Расчет и проектирование барабанной сушильной установки для сушки известняка

3.3 Определение потерь тепла в окружающую среду

Норма потерь тепла с одного погонного метра определяется по эмпирической формуле

(3.5)

где Qn - тепловые потери с цилиндрической поверхности, Вт;

L - длина объекта, м;

Д - наружный диаметр с учетом изоляции, м;

t - температура теплоносителя, 0С;

К - поправочный коэффициент, определяемый по справочнику, К=1;

Средняя температура теплоносителя (воздуха):

(3.6)

где t1=800 0C,температура воздуха на входе;

Принимаем, что сушильная установка находится в помещении с температурой 25 0С (поправочный коэффициент к нормам потерь равен 1). Наружный размер барабана с учетом изоляции принимаем предварительно равным 1,3 м.

По формуле находим норму тепловых потерь:

Потери тепла по всей длине барабана:

Qn = 8·1481.1 = 11848.8 Вт = 427·105 Дж/ч

3.4.Массовый расход воздуха (абсолютно сухого) через сушильный барабан

(3.7)

где W - 363.6 кг/ч - испарение влаги в барабане, x1- влагосодержание воздуха на входе в барабан;

x2 - влагосодержание воздуха на выходе из барабана, метод определение см. ниже

а) Определение х2

Составим внутренний тепловой баланс сушилки

Д=Св·tм1 - qм - q n (3.8)

где Св = 4187 Дж/(кг·К) - теплоёмкость воды (влаги в материале);

tм = 20 0С температура материала на входе в сушилку;

qм - удельные затраты тепла на нагрев материала;

qм - удельные потери тепла в окружающую среду;

(3.9)

где G2 =3636.4 кг/ч - масса высушенного материала;Gм =846 Дж/(кг·К) - теплоемкость известняка

(3.10)

?=4187·20 - 676·102 - 117·103 = - 709·103 Дж/кгвлаги

Далее, используя известное уравнение (I2-I1)/(x2-x1)= Д при известном I,x,Д зададимся произвольно двумя значениями х2 и вычислим соответственно I2.

При t1=800 0C и x1=0.012 кг/кгсух.возд. I1=900кДж/кгсух.возд

При летних условиях: Средняя температура t= - 17.5 0С, ц=78

х2'=0.1

I2=-709·103·(0.1-0.012)+900·103=838·103Дж/кг;

х2”=0.2,

I2”=-709·103·(0.2-0.012)+900·103=838·103Дж/кг;

Нанесем на диаграмму Рамзина точки с координатами х1 и I1, х2' и I2', x2” и I2”. Проведем через три точки прямую (одна точка является проверочной) до пересечения с изотермой 120 0С, соответствующей температуре газов на выходе из барабана, и по точке пересечения прямых определим искомую величину х2=0,218 кг/кгсух.возд.

Объемный расход влажных газов на выходе и входе в барабан

Расчет плотности (в зависимости от температуры) производится по формуле

(3.11)

где Т =273К - абсолютная температура

t- рабочая температура воздуха,

При t = 800 0С

При t =120 0С

Объемный расход воздуха

На входе в сушильный барабан

На выходе из сушильного барабана

(3.13)

Расчет воздуха для зимних условиях

Средняя температура t= - 6.8 0С, ц=88

По диаграмме Рамзина х0=2·10-3 кг/кгсух.возд. ,

I0=30.6·103 Дж/кгсух.возд. - энтальпия зимнего атмосферного воздуха нагретого до температуры помещения.(250С)

Массовый расход воздуха

(3.14)

где W=363,6 кг/ч - испаренная влага в барабане;

х1=2·10-3 кг/кгсух.возд. - влагосодержание зимнего воздуха в Минске;

Определение х2

Д=-709·103Дж/кг

(3.15)

для x2'=0.1

I2'= - 709·103·(0.1-0.002)+900·103 = 8305·103Дж/кгсух.возд.

x2”=0.2

I2”= - 709·103·(0.2-0.002)+900·103=759.6·103Дж/кгсух.возд.

Нанесем на диаграмму Рамзина точки с координатами х1 и I1, х2' и I2', x2” и I2”. Проведем через три точки прямую (одна точка является проверочной) до пересечения с изотермой 120 0С, соответствующей температуре газов на выходе из барабана, и по точке пересечения прямых определим искомую величину.

