Проектирование и расчет сушильной установки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Сушка (высушивание) твердых материалов состоит в удалении влаги (более или менее полном) из влажных материалов путем ее диффузии из твердого материала и испарения. Необходимость удаления влаги из материала может быть обусловлена разными причинами, например:

-- влажный продукт может портиться при хранении, так как влага вредно воздействует на товарные свойства некоторых материалов: слеживание; смерзание в зимнее время; образование плесени (на поверхности пищевых и других продуктов);

-- влажность полупродуктов может быть вредна на последующих стадиях их переработки: действовать как каталитический яд; ухудшать качество конечных продуктов (например, влага в волокнообразующих полимерах существенно снижает качество нити при продавливании расплавов полимеров через отверстия фильеры);

-- перевозки высушенного материала потребителю, особенно на дальние расстояния, обходятся дешевле, нежели влажного -- более тяжелого.

Сушке подвергают не только твердые влажные материалы; в химической и ряде смежных отраслей промышленности влагу нередко удаляют также из суспензий и растворов.

При большом содержании влаги в исходном материале частичное ее удаление возможно механическими методами -- осаждением, фильтрацией, центрифугированием; экономически (по затратам энергии) они значительно выгоднее сушки и, где возможно, их следует применять. Однако достаточно полного удаления влаги с их помощью добиться не удается, более глубокое удаление влаги требует использования сушки с большими затратами теплоты на испарение влаги.

Сушка влажных материалов -- энергоемкий процесс: на удаление 1 кг влаги требуется затратить по крайней мере теплоту ее испарения. В стране 12--13% топлива расходуется на высушивание твердых материалов. Чтобы осуществить процесс сушки с максимальной эффективностью, в том числе -- с приемлемыми затратами и получением конечного продукта заданной влажности, необходимо знать физико-химические основы процесса, представлять себе принципы работы сушильных аппаратов, владеть методами технологического расчета.

Сушка твердых материалов -- один из наиболее распространенных десорбционных процессов. Разработка методики ее расчета первоначально велась вне связи с технологическими расчетами других массообменных процессов. И по настоящее время материальные и тепловые расчеты, определение расходных показателей (то, что традиционно именуется статикой сушки) базируется на специфической основе, не используемой при рассмотрении других процессов переноса вещества, нередко даже с символикой, отличающейся от общепринятой в массообменных процессах. Такой подход сохраняется в известной степени потому, что в большинстве сушильных процессов речь идет о переносе одного и того же вещества -- воды и сушильный агент один и тот же -- воздух. Различают две группы методов сушки. Первая -- конвективные методы -- основана на контакте высушиваемого материала с потоком газа -- сушильного агента (СА) и переносе теплоты от СА к ТМ, испарении влаги и переходе ее из ТМ в СА. При этом в качестве сушильного агента чаще всего используется нагретый воздух или топочные газы, реже -- другие СА. На долю конвективных методов приходится свыше 90% промышленных сушильных процессов. В некоторых случаях материал не допускает длительного контакта с горячим СА -- тогда используют иные методы сушки, объединяемые общим термином -- специальные. Они отличаются от конвективных способами подвода теплоты на испарение влаги и характеризуются обычно повышенными энергетическими затратами и (или) сложностью аппаратурного оформления. Применяются специальные методы сушки, как правило, в малотоннажных производствах для высушивания дорогостоящих ТМ, чаще всего -- как вынужденная мера при неприемлемости конвективных методов (например, для термолабильных материалов). Специальные методы сушки нередко используют в пищевой и фармацевтической промышленности, вообще в биотехнологии.

1. Сравнительная характеристика и выбор основного оборудования

1.1 Сущность и назначение процесса

Сушка - это процесс удаления влаги из материалов путем испарения и отвода паровой фазы. В химической промышленности этот процесс применяется для улучшения качества продуктов, уменьшения массы, предохранения продуктов от слеживаемости, повышения транспортабельности и т.д.

Сущность процесса сушки заключается в переходе влаги, находящейся в твердом материале из жидкой фазы в газообразную. Такой процесс может протекать лишь в том случае, если давление пара над поверхностью материала больше парциального давления его в окружающей газообразной среде.

