Расчет барабанной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Спроектировать установку для сушки известняка в барабанной сушилке.

В качестве теплоносителя взять воздух

Исходные данные

1. Производительность установки 2000 кг/ч по исходному материалу

2. Начальная влажность материала Uн = 10%

3. Конечная влажность материала Uк = 2%

4. Начальная температура теплоносителя 120єС

5. Конечная температура теплоносителя 80єС

7. Начальная относительная влажность А=5 кг/м3Чч

8. Начальная температура материала и=20єС, ц=50%

9. Конечная температура материала 80єС.

10.Плотность материала 1800 кг/м3

11. Давление греющего пара 5 ата.

Содержание

Введение

1. РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2. РАСЧЕТ И ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Расчет и подбор калорифера

2.2 Выбор вентилятора

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Сушка -- это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Целью сушки является улучшение качества материала (снижение его объемной массы, повышение прочности) и, в связи с этим, увеличение возможностей его использования. В химической промышленности, где технологические процессы протекают в основном в жидкой фазе, конечные продукты имеют вид либо паст, либо зерен, крошки, пыли. Это обусловливает выбор соответствующих методов сушки.

Наиболее широко распространены в химической технологии конвективный и контактный методы сушки.

При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала. В качестве теплоносителей используют воздух, инертные и дымовые газы.

При контактной сушке тепло высушиваемому материалу передается через обогреваемую перегородку, соприкасающуюся с материалом. Несколько реже применяют радиационную сушку (инфракрасными лучами) и сушку электрическим током (высокой или промышленной частоты).

Применяемые в химической промышленности виды сушилок можно классифицировать по технологическим признакам: давлению (атмосферные и вакуумные), периодичности процесса, способу подвода тепла (конвективные, контактные, радиационные, с нагревом токами высокой частоты), роду сушильного агента (воздушные, газовые, сушилки на перегретом паре), направлениям движения материала и сушильного агента (прямоточные и противоточные), способу обслуживания, схеме циркуляции сушильного агента, тепловой схеме и т. д.

Выбор типа сушилки зависит от химических свойств материала. Так, при сушке материалов с органическими растворителями используют герметичные аппараты и сушку обычно проводят под вакуумом; при сушке окисляющихся материалов применяют продувку инертными газами; при сушке жидких суспензий используют распыливание материала. Конструкции сушилок весьма разнообразны и выбор их определяется технологическими особенностями производства.

Наиболее широкое распространение получили барабанные сушилки. Эти сушилки отличаются высокой производительностью и относятся к конвективным сушилкам. В качестве сушильного агента в них используют воздух и дымовые газы. В этих аппаратах сушке подвергают соли, топливо, пасты; их используют в производствах соды, удобрений, ядохимикатов.

Технологическая схема барабанной сушилки

Установка состоит из вентиляторов (В1, В2), калорифера (К), барабанной сушилки (БС), циклона (Ц), рукавного фильтра (Ф), бункера влажного материала (Б1) и бункера высушенного материала (Б2), приёмной емкости (Е) и системы трубопроводов.

Влажный материал из бункера (Б1) с помощью шлюзового питателя подается во вращающейся барабан (БС). Параллельно материалу в сушилку направляется воздух, нагретый в калорифере (К) до заданной температуры t1. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана через специальное разгрузочное устройство поступает в промежуточный бункер (Б2), а затем в приемную емкость. Отработанный воздух перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне (Ц) и рукавном фильтре (Ф).

Транспортировка сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентиляторов (В1, В2). Конденсат из калорифера через конденсатоотводчик отводится на ТЭЦ.

1. РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Количество испаряемой влаги:

(1)

Количество высушенного материала:

(2)

Размеры сушильного барабана

Объем барабана рассчитывается по формуле:

;(3)

.

Принимаем . Диаметр барабана находим из соотношения

(4)

Тогда длина барабана рассчитывается по уравнению:

(5)

По нормалям завода «Прогресс» выбираем сушильный барабан с диаметром d=1600мм и длиной L=8000мм.

Число оборотов барабана в секунду:

,(6)

Где а - опытный коэффициент;

тангенс угла наклона барабана

время пребывания материала в барабане, с.

Время пребывания материала в барабане:

(7)

Где - средняя масса материала, проходящего через барабан;

- коэффициент заполнения барабана;

- средняя насыпная плотность материала;

Барабан имеет угол наклона к горизонту 0,5- 6є; Принимаем б=2є, .

Тогда

где 1,2 - коэффициент б для подьемно-лопастной насадки.

Потери тепла в окружающую среду:

(8)

где - боковая поверхность барабана,;

tст - температура стенки барабана с внешней стороны, єС

-температура окружающей среды, єC

- коэффициент теплоотдачи от стенки барабана в окружающую среду, он равен:

где - коэффициент теплоотдачи за счет вынужденной конвекции окружающей среды относительно наружной поверхности вращающегося барабана, Вт/(м2ЧК);

- коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м2ЧК).

