Расчет барабанной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путём её испарения.

Изделие или материал приходится сушить в зависимости от их назначения для разных целей. Твёрдое топливо, например, подсушивают для повышения теплоты сгорания, улучшения процесса горения, древесину - для увеличения прочности, предохранение от гниения и плесени, различные другие изделия - для облегчения обработки, увеличения долговечности, предотвращения сжатия, искривления и растрескивания. Ряд материалов подвергается сушке для уменьшения их веса и тем самым удешевления транспортировки, изменение физических свойств (например, уменьшения теплопроводности).

Перечень материалов, подвергающихся в процессе их обработки также и сушке, чрезвычайно велик. Глубина обезвоживания материала в каждом отдельном случае определяется многими причинами.

В некоторых случаях перед сушкой материалов целесообразно предварительное обезвоживания их механическим или физико-химическим способом.

Механическое обезвоживание материалов более экономно, чем тепловая сушка, однако оно применимо только для материалов допуска, допускающих деформация (торфяная масса, текстиль, шерсть и т.п.) При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным, так как оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги. Поэтому часто комбинируются различные способы удаления влаги.

Сушку материалов можно производить естественным и искусственными путями. Естественная сушка обычно производится на открытом пространстве, под навесами или в специальных сараях и представляет собой процесс, при котором сушильный агент (воздух), поглотивший пары влаги, отводится из зоны сушимого материала. Она производится за счет тепла наружного воздуха и применяется при массовой обработке дешёвых влажных материалов, например глины, песка, торфа, дров, пиломатериалов, и т.п., и имеет ещё значительное применение в народном хозяйстве.

Недостатками естественной сушки по сравнению с искусственной (в сушильных установках) являются большая продолжительность, зависимость её 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, инжекторов, вытяжных, вытяжных труб и других устройств. Искусственная сушка в большинстве случаев осуществляется горячим воздухом.

1. Краткое описание сушильной установки и технологической схемы

В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термочувствительностью, содержанием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. В химической промышленности процессы массо- и теплопереноса при сушке иногда осложняются протекающими одновременно химическими реакциями.

Расчёт различных вариантов сушильного процесса (с промежуточным подогревом теплоносителя, с дополнительным подводом тепла в сушильную камеру, с частичной рециркуляцией сушильного агента) принципиально не отличается от приведённого в качестве примера расчёта сушилки (барабанной), работающей по основному (нормальному) сушильному варианту.

Принципиальная схема прямоточной барабанной сушилки. Влажный материал из бункера с помощью питателя подаётся во вращающийся сушильный барабан. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке и смешения топочных газов с воздухом в смесительной камере. Воздух в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер, а из него на транспортирующее устройство.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу.

Исходные данные.

Производительность по сухому материалу: ;

Влажность материала: начальная ;

конечная ;

Материал - глина;

Начальная температура материала ;

Сушильный агент - дымовые газы;

Топливо - мазут.

2. Материальный баланс сушилки

Количество испарённой в сушилке влаги

Количество влажного песка, поступающего в сушку:

Количество влаги в материале до сушки:

Остаточная влага в материале:

Проверка:

Количество абсолютно сухой массы материала:

3. Основные размеры сушилки

Принимаем объёмное напряжение барабана по влаге . Тогда объём барабана:

Определяем диаметр барабана. Принимаем отношение длины барабана к его диаметру: ;

Подобрали стандартный диаметр барабана

Уточнили объём барабана .

Площадь сечения барабана:

Определим длину барабана:

Принимаем длину

Проверяем соотношение:

Расчёт времени сушки:

- коэффициент заполнения барабана;

=0,15;

- средняя плотность глины при средней влажности;

где

-плотность сухой глины (взята из таблицы лит. 2).

4. Расчёт процесса горения

Топлво-мазут:

;

Принимаем коэффициент избытка воздуха при сжигании топлива ;

Теоретически необходимое количество сухого воздуха:

Количество атмосферного воздуха при :

;

Действительное количество воздуха:

;

Объём трёхатомных газов:



Общий объём продуктов горения:

;

Состав продуктов горения по компонентам:

Определим влагосодержание продуктов сгорания:

;

Энтальпия дымовых газов:

;

где - к.п.д. топки; -теплоёмкость топлива; - энтальпия воздуха; -температура топлива; -это удельный объём влажного воздуха при -барометрическое давление, ; -действительное количество влажного воздуха;

;

Из I(t) - диаграммы находим действительную температуру горения мазута при , .

5. Графический расчёт процесса сушки в i(d) - диаграмме

Рассчитываем начальные параметры теплоносителя. .