Сушка характеризуется статикой и кинетикой. Статика сушки устанавливает связь между начальными и конечными параметрами высушиваемого материала и сушильного агента на основе уравнений материального и теплового балансов. Из статики сушки определяют состав материала, и расход теплоты и сушильного агента.

Кинетика сушки устанавливает связь между изменением влажности материала во времени и параметрами процесса. Уравнения кинетики сушки характеризуют процесс удаления влаги из материала во времени и предназначены для определения продолжительности и режима сушки.

Различают два периода сушки: период постоянной скорости и период падающей скорости процесса.

В течении первого периода влага испаряется со всей поверхности влажного материала. В этом периоде скорость сушки постоянна и определяется лишь скоростью внешней диффузии, т. е. диффузии паров влаги с поверхности материала в окружающую среду.

Во втором периоде скорость сушки определяется внутренней диффузией - перемещением влаги изнутри материала к его поверхности. С начала второго периода поверхность подсушенного материала начинает покрыватся коркой и поверхность испарения влаги постепенно уменьшается, что приводит к увеличению сопротивления внутренней диффузии и к непрерывному уменьшению скорости сушки.

Двум основным периодам предшествует некоторый период прогрева материала до температуры сушки.

Кривая сушки материала и изменение его температуры в процессе сушки имеет вид:

Рис. 1.1. Кривая сушки материала и изменение температуры в процессе сушки

Период прогрева материала является, как правило, кратковременным и характеризуется неустановившимся состоянием процесса. За этот период температура материала повышается до температуры мокрого термометра, но его влажность нач снижается незначительно. Скорость сушки возрастает и к концу периода прогрева материала достигает максимума.

В период постоянной скорости скорость процесса является наибольшей, температура материала постоянна.

К концу второго периода температура материала повышается и достигает температуры воздуха или среды, окружающей материал. Одновременно влажность материала снижается до равновесной по всей его длине. С момента достижения равновесной влажности скорость сушки становится равной нулю.

При дальнейшем пребывании материала в сушилке его влажность остается постоянной.

1.2 Краткое описание и сравнительная характеристика аппаратов

Конструкции сушильных аппаратов (сушилок) крайне разнообразны. Можно назвать две основные причины такого разнообразия: различие в свойствах высушиваемых материалов и в постановке технологической задачи; недостаточные успехи проектировщиков в разработке единой оптимальной конструкции. В случае сушильных аппаратов определенно преобладает первая причина. Это является следствием широкого разнообразия определяющих факторов:

-- консистенция высушиваемого исходного сырья (изделия; ленты; пленки; нити; зернистые материалы, хорошо и плохо сыпучие; пасты; суспензии и даже растворы);

-- размер и форма ТМ (крупные и мелкие; сферические и близкие к ним либо сильно отличающиеся от шарообразных; дробленые, игольчатые, чешуйчатые и т.п.);

-- устойчивость к высоким температурам: стабильность к очень высоким (на уровне топочных газов) или достаточно высоким температурам либо, наоборот, термолабильность и потому ограниченность температур при сушке;

-- виды связи влаги с материалом и необходимая глубина высушивания;

--скорость сушки (существуют материалы, портящиеся при быстрой сушке);

-- механическая прочность (устойчивость к сжатию и истиранию) и т.п.

Ниже приведены отдельные (наиболее распространенные и интересные в методическом отношении) сушильные аппараты.

Конвективные сушильные аппараты

На рис. 1.2. показан фрагмент полочной (камерной) сушилки полунепрерывного действия.

Достоинство полочной сушилки:

-- простота.

Среди недостатков:

-- периодичность действия и как следствие -- невысокая производительность, в частности из-за затрат времени на извлечение полок из камер, выгрузку высушенного материала и загрузку новых порций влажного, возврат полок в камеру; этот недостаток частично устраняется в вагонеточном варианте:

- полки размешаются в вагонетках, и непроизводительная стадия разгрузки-загрузки заметно ускоряется -- вагонетки с высушенным материалом вывозятся из камер, а туда ввозятся вагонетки с заблаговременно подготовленным влажным ТМ;

-- неравномерность сушки: лучше высушиваются области ТМ (зерна, слои и т.п.), непосредственно соприкасающиеся с СА, хуже -- внутренние зоны ТМ (скажем, зерна в глубине засыпки), не контактирующие или плохо контактирующие с потоком СА; это ухудшает качество продукта либо заставляет увеличивать продолжительность сушки (снижает производительность);

-- затраты теплоты на нагрев транспортных устройств: полки, вагонетки вводятся в процесс холодными, а выводятся горячими; в технологических расчетах они будут трактоваться как потери теплоты с транспортными приспособлениями Qтр.

