Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Оглавление
• Введение
• 1. Литературный обзор
• 2. Расчет конвективной распылительной мушильной установки
• 2.1 Материальный расчет сушилки
• 2.2 Построение процесса сушки смесью топочных газов с воздухом
• 2.3 Определение параметров сушильного агента при сушке смесью топочных газов с воздухом
• 2.4 Внутренний баланс сушильной камеры
• 2.5 Расчет расходов сушильного агента и топлива
• 2.6 Расчет распылительной сушилки
• 3. Расчет вспомогательного оборудования
• 3.1 Расчет футеровки и тепловой изоляции
• 3.2 Расчет топки
• 3.3 Расчет затвора
• 3.4 Выбор и расчет пылеуловителей
• 3.5 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки
• 3.6 Выбор дымососа
• Заключение
• Список 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.

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов удешевляет их транспортировку и придает им определенные свойства, а также уменьшению коррозии аппаратуры. Влагу можно удалять механическим способом: отжим, центрифугирование, отстаивание. Однако этими способами влага удаляется частично, более тщательное удаление влаги осуществляется путем тепловой сушки: испарение влаги, удаление паров.

Процесс тепловой сушки может быть естественным и искусственным. Естественная сушка применяется редко. По физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом. Его скорость определяется скоростью диффузии влаги из глубинных частей материала к поверхности , а затем в окружающую среду.

Классификация сушилок по сушильному материала:

· для твердых материалов (крупных, мелких, пылевидных) - к ним относятся камерные сушилки, барабанные сушилки, аэрофонтанные сушилки, сушилки "кипящего" слоя;

· для жидких материалов - к таким сушилкам относят распылительные, вальцовые, роторновакуумные, шнековые, вихревые;

· сушилки для штучных, массивных, крупногабаритных материалов и изделий - для таких материалов используют камерной сушилки с неподвижными полками, туннельные сушилки.

В распылительных сушилках, высушивая шликер, получают порошок материала. Для этого в сушильной камере шликер тем или иным способом диспергируют (распыляют) в виде капель, которые, перемещаясь в камере, омываются подаваемым в нее агентом сушки и высушиваются до определенной влажности вследствие разности парциальных давлений паров жидкости на поверхности капель и в агенте сушки. Поэтому достаточная степень диспергирования шликера является одним из важнейших факторов интенсивной работы распылительных сушилок, т. к. от нее зависит величина поверхности распыления шликера и, соответственно, скорость процессов тепло- и массообмена при сушке.

1. Литературный обзор

Применяемые в химической промышленности типы сушилок можно классифицировать по технологическим признакам: давлению (атмосферные, вакуумные), периодичности процесса, способу подвода тепла (конвективные, контактные, радиационные, с нагревом токами высокой частоты), по 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 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.[1]

Конвективные сушилки со взвешенным слоем материала. Сушилки с псевдоожиженным (кипящим) слоем получили широкое распространение благодаря следующим специфическим особенностям: во-первых, этим методом можно высушивать зернистые, сыпучие, пастообразные и жидкие материалы; во-вторых, процесс протекает очень интенсивно в силу значительного увеличения поверхности контакта между частицами материала и сушильным агентом.

Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия в соответствии с рисунком 1.

Высушиваемый материал подается из бункера 1 питателем 2 в слой материала, «кипящего» на газораспределительной решетке 3 в камере 4 сушилки. Сушильный агент -- горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, который подается в смесительную камеру 5 вентилятором 6, -- проходит с заданной скоростью через отверстия решетки 3 и поддерживает на ней материал в кипящем (псевдоожиженном) состоянии.

Рис. 1 - Однокамерная сушилка с кипящим слоем. 1 - бункер; 2 - питатель; 3 - газораспределительная решетка; 4 - камера сушилки; 5 - смесительная камера; 6 - вентилятор; 7 - штуцер для выгрузки высушенного материала; 8 - транспортер; 9 - циклон; 10 - батарейный пылеуловитель.

Высушенный материал ссыпается через штуцер 7 несколько выше решетки 3 и удаляется транспортером 8. Отработанные газы очищаются от унесенной пыли в циклоне 9 и батарейном пылеуловителе 10, после чего выбрасываются в атмосферу.

В установках с псевдоожиженным слоем можно одновременно проводить несколько процессов: сушку и обжиг, сушку и классификацию частиц по размерам, сушку и гранулирование и т. д. Однако эти сушилки имеют и недостатки: повышенный расход электроэнергии (а в некоторых случаях и топлива), невысокая интенсивность процесса при сушке тонкодисперсных продуктов, значительное истирание частиц материала и, как следствие, образование большого количества пыли и др.[3]

Сушилки с псевдоожиженным слоем в настоящее время успешно применяют в химической технологии для сушки минеральных и органических солей, материалов, подверженных комкованию, например сульфата аммония, поливинилхлорида, полиэтилена и некоторых других полимеров, а также пастообразных материалов (пигментов, анилиновых красителей), растворов, расплавов и суспензий. Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия

В сушилках этого типа с цилиндрическим корпусом наблюдается значительная неравномерность сушки, обусловленная тем, что при интенсивном перемешивании в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его среднего значения. Поэтому применяют сушилки с расширяющимся кверху сечением, например конические. Скорость газа в нижней части камеры должна превышать скорость осаждения самых крупных частиц, а вверху быть меньше скорости осаждения самых мелких частиц. При такой форме камеры достигается более организованная циркуляция твердых частиц, которые поднимаются в центре и опускаются (в виде менее разреженной фазы) у периферии аппарата. Благодаря снижению скорости газов по мере их подъема улучшается распределение частиц по крупности и уменьшается унос пыли. Это, в свою очередь, повышает равномерность нагрева (более мелкие частицы, поднимающиеся выше, находятся в области более низких температур) и позволяет уменьшить высоту камеры.

