Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассчитать барабанную сушилку для сушки аммофоса. Производительность по высушенному материалу 17000 кг/ч. Влажность начальная 19%, конечная 1,5%. Диаметр частиц 3 мм. Начальная температура материала 20 С, конечная 90 С. Начальная температура газа 350, конечная 102 С

1. Материальный расчет

Количество испаренной влаги:

W = G₂(w₁ - w₂)/(100 - w₁) = 4,722(19 - 1,5)/(100 - 19) = 1,033 кг/с.

где G₂ = 17000/3600 = 4,722 кг/с

Количество влажного материала, поступающего на сушку:

G₁ = G₂+W = 4,722+1,033 = 5,755 кг/с.

Количество влаги, содержащейся во влажном материале:

W_вл.н. = w₁G₁/100 = 195,755/100 = 1,093 кг/с.

Количество влаги, содержащейся в высушенном материале:

W_вл.к. = w₂G₂/100 = 1,54,722/100 = 0,071 кг/с.

2. Расчет размеров сушильного барабана

Объем сушильного барабана:



V_бар = W/m₀ = 1,0333600/40 = 93 м³.

где m₀ = 40 кг/(м³ч) - объемное напряжение по влаге [2c.300]

Диаметр барабана:

D_бар = (4V_бар/i)^0,33

где i = L/D = 3,59 - отношение длины барабана к диаметру

Принимаем i = 6, тогда

D_бар = (493/6)^0,33 = 2,71 м.

Длина барабана

L_бар = D_барi = 2,716 = 16,2 м,

принимаем диаметр барабана D_бар = 2,8 м, длину барабана L_бар = 16 м.

Объем барабана

V_бар = 0,785D_бар²L_бар = 0,7852,8²16 = 98,5 м³.

3. Расчет горения топлива

Принимаем в качестве топлива газ Саратовского месторождения.

Таблица 3.1. Состав сухого газа

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	N2	Сумма
94,0	1,2	0,7	0,4	0,2	0,2	3,3	100



Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха = 1,2.

Принимаем содержание влаги в газе 1,0%. Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

СН₄^вл = СН₄^с (100 - Н₂О)/100 = 94(100 - 1,0)/100 = 93,0%

Другие составляющие газа остаются без изменений

Полученные данные сводим в таблицу

Таблица 3.2. Состав влажного газа

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	N2	Н2О	Сумма
93,0	1,2	0,7	0,4	0,2	0,2	3,3	1	100

Определим теплоту сгорания газа по формуле Д.И.Менделеева.

Q_н^р = 358,2СН₄+637,5С₂Н₆+912,5С₃Н₈+1186,5С₄Н₁₀+1460,8С₅Н₁₂ =

= 358,293,0+637,51,2+912,50,7+1186,50,4+1460,80,2 = 35485 кДж/кг.

Теоретически необходимое количество сухого воздуха:

L₀=0,0476(2СН₄+3,5С₂Н₆+5С₃Н₈+6,5С₄Н₁₀+8С₅Н₁₂) =

= 0,0476(293,0+3,51,2+50,7+6,50,4+80,2) =0,0476197,9 = 9,42 м³/м³

Принимая влагосодержание атмосферного воздуха d = 10 г/кг сух.возд., найдем теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности:

L`₀ = (1+0,0016d)L₀ = (1+0,001610)9,42 = 9,57 м³/м³



Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода = 1,2

L = L₀ = 1,29,42 = 11,30 м³/м³

Действительное количество атмосферного воздуха:

L` = L`₀ = 1,29,57 = 11,48 м³/м³

барабанный сушилка теплоноситель горение

Определяем количество и состав продуктов горения при коэффициенте расхода воздуха = 1,2: С₄Н₁₀+5

V_CO2 = 0,01(CO₂+СН₄+2С₂Н₆+3С₃Н₈+4С₄Н₁₀+5С₅Н₁₂) =

= 0,01(0,2+93,0+21,2+30,7+40,4+50,2) = 1,003 м³/м³

V_Н2О = 0,01(2СН₄+3С₂Н₆+4С₃Н₈+5С₄Н₁₀+6С₅Н₁₂+Н₂О+0,16dL) =

= 0,01(293,0+31,2+40,7+50,4+60,2+1+0,161011,3) = 2,146 м³/м³

V_N2 = 0,79L+0,01N₂ = 0,7911,30+0,013,3 = 8,953 м³/м³

V_O2 = 0,21( - 1)L₀ = 0,21(1,2 - 1)9,42 = 0,396 м³/м³

Общее количество продуктов горения:

V = 1,003+2,146+8,953+0,396 = 12,50 м³/м³

Определяем процентный состав продуктов горения:

CO₂ = V_CO2100/V = 1,003100/12,50 = 8,0%

H₂O = V_H2O100/V = 2,146100/12,50 =17,2%

N₂ = V_N2100/V = 8,953100/12,50 =71,6%

O₂ = V_O2100/V = 0,396100/12,50 = 3,2%



Перевод м³ продуктов горения в кг производим путем умножения на плотность каждого компонента. Составим материальный баланс процесса горения на 100 м³ газа при = 1,2.