Рис. 1.2. Камерная полочная сушилка

Туннельные сушилки достаточно производительны, но весьма громоздки, занимают большие производственные площади. Для них, как и для полочных сушилок, характерны неравномерностъ сушки и значительные потери теплоты с транспортными приспособлениями. На рис. 1.3. показана туннельная сушилка.

Рис. 1.3. Туннельная сушилка

На рис. 1.4, а представлена конструкция одной из конвейерных сушилок, применительно к сушке зернистых материалов ее чаще называют ленточной.



Рис. 1.4. Ленточные сушилки

Ленточная сушилка работает непрерывно, ее производительность достаточно высока. В приведенном варианте в сушилке нет потерь теплоты с транспортными приспособлениями (поскольку они целиком размещены внутри сушильной камеры). Однако неравномерность сушки здесь не устранена. Поэтому используют многоленточные сушилки. Эти сушилки дороже, но "перетряхивание" высушиваемого материала при его переходе с ленты на ленту существенно повышает равномерность сушки.

Рис. 1.5. Барабанная сушилка.

Достоинство сушильного барабана -- в высокой производительности и надежности. Среди недостатков: громоздкость, большие производственные площади, шум, а также плохое использование рабочего объема сушилки.

Отличительная особенность сушилок с псевдоожиженным слоем состоит в широких возможностях эффективного высушивания материалов с разнообразными свойствами (от хорошо сыпучих зерен до растворов) и условиями процессов (высокие и умеренные температуры, непрерывные и полунепрерывные режимы, равномерная и пульсирующая подача СА и др.).

Рис. 1.6. Сушилка с псевдоожиженным слоем

Особенностью и достоинством сушилок с псевдоожиженным слоем является выравнивание температур в объеме слоя, поскольку псевдоожиженный ТМ движется в сушилке в режиме, близком к идеальному перемешиванию. Это означает, что в основание слоя можно подавать СА с достаточно высокой температурой, но во всем его объеме температура может поддерживаться (если необходимо -- с помощью теплообменных устройств в слое) на уровне, приемлемом для ТМ и необходимом для сушки -- соответственно тепловому балансу.

На рис. 1.7 изображена схема виброаэросушилки.

Механическое воздействие на слой способствует разрушению каналов и застойных зон, препятствует комкованию ТМ -- все это расширяет возможный диапазон использования вибросушилок. Недостатки: усложнение аппарата, небезвредные механические воздействия на его узлы, быстрое гашение вибрации в псевдоожиженном слое (т.е. необходимость работы с весьма тонкими слоями).

Рис. 1.7. Виброаэросушилка.

В аэрофонтанных сушилках сравнительно крупные зерна (размером несколько миллиметров) вовлекаются в достаточно интенсивное движение при умеренных расходах СА (псевдоожижение потребовало бы чрезмерно высоких его расходов). Причина: площадь поперечного сечения центрального канала много меньше площади сечения аппарата над фонтани рующим слоем.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 1.8. Аэрофонтанные сушилки

Значит, для восходящего транспорта зерен в канале потребуются приемлемые расходы СА, так как его скорость в канале значительно выше, чем над слоем. По этим же причинам в аэрофонтанных сушилках возможна работа с полидисперсными материалами, причем -- без существенного уноса мелочи (пыли).

Аэрофонтанная сушилка обычно близка к аппаратам идеального перемешивания. Дело в том, что продолжительность одного оборота зерна (т.е. цикла "восходящий пневмотранспорт в канале -- нисходящее движение у стенок -- восходящий пневмотранспорт в канале"), как правило, значительно меньше среднего времени пребывания зерна в фонтанирующем слое.