Многокамерные сушилки состоят из двух и более камер, через которые последовательно движется высушиваемый материал. Камеры располагаются либо рядом, либо одна над другой. Сушилки этого типа более сложны по конструкции (и соответственно в эксплуатации), чем однокамерные, требуют больших удельных расходов сушильного агента и электроэнергии. Кроме того, процесс в них труднее поддается автоматизации. Применение многокамерных сушилок целесообразно лишь для материалов со значительным сопротивлением внутренней диффузии влаги, требующих длительной сушки, а также для материалов, нуждающихся в регулировании температурного режима (во избежание перегрева). В них удобно совмещать процессы сушки и охлаждения материала.

Камерные сушилки (рис. 2) представляют собой герметичные камеры, внутри которых высушиваемый материал в зависимости от его вида располагается на сетках, противнях, шестах, зажимах и других приспособлениях.

Рис. 2. Камерная сушилка. 1 -- полки для загрузки высушиваемого материала; 2 -- калорифер; 3-- вентилятор; 4 -- заслонка для регулирования расхода свежего воздуха; 5,6 -- заслонки (шиберы) для регулирования расходов рециркулирующего и отработанного воздуха.

Камеры изготовляют из дерева, кирпича, бетона, металла и иных материалов, выбор которых обусловлен их размерами, температурным режимом процесса, а в ряде случаев также свойствами высушиваемого материала. Объем и размеры камеры определяются продолжительностью сушки и производительностью аппарата.

Свежий воздух с помощью вентилятора 3 через калорифер 2 подают в пространство камеры, внутри которой находятся полки 1 с высушиваемым материалом. Заслонки 5, 6 служат для регулирования расходов рециркулирующего и отработанного воздуха.

Камерные типы сушилок являются самыми распространенными и позволяют обрабатывать сырье в любом первоначальном состоянии. Сушильным агентом выступает топочные газы, нагретый воздух, несколько реже - водяной перегретый пар. Камерные сушилки конструктивно представляют собой камеру, которая состоит из специализированных полок, подвижных вагонеток, противней, сеток, где располагается высушиваемые материалы. Такие установки универсальны, ведь позволяют достаточно просто организовать рециркуляцию определенного сушильного агента, либо быстро подстроить режим под конкретное сырье. Сегодня существует огромное количество конструкций камерных сушек, принцип действия которых остается одинаковым, различаются только способы выгрузки/загрузки и тип циркуляции сушильного агента.

Главным недостатком такого оборудования является огромный расход тепла, которое затрачивается на прогрев всей конструкции вследствие цикличности работы. Кроме того высушивание любого материала происходи неравномерно на нижних и верхних полках-ярусах.[2]

Классификация камерных сушилок:

а) по цикличности работы различают: сушилки непрерывного и периодического действия;

б) по способу передачи тепла: конвективные, контактные, радиационные, высокочастотные.

в) в зависимости от организации способа сушки сушилки бывают с рециркуляцией сушильного агента и без нее;

г) по виду теплоносителя различают сушку горячим воздухом, дымовыми газами, паром, электрическим током;

Основным преимуществом для камерной сушкинад другими видами является возможность регулировки режима работы в зависимости от типов обрабатываемого сырья. Присутствует функция дополнительного увлажнения и изменения скорости движения воздушного потока.

Распылительная сушилка применяется для сушки пастообразных и жидких материалов. В ней высушиваемый материал распыляется в горячем газе (воздухе). Распыливание производится форсунками (механическими или пневматическими) или центробежными дисками.

При механическом распыливании раствор соли, например уксуснокислого кальция, нагнетается в форсунках под давлением от 30 до 200 атм. Размер капель при распыливании зависит от давления жидкости, диаметра выходного отверстия, вязкости жидкости и т.д., и колеблется в пределах от 20 до 100 мк. На размеры капель влияет главным образом турбулизация жидкостной струи, которая создается повышением скорости закручивания струи в форсунке. Схемы двух механических форсунок представлены на рис. 2. На рис. 2а приведена конструкция форсунки, предназначенной для распыливания высококонцентрированных растворов и выполненной из легированной стали. Форсунка состоит из корпуса 1, головки форсунки 2 и диска 3. Насадка сменная, позволяющая изменять диаметр выходного отверстия от 0,8 до 1,5 мм.

