Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки глины. Производительность 12 т/ч.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ташкентский архитектурно-строительный университет

Курсовой проект

По предмету: «Теплотехника и теплотехнические установки»

Тема

Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки глины. Производительность 12 т/ч.

Выполнил: Наримбоев М.

Ташкент 2023

Введение

барабанная сушилка материальный баланс

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов. Типовой сушильный аппарат может быть использован для сушки различных продуктов, сходных по своим структурно-механическим свойствам, но различающихся химическим составом, содержанием влаги, ее связью с материалом, допустимой температурой нагрева и временем сушки. Поэтому выбор сушильного аппарата в каждом конкретном случае определяется расчетом.

Барабанные конвективные сушилки находят широкое применение в промышленности для сушки кусковых, кристаллических, зернистых, порошкообразных материалов, как правило, в крупнотоннажных производствах, что обусловлено экономичностью, большой производительностью одного аппарата, высокой надежностью в эксплуатации. Одним из основных требований, предъявляемых к сушилкам, является обеспечение полного сохранения, а в необходимых случаях и улучшения качества продукта в соответствии с его назначением. В связи с этим, конструкция сушилки должна, прежде всего, обеспечивать равномерный нагрев и сушку материала при надёжном контроле температуры и влажности его в процессе сушки. При этом должны быть исключены потери вещества, связанные с его уносом с отработавшим агентом сушки. Реализацию этих мероприятий можно осуществить за счёт новых конструкционных решений, автоматизированных методов расчёта, перспективных материалов повышенной прочности, новых экономических профилей проката и т.п.

В данном проекте ставится задача расчета оптимальной конструкции барабанной конвективной сушилки для сушки глины, позволяющей эффективно решать проблему ее комплексной переработки

1.Конструкция барабанной сушилки

Описание конструкции барабанной сушилки Основной элемент барабанной сушилки (рисунок ) - сушильная камера - представляет собой наклонный цилиндрический сварной вращающийся барабан 1, на корпус которого надеты два бандажа 10 и зубчатый венец 7. Бандажами барабан опирается на свободно вращающиеся ролики, установленные на рамках опорной 4 и опорно-упорной станций 5. Два упорных ролика на раме опорно-упорной станции ограничивают осевое смещение барабана. Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0,5...8 об/мин. Вращение барабану передаётся от электродвигателя 15 через редуктор 16, смонтированных на общей раме (приводная станция 6), и зубчатую передачу. Зубчатая передача закрыта кожухом 9.

По обоим концам барабана устанавливают камеры, необходимые для загрузки 2 и выгрузки материала 3, а также для подвода и отвода сушильного агента. Сочленение вращающегося барабана с загрузочной и разгрузочной камерами осуществляется через ленточные уплотнения 14, которые предотвращают большие подсосы воздуха извне и уменьшают расход энергии на вентилятор. У одного из концов вращающегося барабана устанавливается питающее устройство, а у другого - разгрузочное устройство для ввода и вывода из аппарата обрабатываемого твёрдого вещества.

Внутри корпуса со стороны загрузочной камеры на длине, равной 800мм, размещается распределительная, насадка 12 в виде шести винтовых лопастей, за которой на всём протяжении барабана располагается основная насадка 13 . Насадки способствуют равномерному распределению и перемешиванию высушиваемого материала по сечению барабана, а также его тесный контакт с сушильным агентом при пересыпании. Форма основной насадки соответствует свойствам высушиваемого материала. Для хорошо сыпучих материалов с частицами средним размером менее 2 мм, к которым, в частности, относится и сахарный песок, в качестве основной насадки применяют подъемно-лопастную насадку, исходя из свойств высушиваемого материала.

У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство, назначение которого состоит в поддержании определенной степени заполнения барабаном материала.