Для удаления свободной влаги в химической и фармацевтической промышленности широко используются пневмотранспортные сушилки (иначе -- трубы-сушилки) (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Пневмотранспортная сушилка

Скорость газа в пневмотранспортной сушилке обычно находится в диапазоне 10--30 м/с. Почти с такой же скоростью движутся твердые частицы. Поэтому время их пребывания в трубе 1 (ее высота чаще всего -- несколько метров) исчисляется долями секунды (редко превышает 1 с). За столь короткое время частица может потерять влагу, но не успевает "испортиться", даже если температура СА относительно высока, а материал -- термолабилен. К недостаткам пневмотранспортных сушилок относится малая степень насыщения СА влагой, а потому повышенный его расход. Кроме того, возникает сопутствующая проблема, связанная со статическим электричеством, возникающим при соударении частиц со стенками трубы (здесь необходимы меры, препятствующие его накоплению: заземление узлов сушилки и т.п.).распылительная сушилка, используется дляобезвоживания растворов и суспензий (рис. 1.10.).

Рис. 1.10. Распылительная сушилка

В распылительных сушилках тоже невелико время контакта ТМ с горячим СА, и потому их также можно использовать для сушки термолабильных материалов. Для распылительных сушилок, как и для пневмотранспортных, характерны высокие расходы СА.

Специальные сушильные аппараты.

Использование специальных сушилок связано, как правило, со специфическими свойствами высушиваемых материалов, в первую очередь -- с их термолабильностью либо нежелательностью контакта с кислородом воздуха. Поэтому для получения качественного продукта технологи вынуждены идти на повышенные энергозатраты и использовать сложное оборудование -- это характерно для специальных сушилок.

На рис. 1.11. демонстрируются контактные сушилки. Теплота на удаление влаги здесь передается за счет непосредственного контакта высушиваемых материалов с горячими поверхностями.



Рис. 1.11. Контактные сушилки

в контактных сушилках теплота в идеале расходуется только на испарение влаги (реально, конечно, и на потери в окружающую среду) -- в отличие от конвективных сушилок, где соизмеримое количество теплоты расходуется еще и на подогрев СА. К недостаткам контактных сушилок относятся ограничения в температуре горячей поверхности (при сушке термолабильных материалов), возможная неплотность прилегания высушиваемого материала к этой поверхности, длительность прогрева малотеплопроводных материалов, а также высокая металлоемкость большинства контактных сушилок.

Рис. 1.12. Схема терморадиационной сушки

Особенность терморадиационной сушки -- слабая проницаемость излучения вглубь высушиваемого материала. Поэтому их чаще всего применяют для термического воздействия (высушивания) на поверхностную влагу и тонкие прослойки сыпучих материалов. Терморадиационные сушилки достаточно производительны и компактны, однако их энергетические характеристики весьма неблагоприятны: затраты энергии в 3--4 раза превышают теплоту испарения жидкости.

Окончательно тип аппарата выбирается на основе требований технологии и технико-экономического анализа.

Вывод:

По экономическим соображениям лучше подходит барабанная сушилка.

В качестве сушильного агента выбираем воздух, т.к. это экологичнее и эффективнее.

2. Выбор конструкции аппарата

В пункте 1 на основе сравнительного анализа и из экономических и экологических соображений была выбрана для данного процесса конвективная сушка в прямоточной барабанной сушилке, в которой роль сушильного агента выполняет нагретый воздух.

Сушилка представляет собой (рис. 2.1) цилиндрический сварной корпус 1, который с помощью насаженных на него бандажей 2 установлен на роликах опорной 10 и упорно-опорной 6 станций. Торцы барабана заходят в загрузочную 13 и разгрузочную 4 камеры. Барабан установлен наклонно под углом до 60 в сторону разгрузки. Барабан вращается с частотой до 8 об/мин от электропривода 7 через подвенцовую 8 и венцовую 9 шестерни, последняя закреплена на барабане.

Рис. 2.1. Барабанная сушилка

С помощью загрузочного устройства (питателя) материал поступает внутрь барабана и движется вдоль его оси, интенсивно перемешиваясь внутренней насадкой 11. Через штуцер 12 вдуваются дымовые газы или подогретый воздух. Благодаря их непосредственному соприкосновению с материалом происходит интенсивная сушка. Штуцер 14 предназначен для ввода продукта, штуцер 5 --для его вывода, 3--для отсоса сушильного агента.