На рис. 2б представлен другой тип механической форсунки, состоящей из корпуса 1, который навинчивается на питающую головку 2 и закрепляется контргайкой 4. Раствор проходит через восемь отверстий диска 3 и три тангенциальных канала диска 5, закручивается в центральной камере диска и через отверстие в диске 6 выдавливается наружу.

Рис. 2 - Механические форсунки. 1 - корпус; 2 - питающая головка; 4 - контргайка; 3, 5, 6 - диск.

Механические форсунки отличаются высокой производительностью, бесшумностью работы, дают тонкий и равномерный распыл. Производительность форсунок при сушке до 600 кг/ч, хотя форсунка может распыливать до 4,5 т/ч продукта. Расход энергии на распыление от 2 до 10 кВт на тонну раствора. К недостаткам форсунок следует отнести невозможность регулирования производительности форсунки и быструю засоряемость выходных отверстий (d?0,5 мм). Эти форсунки не пригодны для обработки суспензий, паст, растворов, дающих осадки.

Также для распыла материала могут использоваться пневматическаие форсунки. Пневматические, водовоздушные форсунки или как их еще называют, атомайзеры - лучшее решение, когда нужна система тонкого распыления или когда стоит задача распыления вязкой жидкости максимально мелко. Участие 2-х сред: жидкости и сжатого воздуха позволяет получить дисперсию в виде водного тумана, что очень важно при увлажнении воздуха, распылении дорогостоящих дезинфицирующих веществ, химических реакциях поглощения (абсорбции).

Секрет столь мелкого распыления вязких жидкостей, таких как масло, фенолформальдегидная смола, клеевые растворы, средства дезинфекции и т.п. кроется в механике смешивания жидкости и сжатого воздуха. Скорость потока воздуха превышает скорость потока жидкости, что приводит к расщеплению последней на мельчайшие капли от 5 мкм.

По принципу смешивания различают атомайзеры форсунки с внутренним и внешним смешиванием.

Внутреннее смешивание обеспечивает наиболее мелкую каплю, однако плохо справляется с высоковязкими жидкостями, поэтому их стоит использовать для распыления воды и жидкостей, близких к ней по своим физическим свойствам.

Внешнее смешивание напротив: создает хорошее распыление высоковязких жидкостей, однако здесь капля будет крупнее.

Если жидкость не только вязкая, но и имеет в своем составе нерастворимые частицы - лучше всего купить пневматические форсунки с механизмом быстрой очистки в комплекте т.к чистить ее все равно придется. Механизмы быстрой очистки монтируются в тело форсунки и позволяют производить ее очистку одним касанием. В случаях, когда необходимо производить периодическое включение/выключение атомайзера, рекомендуется дополнительно приобретать пневмо- или электроуправляемый клапан.

Важнейшим преимуществом двухфазных форсунок является возможность регулирования расхода жидкости. А это очень важно т.к не всегда удается сходу угадать нужный расход и в случаях с однокомпонентной форсункой каждый эксперимент равен покупке новой форсунки. Атомайзер же настраивается за 5 минут. Добиться этого можно либо изменением соотношения расхода жидкость/вода либо специальным регулирующим устройством.

Наиболее часто пневматические форсунки используются в процессах:

· Нанесение связующего вещества при производстве минераловатных изделий.

· Распыление клея при изготовлении древесно-стружечных плит.

· Увлажнение воздуха в производственных помещениях.

· Нанесение смазочного вещества в кондитерской промышленности, при производстве железобетонных изделий.

· Увлажнение бумажного полотна.

· Дезинфекция помещений.

· Нанесение антибиотиков и активных биодобавок на сельскохозяйственные корма.

В данном проекте было решено производить распыление пневматической форсункой, так как это распылитель имеет следующие преимущества:

1. они дают очень мелкую каплю;

2. «мягкое» распыление (низкая скорость потока);

3. можно контролировать расход;

4. даже при низком давлении газа, можно добиться хорошего качества распыления.

Рис. 3 -Распылительная сушилка (распыл механической форсункой). 1 - сушильная камера; 2 - механическая форсунка; 3 - ввод воздуха; 4 - фильтр; 5, 10 - вентиляторы; 6 - подогреватель; 7 - циклон; 8 - топка; 9 - скребки; 11 - скруббер; 12, 13 - насос.

Несмотря, однако, на большую скорость процесса интенсивность работы распылительных невелика, поскольку на единицу объема аппарата одновременно приходится сравнительно небольшая масса материала.

При работе распылительных сушилок наблюдается большой унос высушенного материала газами, т.к. материал в процессе сушки находится в мелко распыленном состоянии. Поэтому значительная часть продукта улавливается из газа в циклонах, рукавных фильтрах, электрофильтрах.

Распылительные сушилки предпочтительное применение имеют в следующих случаях.

1. Материал не переносит длительного нагрева. Процесс сушки протекает очень быстро и поэтому даже чувствительные к нагреву материалы, например, пищевые продукты: молоко, яичный порошок и др., не успевают разложится при высушивании.

2. Недопустимо окисление материала, например при сушке металлических порошков. Из-за кратковременного нагрева материал в процессе сушки не успевает окисляться.