Таблица 3.3. Материальный баланс процесса горения

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Природный газ			Продукты горения
СН4=93,00,717	66,58	4,30	СО2=1,0031001,977	198,50	12,83
С2Н6=1,21,356	1,63	0,11	Н2О=2,1461000,804	172,50	11,15
С3Н8=0,72,02	1,41	0,09	N2=8,9531001,251	1120,63	72,40
С4Н10=0,42,84	1,13	0,07	O2=0,3961001,429	56,50	3,65
С5Н12=0,23,218	0,64	0,04	Невязка	-0,51	-0,03
СО2=0,21,977	0,39	0,03
N2=3,31,251	4,13	0,27
Н2О=1,00,804	0,80	0,05
Воздух
О2=100L00,21=1009,421,20,211,429	339,22	21,92
N2=100L00,79=1009,421,20,791,251	1117,16	72,19
Н2О=0,161011,30,804	14,53	0,94
Итого	1547,62	100	Итого	1547,62	100

Теплосодержание продуктов горения без учета подогрева воздуха и топлива

i_общ = Q_н/V = 35485/12,5 = 2839 кДж/м³

Действительная температура горения при коэффициенте _п = 0,75

Расчетное теплосодержание:

i`_общ = i_общп = 28390,75 = 2129 кДж/м³.



По I - t диаграмме находим действительную температуру горения при =1,2, которая составляет t_{действ.}=1360 С.

4. Расчет начальных параметров теплоносителя

Начальная температура газов на входе в барабан 350 С. Чтобы получить такую температуру, необходимо дымовые газы, образующиеся при горении топлива, разбавить атмосферным воздухом.

Составим уравнение баланса тепла теплоносителя, принимая количество воздуха для смешения равным х при температуре 20 С, КПД топки =0,9

,

где i₂₀^возд = сt^возд = 1,320 = 26 кДж/м³,

i₃₅₀^возд = 467 кДж/м³,

i₃₅₀^дым = 491 кДж/м³.

28390,9+(11,48+х)26/12,50 = 491+х467/12,50

х = 52,94 м³/кг топ.

Общее количество воздуха, идущее для горения и разбавления дымовых газов:

L`` = L`+x = 11,48+52,94 = 64,42 м³/кг топ.

Общий коэффициент расхода воздуха:

_общ = L``/L`₀ = 64,42/9,57 = 6,73



Влагосодержание разбавленных дымовых газов:

d_н= 805V_H2O/(1,977V_CO2+1,251V_N2+1,429V_O2)

V_CO2 = 1,003 м³/м³

V_Н2О = 0,01(2СН₄+3С₂Н₆+4С₃Н₈+5С₄Н₁₀+6С₅Н₁₂+Н₂О+0,16dL) =

= 0,01(293,0+31,2+40,7+50,4+60,2+1+0,161064,42) = 2,997 м³/м³

V_N2 = 0,79L+0,01N₂ = 0,7964,42+0,013,3 =50,925 м³/м³

V_O2 = 0,21( - 1)L₀ = 0,21(6,73- 1)9,42 =11,335 м³/м³

d_н= 8052,997/(1,9771,003+1,25150,925+1,42911,335) = 29 г/кг сух.газ.

5. Построение теоретического и действительного процесса сушки на I - d диаграмме



Для построения теоретического процесса сушки известны два начальных параметра сушильного агента: t_н^газ = 350 С и d_н = 29 г/кг сух. газ., по которым находим точку В - начало процесса сушки. Наносим на диаграмму точку А с начальными параметрами атмосферного воздуха t₀ =20 С и d₀ = d_воз= 10 г/кг сух.воз., поступающего в топку и в смесительную камеру сушилки. Точки А и В соединяем прямой, которая описывает процесс смешения газов с атмосферным воздухом. Проводим из т. В прямую параллельно линии I=const до пересечения с изотермой t_к=102 С в точке С, соответствующей конечным параметрам газов на выходе из сушилки (I_н = I_к = 450 кДж/кг).