В местах установки бандажей и зубчатого венца барабан усиливают обечайками.

Насадки изготовляют в виде секций длиной 1 м, привариваемых к внутренней поверхности барабана. Тип насадки выбирают в зависимости oт вида высушиваемого материала и диаметра барабана.

Со стороны загрузки материала на длине 1,0--1,5 м устанавливают приемно-винтовую насадку. А затем основную, тип которой выбирают в зависимости от свойств материала.

Наиболее распространенные конструкции внутренних насадок барабанов показаны на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Конструкции внутренних насадок барабанов: а -- лопастная; б -- крестообразная; в -- полочная; г -- секторная; д -- ячейковая

Подъемно лопасная насадка рис (2.2, а) применяется для перемещения крупнокусковых и склонных к налипания высушиваемых материалов.

Распределительные насадки - полочная (2.2, в) и крестообразная (2.2, б) применяются при сушке мелкокусковых и сыпучих материалов. При помощи таких насадок обеспечивается многократное пересыпание материала и его тесный контакт с сушильным агентом.

Промежуточная, или секторная, насадка (2.2, г) применяется для перемещения крупнозернистых высушиваемых материалов, обладающих малой сыпучестью.

Ячейковая насадка (2.2, д) применяется в процессах сушки тонкоизмельченных пылящих материалов. При пересыпании таких материалов в закрытых ячейках насадки достигается интенсивное перемешивание частиц.

Достоинство сушильного барабана: в высокой производительности и надежности.

Недостатки: громоздкость, большие производственные площади, шум, а также плохое использование рабочего объема сушилки.

В ходе анализа литературы и из технико-экономических соображений для сушки фосфорной руды конвективная прямоточная барабанная сушилка.

3. Выбор конструкции материала

В химической промышленности условия работы аппаратов характеризуется широким диапазоном температур - примерно от -254 до +2500С при давлениях от 0,015 Па до 600 МПа при агрессивном воздействии среды. Основными требованиями, которым должны отвечать химические аппараты, являются механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации. Поэтому к конструктивным материалам проектируемой аппаратуры предъявляются следующие требования:

1. Высокая коррозийная стойкость материалов в агрессивных средах при рабочих параметрах процесса;

2. Высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при гидравлических испытаниях и эксплуатации аппаратов;

3. Хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений;

4. Низкая стоимость и доступность материалов.

Кроме того, при выборе конструкционных материалов необходимо учитывать физические свойства материалов (теплопроводность, линейное расширение и т.д.).

Для изготовления аппаратов в химической промышленности в качестве конструкционных материалов применяют черные материалы и сплавы (сплавы, чугуны), цветные материалы и сплавы, незащищенные и защищенные с поверхности покрытиями (металлическими и неметаллическими), неметаллические материалы (пластмассы, материалы на основе каучука, керамику, углеграфитовые и силикатные материалы, дерево).

Под коррозией понимают разрушение поверхности металла вследствие протекания химических или электрохимических процессов.

Химическая коррозия - результат взаимодействия металла с химически активными веществами. Частными случаями химической коррозии являются газовая водородная, карбонильная, сероводородная и некоторые случаи атмосферной коррозии.

Обычно скорость растворения металлов при равномерной коррозии выражают потерей массы с единицы поверхности в единицу времени - К, г/(м2•ч). При конструировании аппаратов удобнее оценивать возможную коррозию по глубинному указателю (проницаемости П, мм/год), который связан с массовым показателем К зависимостью:

П = 8,76 К/,

где - плотность металла, г/см3.