3. Сушится пастообразный, залипающий материал. Сушка его на лету предотвращает залипание стенок. Это происходит, по-видимому, из-за очень мелкого распыления жидкости, при котором капли или не долетают до стенок, или высыхают настолько быстро, что даже долетевшие частицы не налипают

В контактных сушилках тепло высушиваемому материалу передается через металлическую стенку, обогреваемую паром или водой. Поверхность контакта может быть либо цилиндрической, когда паста или густой раствор высушиваемого продукта подаются на поверхность обогреваемого цилиндра, либо плоской, когда влажный продукт насыпается на горизонтальные плиты, обогреваемые изнутри паром, водой, электронагревателями. Применяют цилиндрические поверхности с наружным обогревом цилиндров и подачей материала внутрь (гребковые, центробежно-щеточные сушилки).[4]

Таблица 1.Сравнительная характеристика конвективных сушилок для мелкодисперсных материалов.

Характеристика	Распылительная сушилка	Сушилка «кипящего» слоя
Удельное объемное напряжение по влаги , кг/(м3*ч)	5…20	150…200
Удельный расход теплоты, кДж/кг	3000…4500	5000…6500
Диаметр частиц исходного материала d, мм	1…2	2…5.6
Время сушкиф, мин	0.25…0.5	15…30
Температура сушильного агента на входе в сушилку t, 0C	250…760	400…650
Температура сушильного агента на выходе из сушилки t, 0C.	90…100	70…125
Конечная влажность продукта щ, %	7…9	12…15
Производительность G, т/ч	10…20	15…30
Масса сушилки m, т	4…35	1.25…6
Расход электроэнергии на удаление 1 кг влаги, кВт*ч	1…1.8	0.7…1.2

2. Расчет конвективной распылительной мушильной установки

2.1 Материальный расчет сушилки [5]

Целью расчета является определение количества влаги W, испаряемой в сушилке за единицу времени, и расход влажного материала G₁.

Общее количество испаряемой влаги рассчитывают по следующей формуле:

W = * ,

где - производительность сушилки по высушенному материалу, кг/с; , - соответственно начальная и конечная влажность материала, в долях.

W = 2.78 * = 1.57 кг/с.

Расход материала находят с помощью материального баланса:

G₁ = G₂ + W = 2.78 + 1.57 = 4.35 кг/с.

2.2 Построение процесса сушки смесью топочных газов с воздухом [5]

На рисунке 4 приведена схема сушки смесью воздуха и топочными газами. Воздух с параметрами , нагнетается вентилятором в камеру смешения КС. Туда же поступают из топки Т дымовые газы с параметрами , для определения которых необходимо провести расчет горения топлива. Полученная в камере смешения смесь с температурой t₁ вентилятором подается сушильную камеру СК, из которой выходит с температурой t₁.

Процесс сушки на диаграмме строится для зимы и для лета.

Для расчета параметров сушильного агента на I-X диаграмму наносят т. А, соответствующего воздуха (, ) (прил. 1).

Рис.4 Принципиальная теплотехнологическая схема сушилки с использованием смеси топочных газов с воздухом.

Влагосодержание воздуха рассчитывают по формуле:

= 0.622 * ,

где - давление насыщенного водяного пара, соответствующего заданной температуре , = 150 Па - зима [5. прил. 5] , = 2136 Па - лето; P - атмосферное давление P = 101325 Па.

= 0.622 * = 0.00077 кг/кг - зима;

= 0.622 * = 0.0096 кг/кг - лето.

Так, как при сушке топочными газами влагосодержание заранее неизвестно, рассчитаем параметры вспомогательной т. Г на диаграмме I-X, характеризующее состояние топочных газов после их предварительного смешения с воздухом.

2.3 Определение параметров сушильного агента при сушке смесью топочных газов с воздухом [5]

На сегодняшний день в Пермском крае известно около 160 месторождений углеводородного сырья, среди которых разрабатываются 3 газовых, 89 нефтяных, 18 газонефтяных. Основная добыча ведётся в южных и центральных районах. Наиболее разработанными месторождениями являются Краснокамское, Полазненское, а также Осинское, Куединское, Чернушинское.

Поэтому в качестве топлива выбираем мазут с характеристиками [5. прил. 3]: влажность = 3%, зольность = 0.1%, содержание водорода = 11.2%, объем теоретически необходимого воздуха = 10.45 м³/кг, теплота сгорания низшая = 39800 кДж/кг.

Масса сухого воздуха , необходимого для сжигания топлива и смешения с топочными газами, зависит от принятой величины коэффициента избытка воздуха = 3:

= * * ,

Где - плотность сухого воздуха при нормальных условиях (0, 760 мм. рт. ст.), равная 1.293 кг/м³.

= 3 * 1.293 * 10.45 = 40.54 кг/кг.

Масса сухих топочных газов при сжигании 1 кг мазута и данном составляет:

= 1 - ( + + 9 * ) + ;

= 1 - (00.3 + 0.001 + 9 * 0.112) + 40.54 = 40.579 кг/кг

Масса водяных паров в топочных газах при сжигании 1 кг мазута и данном составляет:

= + 9 * + * ;

= 0.03 + 0.112 * 9 + 40.54 * 0.00077 = 1.069 - зима;

= 0.03 + 0.112 * 9 + 40.54 * 0.0096 = 1.427 - лето.

