Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сушка - это процесс удаления влаги из материала под действием тепловой энергии и отвод образующихся поров влаги. Ряд материалов подвергается сушки для уменьшения их веса и тем самым удешевления транспортировки, изменение физических свойств (например уменьшения теплопроводности).

Сушку материалов можно производить естественным и искусственными путями. Естественная сушка обычно производится на открытом воздухе, под навесом или в специальных сараях, представляет процесс, при котором сушильный агент (воздух) поглотивший поры влаги отводится из зоны сушильного материала, без искусственных мероприятий.

Недостатком естественной сушки (в сушильных установках) являются большая продолжительность, зависимость от времени года и состояния наружного воздуха, необходимость большой территории для размещения материала.

Искусственная сушка материалов производится в специальных устройствах - сушилках в которых сушильный агент, поглотивший пары влаги, отводится искусственным способом: при помощи вентиляторов, вытяжных труб и других устройств. Искусственная сушка в большинстве случаев осуществляется горячим воздухом.

Сушилки с кипящим (псевдоcсжиженным) 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. Сушилки с кипящим слоем в настоящее время успешно применяются в химической технологии не только для сушки сильносыпучих зернистых материалов (например, минеральных и органических солей), но и материалов, подверженных комкованию, например для сульфата аммония, поливинилхлорида, полиэтилена и некоторых других полимеров, а также пастообразных материалов (пигментов, анилиновых красителей), растворов, расплавов и суспензий.

Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия. Высушиваемый материал подается из бункера питателем в слой материала, «кипящего» на газораспределительной решетке в камере 3 сушилки. Сушильный агент -- горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, который подается в смесительную камеру вентилятором 1,-- проходит с заданной скоростью через отверстия решетки и поддерживает на ней материал в кипящем (псевдо-ожиженном) состоянии. Высушенный материал удаляется транспортером 7. Отработанные газы очищаются от унесенной пыли в циклоне 4 и электрофильтре 5, вытягивается дымососом 6, после чего выбрасываются в атмосферу.

Однако в сушилках этого типа с цилиндрическим корпусом наблюдается значительная неравномерность сушки, обусловленная тем, что при интенсивном перемешиваний в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его среднего значения. Поэтому применяют сушилки с расширяющимися 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.

Расчет сушилки «Кипящего слоя»

1. Основной расчет сушильной установки

1.1 Материальный расчет сушилки

Общее количество испаряемой влаги в единицу времени:

,

где G2 переведем из т/ч в кг/с:

.

Находим производительность сушилки по высушенному материалу:

.

1.2 Параметры сушильного агента, при сушке топочными газами

Масса Gв сухого воздуха, необходимого для сжигания топлива и смешения с топочными газами, зависит от принятой величины коэффициента избытка воздуха :

Gв=с.в.V0

где

с.в.- плотность сухого воздуха при нормальных условиях (0ОС 760 мм рт.ст.), равна 1,293 кг/м3

принимаем значение =3

Gв=31,29310,45=40,536 кг/кг

Масса сухих топочных газов, при коэффициенте избытка воздуха , при сжигании 1 кг мазута:

Gс.г.=1-(WP+AP+9HP)+Gв=1-(0,03+0,001+90,112)+40,536=40,497кг/кг с.в.

Масса водных паров в топочных газах при коэффициенте избытка воздуха составляет:

Gп= WP+9HP+х0Gв

х0 - влагосодержание воздуха

Рн - Давление насыщенного водяного пара таб 2.5 [1]

Р - Общее давление влажного воздуха, Р=99300Па.

Лето

Gп=0,03+90,112+0,011740,536=1,513 кг/кг

Зима

Gп=0,03+90,112+0,00089540,536=1,449 кг/кг

Влагосодержание топочных газов при коэффициенте избытка воздуха определяют по формуле:

Лето: хт.г=1,513/40,497 = 0,0376 кг/кгс.в.

Зима: хт.г=1,449/40,497 = 0,0357 кг/кгс.в.