Коррозийную стойкость металлов и сплавов в соответствии с ГОСТ 13819 - 68 определяют по десятибалльной шкале:

Таблица 3.1

Группа стойкости	Скорость коррозии, мм / год	Балл
Совершенно стойкие	Менее 0,001	1
Весьма стойкие	0,001 - 0,005 0,005 - 0,010	2 3
Стойкие	0,01-0,05 0,05-0,1	4 5
Понижено стойкие	0,1 - 0,5 0,5 - 1,0	6 7
Малостойкие	1,0-5,0 5,0-10,0	8 9
Нестойкие	Более 10,0	10

Для изготовления химической аппаратуры должны использоваться конструкционные материалы, скорость коррозии которых не превышает 0,1 - 0,5 мм/год; чаще применяются материалы стойкие (скорость коррозии 0,01 - 0,05мм/год)

Коррозионная стойкость определяет долговечность химического оборудования. Для большинства типов оборудования химических заводов установлена длительность эксплуатации 7 - 10 лет. Излишняя долговечность не может быть оправдана, так как оборудование морально устаревает и требует замены. Материал, из которого изготавливают химические аппараты, должен обладать высокой химической стойкостью не только для обеспечения необходимой долговечности аппарата, но и для безопасности условий работы и сохранения чистоты продукта. Разрушившийся материал загрязняет продукт, снижает его качество и может проявить каталитические свойства в побочных процессах или, наоборот, может быть каталитическим ядом (например, в процессе окисления аммиака).

Разрушение неметаллических материалов представляет собой химическое их разрушение, происходящее в результате воздействия внешней среды (жидких и газообразных реагентов, нагрева и охлаждения), метеорологических условий и микробиологического процесса. Воздействие водных растворов веществ на неметаллические материалы неорганического происхождения приводит к их растворению или выщелачиванию.

Нагревание неорганических неметаллических материалов может вызывать их термическую деструкцию, в результате чего снижаются механическая и химическая стойкость.

Органические конструкционные материалы - органические полимеры (пластмассы) - обладают высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам, но подвержены термической и фотохимической деструкции, биологической коррозии в результате действия жидких и газообразных агрессивных сред.

По химическому составу и механическим свойствам конструкционные материалы должны удовлетворять требованиям ГОСТов, ОСТов, ТУ.

Таким образом, конструкционным материалом выбрана сталь, так как она имеет наибольшее применение в химическом машиностроении. Барабан сваривают из царг, вальцованных из листовой стали ВСтЗпс или ВСтЗсп (ГОСТ-380--71), бандажи изготовляют из стали 40 или 45Л--II. Упорные и опорные ролики отливают из чугуна СЧ 18-36 или СЧ21-40. Опорную раму отливают из чугуна СЧ 18-36 или сваривают из стали ВСтЗкп, венец или венцовую шестерню изготовляют из чугуна СЧ 21-40 или стали 35Л--П, подвенцовые шестерни изготовляют из стали 45 или 45Л--II.

4. Технологическая схема установки

Принципиальная схема установки представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Принципиальная схема барабанной сушилки

Атмосферный воздух подается при помощи центробежного вентилятора 5в калорифер 4, где нагревается от температуры окружающей среды до температуры, необходимой для сушки торфа. Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 подается во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подается сушильный агент. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер 6, а из него на транспортирующее устройство 7.

Отработанный сушильный агент перед выбрасом очищается от пыли в циклоне 8, далее при помоши центробежного вентилятора 9 поступает на дополнительную очистку в центробежный скруббер 10 .Осажденные в скруббере частицы попадают в отстойник 11 ,где осаждаются и при помощи шнека передаются обратно в сушильный барабан. Осветленная жидкость из отстойника при помощи плунжерного насоса 12 поступает в скруббер на орошение улавливаемой пыли.

5. Технологический расчет аппарата

5.1 Материальный баланс

Материальный баланс по всему материалу, подвергаемому сушке имеет вид:

Gн = Gк + W, (5.1)

где Gн - масса влажного материала, поступающего на сушку, кг/с;

Gк - масса высушенного материала, кг/с;

W - масса влаги, удаляемой из материала при сушке, кг/с.

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу в высушиваемом материале имеет вид:

, (5.2)

где щн и щк - содержание влаги во влажном и высушенном материалах, %.

