Проект барабанной сушилки для удаления влаги из частиц аммиачной селитры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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 слёживаемости, 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.

Барабанная сушилка представляет собой сварной цилиндр -- барабан, на наружной поверхности которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и приводной зубчатый венец; ось барабана может быть наклонена к горизонту на угол до 4°

Барабанные атмосферные сушилки - непрерывного действия предназначены для сушки сыпучих материалов топочными газами или нагретым воздухом. Разновидностью барабанных атмосферных сушилок являются аппараты с контактным подводом тепла через специальную трубчатую насадку. На концах цилиндрического корпуса барабанной сушилки имеются распределительные камеры, служащие для подачи в барабан и отвода из него высушиваемого материала и газообразного теплоносителя.

1. Описание технологической схемы

Принципиальная схема прямоточной барабанной сушильной установки показана на рис. 1.

Рисунок 1 - Принципиальная схема барабанной сушилки.

1 - бункер; 2 - питатель; 3 - сушильный барабан; 4 - топка; 5 - смесительная камера; 6, 7, 11 - вентиляторы; 8 - промежуточный бункер; 9 - транспортёр; 10 - циклон; 12 - зубчатая передача.

Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 подается во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подается сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения топочных газов с воздухом в смесительной камере 5. Воздух в топку и смесительную камеру подается вентиляторами 6 и 7. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер 8, а из него на транспортирующее устройство 9.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное мокрое пылеулавливание.

Транспортировка сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.

2. Расчет барабанной сушилки

2.1 Задание на проектирование

барабанный атмосферный сушилка газ влажность

Спроектировать барабанную сушилку для удаления влаги из частиц аммиачной селитры при следующих исходных данных:

· производительность по влажному материалу - 7200 кг/ч (2 кг/с)

· влажность по общей массе: исходная - 6 % по массе, конечная 0.5 % по массе,

· температура начальная - 20 ,

· размер частиц 3 мм.

2.2 Параметры топочных газов подаваемых в сушилку

В качестве топлива используется природный сухой газ, так как является наиболее дешевым видом топлива. Состав природного сухого газа: 92 ; 0,5; 5; 1; 1,5 . [2, с.294]

Теоретическое количество сухого воздуха , необходимого для сжигания 1 кг топлива, определяется по уравнению:

, (1)

где составы горючих газов выражены в %.

Подставив соответствующие значения, получим:

Высшая теплота сгорания топлива определяется по формуле:

(2)

Подставив значения, получим:

Коэффициент избытка воздуха:

(3)

где - общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаем равным 0,95 [2, c. 295]; - теплоемкость газообразного топлива при температуре [2, c. 295], равная 1,34; - энтальпия свежего воздуха, равная 41,9 [2, c. 295]; - энтальпия сухих газов ; - соответственно теплоемкость и температура сухих газов [2, c. 295]; [2, c. 295]; - влагосодержание свежего воздуха, кг/кг при температуре и относительной влажности [2, c. 295]; - энтальпия пара ; - теплота испарения воды при температуре , равная 2500 [2, c. 295]; средняя теплоемкость водяных паров, равная 2,1 [5, c. 748]; - температура водяных паров; [2, c. 295];

Подставив значения, получим:



Количество сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси , равны:

(4)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

(5)

Влагосодержание топочных газов:

(6)

Энтальпия топочных газов:

(7)

.

2.3 Материальный баланс сушки

Количество высушенного материала:

(8)

где - производительность по влажному материалу равная 2 кг/с;

- исходное влагосодержание равное 6%;

- конечное влагосодержание равное 0,5%;

Количество удаленной влаги:

(9)

2.4 Тепловой баланс сушки

Так как устройства дополнительного подогрева в сушильной камере отсутствуют, то уравнение теплового баланса примет вид:

Уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

(10)

где - разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере;

- теплоемкость влаги во влажном материале при температуре ;

- удельные потери теплоты в окружающую среду принимаем

равные 85 [3, c. 287];

- удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушенным

материалом, влаги:

; (11)

где - теплоемкость высушенного материала [4, c. 527];

- температура высушенного материала на выходе из сушилки, .

При испарении поверхностной влаги принимают приблизительно равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. [2, c. 297].

Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим находим по I - x диаграмме, по начальным параметрам сушильного агента: [2, c. 296];

Подставив значения, получим:

влаги.

Начальные и конечные параметры сушильного агента:

Энтальпия влажного газа для начальных условий:

(12)

(13)

Энтальпия влажного газа для конечных условий:

(14)

где - удельная теплоемкость отработанного газа при температуре [2, c. 300].

(15)

Подставим значения:

Конечное влагосодержание сушильного агента:

(16)

Расход воздуха:

 (17)

Удельный расход воздуха:

(18)

Расход теплоты на сушку:

(19)

Расход топлива на сушку:

(20)

2.5 Основной расчет барабанной сушилки

Объём сушильного пространства V определяется по формуле

(21)

где - объём, требуемый для проведения процесса испарения влаги:

(22)

Объём необходимый для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги определяется по формуле:

(23)

- средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/

- объёмный коэффициент массопередачи, 1/с

- расход тепла на прогрев материала до температуры , кВт

- средняя разность температур, град

Парциальное давление водяных паров в воздухе на выходе из барабана:

(24)

= - давление при нормальных условиях [4, c. 13].