Для получения данной температуры дымовые газы разбавляются с воздухом. Определяем количество воздуха, необходимого для смешения с дымовыми газами. Для чего составляем тепловой баланс топки и камеры смешения.

- энтальпия воздуха при ;

-удельная, объёмная теплоёмкость воздуха;

- энтальпия дымовых газов на входе при находится из id-диаграммы. .

- теплосодержание воздуха при температуре 800⁰С. Определяем из id-диаграммы, зная :

;

- общее теплосодержание дымовых газов, разбавленных воздухом:

;

;

Получаем тепловой баланс:

;

;

Общее количество воздуха, необходимого на горение и разбавление дымовых газов определяется как сумма:

;

Общий коэффициент избытка воздуха:

;

Найдём влагосодержание разбавленных дымовых газов:

;

Для этого пересчитаем удельные объёмы составляющих газа:

;

;

;

.

Получили:

;

После того, как мы определили на id-диаграмме три точки: А, В, В', можно найти точку С₀. Где прямая В'С₀ - теоретический процесс сушки. Точка С₀ лежит на пересечении линий и .

- это влагосодержание дымовых газов на выходе из сушильного барабана. Из id-диаграммы ;

Расход сухих газов по массе для теоретического процесса сушки определяется:

;

Так как в процессе сушки энтальпия газов теряется, то конечное её значение будет меньше, чем начальное на величину этих потерь:

;

Где ;

;

;

где - теплоёмкость сухой глины, .

;

от всего теплосъёма.

;

Определим:

;

Так как величина оказалась положительной, тогда от точки С₀ откладываем отрезок вертикально вниз и получаем точку D. При пересечении прямой B'D с изотермой находим точку С.

B'C - действительный процесс сушки. В т.С будет конечное влагосодержание дымовых газов. .

Тогда действительный объём газов будет определён:

Определим тепло на сушку :

;

Из точки С параллельно прямой I=const(C₀) проводим линию. Получаем точку В». В этом случае ;

;

Количество тепла, подведённого в топке:

;

Тепловая мощность топки:

;

Расход топлива:

;

Расчёт удельного количества теплоты и к.п.д. сушилки:

;

Удельное количество тепла на испарение 1 кг влаги:

;

Удельный расход топлива на 1 кг испарённой влаги:

;

6. Аэродинамический расчёт и выбор вентилятора

Потери давления по длине барабана.

;

где - поправка, приведённая в справочнике в зависимости от температуры;

- коэффициент трения газов о стенки, зависящий от критерия Рейнольдса и шероховатости стенок.

;

- относительная шероховатость стенок.

, где

- средняя высота выступов шероховатой стенки.

По данным и находим коэффициент .

;

.

Потери давления по длине газопровода.

Для нахождения диаметра трубопровода принимаем скорость движения газов .

;

где - количество дымовых газов в единицу времени,

.

По справочнику принимаем стандартный диаметр . Для этого диаметра принимаем скорость дыма:

;

;

Относительная шероховатость стенок:

;

Для этих величин . Тогда,

;

Принимая, что длина трубопровода до циклона и от циклона до дымососа одинакова и равна , получаем, что потери давления на участке за циклоном:

;

Суммарные потери давления по длине:

;

Местные потери давления.

;

- коэффициент местного сопротивления, который принимается по справочным данным.

Местное сопротивление для сушилки: внезапное сужение при выходе газов из барабана, внезапное расширение на входе газов в барабан, два поворота газопровода на 90⁰ до циклона и один поворот на 90⁰ после циклона.

А) Внезапное расширение:

;

.

При расширении канала потери давления рассчитываются по скорости до изменения сечения, при сужении потока - по скорости после изменения сечения.

Б) Внезапное сужение:

;

.

В) Потери на 90⁰:

;

;

Суммарные потери давления на местные сопротивления:

.

Потери давления в циклоне.

;

- коэффициент аэродинамического расширения циклона. Для стандартных циклонов .

- весовая концентрация пыли в газовом потоке при входе в циклон,.

;

Суммарные потери давления для сушильной установки:

.

По номограмме по данным и выбираем дымосос нужного давления: №10.

Число оборотов:

;

Мощность на валу электродвигателя:

;

- производительность вентилятора;

- полное давление, создаваемое вентилятором;

- КПД дымососа;

- КПД передачи для дымососов, соединённых с двигателем при помощи эластичных муфт.

Литература

сушилка баланс барабанный аэродинамический

1. П.Д. Лебедев, А.А. Щукин, Теплоиспользующие установки промышленных предприятий.

2. И.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий, Справочник по котельным установкам малой производительности.

3. Г.С. Борисов, С.З. Каган, Основные процессы и аппараты химической технологии.

Размещено на Allbest.ru