Влагосодержание топочных газов определяется по формуле:

= ;

= = 0.026 кг/кг - зима;

= = 0.035 кг/кг - лето.

Энтальпию топочных газов при данном коэффициенте избытка воздуха вычисляют по формуле:

= ,

где - КПД топки, учитывающий потери тепла от неполноты сгорания топлива и от наружного охлаждения топки з = 0.95; - удельная теплоемкость мазута, кДж/(кг*К), величину которую можно определить по формуле = 1.74 + 0.0025 * ; - температура подогрева мазута перед подачей в форсунку, = 95;

= 1.74 + 0.0025 * 95 = 1.9775 кДж/(кг*К)

- энтальпия окружающего воздуха, кДж/кг, вычисляется по формуле:

= * + ( + * ) * ,

где , - влагосодержание и температура окружающего воздуха; - удельная теплота парообразования = 2493 кДж/кг; - удельная теплоемкость пара = 1.97 кДж/(кг*К); - удельная теплоемкость воздуха = 1 кДж/(кг*К)

= 1 * (-16) + (2493 + 1.97 * (-16)) * 0.00077 = -14.1 кДж/кг - зима;

= 1 * 18 + (2493 + 1.97 * 18) * 0.0069 = 42.77 кДж/кг - лето.

= = 922 кДж/кг - зима;

= = 984 кДж/кг - лето.

Затем на диаграмму наносим точку Г с параметрами и . Соединяем т. А и т. Г и получаем линию АГ, характеризующую процесс смешения топочных газов с воздухом. Находим т. В на пересечении линии АГ с заданной изотермой :

точка B: зима: = 775 кДж/кг, = 0.025 кг/кг;

лето: = 800 кДж/кг, = 0.03 кг/кг, = 10;

Далее из т. В проводим линию = const до пересечения с , получаем точку D, отражающую состояние отработанного воздуха на выходе из термической сушилки, со следующими параметрами:

точка D: зима: = 0.254 кг/кг;

лето: = 0.263 кг/кг.

2.4 Внутренний баланс сушильной камеры [5]

Величина (внутренний баланс сушильной камеры) выражает разность между приходом и расходом теплоты непосредственно в сушильной камере без учета теплоты сушильного агента:

= - ( + + + ).

Удельный приход теплоты с испаряемой влагой равен:

= * ,

где - удельная теплоемкость влаги, удаляемой из материала при начальной температуре материала , = 4.19 кДж/(кг*К).

Температуру материала принимают равной температуре мокрого термометра при средних параметрах окружающей среды. В зимних условиях допускается считать = 0. Для лета = = 25

Так как в сушильной камере распылительного типа материал сушится в жестком режиме сушки, где температура приблизительно равна t кипения, то и зимой и летом принимаем равную 100 .

= 4.19 * 0 = 0 - зима;

= 4.19 * 25 = 104.75 кДж/кг - лето.

Удельный расход теплоты на нагревание высушенного материала:

= ,

где - теплоемкость абсолютно сухого материала, = 0.921 кДж/(кг*К).

= = 147.91 кДж/кг - зима;

= = 110.94 кДж/кг - лето.

Удельный расход тепла на нагрев остаточной влаги в материале рассчитываем по формуле:

= ,

где - средняя удельная теплоемкость влаги, = 4.182 кДж/(кг*К) - зима, = 4.178 кДж/(кг*К) - лето.

= = 68.88 кДж/кг - зима;

= = 51.6 кДж/кг - лето.

Удельные потери теплоты в окружающую среду оценивают предварительно в долях от теплоты, расходуемой на испарение 1 кг влаги:

= * ( + * ),

где - удельная теплота парообразования = 2493 кДж/кг; - удельная теплоемкость пара = 1.97 кДж/(кг*К); = 0.045.

= 0.045 * (2493 + 1.97 * 99) = 120.96 кДж/кг.

= 0 - (147.91 + 68.88 + 120.96) = -337.75 кДж/кг - зима;

= 104.75 - (110.94 + 51.6 + 120.96) = -178.75 кДж/кг - лето.

Далее определяем величину на которую необходимо отложить точку Е от т. D по вертикали вниз по формуле:

* ( - )

-337.75 * (0.254 - 0.025) = -77.3 - зима;

-178.75 * (0.263 - 0.03) = -41.65 - лето

Отрезок ВЕ совпадает по направлению с линией действительного процесса сушки. При ее пересечении с изотермой определяется положение точки C с параметрами:

= 0.223 кг/кг, = 700 кДж/кг - зима;

= 0.248 кг/кг, = 768 кДж/кг - лето.

Вычислим кратность смешения воздуха с топочными газами:

n = .

n = = 0.041 - зима;

n = = 0.245 - лето.

Коэффициент избытка воздуха б_см в газовоздушной смеси, поступающей в сушильную камеру, можно определить по формуле:

б_см = б * (1 + n * )

б_см = 3 * (1 + 0.041 * ) = 3.12 - зима;

б_см = 3 * (1 + 0.245 * ) = 3.74 - лето.