Принимаем tст=35єС и определяем режим движения окружающего воздуха относительно наружной поверхности барабана:

(9)

где l=d = 1.7 м - в данном случае определяющий размер с учетом возможной толщины тепловой изоляции;

- плотность воздуха при 25єС

- вязкость воздуха при 25 єС,

- относительная скорость движения воздуха.

(10)

Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана в окружающую среду за счет вынужденной конвекции:

Где - теплопроводность воздуха при 25єС.

Определим коэффициент теплоотдачи излучением:



где с0 = 5,7 Вт/(м2*К) - коэффициент лучеиспускания абсолютного тела; - степень черноты для поверхности, покрытой черной краской.

Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана к воздуху равен:

Определим необходимую толщину слоя изоляции. В качестве изоляционного материала выбираем шлаковую вату с Поверх изоляции толщиной имеется кожух из листового железа, покрытый масляной краской. Толщина стенки барабана Можно принять t1=t2=60єC и t3=t4=35єC. Здесь t1 и t2 - температура внутренней и наружной стенок барабана; t3 и t4 - температура стенок защитного кожуха.

Расчет ведем по известным формулам теплопроводности через цилиндрическую стенку.

Удельный тепловой поток:

По упрощенной формуле:

(11)

Определяем толщину изоляции:

Отсюда . Принимаем

Уточняем величину наружного диаметра барабана:

Наружная поверхность барабана:

(12)

Тепловые потери в окружающую среду:

(13)

Удельная потеря тепла:

(14)

Расходы воздуха L, тепла Q и пара G

Для определения расхода воздуха и тепла на сушку строим диаграмму сушильного процесса I-x: см. приложение 1.

Для нахождения точки А задается температурой и относительной влажностью окружающего воздуха , . Из диаграммы определяют и =0,01 кг влаги/кг сухого воздуха.

Точку В находят по заданной температуре и из диаграммы определяют . Точку С (окончание идеального сушильного процесса) находят по заданной температуре и . Чтобы найти направление реального процесса в сушилке, из произвольной точки е, лежащей на линии теоретического процесса (точка е должна лежать ближе к точке С, чтобы величины отрезков, которые участвуют в графическом расчете сушилки были по возможности больше), опускают перпендикуляр ef на линию АВ, измеряют его и определяют величину отрезка еЕ по формуле:

где ;

Св - теплоемкость воды, кДж/(кг*К);

qд - дополнительный подвод тепла, кДж/кг влаги ( в барабанной сушилке qд=0);

- сумма потерь тепла (с высушенным материалом, в окружающую среду и с транспортными приспособлениями), кДж/кг влаги.

В барабанной сушилке потерь тепла, связанных с транспортными потерями, нет.

Потери тепла с высушенным материалом:

(15)

Теплоемкость высушенного материала:



где с =0,009 - теплоемкость известняка. -сумма атомных теплоемкостей. М-молекулярная масса.

После подстановки получаем:

Определяем отрезок еЕ:

где ef=x2-x0 , берется для произвольно выбранной точки е на линии Ii=const (рисунок 1);

Св=4,19кДж/(кгК) - теплоемкость влаги при t=20єС.

Если происходит дополнительный подогрев и отрезок еЕ откладывается от точки е вертикально вверх; в данном случае , поэтому отрезок еЕ откладывают вниз. Точку В соединяем с полученной точкой Е и продолжаем прямую до пересечения с заданной изотермой t2. Полученная точка С1 характеризует состояние воздуха после сушки:

кДж/кг сухого воздуха;

кг влаги/сухого воздуха.

Расход сухого воздуха:

барабанный сушилка калорифер тепло

(16)

Объем влажного воздуха, проходящего через сушилку за 1 час:

,(17)

где - удельный объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха, м3/кг сухого воздуха.

(18)

где R - газовая постоянная, равная 287 Дж/(кгК);

Т - абсолютная температура воздуха;

Роб - общее давление паровоздушной смеси, Н/м2;

Рп - парциальное давление водяного пара, Н/м2;

Принимаем общее давление Р=745 мм рт.ст.

На входе в калорифер:

На выходе из калорифера:

При выходе из барабана:

.

Расход тепла в калорифере:

(19)

Расход пара в калорифере:

(20)

где r=2117 кДж/кг - теплота парообразования при Р=5ат.

2. РАСЧЕТ И ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Расчет и подбор калорифера

Для подогрева до 150єС воздуха, поступающего в сушилки, применяют воздухонагреватели с большой поверхностью теплообмена и малым гидравлическим сопротивлением. Наиболее подходят для этого кожухотрубные и пластинчатые (с ребристой поверхностью) калориферы, применяемые для подогрева воздуха.

Принимают для расчета кожухотрубный калорифер.