Энтальпия топочных газов, отнесенную к 1кг абсолютно сухого газа, при коэффициенте избытка воздуха определяют по следующей формуле:

сушка пар тепловой камера

=39800 кДж/кг

- к.п.д. топки, учитывающий потери тепла от неполноты сгорания топлива и от наружного охлаждения топки, 0,95

- удельная теплоемкость мазута, кДж/(кгК), рассчитываемая по формуле

=1,74+0,0025

- температура подогрева мазута перед подачей в форсунку

80-100 0С

=1,74+0,0025=1,965 кДж/(кгК)

Энтальпия окружающего воздуха вычисляется по формуле

=св t0+(r0+cпt0) х0

где

t0 и х0 - температура и влагосодержание окружающего воздуха;

св r0 cп - удельная теплота парообразования и теплоемкость воздуха и пара, св = 1 кДж/(кгК)

Лето: I0 = 120,3+(2493+1,9720,3) 0,0117=51,262 кДж/(кг)

989,338 Дж/(кг)

Зима: I0 = 1(-13,7)+(2493+1,97(-13,7)) 0,000895= -11,492Дж/(кг)

926,524 Дж/(кг)

1.3 Внутренний баланс сушильной камеры

Определяем величину , называемую внутренним балансом сушильной камеры, по формуле:

.

Расчет величины выполняется для летних и зимних условий.

Удельный приход теплоты с влагой материала равен:

,

где Свл - удельная теплоемкость влаги, удаляемой из материала, для воды Свл=4,19 кДж/(кгК).

Температуру влажного материала принимаем равной температуре мокрого термометра, при средних параметрах окружающего воздуха (табл. 2.4)[1]. В зимних условиях допускается брать 1=00С.

Удельный расход теплоты на нагревание высушенного материала равен:

.

Удельная теплоемкость высушенного материала:

,

где

С0 - удельная теплоемкость абсолютно сухого материала (табл. 2.1. [1]), для кварцевого песка С0=0,796кДж/(кгК), тогда получаем:

.

Лето

1=20 0С

2=75 0С

=486,279 кДж/(кгК),

кДж/(кгК),

Зима

1=0 0С

2=70 0С

кДж/(кгК),

кДж/(кгК),

Удельные потери теплоты в окружающую среду оценивают предварительно в долях от теплоты, расходуемой на испарение 1кг влаги:

,

где

r0 - удельная теплота парообразования, r0=2493 кДж/кг;

Сn - удельная теплоемкость пара, Сn=1,97 кДж/кг*К.

Коэффициент аn для сушилки кипящего слоя аn=0,05.

По известным данным находим:

.

Лето ;

Зима .

1.4 Построение на диаграмме I-х процесса топочными газами

На диаграмме состояния окружающего воздуха изображается точной А, состояние топочных газов при расчетном коэффициенте избытка воздуха (после предварительного смешения с воздухом) - вспомогательной точкой F. Прямая AF характеризует процесс смешения топочных газов с воздухом. Точку В, определяющую параметры сушильного агента (x1, t1, I1) на входе в сушилку, находят на пересечении линии AF с изотермой t1.

Получаем:

Лето Зима

I1=951,4кДж/кг I1=928,57кДж/кг

х1=0,036 кг/кг х1=0,0325кг/кг

х12 =0,305 кг/кг х12=0,292кг/кг

х2=0,270кг/кг х2=0,250кг/кг

I2=853 кДж/кг I2=790кДж/кг

I0=51,262кДж/кг I0=-11,492кДж/кг.

По соотношению длин отрезков AB и BF на линии AF (или их проекции на ось х) вычисляем кратность смешения воздуха с топочными газами



где Gв.см - масса сухого воздуха, подаваемого на окончательное смешение с топочными газами.

