе-нием х и определим соответствующее значение I. Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сухого воздуха. Тогда

I_зим = 990.8 кДж/кг сухого воздуха;

I_лет = 1110 кДж/кг сухого воздуха.

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х₁, I₁ и x, I проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂ = 80 °С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂ находим параметры отработанного сушильного агента: х_2з = 0,32 кг/кг, I_2з = 921.8 кДж/кг, х_2л = 0,34 кг/кг, I_2л = 984.65кДж/кг.



Рисунок 3.2 - Диаграмма Рамзина для влажного воздуха (для температур от 50°С)

L_сг = W/(x₂ - x₁); (3.19)

L_сгзим = 0,567/(0,2 - 0,076) = 1.098 кг/с;

L_сглет = 0,567/(0,25 - 0,065) = 1.043 кг/с.

Расход сухого воздуха:

L = W/(x₂-x₀).

L_зим = 1.039 кг/с;

L_лет = 0.991 кг/с.

Расход тепла на сушку:

Q_c = L_сг(I₁ - I₀) .

Q_cлет = 1239 кДж/с или 1239 кВт;

Q_cзим = 1236 кДж/с или 1236 кВт.

Расход топлива на сушку:

G_т = Q_c/Q.

G_{т зим} = 0.038 кг/с;

G_{т лет} = 0.035 кг/с.

3.3 Определение основных размеров сушильного барабана

Основные размеры барабана выбирают по нормативам и каталогам-справочникам в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного про-странства V складывается из объема V_п, необходимого для прогрева влажного мате-риала 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. (формула (3.22))

V = V_c + V_п

Объем сушильного простран-ства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи [6, 7]:

V_c = W/(K_хДx_сp'),

где Дх_сp - средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³;

К_х - объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движет матери 0.038 ала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи К_х = в_х.

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

,

где _сp - средняя плотность сушильного агента, кг/м³;

с - теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная 1 кДж/(кг·К);

в - оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %;

P₀ - давление, при котором осуществляется сушка, Па;

P - среднее парциальное давление водяных паров в су-шильном барабане, Па.

Принимаем скорость газов в барабане щ = 4 м/с. Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане t_ср = 290 °С практически соответствует плотности воздуха при этой температуре (формула (3.25)):

t_ср= (900+80)/2=290

(3.25)

кг/м³.

При этом:

щс_сp = 4·0,628 = 2.512 кг/(м²·с).

Уравнение (3.21) справедливо для щс_сp = 0,6-1,8 кг/(м²·с).

Частота вращения барабана обычно не превышает 5-8 об/мин; принимаем

n = 5 об/мин. Для рассматриваемой конструкции сушиль-ного барабана в = 14 %.

Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, т. е. при P₀ = 10⁵ Па. Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как средне-арифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.

Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению (3.26):

P = (x/M_в)P₀/(1/M_св + x/M_в). (3.26)

Тогда на входе в сушилку:

p₁ = (0,065/18)10⁵/(1/29 + 0,065/18) = 9480 Па;

На выходе из сушилки:

p₂ = (0,25/18)10⁵/(1/29 + 0,25/18) = 28300 Па;

Отсюда (формула (3.27)):

Р = (p₂ - p₁)/2. (3.27)

P = (28300 - 9480)/2 = 9410 Па;

Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

Движущую силу массопередачи Дx'_сp определим по уравнению (3.28)

, (3.25)

где Дx'_б = х*₁ - х'₂ - движущая сила в начале процесса сушки, кг/м³;

Дx'_м = х*₂ - х'₁ - движущая сила в конце процесса сушки, кг/м³;

х*₁, х*₂ - равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее, кг/м³.