По I - d диаграмме находим для точки С влагосодержание d₂=130 г/кг. Расход сухих газов для теоретического процесса сушки:

G_газ^теор = 1000W/(d₂ - d_н) = 10001,033/(130 - 29) = 10,23 кг/с.

Общие тепловые потери при сушке будут составлять:

Q = Q_м+Q_окр,

где Q_м - расход тепла на нагрев материала,

Q_окр - потери тепла в окружающую среду.

Расход тепла на нагрев материала:

Q_м = G₂c_м(t_к^м - t_н^м),

где с_м - теплоемкость материала при конечной влажности

с_м = с₀(100-w_к)/100 + 4,2w_к/100,



где с₀ = 1,23 кДж/кгК - теплоемкость абсолютно сухого материала.

с_м = 1,23(100-1,5)/100 + 4,21,5/100 = 1,275 кДж/кг

Q_м = 4,7221,275(90 - 20) = 421,3 кВт.

Потери тепла через стенку в окружающую среду:

,

Принимаем коэффициент теплоотдачи от газов к внутренней поверхности барабана ₁ = 100 Вт/м²К, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду ₂ = 12 Вт/м²К

(t^газ - t^воз) - разность температур газов рабочего пространства и окружающего воздуха.

s₁ = 16 мм - толщина стенки барабана, s₂ = 40 мм - толщина тепловой изоляции, ₁ и ₂ - 58,2 и 0,2 Вт/мК - теплопроводность соответственно стали и диатомитовой изоляции, S_б - площадь боковой поверхности барабана

S_б = D^cpL_бар = 2,68816 = 135,1 м².

D^cp - средний диаметр барабана:

D^cp = D - 2(s₁+s₂) = 2,8 - 2(0,016+0,04) = 2,688 м

Температура газов внутри барабана



t^газ = [(t_н^газ - t_н^м) - (t_к^газ - t_к^м)]/ln[(t_н^газ - t_н^м)/(t_к^газ - t_к^м)] + t_cp^м

t_cp^м - средняя температура материала в барабане

t_cp^м = t_н^м + 2(t_к^м - t_н^м)/3 = 20+2(90-20)/3 = 66,7 С

t^газ = [(350 - 20) - (102 - 90)]/ln[(350 - 20)/(102 - 90)] + 66,7 = 295,1 С

Q_окр = 135,1(295,1 - 20)/(1/100+1/12+0,016/58,2+0,04/0,2) = 126,6 кВт

Общие потери тепла в процессе сушки

Q = 421,3+126,6 = 447,9 кВт

Уменьшение энтальпии дымовых газов:

I_пот = Q/ G_газ^теор = 447,9/10,23 = 43,8 кДж/кг

Построение действительного процесса сушки. Из точки С вертикально вниз откладываем величину I_пот = 43,8 кДж/кг до точки D. Наносим точку Е - пересечение линии BD и изотермы 102 С. Линия ВЕ описывает действительный процесс сушки. Влагосодержание газов на выходе из сушилки в точке Е - d_к= 110 г/кг, тогда действительный расход газов на сушку

G_газ = 1000W/(d_к - d_н) = 10001,033/(110 - 29) = 12,75 кг/с.

Расход тепла на сушку:

Q_c = G_газ(I`_н - I_воз) - 4,2Wt^м_н

I`_н = 390 кДж/кг - энтальпия воздуха подаваемого на сушку

I_воз = 44 кДж/кг - энтальпия неподогретого воздуха.

Q_c = 12,75(390 - 44) - 4,21,03320 = 4324,7 кВт

Расход тепла в топке с учетом КПД топки =0,9

Q_т = 4324,7/0,9 = 4805,3 кВт

Расход топлива

В = Q_т/Q_н^p = 4805,3/35485 = 0,1354 кг/с

6. Материальный баланс сушильного барабана

При установившемся процессе сушки количество влаги, поступающей в барабан с дымовыми газами и материалом, должно быть равно количеству влаги, количеству влаги, оставшейся в материале и влаге, уходящей с дымовыми газами. Расход влажных отходящих газов на выходе из барабана:

G_см = (1+0,001d_н)G_газ+W = (1+0,00129)12,75+1,033 = 14,153 кг/с.

Количество водяных паров в дымовых газах, поступающих на сушку:

G_вл = ВV_H2OH2O = 0,13542,9970,804 = 0,326 кг/с.

Полученные статьи расхода и прихода материальных потоков сводим в таблицу 6.1.