х2=0,22 кг/кгсух.возд.

Объёмный расход влажного воздуха на входе и выходе из сушилки.

(3.16)

Скорость воздуха на выходе из барабана

(3.17)

что вполне допустимо.

Расчет изоляции барабана.

В качестве изоляции применяем шлаковату которая обладает хорошими изоляционными свойствами и имеет невысокую себестоимость

(3.18)

д3

д2

д1

Принимаем д1=10мм - толщина стенки барабана; д3=1мм - толщина стенки кожуха из листового железа покрытого масляной краской

По справочнику находим л1=38,2ккал/м*ч*град = 44,43 Вт/(м*К) - теплопроводность стали при 460 0С

Для шлаковаты:

t = (460+25)/2=242,5

где t - средняя температура шлаковаты.

Теплопроводность ваты равна

л =0,0582+0,000145·t (3.19)

л=0,0582+0,000145·242,5=0,09336 Вт/(м·К)

а) Определяем коэффициент теплопередачи

(3.20)

где Qn=11848.8 Вт - тепловой поток (потери в окружающую среду);

F=р·Д·L=р·1.3·8=32.6м2 - боковая поверхность барабана;

Д=1,3м - диаметр барабана с изоляцией.

где Дtср - средняя разность температур между сушильным агентом и окружающей средой

б) Определяем коэффициент теплоотдачи б1 от сушильного агента к стенке барабана

Расчет производим для средней температуры газов в барабане t=4600С,

б1=1,25·(б1'+б1'') (3.21)

(3.22)

где с=1,293·273/(273+460)=0,482 - плотность воздуха при 460 0С;

м=0.035·10-3Па·сек - вязкость воздуха при 4600;

л=0,049 ккал/м·ч·град=57·10-3Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воды при t=4600С

(3.23)

Так как Re>104 выбираем формулу Nu=0,032·Re0.8

б1' = (0.0324·(1.7·104)0.8·57·10-3)/1.2=3.07Вт/(м·К)

Определяем б1” из формулы

Nu=0,47·Gr0.25 (3.24)

(3.25)

где Дt = 200С - разность между температурой сушильного агента и стенкой

б1”=(0,47·(87,7·106)0,25·57·10-3)/1,2=2,16 Вт/(м2·К)

б1=1,25(2,16+3,07)=6,54 Вт/(м2·К)

в) Определение коэффициента теплоотдачи от барабана к окружающей среде

б2' - коэффициент теплоотдачи за счет естественной конвекции;

б2” - коэффициент теплоотдачи за счет лучеиспускания

(3.26)

где Дt = 20 0C - разность температур между наружной стенкой барабана и окружающей средой

(3.27)

где е = 0,95м - степень черноты поверхности покрытой масляной краской;

С0 = 5,7 Вт/(м2·К) - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела

б2 = 2,14+6,33=8,47 Вт/(м2·К)

Определяем толщину слоя шлаковаты

(3.28)

Наружный диаметр барабана

Дн=1,2+2·0.058=1,376м

4. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА

Для подогрева воздуха до необходимой температуры используем двухходовый кожухотрубчатый теплообменник.

Греющий агент топочные газы с t = 10000С.

Определяем массовый расход воздуха

Gг=Vo?сo/3600 (4.1)

где Vo = 5429.5 м3/ч - объёмный расход воздуха;

сo = 1,293 кг/м3 - плотность воздуха при нормальных условиях;

Gг=5429,5?1,293/3600 = 1,95 кг/с

Определяем среднюю разность температур

Дtб = 500-25=475оС

Дtм=1000-800=200оС

Средняя температура воздуха

tср=( tнач.г + tкон.г)/2 (4.2)

где tнач.г =250C, - температура на входе в теплообменник;

tкон.г =8000C, - температура на выходе из теплообменника;

tср=(800+25)/2=412,50С

Плотность воздуха при средних рабочих условиях

с2=с0?(РТ0/Р0Т) (4.3)

где с0 = 1,293 кг/м3 - плотность воздуха при н.у.;

Р0, Р - давление при н.у. и при рабочих условиях соответственно;

Т - рабочая температура;

с2 = 1.293?(760?273)/(760?(273+412,5) = 0,515 кг/м3

Объемный расход воздуха при средних рабочих условиях

v2 = Gг/ с2 (4.4)

v2 = 1.95/0.515 = 3.79 м3 /с

Скорость воздуха в трубах

щг=v2/f2 (4.5)

где f2 - площадь поперечного сечения одной трубы;

щг=3.79/(225?0.785?0.0342) = 18.56 м/с

Критерий Re для воздуха при 412.5 0С

(4.6)

где м2 = 0,032?10-3 Па?с - динамический коэффициент вязкости при 412,50С;



Режим движения воздуха - турбулентный.