Средняя движущая сила ДP_сp, выраженная через единицы давления (Па), равна (формула (3.29)):

ДP_сp = (ДP_б - ДP_м)/ln(ДP_б/ДP_м). (3.29)

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем: ДP_б = p*₁ - P₁ - движущая сила в начале процесса сушки, Па; ДP_м = p*₂ - P₂ - движущая сила в конце процесса сушки, Па; p*₁, P*₂ - давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

Значения p*₁ и p*₂ определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (T_м1) и в конце (T_м2) процесса сушки. По диаграмме I-х (рисунок 3.2) найдем: T_м1з = 72°С, T_м2з = 70°С; при этом p*_1з = 33938,18 Па, P*_2з = 31152.21 Па [2];

ДP_сp = (33938,18 - 9480) - (31152,21 - 28300)/ln(33938,18 - 9480/31152,21 - 28300)= 10050. Па;

Тогда

кг/м³;

Объем сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению (3.30):

V_c = 0,567/(0,837·0,039) = 17,37 м³;

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи (формула (3.27)):

V_п = Q_п/(К_хДT_сp), (3.30)

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

K_х - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³·К);

ДT_сp - средняя разность температур, град.

Расход тепла Q_п равен (формула (3.31)):

Q_п = G_кс_м(T_м1 - и₁) + W_вс_в(T_см1 - и₁). (3.31)

Q_п = 6,88· 0,92(72 - 19) + 0,567 · 4,19 · (72 - 19) = 449,51 кВт;

Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравне-нию (3.32) [2]:

К_х = 16(щс_сp)^0,9n^0,7в^0,54 . (3.32)

К_х = 16·2,512^0,9·5^0,7·14^0,54 = 470,247 Вт/м³·К = 0,47 кВт/(м³·К).

Для вычисления Дt_ср необходимо найти температуру сушильного агента t_x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_м1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса (формула (3.33)):

Q_п = L_сг(1+ x₁)c_г(T₁ - T_x). (3.33)

449,51 = 4,57 (1 + 0,065)1,005(500 - T_x).

откуда T_x = 423,42 °С. Средняя разность температур равна (формула (3.34)):

ДT_сp = [(T₁ - и₁) + (T_x - T_м1)]/2. (3.34)

ДT_сp = [(500 - 19) + (423,42 - 72)]/2 = 416,21 °C.

Подставляем полученные значения в уравнение (3.35):

V_П = 449,51 /(0,47 ·416,21) = 2,29 м³.

Общий объем сушильного барабана:

V = 2,29 + 17,37 = 19,66 м³

Диаметр барабана находим из соотношения:

. (3.36)

D = 1.7 м

Далее по справочным данным находим стандартный диаметр, объем и длину барабанной сушилки: D=1,6 м, L= 10 м. [9]

Определим действительную скорость газов в барабане (формула (3.37)):

щ_д = х_г/(0,785d²). (3.37)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м³/c) равен (формула (3.38)):

(3.38)

где x_ср - среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха.

Подставив, получим (для зимних условий):

м³/с.

Тогда

щ_д = 8,89/(0,785·1,6²) = 4,44 м/с.

Проверка на выполнения условия щс_сp = 0,6-1,8 кг/(м²·с):

щс_сp = 4,44·0,628 = 2,79 кг/(м²·с).

Определим среднее время пребывания материала в сушилке [2] (формула (3.39)):

ф = G_м/(G_к + W/2). (3.39)

Количество находящегося в сушилке материала (в кг) равно (формула (3.40)):

G_м = V·в·с_м. (3.40)

G_м = 27,43·0,14·1800 = 6912,36 кг.

Отсюда

ф = 6912,36 /(6,88+ 0,567/2) = 965 с.

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана [7] (формула (3.41)):

б' = (30·L/(d·n·ф) + 0,007щ_д)(180/р). (3.41)

б' = (30·10/(1,6·5·965) + 0,007·4,44)·57,325 = 2°.