2.Выбор конструкционных материалов

Среда внутри барабанной сушилки представляет собой паровоздушную смесь. Процесс протекает при температуре 60-120°С при атмосферном давлении. Тогда в соответствии с [3] выбираем материал для барабана сушилки и конструктивных элементов, которые непосредственно контактируют со средой при температуре не выше 300°С,-сталь СтЗспЗ ГОСТ 380-94. Сталь СтЗспЗ - это углеродистая сталь обыкновенного качества. Сталь в заданной среде при рабочих параметрах химически и коррозионностойка, обладает хорошей свариваемостью, хорошими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускает холодную и горячую механическую обработку, весьма распространенна в пищевой промышленности, и, значит, не является дефицитной. Бандажи изготавливают из качественных углеродистых сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, так как смена бандажей барабанов чрезвычайно трудна. По [3] выбираем сталь 35Л ГОСТ 977-86 применяемую для изготовления деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу, работающих под действием средних статических и динамических нагрузках. Отливки подвергаются термообработке: улучшение (нормализация при температуре 860...880 °С и отпуск при температуре 600...630 о С [3]). Сталь флокенонечувствительная и не склонна к отпускной хрупкости [3].

Выбор типа барабанной сушилки и сушильного агента Так как сущимый материал не боится загрязнений то применяем в качестве сушильного агента смесь дымовых газов и атмосферного воздуха с начальной температурой tн газ = 900о С. Дымовые газы рационально использовать и потому, что глина сушится при температурах t = 100о С. При этом так же выявляется небольшая потребность в топливе, снижается металлоемкость, ниже себестоимость сушки. Сушилки, работающие на дымовых газах, более производительны и экономичны. Барабанные сушилки для сушки глины являются более надежными и широко распространёнными установками. Они просты по конструкции, удобны в обслуживании, работу их можно автоматизировать. Верхний придел начальной температуры газов при сушки глины на практике колеблется от 100 до 900о С и ограничиваются технологическими параметрами.

3.Расчет барабанной сушки

Задание: Спроектировать и рассчитать барабанную сушку для глины :

Исходные данные

Производительность глины G2 = 12 т/год

Влажность глины:

Начальная 20%

Конечная 6%

Плотность сухого материала сс= 1480кг/м3

Топливо - газа следующего рабочего состава:

Температура :

Начальная 100 С

Конечная 900 С

Температура газов:

При входе в барабан tн

газ = 900о С;

На выходе из барабана tк

газ = 100о С;

Удельная теплоемкость абсолютной сухого глины

Параметры воздуха до входа в топку ц0 = 70%; t0 = 20о С; t0 = 10,6 г на 1 кг сухого воздуха; t0 = 58 кДж на 1кг сухого воздуха.

Режим работы сушилки - непрерывный.

Материальный баланс процесса сушки

Производим расчет конструктивных размеров барабана. Определяем расход по массе: влажного материала, поступающего на сушку:

??1 = ??2 + ??;

Испаренной влаги ?? = ??2 ??1 ? ??2/ 100 ? ??1 = 12000 *20 ? 6 /100 ? 20= 2195кг/ч

Тогда

??1 = 12000 + 2195 = 14195кг/ч

Влаги, содержащейся во влажном материале до сушки:

??вл.н = ??1??1/ 100 = 20?14195 / 100 = 3095 кг/ч

Влаги, содержащейся в высушенном материале (остаточная влажность после сушки):

??вл.к = ??2??2 /100 = 6? 12000/100 = 900 кг/ч

Испаренной влаги

?? = ??вл.н ? ??вг.к = 3095 ? 900 = 2195 кг/ч

Материальный баланс по абсолютно сухому материалу, расход по массе

которого не изменяется в процессе сушки, составляет:???? = ??1 (1 ? ??1 ) = ??2 (1 ? ??2 ) = 17195 (1 ? 0.26) = 12000(1 ? 0.05) =12723,3 =14250 кг/ч

Принимаем объемное напряжение барабана по влаге m0 = 58 кг/(м³*ч), тогда объем барабана составит:

??бар = ??/??0 = 2195/58 = 40м ³

Принимаем отношение длины барабана к его диаметру по ГОСТ 5151-71 ??_бар ??_бар = 6,5 определяем его диаметр:

??_бар = ????_бар = 0.785??_бар²?6,5??бар = 5,1??³_бар

Откуда

??_бар = v ??_бар/ 5,1 = v 40/ 5,1 = 8м

Принимаем ??бар = 8 м

Уточняем объем барабана

??бар = 5,1?8³ = 2611м ³

Определим площадь сечения и длину барабана:

?? = ????бар 2/ 4 = 0,785 ?8²= 50,24м ² ;

??бар = ??_бар/?? = 2611/ 50,24 = 52м

Применим длину корпуса ??бар = 52 м. Тогда отношение ??бар/??бар =52/ 8= 6,5 что вполне допустимо. Принимаем к установке барабанную сушилку размером 52*8м; производительность по высушенному материалу 15т/ч; удельный паросъем 100 кг/(м3*ч) система внутренних устройств - лопастная.