Nu2=0.018?Re0.8?е (4.7)

Nu=0.018?10122.970.8?1 = 28.8

Следовательно

б2 = Nu2?л2/d2 (4.8)

где л2 = 0,0464 Вт/(м?К) - коэффициент теплопроводности воздуха при 412,50С

б2 = 28.8?0.0464/0.034 = 39.3 Вт/(м2?К)

Количество передаваемой теплоты

Q=Gг?cг?(tкон.г-tнач.г) (4.9)

где сг =1016 Дж/(кг?К) - удельная теплоёмкость воздуха при 412,50;

Q = 1.95?1016?(800-25) = 1535430 Вт

Поверхность теплообмена

F=Q/K?Дtср (4.10)

F=1535400/(39.3?318.3) = 122.7 м2

Приняли коэффициент теплопередачи К равным коэффициенту теплоотдачи воздуха.

Длина трубчатки по расчету

L=F/(225?р?0,034) (4.11)

L=122,7/(225?3,1415?,034) = 5,1м

По ГОСТ 15121-79 длину трубчатки для двухходового кожухотрубчатого теплообменника с диаметром кожуха 800 мм и числом труб 450/225 составляет 2, 3, 4 и 6 м. Принимаем L=6м

Запас поверхности теплообменника

ц=(6-5,1)?100/5,1 = 18% (4.12)

5.РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

5.1 Расчет циклона

Основной задачей расчета является подбор типа циклона, определение его диаметра, а также условий его работы, обеспечивающих достижение необходимой степени очистки твердой фазы при допустимом перепаде давления газового потока в циклоне.

Примем предварительно циклон ЦН - 15

Задаём величину

(5.1)

где ДР - гидравлическое сопротивление, Па;

сг = 0,898кг/м3 - плотности газа при рабочих условиях на входе в аппарат,;

Из уравнения (5.1) находим:

ДР=75·0,898·9,81=660.7

Находим скорость газа в рабочем сечении аппарата

(5.2)

где о = 155- коэффициент гидравлического сопротивления аппарата;

Определяем диаметр аппарата

(5.3)

где Vс =2393,9м3/ч - расход газа поступающего на очистку;

t2 = 1200С - температура воздуха поступающего на очистку;

Принимаем Д=0,6м

По Рис. 5.1 по среднему диаметру частиц определяем степень улавливания пыли для каждой фракции в циклоне ЦН - 15 диаметром 600 мм, при условиях:

сч =1930 кг/м2; сг = 1,32 кг/м3; ДР/(сг·g) = 75м:

Степень очистки з = 96%

По рис. 5.2. определяем степень улавливания пыли в зависимости от её плотности сч = 2650 кг/м3.

Степень очистки з = 93%.

Сопротивление циклона ДРц = 685 Па

Так как степень очистки з = 93% меньше требуемой (з = 98%), применяем электрофильтр.

Степень улавливания пыли в циклоне ЦН - 15

Рис.5.1

Степень улавливания пыли в зависимости от её плотности

Рис.5.2

5.2 Расчет электрофильтра

Одним из основных элементов электрофильтра является осадительная камера (Рис.2.2), в которой размещены осадительные электроды. По созданным этими электродами каналам движется газ. Внутри каналов размещены коронирующие электроды, выполненные из нихромовой проволоки диаметром 2-3 мм. При создании между электродами разности потенциалов в 55-70 кВ газ ионизируется и заряженные ионами твердые частицы переносятся к осадительному электроду.

Площадь сечения активной зоны электрофильтра f, м2 рассчитывается по следующей зависимости

(5.4)

где Vг = 2393,9 м3/ч - расход газа поступающего на очистку;

щг=1,4 м/с - скорость газа в электрофильтре;

К=1.1 - коэффициент запаса учитывающий подсосы атмосферного воздуха;

Принимаем фильтр УГI-2-10 имеющий максимальную степень очистки

з= 99%.