Из уравнения (5.2) следует:

Решая уравнения (5.1) и (5.2) были получены основные уравнения материального баланса процесса сушки:

, (5.3)

, (5.4)

По формуле (5.4) был определен расход влаги W, удаляемой из высушиваемого материала:

, (5.5)

По формуле (5.1):

Gн=20+1,89=21,89 кг/с

По формуле (5.2):

19,701 =19,701

Составлен материальный баланс по влаге:

L•x0+W=L•x2, (5.6)

где L-расход сухого воздуха, кг/с;

x0 и x2-влагосодержание воздуха на входе и выходе сушилки.

Из уравнения (5.6)

(5.7)

Удельный расход воздуха на 1 кг влаги:

, (5.8)

.

По формуле (5.6):

10,8•0,02+1,89=10,8•0,195

2,106=2,106

Выводы:

1) Материальный баланс по всему материалу, подвергаемому сушке сошелся, т. к. масса влажного материала поступившего на сушку равна сумме массы влаги, удаляемой из материала, и массы высушенного материала.

2) Материальный баланс по абсолютно сухому веществу сошелся.

3) Материальный баланс по влаге сошелся, т.к. произведение расхода воздуха на влагосодержание на выходе из сушилки равно сумме произведения расхода воздуха на влагосодержание на входе в сушилку и массы влаги.

5.2 Построение I-x диаграммы влажного воздуха

Теоретическая сушилка.

Тепловой расчет можно выполнить графоаналитическим методом с помощью I-х диаграммы Рамзина, (рис. 5.1). При этом методе задаются только одной величиной х или I.

Для расчета сушилки надо знать параметры атмосферного воздуха t0,ц0, температуру воздуха или газа на входе в сушилку t0 и один из параметров на входе из сушилки и t2.

Зададимся местом установки сушилки - г.Череповец, с параметрами ц0 = 70% и t0= 17,6С на их пересечение найдена точка А. Определено значение энтальпии I0=40 кДж/кг сухого воздуха. Влагосодержание х0=0,02 кг/кг сухого воздуха в этой точке. В калорифере процесс нагрева воздуха проходит при постоянном влагосодержании. Проводя через точку А вертикальную линию постоянных влагосодержании до пересечения с линией температуры t1= 650С, получена точка В. Определено значение I1=760 кДж/кг в данной точке. Т.к. влагосодержание постоянно х0=х1=0,02 кг/кг. Линия АВ характеризует процесс нагрева воздуха в калорифере. Из точки В проведена линия постоянной энтальпии (т.к. теоретический процесс сушки протекает по линии I1= I2= 760 кДж/кг) и заданный параметр воздуха на выходе из сушилки t2= 110С найдена точка пересечения С. Ломаная линия АВС характеризует процесс сушки в теоретической сушилке.

Вывод:

Таким образом, был построен процесс в теоретической сушилке; определено влагосодержание х0=0,02 кг/кг сухого воздуха, значение энтальпии I0=40 кДж/кг сухого воздуха, влагосодержание х1= 0,02 кг/кг и значение I1=760 кДж/кг.

Действительная сушилка.

Чтобы построить процесс в реальной сушилке необходимо знать координаты рабочей линии. Уравнение рабочей линии сушки имеет вид:

или (5.9)

где - разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере.



Рис. 5.1

?=с•И1+qдоп-( qм+ qт+ qп) (5.10)

где с - теплоемкость влаги во влажном материале при температуре 1, кДж/(кгК); кДж/кг влаги.

qп - удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги.

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

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

qм - удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом кДж/кг влаги;

Для расчета по этой формуле необходимо вычислить:

qм по формуле:

, (5.11)

где см- теплоемкость высушенного материала, равная 0,236 кДж/(кгК);

2- температура высушенного материала на выходе из сушилки, С.

?=4,19 20-(224,76+6,75)=-147,71 кДж/кг влаги

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-х необходимо знать координаты (х и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: х1=0,02 кг/кг и I1=760 кДж/кг. Для нахождения координат второй точки задано произвольное значение х и определено соответствующее значение I. Пусть х=0,03кгвлаги /кг сухого воздуха. Тогда по формуле (5.9):

I= 760-147,71(0,03-0,02)=758,5кДж/кг

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=0,02, I1=760 и х=0,03, I=758,5 проведена линия сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2=110С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t2 найдены параметры отработанного сушильного агента: х2=0,195 кг/кг, I2=650 кДж/кг.