Лето

Зима

Коэффициент избытка воздуха см в газовоздушной смеси, поступающей в сушильную камеру, можно определить по формуле

Лето

Зима

1.5 Расчет расхода воздуха на сушку

Массовый расход абсолютно сухого воздуха в составе сушильного агента рассчитывают используя результаты построения процесса сушки на I-х диаграмме.



.

Лето:;

Зима .

Массовый расход влажного газа:

Лето ;

Зима .

Расход топлива рассчитываем по следующей формуле

Лето

Зима

Общее количество теплоты, затрачиваемого в процесс сушки за 1 с.

Q0=L(I1-I0)

Лето Q0=1,863(951,4 - 51,262)=1677,179 Кдж/с

Зима Q0=2,005(928,57+11,492)= 1884,446 Кдж/с

Количество теплоты, передаваемой высушенному материалу в рабочем объеме сушилки за 1 сек:

Лето ;

Зима .

1.6 Расчет параметров сушилки

Интенсивность теплообмена в сушилке характеризуется величиной удельной производительности рабочего объема в слое

,

где Кv-объемный коэффициент тепломассообмена (табл. 2.6. [1])

Кv=0,35кг/(м3чК).

Для расчета tср находим температурные напоры на входе сушильного агента в сушилку и на выходе из неё

tб=t1 - 1=750 - 0 = 7500

tм=t2 - 2=125 - 70= 550

==115,65ОС

А=0,35115,65=40,479

Находим рабочий объем Vр сушилки по уравнению:

;

.

1.7 Расчет параметров всевдоожиженного слоя

По среднему диаметру dт частиц, характеристикам физических свойств влажно газа (воздуха) при средней температура tср (вязкость , плотность ) и плотность т материала вычисляют критерий Архимеда

где где dт=0,5 мм = 0,510-3

=1500 кг/м3

т= плотность материала; 0,344 кг/м3

- динамическая вязкость =0,024510-3 Па с ст.555 [2]

=1054,667

Принимаем величину пористости пьсевдоожиженного слоя в интервале 0,550,75 (предпочтительнее значение 0,700,75) определяем критерий Рейнольдса

Принимаем =0,72



и учитывая что

Re0=v0dт/

Находим фиктивную (относительную к плоскому сечению) скорости v0 охлаждающего газа.

=8,226

v0=8,2260,344/0,510-30,344=1,17 м/с

При сушке материала, близкого по составу к малодисперсному, определяют также критическую скорость псевдоожижения ПС при =0,4 и число псевоожижения

Kv= o/ПС

=0,504

== 0,071 м/с

Kv=1,17/0,071=16,313

По расходу сухого газа из сушилки и скорости o находим расчетную площадь Sпс псевдоожиженного слоя и диаметр Дпс сушилки в области псевдоожиженного слоя.



где х2 - влагосодержание сушильного агента на выходе из слоя х2=0,250 кг/кгс.в.

2 - плотность сушильного агента на выходе из слоя

tcр=(750+125)/2=437,5 ОС

=0,497 кг/м3

5,906 м2

м

Диаметр Д сушилке округляем до стандартного по ГОСТ 9931-79

Таб. 4,3 [1]

Д=2800 мм, высота Н=1600 мм.

Минимально допустимое гидравлическое сопротивление решетки может быть вычислено по формуле

где

Рсл - сопротивление кипящего слоя, при =0,75

Рсл=(1-)(-2)gHпс

где Нпс - высота кипящего слоя =0,37 (ст33 [1])

Рсл=(1-0,75)(1,500-0,497)9,810,37=1360,68 Па

=1912,146 Па

При сушки мелкого материала р обычно находятся в диапазоне 0,020,1

Принимаем значение р=0,08

Живое сечение распределительной решетки вычисляем по формуле

S0=рSp, т.к. SpSпс => Sp=5,906 м2

S0=0,085,906 =0,472 м2

Сопротивление распределительной решетки аппарата с кипящем слоем определяется по формуле

где р - коэффициент гидравлического сопротивления решетки

с - принимаем с=0,6 (стр.32 [1])