Определяем производительность барабана по высушенном песка:

??2 = ??*100 ? ??1 /??1 ? ??2

Где ?? = ??₀??_бар

Тогда ??2 = 58?40( 100- 20)/(20- 6) = 15033 кг ч

Объемное напряжение по влаге составляет

12000 = ??₀ 40*(100 - 20)/(20 - 6) ;

??0 = 99.997 = 100 кг/(м 3 ? ч).

Объемная вместимость объемное напряжение барабана по влажности составляет барабан по влажности

12000=А*14,80*(100-20)/(20-6)=A*101

A=12000/101=148,5 кг?((м^3*с) )

Учет времени, затраченного на высыхание:

Определяем время, которое ушло на нахождение предмета в барабане (нахождение) по следующей формуле:

t=120*(в*с)/A*(w_1-w_2)/(200-(w_1-w_2 ) )=120*(0,20*2650)/80*(18-6)/(200-(18-6) )=795*0,063=50,7мин=50,7*60сек=3045секунд

в нем мы берем в - коэффициент заполнения барабана (в=0,20); с - плотность, плотность песка равна с=2650 кг?м^3 ;

w_ср=(w_1+w_2)/2=(20+6)/2=12%

с=с_c*100/(100-w_ср )=2650*100/(100-12)=3011,4 кг?м^3

Расчет горения природного Газа

Состав сухого газа %

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха б = 1,2. Воздух идущий для горения, нагревается до температуры 800⁰. Принимаем содержание влаги в газе щ = 1,1 %

1) Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

СН₄^вл = СН₄^с Ч(100-Н₂О)/100 = 96,0Ч(100-1,1)/100 = 95%

Другие составляющие газа остаются без изменений.

2) Оределяем теплоту сгорания газа по формуле:

Q_{н =} 358,2ЧСН₄^вл + 637,5ЧС₂Н₆^вл + 912,5ЧС₃Н₈^вл + 1186,5ЧС₄Н₁₀^вл + 1460,8ЧС₅Н₁₂^вл = 36391,5 кдж/нм³

3) Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха по формуле:

L₀ = 0,0476Ч(2ЧСН₄^вл + 3,5ЧС₂Н₆^вл + 5,0ЧС₃Н₈^вл +6,5ЧС₄Н₁₀^вл +8ЧС₅Н₁₂^вл) = 0,0476Ч202,95= 9,660 нм³ .

4) Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха d = 10 г/кг сух. воздуха и находим необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности по формуле:

L'₀= 1,016Ч L₀ = 9,814 нм³/нм³.

5) Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода б = 1,2 по формуле:

сухого воздуха L_а= б Ч L₀'=11,59нм³/нм³

атмосферного воздуха L_а'= б Ч L_а'= 11,77 нм³/нм³

6) Определяем количество и состав продуктов горения при б = 1,2 по формулам:

V_CO2 = 0,01Ч(CO₂^вл + СН₄^вл + 2ЧС₂Н₆^вл + 3ЧС₃Н₈^вл +4ЧС₄Н₁₀^вл +5ЧС₅Н₁₂^вл) = 1,036 нм³/нм³

V_Н2О = 0,01Ч(2ЧСН₄^вл + 3ЧС₂Н₆^вл + 4ЧС₃Н₈^вл +5ЧС₄Н₁₀^вл +6ЧС₅Н₁₂^вл + Н₂О + 0,16ЧdЧL_а) = 2,2434 нм³/нм³

V_N2 = 0,01ЧN₂^вл + 0,79ЧL_а = 9,392 нм³/нм³

V_О2 = 0,21Ч( б -1)ЧL₀ = 0,405 нм³/нм³

7) Общее количество продуктов горения составляет:

V_б = V_CO2 + V_H2O+ V_N2 + V_O2 = 12,07 нм³/нм³

8) Определяем процентный состав продуктов горения:

СО₂ = (V_CO2Ч100)/V_б =8,6%

H₂O = (V_H2OЧ100) /V_б =18,6%

N₂ = (V_N2Ч100) /V_б=77,81%

O₂ = (V_O2Ч100) /V_б=3,3%

Всего: 100%

Перевод нм³ в кг производи путем умножения на плотность с ( см. приложение 1).