Проверка:

- = - * ( - )

775 - 700 = -(-337.75) * (0.223 - 0.025) - зима;

75 = 74.67;

800 - 768 = -(-178.75) * (0.248 - 0.03) - лето;

32 = 33.28.

Дальнейший расчет ведем по зимним параметрам.

2.5 Расчет расходов сушильного агента и топлива [5]

Массовый расход абсолютно сухого газа рассчитываю, используя результаты построения процесса сушки на диаграмме I-X:

L = ;

L = = 7.9 кг/с.

Расход топлива при сушке топочными газами находим из соотношения массового расхода сушильного агента L и массы сухих газов G_с.г, приходящийся на 1 кг топлива, с учетом кратности n смешения их с воздухом перед сушилкой:

B_т = ;

B_т = = 0.19 кг/с.

2.6 Расчет распылительной сушилки [5]

Для распыления шликера выбираем форсуночное распыление пневматической форсункой и подачей суспензии снизу вверх.

При определении напряженности сушилки по влаге используют эмпирическое соотношение, полученное в НИИхиммаш для форсуночного распыления:

= 0.0625 * .

Для определения температуры мокрого термометра t_м используем I-Х диаграмму.

= 0.0625 * = 20.28 кг/(м³*ч).

Определяем рабочий объем камеры:

= = = 279 м³.

По объему камеры из ГОСТ 18906-80 определяем типоразмер сушильной камеры и ее диаметр:

D = 6.5 м; H = 10м; = 330 м³; m = 19.5 т; тип сушилки СРФ.

Для устранения налипания порошка на стенки и потолок сушильной камеры при фонтанном распылении (подачи суспензии снизу вверх) необходимо, чтобы расстояние между уровнем установки форсунки и потолком камеры, а также диаметр камеры были больше, чем высота Н₉₉ и диаметра 2R₉₉ факела распыленной суспензии.

При заданных параметрах суспензии, коэффициента расхода, и диаметра сопла необходимый гранулометрический состав будет обеспечен при давлении распыления, ат:

P = * 52.5,

где - коэффициент расхода форсунки; d_3,2 - средний объемно-поверхностный диаметр частиц d_3,2 = 2 мм; где d_с - диаметр сопла форсунки, d_с = 3,7 мм; - начальная влажность материала.

Для пневматического распыления коэффициент расхода форсунки находится по формуле:

= ,

где Re - критерий Рейнольдса.

Re = ,

где - плотность глиняного шликера, = 1750 кг/м³; - эквивалентный диаметр, = 0.002 м; v - скорость течения шликера, v = 0.5 м/с; - динамический коэффициент вязкости, = 0.001 Па*с.

Re = = 1750;

= = 6.04;

P = * 52.5 = 57.6 ат = 5.76 МПа.

Тогда радиус факела распыла определяют по формуле:

R₉₉ = 3 * * * ;

R₉₉ = 3 * * * = 2.95 м.

Высота факела распыла:

Н₉₉ = 13.05 * * * ;

Н₉₉ = 13.05 * * * = 8.7 м.

Производительность форсунки:

= 39.7 * * * * ;

= 39.7 * 6.04 * 1750^0.5 * 0.0037² * 5760000^0.5 = 1.2 кг/с.

Необходимое количество форсунок определяется, исходя из производительности сушилки по влажному материалу G₁:

n = = = 3.4 4форсунки.

Суммарный объем факела при использовании нескольких форсунок:

= 0.785 * [2 * + D]² * ,

где ДD - максимальное расстояние между крайними форсунками, ДD = 2м.

= 0.785 * [2 * 2.95 + 2]² * 8.7 = 326 м³.

Удельный влагосъем q кг/(м³*ч), в объеме факела распыла суспензии определяется по формуле:

q = * ;

q = * * 3600 = 17.39 кг/(м³*ч).

Общее удельное количество испаряемой в сушилке влаги соответствует необходимой норме, поэтому принимаем к установке расчетное количество форсунок с выбранным ранее диаметром сопла d_с = 3.7 мм.

3. Расчет вспомогательного оборудования

3.1 Расчет футеровки и тепловой изоляции [5]

Так как в сушилке идет интенсивное испарение, то температура внутри сушилки меньше 100, а значит, футеровку делать не надо. Следовательно, используем только изоляцию.

Потери тепла вычисляем по формуле:

= * (t - ),

где t - температура стенки, так как стенка обладает хорошей теплопроводностью, то температуру нагрева стенки прими 100; - температура окружающей среды, принимаем ее равную 45.

В качестве теплоизоляционного материала используем диатомит с коэффициентом теплоотдачи л = 0.15 Вт/(м*), толщину утеплителя принимаем = 0.07 м.

= * (100 - 45) = 117.85 Вт = 120.96 Вт.

3.2 Расчет топки [5]

Объем топки V_т рассчитывают по рекомендуемой величине теплового напряжения объема q_v при сжигании мазута:

= ,

где значения теплового напряжения объема q_v при сжигании мазута составляют для камерных топок 100кВт/м³.

= = 75 м³.