РрPmin

р - скорость газа в отверстии распределительной решетки

== 52,81 м/с



Площадь живого сечения решетки Sp соответствующая этой скорости рассчитывается по следующей формуле:

х1 - влагосодержание при температуре сушки t1=750OC

0,114 м2

Диаметр отверстий d0=0,0125Нпс=0,01250,35=4,375 мм - принимаем по ГОСТ 6636-69 d0=4,5 мм =4,510-3

Высота действия зоны струны

Нст=20d0=204,5=90 мм

Высота псевдоожиенного слоя

Нпс=4Нст=490=360 мм

Число отверстий в решетке

=7158

Принимая шахматное расположение отверстий, в распределительной решетки, по углам равносторонних треугольников. В этом случаи поперечный шаг и продольный шаг вычисляются по формулам:



м

м

Для беспровальных перфорированных решеток расстояние между верхней распределительной и нижней запирающей решетки

- угол естественного откоса материала (обычно 30-50О) принимаем =45О

=0,0106 м

Находим температуру на выходе из кипящего слоя

где

- коэффициент теплоотдачи от газа к материалу

при

при t=125ОС из таблица 2,7 [1]

Pr=0,69

=3,35510-2 Вт/мК

с=1026,5 Вт/кгК

22,53 Вт/м2

100

Заполнение сушилки материалом Gm и среднее время сушки материала

кг

1.8 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки

Потерю давления на трение Ртр и на преодоление местных сопротивлений Рм на отдельных участках воздушного тракта рассчитываются по уравнениям:



;

Разделим трубопровод на пять участков:

1 участок: от вентилятора к топке:

,

,

,

U=1015м/с, принимаем U=13 м/с, м=1,5.

.

При применении стальных не футерованных газоходов, коэффициент трения 0,02.

.

2 участок: от топки до сушилки:

,

,



,

,

,

,

.

- коэффициент сопротивления в выходном сечении горелки 1,22,5 принимаем =1,8 (стр. 36 [1])

=52,483 Па

3 участок: от сушилки к циклону:

=1,041

=0,18

,

,

,



.

4 участок: от циклона к рукавному фильтру:

,

,

=1,041,

,

5 участок: от рукавного фильтра к дымососу:

,

,

,

=1,041,

,

Общее сопротивление тракта, находящегося под давлением определяют, суммируя потери Р на всех его участках и в аппаратах

,



Рв - сопротивление воздушного тракта до топки;

РТ - сопротивление горелки и топки;

РР - сопротивление распределительной решетки;

Рсл - сопротивление псевдоожиженного слоя;

РОБ - минимальное разрыхление которое обычно поддерживается в сушилки РОБ 10 Па

РСТР - динамическое давление струи газа, выходящего из отверстий распределительной решетки.

= Па

Рдав =175,750+(52,483 +35,374)+1360,687-10-692,807=921,3122 Па

Общее сопротивление тракта, находящегося под разрежением, рассчитывают, суммируя потери давления в сушильном аппарате в пылеулавителях и в соединительных газопроводах

.

РС - сопротивление сушильного агента;

РЦ - сопротивление циклонных аппаратов;

РПЛ - сопротивление элетрофильтров;

РГ - сопротивление соединительных газопроводов,

2. Вспомогательные и дополнительные расчеты

2.1 Расчет плотности влажного газа

,

плотность сухого газа:

,

где Р0=101,3кПа,

0=1,293кг/м3,

Т0=273К.

,

,

,

.

2.2 Расчет потери тепла в окружающую среду

Тепловой поток Qn через поверхности Sст стенок сушилки вычислим по уравнению теплопередачи:

.

26,389 м2

Коэффициент теплопередачи:

.