9) Составляем материальный баланс процесса горения на 100 нм³ газа при б = 1,2

Материальный баланс процесса горения

Невязка баланса составляет: (100*32)/1585,82 = 2%

Плотность газов

Требования охраны труда при обслуживании пескосушильного барабана и горелочного устройства

Перед разжиганием горелочного устройства необходимо проверить по показаниям манометров давление воздуха в воздухопроводе и горючего газа в газопроводе перед пескосушильной печью. При разжигании горелочного устройства стоять следует в стороне от смотрового отверстия (глазка) топки во избежание ожога при случайном выбросе пламени. Розжиг горелочного устройства необходимо производить в защитных очках. Разжигать горелочное устройство необходимо при включенном дымососе и вентиляторе. После включения дымососа провентилировать в течение 10 минут сушило, включить электрозажигалку (зажечь растопочный факел) и внести ее (его) в топку, открыть (не полностью) вентиль воздухопровода, а затем - вентиль топочного мазута (газа). Открывание (закрытие) вентилей подачи воздуха и топлива при регулировке пламени форсунки следует производить в рукавицах. После прогрева форсунки постепенно и плавно увеличить подачу воздуха. После достижения устойчивого горения форсунки удалить электрозажигалку (растопочный факел) из топки. Если в течение 3 минут не произошло воспламенение топочного мазута, необходимо выключить подачу мазута и вынуть электрозажигалку (растопочный факел), снять форсунку, произвести ее обследование с разборкой (при необходимости), промывку и сборку. После установки форсунки произвести повторный ее розжиг. При утечке топлива, внезапном отрыве, перекосе или затухании пламени форсунки необходимо перекрыть подачу топлива и воздуха. Выяснить и устранить причину затухания форсунки. Если разрежение и тяга печи нормальные, не угрожают выбросу пламени, разрешается вновь зажечь форсунку. Если в процессе сушки песка произошел отрыв или перекос пламени форсунки и в течение 3 минут нормальное горение не возобновилось, то необходимо повторить вышеуказанную последовательность розжига форсунки. При наличии у горелочного устройства нескольких форсунок их разжигание следует производить поочередно. Во всех случаях, когда при растопке погаснут ранее зажженные форсунки, необходимо немедленно отключить подачу топлива, убрать электрозажигалку (растопочный факел) и провентилировать горелочное устройство, газоходы и воздухопроводы в течение 10 - 15 минут (при работающем дымососе и вентиляторе). После выявления и устранения причины погасания форсунок произвести повторное их разжигание. До пуска пескосушильного барабана и устройства (транспортера), подающего сырой песок в пескосушильную печь, барабан необходимо предварительно прогреть. При работе пескосушильного барабана необходимо следить за исправностью уплотнителей барабана, а также за правильной дозировкой сырого песка. Подачу песка отрегулировать таким образом, чтобы он не высыпался из расширенной части пескосушильного барабана. При работающей пескосушильной печи запрещается: открывать загрузочную дверцу для наблюдения за процессом горения; приближаться к шуровочному отверстию ближе 1 м; поднимать (открывать) защитные ограждения; убирать просыпь песка из-под вращающегося пескосушильного барабана; производить смазку и другое обслуживание агрегатов; оставлять печь без присмотра. Запрещается эксплуатировать печь в случае неисправности ее агрегатов, систем подачи топлива (газа, топочного мазута, солярки) и воздуха. При работе дискового питателя необходимо вести постоянный контроль за его работой. Через каждые 30 минут необходимо проверять, не забился ли питатель камнями, щебнем, гравием или другими предметами. Машинисту запрещается: снимать решетку при рыхлении песка в приемном бункере; рыхлить песок при его зависании в приемном бункере без защитной решетки; поднимать или опускать регулирующую воронку манжеты; производить извлечение руками камней, глыб смерзшегося песка и других предметов, застрявших в выходном отверстии питателя. Извлечение их следует производить клещами, шуровками и другим подобным инструментом при остановленном питателе и транспортере. При внезапном отключении электроэнергии следует отключить электродвигатели привода питателя и пескосушильного барабана от сети и закрыть впускной шибер питателя (где это предусмотрено конструкцией). Для наблюдения за работой форсунок необходимо пользоваться смотровыми отверстиями (глазком) топки, надев перед этим прозрачный наголовный щиток. Запрещается нагружать топливопровод (воздухопровод) всякого рода тяжестями, использовать в качестве опорной конструкции или для заземления, а также подтягивать резьбовые соединения, находящиеся под давлением воздуха (горючего газа). При внезапном прекращении подачи жидкого топлива (горючего газа) необходимо перекрыть запорные краны на трубопроводах, подводящих топливо (топочный мазут, солярку, горючий газ) и воздух в пескосушильную печь. Перед разжиганием пескосушильной печи (далее - печи), работающей на твердом топливе, необходимо открыть заслонку дымовой трубы и поддувала, включить дымосос или вентилятор и провентилировать топку в течение 10 - 15 мин. При растопке печи запрещается применять бензин, керосин и другие легковоспламеняющиеся жидкости. Загрузку твердого топлива в топку следует производить небольшими порциями при ослабленном или выключенном дутье. После загрузки топливом дверцу топки печи следует надежно закрыть на щеколду. При оборудовании топки глиносушильной печи несколькими загрузочными дверцами загрузку топлива следует производить поочередно через каждую дверцу после того, как топливо, загруженное ранее через соседнюю дверцу, хорошо разгорится. При необходимости увеличения интенсивности горения топлива в печи необходимо сначала увеличить тягу, а затем дутье. Для снижения интенсивности горения топлива необходимо действовать в обратном порядке. Для остановки работы пескосушильной печи на твердом топливе необходимо: сжечь до конца оставшееся в топке топливо при уменьшенном дутье и тяге. Тушить горящее топливо водой запрещается; выключить дутье и уменьшить тягу; удалить остатки топлива, очистить топку от золы и шлака. Чистку топки следует производить при ослабленном или выключенном дутье, пониженной тяге, включенном дымососе, отсутствии сквозняка. При чистке топки необходимо работать в рукавицах; прекратить полностью тягу, закрыть плотно дымовую заслонку и топочную дверцу. Зола и шлак, удаляемые из топки, должны заливаться водой в поддувале, тачке или специально выделенном месте под вытяжным зонтом с включенным вентилятором. При открывании шлаковых затворов следует находиться в стороне от них на случай возможного выпадения шлака и золы. Отсев, образующийся в результате механизированного просеивания сухого песка через сито, из разгрузочной камеры пескосушильного барабана должен своевременно удаляться специально предназначенным для этой цели конвейером. При отсутствии конвейера допускается удаление отсева с использованием ведер. При этом масса (разовая) поднимаемого и переносимого постоянно в течение рабочей смены груза (ведер с отсевом песка) для мужчин не должна превышать 15 кг, для женщин - 7 кг, а при чередовании (до 2 раз в час) этой работы с другой работой, не связанной с подъемом и перемещением тяжестей вручную, для мужчин - не должна превышать 30 кг, для женщин - 10 кг.