Скорость уноса, равную скорости свободного витания щ_с.в. определим по формуле:

щ_с.в.= (м_ср/dс_ср)·(Ar/18 + 0.575·Ar^0.5)

м_ср - вязкость сушильного агента, 0,028 мПа·с;

d - наименьший диаметр частиц, 1,2·10^-3;

Ar = d³·с_r·с_ср·g / м²_ср

с_r - плотность частиц высушиваемого матреиала для известняка, 2650 кг/м³;

Ar = (1.2·10^-3)³·2650·0.605·9.81/2.8·10^-5 = 34670

щ_с.в = (2.8·10^-5/1.2·10^-3·0.605) ·(34670/18+0.575·34670^0.5) = 10.692 м/с



4. Расчет топки

При проектировании сушильных установок, в которых сушка проводится

топочными газами, проводят расчет топки. При расчете топки требуется лишь

рассчитать расход топлива и объем топочного пространства. Расход топлива

определяется по зависимости (4.1):

(4.1)

где было рассчитано, кг/с;

- по формуле (3.8), .

кг/с

По расходу топлива подбирают устройства для сжигания топлива и

рассчитывают тепловую мощность топки по формуле (4.2):

,(4.2)

где - низшая теплотворная способность топлива, которая равна 91,4 МДж/кг [3].

кВт.

Объем топочного пространства зависит от природы топлива и типа топки и определяется следующим образом:

,(4.3)



где - тепловое напряжение топки, которое равно 465,2 кВт/м³.

м



5. Расчет вспомогательного оборудования

5.1 Подбор циклона

В сушильном барабане происходит частичное истирание материала. Наиболее мелкие частицы выносятся из барабана потоком газа. Для улавливания таких частиц используют циклоны. Чаще всего для этой цели используются циклоны НИИОГАЗ. Циклоны НИИОГАЗ являются наиболее распространенными аппаратами для пылеулавливания и работают в системах газоочистки, находящихся под атмосферным и близким к нему давлением.

Требуется очистить 8.89 м³/с воздуха. Для улавливания пыли выбираем циклон ЦН - 15.

Диаметр циклона определим по условной скорости газа ?_ц отнесенной к полному сечению цилиндрической части циклона из уравнения:

?P/с_г = о₀· ?_ц²/2

где, о₀ = 160 стр.97 - безразмерный коэффициент сопротивления.

Предварительно задаемся отношением ?P/с_г = 740. Отсюда:

?_ц = ;

?_ц = = 3,04 м/с ;

D = ;

D = = 1,9 м;

Принимаем диаметр циклона равным D = 2 м;

Гидравлическое сопротивление циклона:

?P = о₀· с_г ·?_ц²/2;

с_г = М·T₀/н₀·( T₀ + t₂);

с_г = 29·273/22,4·(273 +80) = 1,001кг/м³

?P = 160·3,04²·1,001/2 = 740 Па

Выбираем циклон ЦН-15-2000х1 УП.

5.2 Расчет и подбор вентилятора

Вентилятор рассчитаем на подачу 8.89 м³/с воздуха.

Примем скорость воздуха в трубопроводе ?=25 м/с. Тогда диаметр трубопровода равен:

d =

d = = 0.673 м.

Выбираем стальной трубопровод диаметром 720 мм и толщиной стенки 7 мм. Тогда внутренний диаметр d = 0.706 м. Фактическая скорость в трубе:

? = 8.89·4/(3.14·0.706)² = 7.24 м/с

Критерий Рейнольдса для потока в трубопроводе:

Re = ?·d·с/м

Вязкость воздуха при t=80⁰ С, м = 0.02·10^-3 Па·с

Re = 7.24·0.706·1.001/0.02·10^-3 = 255827

Примем что трубы были в эксплуатации и имеют незначительную коррозию, для которой абсолютная шероховатость ?=0.15 мм

Относительная шероховатость: e=?/d = 0.15/706 = 2.12·10^-4

1/e = 4717; 10·1/e = 47170; 560·1/e = 2641520

47170 < Re = 255827 < 2641520

Таким образом расчет л (коэф. сопротивления) проводим для зоны смешанного трения:

л = 0.11·(e + 68/Re)^0.25 = 0.11·(2.12·10^-4 + 68/255827)^0.25 = 0.0162

Определим коэффициенты местных сопротивлений:

1) Вход в трубу о₁ = 0.5

2) Колено о₂ = 1.1

3) Выход из трубы о₃ = 1

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

?о = о₁ + 2о₂ + о₃ = 0.5 + 3·1.1 + 1 = 4.7

Гидравлическое сопротивление трубопровода:

?Pтр = (0.0162·0.15/0.706 + 4.7) · 1.001·7.24²/2 = 123.4 Па

?P = 123.4 + 200 + 740 = 1063.4 Па

Полезную мощность вентилятора находим:

Nп = Vг·?P = 8.89·1063.4 = 9453.62 Вт = 9.453 к Вт

Принимая к.п.д. передачи з_п = 1; к.п.д. вентилятора з_в = 0.6;

N = Nп/ з_п· з_в = 15.755 кВт.

Выбираем вентилятор Ц14-46-6,3В2-02.

5.4 Расчет бункеров

Бункер исходного продукта:

V₁ = G_н ·ф/с·з ;

где: ф - время заполнения, принимаем ф = 3 часа,

з - коэффициент заполнения, з = 0,8,

с - насыпная плотность, с = 1800 кг/м³;

V₁ = 26809,2 ·3/1800·0,8 = 55,85 м³ ;

Выбираем бункер типа ВКК - 50-0,005 1М-01, D=2800 мм.

Бункер сухого продукта:

V₂ = G_к ·ф/с·з;

V₂ = 24768 ·3/1800·0,8 = 51,6 м³;

Выбираем бункер типа ВКК - 50-0,005 1М-01, D=2800 мм.



Заключение

В работе была рассчитана линия для сушки глины. Для осуществления процесса необходим сушильный барабан диаметром 1,6 м и длинной 10 м, с подъёмно-лопастным перевалочным устройством.

Высушиваемый материал подаётся прямотоком к сушильному агенту.

Топливо (природный газ) сгорает в топке типа ГГ-2 (Россия). Воздух для поддержания горения и для разбавления топочных газов подаётся при помощи вентилятора Ц14-46-6,3В2-02 с производительностью Q = 5,38 м³/с и давлением 1063,4 Па. На выходе из сушильного барабана газы поступают в одиночный циклон ЦН-15-2000х1 УП диаметром 2 м для очистки от пыли, затем в мокрый мылеуловитель для полной очистки, после чего выбрасывается в атмосферу.



Список использованных источников

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973. - 787 с.

2. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник / под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - Т. 2.

3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1991. - 493 с.

4. Н.Б. Варгафтик, Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, М.; Наука, 1972. - 720 с.

5. Романков П. Г., Фролов В. Ф. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи). - СПб: Химия, 1993. - 496 с.

6. Справочник химика / Под ред. Б.П. Никольского. Т. 6. - М.-Л.: Химия, 1966. - 642 с.

7. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. - 429 с.

8. Карпенков А.Ф. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «процессы и аппараты химической технологии». Мн.: БТИ, 1980. - 20с.

9. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник. Т. 2. - Калуга: издательство Н. Бочкарёвой, 2002. - 1028 с.

10. Павлов В.Ф., Павлов С.В. Основы проектирования тепловых установок. М.: «Высшая школа», 1987. - 212 с.

11. www.promenerg.ru/cat/18

12. ГОСТ 11875-73. Аппараты с вращающимися барабанами общего назначения. Основные параметры и размеры. - Взамен ГОСТ 11875-66; Введ. 01.01.1974. 5 с. Группа Г 47.

13. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности.-М.: Химия, 1977. - 367 с

14. Сушильные установки / Г.К. Филоненко, П.Д. Лебедев . - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1952. - 252 с

15. Справочник по вентиляторам / С.А.Рысин. - М.: Госиздат литературы по строительству и архитектуре , 1954. - 247 с.

Размещено на Allbest.ru