Коэффициент теплоотдачи 1 - от сушильного агента к сушильной поверхности стенки, находят с помощью критериальных уравнение

Nu=0,66Re0,5Pr0,33 при Re<5105

Nu=0,66(4,6104)0,50,690,33=125,331

=

Суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением от наружной поверхности стенки к окружающему воздуху при установлении сушилки в помещении:

,

где tв -температура окружающего воздуха tв 200С,

tст - температура наружной поверхности стенки tст = 450С.



,

Из таблицы 3,1 стр. 40[1]

cт = 46,5 ст=0,025 м

диат = 0,15 диат=0,125 м

м.в. = 0,075 м.в.=0,06 м

0,42,

.

Удельные потери теплоты в окружающую среду:

,

.

2.3 Расчет топки

Объем топки Vт рассчитывают по рекомендуемой величине теплового напряжении объема qv при сжигании мазута

qV - для камерной топки принимаем 100 кВт/м3

17,845 м3

2.4 Выбор и расчет пылеуловителей

Объемный расход газов Vг в системе пылеулавливания определяется по массовому расходу и параметрам сушильного газа на выходе из сушилки:

Рекомендуемый расход газов qц через один циклон НИИОГАЗ или один элемент батарейного циклона НИИОГАЗ диаметром Дц определяют из условия

?Рц - гидравлическое сопротивление циклона

?г - плотность газа принимаем 6501,04=520,655 Па

?Ц - коэффициент гидравлического сопротивления циклона, определяется по условной скорости газа в цилиндрической части циклона.

Принимаем батарейный циклон НИИОГАЗ с направляющим аппаратом типа «Винт» ?=85, Дц = 400 ?1000мм. Принимаем Дц=750 мм

м3/с

Требуемое число циклонов:



.

Для улавливания мелкодисперсной пыли необходимо установить дополнительные пылеочистительные аппараты

Для выбора электрофильтра определим площадь активного сечения.

F= Vг/ м2

- оптимальная скорость прохождения газов 0,81,0 принимаем =0,8 м3/ч [2 ].

F= 2,406/0,8=3,008 м2

В отделении предусматриваем установку электрофильтра типа УГ1-3-10 [2].

Техническая характеристика.

Площадь активного сечения м2; 10

Длина м; 9,6

Высота м 12,3

Ширина м; 3

2.5 Выбор вентилятора и дымососа

Расчетную подачу Vн1 вентилятора, установленного на воздушной стороне тракта находят по формуле

,

где н1 коэффициент запаса равный 1,05,

- коэффициент избытка воздуха

V0 - объем воздуха м3/м3

Вт - расход топлива

t0 - температура окружающего воздуха

Расчетная подача дымососа, установленного на газовой части тракта:

,

- Коэффициент запаса, учитывающий также присосы воздуха в системе пылеулавливания принимаем

.

Расчетное давление вентилятора, дымасоса:

,

где г=1,1.

Вентилятор ,

Дымосос .

Приведенное расчетное давление

К - поправочный множитель

0 - плотность воздуха при нормальных условиях

г - плотность газа у вентилятора ( равна плотности сушильного газа 2 -на выходе из сушилки)=0,887

tзав - температура по заводской характеристики машины. Принимаем tзав=300С

Вентилятор =564,371 Па

Дымосос =2485,457 Па

Мощность на валу:

,

Вентилятор ,

Дымосос .

Мощность электродвигателя:

,

пер - к.п.д. передачи = 0,98;

дв - к.п.д. двигателя= 0,95;

Вентилятора ,

Дымосос .

Установочная мощность электродвигателя:

,

уст - коэффициент запаса (принимаем равный 1,1)

Вентилятора ,

Дымососа .

Выбираем вентилятор ВДН-8 табл 3,9[1] :

Дколеса=800мм,

n=750об/мин,

подача 4,8 тыс.м3 ,

полное давление 600Па,

потребляемая мощность 1кВт.

Выбираем дымосос ДН-11,2 табл 3,9[1] :

Дколеса=1120 мм,

n=1500об/мин,

подача 25м3/ч,

давление 2500Па,

потребляемая мощность 25Квт.

Размещено на Allbest.ru