Определяем степень очистки газа в электрофильтре

з= 1-exp(-щч·а), (5.5)

где щч - скорость дрейфа заряженных частиц по направлению к осадительному электроду;

а - коэффициент, характеризующий геометрические размеры аппарата и скорости газа в нем;

(5.6)

где L = 2.5м - длина электрода;

П - активный периметр осадительного электрода, м;

fэ - площадь сечения активной зоны, ограниченной стенками осадительно го электрода (для пластинчатых электродов П/ fэ =7,7м2);

Степень очистки газа

з= 1-exp(-0,45·25,7)=0,999

По справочнику сопротивление электрофильтра УГI-2-10 ДС = 175 Па.

5.3 Расчет вентилятора

Вентилятор выбирается по максимально возможному расходу газа, требуемого для сушки материала. В нашем случае максимальная нагрузка по газу соответствует летним условиям.

Vвых=2393,9 м3/ч = 0,665 м3/с (5.7)

Диаметр газоходов, соединяющих теплообменник - барабан - вентилятор - циклон - фильтр, принимаем равным диаметру выхлопной трубы выбранного циклона d=0,39 м.

Скорость в газоходе вычисляем по формуле

щ =Vвых/(0,785?d2) (5.8)

где Vвых - объемный расход газа, м/с;

d - диаметр трубопровода, м;

щ = 0,665/(0,785?0,392) = 5,57 м/с

Рассчитываем гидравлическое сопротивление системы

ДРобщ =ДРц.+ДРэ.ф.+ ДРпр.+ ДРмс. (5.9)

где ДРц =685 Па - сопротивление циклона;

ДРэ.ф. = 175 Па.- сопротивление электрофильтра;

ДРпр - сопротивление прямых участков системы;

ДРмс.. - местные сопротивления;

Сопротивление прямых участком рассчитываем по формуле

(5.10)

где л = 0,024 - коэффициент трения;

с2 = 0,515кг/м3 - плотность воздуха при 412.50С;

щ2 = 12,3м/с - скорость воздуха;

l =24м - длина прямых участков;

d = 0,39м - диаметр трубопровода;

Рассчитываем местные сопротивления

ДРмс.. =(4*жпов +жвен +жвход+жвыход+жтоп.вход.+жтоп.вых.+ жсуш.вход.+жпов)*(с*щ2)/2 (5.11)

где жпов = 1.0 , жвен = 4.9, жвход = 0.5, жвыход =1, жтоп.вход = 0.16, жтоп.выход = 0.2,

жсуш.вход=0.5, жсуш.вых0,35 - коэффициенты местных сопротивлений;

ДРмс.. =(4*1+4.9+0.5+1+0.16+0.2+0.5+0.35) * (0.515*12.32) / 2 = 452Па

ДРобщ =685+175+57.5+452 = 1341.6 Па

С учетом расхода газа и гидравлического сопротивления технологической линии по справочнику выбираем вентилятор Ц14-46

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассчитана и спроектирована сушильная установка для сушки известняка. Производительность сушилки по влажному материалу 4000 кг/ч, длина сушильного барабана 8м, диаметр - 1.4м., сушильный агент - воздух с начальной температурой tн=8000С, конечной tк=1200С.

Основным критерием выбора типа сушилок является температурный режим работы процесса, агрегатное состояние высушиваемого материала и его физические и кинетические свойства. Для сушки известняка рекомендуется использовать барабанную сушилку, работающую по нормальному сушильному варианту. Она получила наибольшее распространение в промышленности благодаря простате устройства и эксплуатации. Барабанные сушилки широко применяются для непрерывной сушки, как правило при атмосферном давлении, кусковых, зернистых и сыпучих материалов. Не прилипающих к стенке, непылящих.

Установка включает также калорифер, вентилятор, циклон и электрофильтр. В данном случае используется циклон НИИОгаз ЦН - 15 и электрофильтр, которые совместно обеспечивают требуемую по заданию степень очистки газа от пылевых частиц, 98%; вентилятор центробежный Ц14-45. Для подогрева воздуха применен двухходовый теплообменник.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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