Необходимая поверхность нагрева F, м3 определяется по формуле:

(21)

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2ЧК); - средняя разность температур между теплоносителями, С. Принимаем в качестве источника тепла насыщенный водяной пар: Р=5ат; - 151,1єС.

Температурные условия процесса:

151,1 151,1

25 120

(22)

Принимаем турбулентный режим движения воздуха по трубному пространству. Диаметр труб d=38Ч2мм. Для предварительного расчета полагают Re=20000.

Из выражений:

и

Определяют:

(23)

где GB=LЧ (1+0,010)=8165Ч1.01=8246.65 кг влажного воздуха/ч,

- вязкость воздуха при t ср.

По каталогу НИИХиммаша для расчета выбирают одноходовой теплообменник типа «ТН» с общим числом труб n=211, и диаметром d=800мм.

Уточняют значение критерия Рейнольдса:

Для турбулентного движения воздуха в трубах:

,(24)

откуда



где =0,026Ч1,163 Вт/(мЧК) - теплопроводность воздуха при 73єС.

-

Критерий Прандтля для воздуха при 73єС ( с - теплоемкость воздуха при Р=const и t=73єС).

Так как коэффициент теплоотдачи со стороны пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб в межтрубном пространстве, достаточно велик и основное термическое сопротивление будет сосредоточено со стороны воздуха , то можно принять

Принимают тепловую проводимость загрязнений со стороны накипи и со стороны нагреваемого воздуха соответственно равными 5000 и 2320 Вт/(м2*К), а теплопроводность стали Тогда:

Общий коэффициент теплопередачи:



Необходимая поверхность нагрева калорифера:

Устанавливают два одноходовых кожухотрубчатых типа «ТЛ» теплообменника со следующими характеристиками:

F=57

D=800мм;

n=211 шт;

dтр=38х2 мм;

L=4000 мм.

Запас поверхности:

2.2 Выбор вентилятора

Мощность, потребляемая вентилятором:

(29)

где V - подача вентилятора; - полное сопротивление сушильной установки с учетом скоростного напора; - общий КПД вентиляторной установки.

(30)

где - сопротивление трения воздухопроводов, Н/м2

- местное сопротивления,;

- сопротивление сушилки,

- сопротивление калорифера,

- сопротивление циклонов,

- скоростное давление,

В соответствии со схемой сушильной установки принимают следующие исходные данные для расчета:

Общая длинна воздуховодов 20м

Количество задвижек 2 шт

Количество отводов под углом 902 шт

Скорость газов в трубопроводах допускается в пределах 10-20 м/с, принимаем w=15м/с.

Из уравнения расхода находим диаметр воздухопровода между аппаратами:

Принимаем трубопровод из углеродистой стали d = 4262 мм.

Уточняем скорость движения воздуха:

скоростной напор:

где - плотность воздуха при tср=73єС.

(31)

Предварительно подсчитываем критерий Re:

Где - вязкость воздуха при 73єС.

При Re= 59072 коэффициент трения 0,015

Для отводов под углом 90? и задвижек находят, что , следовательно:

Сопротивление барабанных сушилок колеблется в пределах 10-20 мм вод.ст, а циклонов - в пределах 40-85 мм вод.ст.

Принимают

Сопротивление рукавного фильтра принимаем: Р=1000Н/м2

Полное сопротивление сушильной установки:

26,58+196,2+835+20,38=1078,2Н/м2

Мощность потребляемая вентилятором:

Где =0,65- принятый к.п.д. вентилятора

Устанавливаем центробежный вентилятор марки «Сирокко» среднего давления №4 со следующей характеристикой:

Производительность=84-160 м3/с

Давление=25-200 мм вод.ст.

Мощность=1-12 кВт

Скорость=720-1970 об/мин

Мощность привода барабанной сушилки

Ориентировочная необходимая для вращения барабана мощность может быть определена по формуле:

(32)

Заключение

В данной расчетной работе рассчитали барабанную сушилку для сушки известняка. По результатам расчета выбрали барабанную сушилку с диаметром D=1600мм и длиной L=8000. Установили два одноходовых кожухотрубчатых теплообменника типа «ТЛ» со следующей характеристикой:

F=57

D=800мм

n=211 шт

Устанавливаем центробежный марки «Сирокко» среднего давления №4 со следующей характеристикой:

Производительность=84-160 м3/с

Давление=25-200 мм вод.ст.

Мощность=1-12 кВт

Скорость=720-1970 об/мин

Список использованных источников

1. Ченцова Л.И. Процессы и аппараты химической технологий/ Л.И Ченцова, М.К Шайхутдинова, В.М Ушанова.- Красноярск: СибГТУ,2006.-262с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Под ред. чл. корр. АН России П.Г. Романкова.-11 изд., стереотипное. Перепечатка с изд.1987.- М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004.- 576с.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 12-е изд., стереотипное, доработанное. Перепечатка с девятого издания 1973 г.- М.:ООО ТИД «Альянс», 2005-753с.

Размещено на Allbest.ru