Выводы

В процессе выполнения проекта разработана конструкция барабанной сушилки для сушки глины и проведены расчеты, подтверждающие работоспособность аппарата: технологический, кинематический, энергетический и прочностной. При выполнении технологического расчета определены основные параметры сушильного агента (воздуха), расход сушильного агента и расход тепла на сушку, а также получены основные размеры сушильного барабана: рабочий объем сушильного пространства барабана, диаметр и длина барабана. Рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера. Это соответствует условию, что частицы высушиваемого материала не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Таким образом, разработанная конструкция барабанной сушилки для сушки глины является оптимальной, и проведенные расчеты обеспечивают надежность работы аппарата.

Список используемой литературы

барабанная сушилка материальный баланс

1.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971

2.Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1991

3.Левченко П.В. Расчеты печей и сушилок силикатной промышленности. - М.: Высшая школа,1968

4.Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств. - М.: Машиностроение, 1975

5.ГОСТ 11875-73 Аппараты с вращающимися барабанами общего назначения. Основные параметры и размеры.

6.Справочник машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1963

7.Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». - Минск: БТИ, 1980

8.Павлов К.Ф., Романков П.Г. Примеры и задачи процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1970

9.Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. - М.: Машиностроение. 1964

10.Процессы и оборудование предприятий строительных материалов и изделий. Методические указания. - Минск: БГТУ, 1991

Размещено на Allbest.ru