Диаметр топки с объемом 75 м³ составит D = 3.35 м. Следовательно, длинна топки будет равна L = 2 * D = 3.35 * 2 = 6.7 м.

3.3 Расчет затвора [5]

Так как питатель в распылительной сушилке отсутствует, считаем только диаметр калапана-мигалки, которые установлены на сушилке и циклонах:

D = ,

где G_у.д - удельная производительность мигалки, G_у.д = 50 кг/(м²*с).

D = = 0.27 0.3 м.

3.4 Выбор и расчет пылеуловителей [5]

Объемный расход газов V_г в системе пылеулавливания определяют по массовому расходу и параметрам сушильного газа на выходе из сушилки:

= .

Плотность влажного газа равна сумме плотностей абсолютно сухого газа и пара , взятых при парциальных давлениях и влагосодержании :

 = * (1 + X).

Плотность сухого газа при давлении и температуре t определяют по формуле:

= * ,

где - плотность газа при нормальных условиях (для абсолютно сухого воздуха = 1.293 кг/м3 ); - давление, соответствующее нормальным условиям ( = 101.3 кПа); Т₀ - температура, соответствующая нормальным условиям (Т₀ = 273,15 К); Т - температура влажного газа, измеренная по аб- солютной (термодинамической) шкале:

Т = 273.15 + t = 273.15 + 99 = 372.15 К.

Парциальное давление абсолютно сухого газа находят как разность между общим давлением смеси Р и парциальном давлением пара :

= P - .

Парциальное давление пара определяем по диаграмме I-X = 18.7 кПа. При этом общее давление P влажного газа следует принимать равным 99,4 кПа (745 мм рт. ст.).

= 99.4 - 18.7 = 80.7 кПа;

= 1.293 * = 0.76 кг/м³;

= 0.76 * (1 + 0.223) = 0.93 кг/м³;

= = 10.4 м³.

Рекомендуемый расход газов через одиночный циклон НИИОГАЗ определяют по формуле:

= 28 * ,

где - коэффициент гидравлического сопротивления циклона, определяемый по условной скорости газа в цилиндрической части циклона; - диаметр циклона, м.

Выбираем тип циклона НИИОГАЗ - ЦН-15 с D = 800 мм и = 105, тогда:

= 28 * = 1.75 м³.

Определяем необходимое число циклонов:

n = = = 5.94 6 шт.

Потери давления в 1 циклоне:

= 168.44 Па.

Для выбора рукавного фильтра определим расчетную площадь фильтрования:

S = ,

где - объемный расход газов через систему пылеулавливания; - фиктивная скорость газа в фильтровальной ткани, т.е. расход газа, приходящийся на 1 м² ткани.

Принимаем рукавный фильтр СМЦ 101А из лавсана. (лавсана) = 0.015 м/с; площадь 1 фильтра S_ф = 115 м².

S = = 693 м².

Число рукавов, которое нам понадобится:

n = = = 6.02 6 шт.

Потери давления в рукавном фильтре: = 1000 Па

3.5 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки [5]

Потерю давления на трение и на преодоление местных сопро- тивлений на отдельных участках газового (воздушного) тракта рассчи- тывают по уравнениям:

= л * * ;

=

где л - коэффициент трения; l и d_э - соответственно длина и эквивалентный диаметр расчетного участка тракта; и х - соответственно плотность и средняя скорость газа на этом участке; - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке тракта. Так как доля сопротивления трению в общей потере давления невелика, величину коэффициента трения обычно принимаем постоянной и независимой от величины критерия Рейнольдса. Для отдельных не футерованных газовоздухопроводов л = 0,02.

1. Участок - от топки к сушилке.

v = 8 м/с; l = 7.791 м; = D = = = 1.3 м;

Коэффициент местного сопротивления на входе в трубу о = 0.5 [5. прил. 25];

Коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы о = 1[5. прил. 25];

Коэффициент местного сопротивления на повороте трубы на 90? (2 поворота) о = 1 * 0.21 * 2 = 0.42 [5. прил. 25];

= 0.42 + 1 + 0.5 = 1.92;

= 0.02 * * = 3.58 Па;

= = 57.14 Па.

2. Участок - от сушилки к циклону.

v = 9 м/с; l = 7.147 м; = = 1.2 м;

Коэффициент местного сопротивления на входе в трубу о = 0.5;

Коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы о = 1;

Коэффициент местного сопротивления на повороте трубы на 90? (2 поворота) о = 1 * 0.2 * 2 = 0.4;

Коэффициент местного сопротивления на участке сужения о = 0.3

= 0.4 + 1 + 0.5 + 0.3 = 2.2;

= 0.02 * * = 5.38 Па;

= = 82.86 Па.

3. Участок - от циклона к фильтру.

v = 10 м/с; l = 4.794 м; = = 1.15 м;

Коэффициент местного сопротивления на входе в трубу о = 0.5;

Коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы о = 1;

Коэффициент местного сопротивления на повороте трубы на 90? о = 1 * 0.21 = 0.21;

= 0.21 + 1 + 0.5 = 1.71;

= 0.02 * * = 3.88 Па;

= = 79.52 Па.