Тогда на входе в сушилку:

Па

На выходе из сушилки:

 Па

Отсюда Па

Средняя плотность сушильного агента:

(25)

, - мольная масса сухого воздуха и воды

- средняя температура в сушилке.

кг/

Коэффициент массоотдачи для барабанной сушилки:

(26)

где с - теплоёмкость сушильного агента при средней температуре в барабане, 1кДж/(кг*К)

p - парциальное давлениеводяных паров в газе

Коэффициент массоотдачи:

Объёмный коэффициент теплопередачи:

 кВт/К (28)

Подставим численные значения в уравнения 22 и 23:

(29)

кВт

Для вычисления необходимо найти температуру сушильного агента , до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до . Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:

(30)

(31)

Общий объём сушильного барабана:

Барабанные сушилки так же можно рассчитать через напряжение рабочего объёма по испарившейся влаге. Следовательно, зная напряжение сушилки по испарившейся влаге можно найти объем барабана:

(32)

где - объемное напряжение по влаге, равное 37[4, с.261];

Задаемся отношение длины барабана к диметру равному

Диаметр барабана определяется из соотношения:

(33)

отсюда ;

(34)

Длина барабана:

(35)

Принимаем стандартный сушильный барабан со следующими характеристиками [1, c. 3]:

Диаметр барабана м	Длина барабана м	Мощность кВт	Габаритные размеры	Масса
	Длина	Ширина	Высота
1.6	8	18.5	9700	3350	3100	14800

Уточняем объем выбранного барабана:

(36)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана определяется по формуле:

(37)

где , - температура и влагосодержание газа в условиях процесса;

[3, c. 291].

- температура соответствующая нормальным условиям,

- расход сушильного агента;

Скорость воздуха в свободном сечении барабана:

(38)

где - коэффициент заполнения барабана материалом [3, c. 290];

Время пребывания материала в сушилке:

(39)

где насыпная плотность материала [5, c. 511];

Угол наклона барабана, задавшись значением числа оборотов барабана 5 об/мин [1, c. 3]:

(40)

Подставив значения, получим:

Проверим допустимую скорость воздуха, исходя из условия, что частицы высушиваемого материала диаметром 3 мм не должны уноситься потоком воздуха из барабана.

Критерий Архимеда

(41)

где - вязкость сушильного агента при средней

температуре [5, c. 556];

плотность частиц высушиваемого материала [5, c. 511];

диаметр частиц

Скорость витания:

(42)

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньше, чем скорость свободного витания частиц, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчивается.

Заключение

В сушилках непрерывного действия, работающих на смеси воздуха с топочными газами для регулирования температуры и влажности сушильного агента могут применяться регуляторы. Принцип регулирования заключается в том, - что регулирующий орган для поддержания постоянства температуры управляет задвижкой, увеличивающей или понижающей количество воздуха или топочных газов, поступающих в сушилку или рекуператор.

В общем случае, когда вентилятор подает в сушильную установку смесь воздуха или газов из двух или нескольких источников тепла, регулятор может при помощи одного или нескольких регулирующих органов изменять количества компонентов.

В сушилках, работающих на смеси топочных газов с воздухом, если требуется поддерживать только постоянную температуру, регулируют или количество горячих газов, или количество холодного воздуха, подмешиваемого к топочным газам. Поместив термометр сопротивления или другой чувствительный элемент в канале, подводящем смесь дымовых газов с воздухом - в сушилку, можно контролировать температуру смеси путем изменения степени открытия шибера на всосе холодного воздуха, подмешиваемого к горячим газам. Более рациональным является уменьшение количества горячих газов, поступающих от специальных топок, за счет уменьшения количества сжигаемого топлива; в этом случае датчик должен воздействовать на регулирующий орган подачи топлива. Такое регулирование удается осуществить при работе топок на жидком, газообразном или пылевидном топливе или при наличии механизированных топок для твердого топлива.

Если в сушилках, работающих на топочных газах, необходимо регулировать влажность в центральном распределительном канале при высоких температурах сушильного агента, то можно в качестве чувствительного элемента установить специальный психрометр - влагомер. Такой психрометр будет служить датчиком автомата, регулирующего подачу пара или распыленной воды в распределительный канал.

В некоторых случаях есть возможность автоматически регулировать влажность сушильного агента в сушилке за счет рециркуляции отработавшей смеси воздуха с топочными газами. Тогда чувствительный элемент устанавливается в сушилке, а регулирующий орган управляет шибером на линии возврата рециркулирующих газов, увеличивая или уменьшая их количество.

Список используемой литературы

1. ГОСТ 27134-86 Аппараты сушильные с вращающимися барабанами. Основные параметры и размеры. - М. ИПК Издательство стандартов, 1998. - 4с.

2. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1991. - 496с.

3. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л.: Химия, 1991. - 352с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов - М.:ООО ИД «Альянс», 2007. - 576с.

5. Справочник химика, том I. - Л.: Химия, 1966. - 1072 с.

Размещено на Allbest.ru