Таблица 6.1.1 Материальный баланс сушильного барабана

Приход	Количество	Расход	количество
	кг/с	%		кг/с	%
Влажный материал	5,755	30,56	Высушенный материал	4,722	25,08
Сухие дымовые газы	12,75	67,71	Отходящие газы	14,153	75,15
Водяные пары в газах	0,326	1,73	Невязка	-0,044	-0,23
Итого	18,831	100	Итого	18,831	100

7. Тепловой баланс сушильного барабана

Приход тепла:

- тепло от сгорания топлива:

Q_гор = BQ_н^р = 0,135435485 = 4804,7 кВт

- тепло вносимое воздухом, подаваемым на горение и для разбавления дымовых газов:

Q_B = L``I_BB = 64,42260,1354 = 226,8 кВт.

Расход тепла:

- тепло на испарение и нагрев влаги материала:

Q_исп = (2493+1,97t_к^газ - 4,2t_н^м)W

где 2493 кДж,кг - скрытая теплота парообразования при 0С; 1,97 кДж/кгК - теплоемкость водяных паров; 4,2 кДж/кгК - теплоемкость влаги материала.

Q_исп = (2493+1,97102 - 4,220)1,033 = 2869,6 кВт



- тепло с отходящими дымовыми газами, за исключением тепла, уносимого испарившейся влагой:

Q_ух = (_обшL`₀+V)BI_ух,

где I_ух = 110 кДж/кг - энтальпия уходящих из барабана газов

V - разность между объемом продуктов горения и объемом воздуха, поступающего на горение

V = V - L`₀ = 12,5 - 1,29,57 = 1,016 м³/м³

Q_ух = (6,739,57+1,016)0,1354130 =1151,6 кВт,

- потери тепла в топке:

Q_т = BQ_н^р(1 - _т) = 0,135435485(1 - 0,9) = 480,5 кВт

Статьи прихода и расхода теплоты сводим в тепловой баланс сушильного барабана.

Таблица 7.1. Тепловой баланс сушильного барабана

Приход	Количество	Расход	количество
	кг/с	%		кг/с	%
От сгорания топлива	4804,7	95,49	На нагрев материала	421,3	8,37
С атмосферным воздухом	226,8	4,51	В окружающую среду	126,6	2,52
			На испарение и нагрев влаги	2869,6	57,03
			С отходящими дымовыми газами	1151,6	22,88
			Потери в топке	480,5	9,55
			Невязка	-18,11	0,35
Всего	5031,5	100	Всего	5031,5	100

Удельное количество теплоты на 1 кг испаренной влаги:



q = Q_гор/W = 4804.7/1,033 = 4651 кДж.

Обычно q = 35005000 кДж.

Удельный расход топлива на 1 кг испаренной влаги

b = B/W = 0,1354/1,033 = 0,1311 м³

Тепловой КПД сушилки:

= Q_исп/q = 2869,6/4651 = 0,62.

Обычно КПД барабанных сушилок = 0,60,8.

8. Расчет времени сушки материала и скорости вращения материала

Время нахождения материала в барабане:

где = 0,15 - коэффициент заполнения барабана.

- плотность материала при средней влажности.

w_cp = (19+1,5)/2 = 10,25%

= _c100/(100-w_cp) = 1750100/(100 - 10,25) = 1950 кг/м³

_с = 1750 кг/м³ - плотность абсолютно сухого материала

= (1200,151950/40)(19 - 1,5)/(200 - 19 +1,5) = 84 мин.



Число оборотов барабана:

n = AL_бар/D_барtg

где А = 0,6 - для подъемно-лопастной насадки,

= 3 - угол наклона барабана.

n = 0,616/842,8tg3 = 0,8 об/мин

Мощность необходимая для вращения барабана:

N = 0,0013D_бар³L_барn = 0,00132,8³160,80,0381950 = 27,1 кВт

где = 0,038 - коэффициент, зависящий от типа насадки и коэффициента заполнения барабана.

9. Вспомогательное оборудование к сушильному барабану

Топка.

Топки представляют собой замкнутые камеры определенного объема, предназначенные для сжигания любого вида топлива. Объем топочного пространства можно определить по опытной величине его теплового напряжения q, величина которого изменяется в значительных пределах для обних и тех же установок. Величина теплового напряжения существенно зависит от организации горения и температуры в камере горения. Принимаем тепловое напряжение топки q = 900 кВт/м³, тогда объем топки:

V = BQ_н^р/q = 0,135435485/900 = 5,34 м³.



Размеры топки по длине и ширине определяют конструктивно, исходя из условий удобства их обслуживания (длина не более 2 м, ширина не более 1 м); по конструкции они могут быть круглыми или прямоугольными.

Горелки для сжигания газа.