4. Участок - от фильтра к дымососу.

v = 12 м/с; l = 9.528 м; = = 1 м;

Коэффициент местного сопротивления на входе в трубу о = 0.5;

Коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы о = 1;

Коэффициент местного сопротивления на повороте трубы на 180? о = 1.4 * 0.9 = 1.26;

= 1.26 + 1 + 0.5 = 2.76;

= 0.02 * * = 12.76 Па;

= = 184.8 Па.

Потери давления в сушилке: = 100 Па;

Потери давления в рукавном фильтре: = 1000 Па;

Потери давления в 1 циклоне:

v = = = 3.45 м/с;

= 105;

= = 168.44 Па.

При групповом расположении циклонов сопротивление пылеуловителя вместе с коллекторами приблизительно на 10% превышает величину гидравлического сопротивления одиночного циклона:

= 168.44 * 1.1 = 185.284 Па.

Общее сопротивление тракта, находящегося под разрежением, рассчитывают, суммируя потери давления в сушильном аппарате, в пылеуловителях и в соединительных газовоздухопроводах:

 = + + + + ,

где - минимальное разрежение, которое обычно поддерживается в рабочем объеме сушилки (=10Па); - потери давления в газовоздухопроводах.

=100+185.284+1000+82.86+5.38+79.52+3.88+184.8+12.76=1655Па.

3.6 Выбор дымососа [5]

Расчетная подача дымососа, установленного на газовой стороне тракта, равна:

= * ,

где - объемный расход газов в системе пылеулавливания; - коэффициент запаса, учитывающий также присосы воздуха в системе пылеулавливания =1.2.

= 1.2 * 10.4 = 12.48 м³.

Расчетное давление дымососа определяют по уравнению:

= * ,

где - коэффициент запаса, равный 1,1; - суммарное гидравлическое сопротивление участка тракта, находящегося под разряжением.

= 1.1 * 1654.484 = 1819.9 Па.

Заводская характеристика вентилятора дается обычно для воздуха при температуре, отличной от расчетной, поэтому при выборе дымососа используют величину приведенного расчетного давления , отличающуюся от величины поправочным множителем , учитывающим различие плотностей газа в расчетных и заводских условиях:

= * ;

= * ,

где - плотность воздуха при нормальных условиях; - плотность газа у дымососа; t_зав - температура воздуха по заводской характеристике машины, t_зав = 200°С.

= * = 0.8

= 0.8 * 1819.9 = 1455.95 Па.

По давлению выбираем дымосос ДН-12.5 со следующими параметрами:

- диаметр рабочего колеса D = 1250 мм;

- частота вращения 1000 об/мин;

- подача H = 24.2 м³;

- давление P = 1540 Па;

- потребляемая мощность N = 40 кВт.

Мощность электродвигателя находят по формуле:

= ,

где - КПД передачи, = 0,98; - КПД электродвигателя, = 0,98.

= = 41649.3 Вт = 41.649 кВт.

Установочную мощность электродвигателя определяют по формуле:

 = * ,

где - коэффициент запаса (принимают равным 1.1).

= 1.1 * 41.649 = 45.814 кВт

сушилка газ топливо

Заключение

Целью курсовой работы был расчет распылительной сушилки, который включал в себя расчет конвективной сушильной установки и расчет вспомогательного оборудования.

В ходе работы была составлен материальный баланс, целью которого были определены количество испаряемой влаги в сушилке W = 1.57 кг/с и расход влажного материала = 4.35 кг/с. Затем после составления внутреннего баланса сушильной камеры на I-X диаграмме была построена линия реальной сушки глиняного шликера.

В конструктивном расчете были определены габариты сушилки D = 6.5 м; H = 10м; = 330 м³; m = 19.5 т. Глиняный шликер распыляется шестью пневматическими форсунками под давлением 5.76 МПа. А также расчет вспомогательного оборудования: камерной топки размеры которой составили D = 3.35 м и L = 6.7 м; клапана-мигалки D = 0.3 м. Было принято решение использовать 6 циклонов марки НИИОГАЗ - ЦН-15с D = 800 мм, а также рукавный фильтр с 7 рукавами из лавсана марки СМЦ 101А с площадью 1 рука S = 115 м². По итогам гидравлического расчета был выбран дымосос ДН-12.5 с мощностью электродвигателя 45.814 кВт.

Список литературы

1. Губарева В.В. Термовлажностные и низкотемпературные теплотехнологические процессы и установки. Ч.1. Учебное пособие. / В.В. Губарева, А.В. Губарев - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2017. - 256 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. /А.Г. Касаткин. - 10-е изд., стереотип., дораб. - М.: Альянс, 2004. - 752 с.

3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: справочник / Под общ. ред. чл.-корр. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зорина. - 4-е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ, 2007. - 632 с. - (Теплоэнергетика и теплотехника; кн. 4).

4. Лыков М.В. Распылительные сушилки / М. В. Лыков, Б.И. Леончик. - М.: Машиностроение, 166. -330 с.

5. Губарева В.В. Расчет и проектирование конвективных сушильных установок. Учебное пособие./В.В. Губарева - Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2014.- 118с.

Размещено на Allbest.ru