В ходе проделанной работе был определен процесс в действительной сушилке. Полученнное, значение энтальпии I2=379 кДж/кг в теоретической сушилке больше, чем значение энтальпии в действительной сушилке I2=360 кДж/кг, это расхождение объясняется тем, что в действительной сушилке существуют потери тепла в окружающую среду.

Сводим получившиеся данные в таблицу:

Таблица 5.1

Влагосодержание, кг/кг	Энтальпия, кДж/кг
x0	x1	x2	I0	I1	I2
0,02	0,02	0,195	40,0	760	650

5.3 Тепловой баланс

Пусть на сушку поступает Gн=21,89 кг/с исходного материала, имеющего температуру 1=20С. В сушилке из материала испаряется W=1,89 кг/с влаги и из сушилки удаляется Gк=20 кг/с высушенного материала при температуре 1=110С.

Удельная теплоемкость высушенного материала см=0,236 кДж/(кгК) и теплоемкость влаги св=4,19 кДж/(кгК).

В сушилку подается влажный воздух, содержащий L=44,09 кг/с абсолютно сухого воздуха. Перед калорифером воздух имеет энтальпию I0=40,0 кДж/кг сухого воздуха; после нагрева, т.е. на входе в сушилку, энтальпия воздуха повышается до I1=760 кДж/кг сухого воздуха. В процессе сушки в результате передачи тепла материалу, поглощения испаряющейся из материала влаги и потерь в окружающую среду энтальпия воздуха изменяется и на выходе из сушилки энтальпия отработанного воздуха равна I2=650 кДж/кг сухого воздуха.

В данной сушилке транспортных устройств нет. Тепло подводится только в основной калорифер К1,установленный перед сушилкой (Qк), т.е. в дополнительном калорифере К2 Qдоп=0. Тогда с учетом потерь тепла сушилкой в окружающую среду имеем:

Таблица 5.2. Тепловой баланс процесса сушки

Приход тепла	Расход тепла
1. С наружным воздухом (LI0)	1. С отработанным воздухом (LI2)
2. С влажным материалом: с сухим материалом (G2cм1) с влагой (Wcв1)	2. С высушенным материалом (G2cм2)
3. В основном калорифере (Qк)	3. С транспортирующими устройствами (Gтcтtтк)
4. В дополнительном калорифере (Qд)	4. Потери в окружающую среду (Qп)
5. С транспортирующими средствами (Gтcтtтн)	________________

При установившемся процессе сушки тепловой баланс выражается равенством:

LI0+Gксм1+Wсв1+Qк=LI2+Gксм2+Qп (5.12)

Расход тепла на сушку:

Qк=L•(I1- I0); (5.13)

Qк=10,8•(760-40)=7776кДж/с или 7776кВт

Qп=qпW=6,751,89=12,76кДж/с (5.14)

По уравнению (5.12):

10,840+200,23620+1,894,1920+7776=10,8650+200,236110+12,76

8275,82=7751,96

В результате проделанной работы получено, что расход тепла превышает приход тепла на 6,3%. Это различие объясняется недостаточной точностью определения параметров воздуха графоаналитическим методом по I-х диаграмме, а также округлением результатов.

Заключение

сушильный барабан коррозийный сплав

В курсовом проекте выполнена сравнительная характеристика основных видов сушильных аппаратов. Для расчета выбрана барабанная сушилка.

Выполнен расчет материального и теплового балансов, а также выполнен технологический расчет, в результате которого были получены базовые характеристики:

- внешний диаметр барабана - 2,2 м;

- длина барабана - 12 м;

- объем сушильного пространства, 45,6 м3.

Определили производительность сушилки:

по исходному материалу Gн= 21,89 кг/с;

по испаряемой влаге W=1,89 кг/с.

Литература

1. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984. - 319с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. - 754с.

3. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов от пыли. М.: Госхимиздат, 1962. 185с.

4. Ужов В.Н. Вальдберг А.К. Очистка газовмокрыми фильтрами. М.: Госхимиздат, 1962. 185с.

5. Кантарович З.Б. Машины химической промыщленности. Т.1. Машгиз, 1957. 568с.

Размещено на Allbest.ru