В настоящее время в промышленности для сжигания природного газа в топке сушильного барабана наибольшее распространение получили горелки типа ГНП конструкции института Теплопроект производительностью от 1,4 до 365 м³/час по природному газу.

По рассчитанному ранее расходу топлива В = 0,1354 м³/с = 487 м³/час выбираем горелку ГНП-6, производительностью до 182 м³/час.

Число горелок n = 487/182 = 2,68 принимаем к установке три горелки

Вентилятор для подачи воздуха на горение газа.

Объемный расход воздуха необходимый для горения газа:

V`<sub>воз</sub> = L`B = 11,48487 = 5591 м³/час

Производительность вентилятора при данной температуре:

V`_t = 5591(273+20)/273 = 6000 м³/час.

Давление воздуха принимаем равным Р = 1620 Па и выбираем центробежный вентилятор высокого давления №9, у которого КПД _в=0,56, число оборотов 1000 об/мин. Мощность на валу электродвигателя:

N_дв = V`_tP/36001000_Bп = 60001620/360010000,560,98 = 4,91 кВт.

где _п = 0,98 - КПД привода вентилятора

Учитывая коэффициент запаса мощности на пусковой момент k = 1,15, установочная мощность двигателя будет равна:



N_уст = kN_дв = 1,154,91 = 5,66 кВт.

Вентилятор подачи воздуха на разбавление дымовых газов.

Объемный расход атмосферного воздуха, необходимого для разбавления дымовых газов в смесительной камере равен:

V``_B = _общL`<sub>0</sub>B - V`_воз = 6,739,57487 - 5591 = 25775 м³/час

Производительность вентилятора при данной температуре:

V`_t = 25775(273+20)/273 = 27663 м³/час.

Давление воздуха принимаем равным Р = 1000 Па и выбираем центробежный вентилятор высокого давления №8, у которого КПД _в=0,56, число оборотов 625 об/мин.

Мощность на валу электродвигателя:

N_дв = V`_tP/36001000_Bп = 276631000/360010000,560,98 = 14,0 кВт.

Учитывая коэффициент запаса мощности на пусковой момент k = 1,15, установочная мощность двигателя будет равна:

N_уст = kN_дв = 1,1514,0 = 16,1 кВт.

Циклон.

Плотность уходящих газов:



_см = (353-0,0013Р_п)/(273+t_к^газ) = (353-0,001315000)/(273+102) = 0,90 кг/м³

где Р_п = 15000 Па - парциальное давление водяного пара в отходящих газах (определяется по I-d диаграмме).

Объем отходящих дымовых газов:

V_см = G_см/_см = 14,153/0,90 = 15, 5 м³/с

Скорость воздуха в циклоне:

= (2700/600,90)^0,5 = 5,1 м/с,

где = 60 - коэффициент сопротивления циклона типа НЦ-24,

Р = 700 Па гидравлическое сопротивление циклона.

Диаметр циклона

= [15,5/(0,7855,10,9)]^1/2 = 2,07 м.

Принимаем циклон диаметром 2000 мм

Дымосос для отбора дымовых газов.

Объем отходящих газов (с учетом 50% подсоса воздуха):

V_дым = 1,5V_см = 1,515,5 = 23,3 м³/с

При подборе дымососа необходимо учитывать аэродинамическое сопротивление, которое должен преодолевать дымосос. Принимаем следующие значения аэродинамических сопротивлений:

- газоходов от топки до входа в сушильный барабан - 100 Па;

- барабанной сушилки - 200 Па;

- выходной газовой камеры - 50 Па;

- циклона - 700 Па

При подборе дымососа следует увеличить перепад давлений на 40%, тогда общий перепад давлений сушильной установки:

Р_су = 1,4(100+200+50+700) = 1470 Па

Выбираем центробежный вентилятор среднего давления №12, у которого КПД _в=0,58, число оборотов 500 об/мин.

Мощность на валу электродвигателя:

N_дв = V_дымP/1000_Bп = 23,31470/10000,560,98 = 62,4 кВт.

Учитывая коэффициент запаса мощности на пусковой момент k = 1,15, установочная мощность двигателя будет равна:

N_уст = kN_дв = 1,1562,4 = 71,8 кВт.



Литература

1. Овчинников Л.Н., Овчинников Н.Л. Сушка в силикатной промышленности. Учебное пособие. Иваново, 2004.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с.

3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с.

4. Сушилка с псевдоожиженным слоем зернистого материала. Методические указания. Иваново, 1989.

5. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета

химической аппаратуры - Л. "Машиностроение", 1975.

Размещено на Allbest.ru