Расчет и проектирование барабанной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет и проектирование барабанной сушилки

Содержание

Введение

1. Расчетная часть

1.1 Материальный расчет сушилки

1.2 Внутренний баланс сушильной камеры

1.3 Построение на диаграмме I-x процесса сушки воздухом

1.4 Расчет расходов сушильного агента, греющего пара и топлива

1.5 Расчет рабочего объема сушилки

1.6 Расчет параметров барабанной сушилки

1.7 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки

2. Вспомогательные и дополнительные расчеты

2.1 Расчет плотности влажного газа

2.2 Расчет потери теплоты в окружающую среду

2.3 Расчет калорифера при сушке воздухом

2.4 Расчет питателя

2.5 Выбор и расчет пылеуловителей

2.6 Выбор вентиляторов и дымососов

Список используемой литературы

Введение

барабанный сушильный калорифер

Исходные материалы, промежуточные и конечные твердые продукты многих химических производств часто содержат то или иное количество жидкости. Необходимость частичного или полного удаления последней диктуется различными причинами: сохранение свойств продуктов при длительном хранении, удешевлении их транспорта , условия их дальнейшей переработки и т.п. Процесс удаления жидкости путем испарения и отвода образовавшихся паров называется сушкой. Наиболее распространенным является метод конвективной сушки, который характеризуется непосредственным контактом высушиваемого материала с потоком нагретого газа.

Широкое применение получили барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов (мел, минеральных солей, фосфоритов и других).

Барабанная сушилка (рис.1) имеет цилиндрический барабан 4, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1--4°) и опирающийся с помощью бандажей на ролики. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5--8 мин^-1; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами. Материал подается в барабан питателем, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом -- топочными газами. Газы и материал особенно часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала, так как в этом случае наиболее горячие газы соприкасаются с материалом, имеющим наибольшую влажность. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 1 со средней скоростью, не превышающей 2-- 3 м/сек. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 6. На концах барабана часто устанавливают уплотнительные устройства (например, лабиринтные), затрудняющие утечку сушильного агента.

У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца -- поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже -- изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры через разгрузочное устройство, с помощью которого герметизируется камера и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 1.

Устройство внутренней насадки (рис. 2) барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала. Подъемно-лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка -- для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью.

Рис. 2. Типы насадок барабанных сушилок:

а -- подъемно-лопастная; б -- секторная.

В данном курсовом проекте рассчитаны и подобранны:

Барабанная сушилка:

Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, т
D	L	l	l1	не более
1600	8000	1650	4700	16,9

Питатель типа: клапан-мигалка, d=150 мм.

Вентилятор:

Тип машины	Диаметр колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД (зн=82-85%) при t=300С
			Подача тыс. м3/ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт
ВДН-8	800	750	4,8	600	1,0

Дымосос:

Тип машины	Диаметр рабочего колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД
			Подача тыс. м3/ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт	Температура расчетная, 0С
ДН-10	1000	1500	18,0	2400	15,0	200

Рукавный фильтр типа СМЦ-100, длина рукава l=9300 мм, площадь фильтрующей поверхности S=408 м², производительность G=12-20*10³ м³/ч.

Калорифер оребренный 8 секций:

Калорифер	Поверхность теплообмена Sт, м2	Живое сечение для воздуха Sв, м2	Размер секции, мм
	КФБО	КФБО	Длина, l1	Ширина, l2	Высота, l3
10	48,22	0,431	200	880	1200

1. Расчетная часть

1.1 Материальный расчет сушилки

Общее количество испаряемой влаги рассчитывается по формуле:

G₁=1,4 т/ч*0,28=0,389 кг/с;

W=G₁*(U₁-U₂)/(1-U₂);

W=0,389 кг/с*(0,17-0,017)/(1-0,017)=0,061кг/с;

G₁=G₂+W;

G₂= G₁-W;

G₂=0,389-0,061=0,328 кг/с.

1.2 Внутренний баланс сушильной камеры

Внутренний баланс сушильной камеры Д считают по формуле:

Д=q_вл-(q_тр+ q_м+ q_п)

Удельный приход теплоты с влагой материала q_вл равен:

q_вл=с_вл*и₁;

Температуру и₁ влажного материала принимают равной температуре мокрого термометра при средних параметрах окружающего воздуха. В зимних условиях допускается считать и₁=0⁰С (при хранении материала в помещении).

Удельный расход теплоты на нагрев высушенного материала равен:

q_м= G₂*с₂*( и₂- и₁)/W;

Удельная теплоемкость с₂ высушенного материала рассчитывают по формуле:

с₂= с₀+( с_вл- с₀)*U₂;

с₀ - удельная теплоемкость абсолютно сухого материала, с₀=0,879 кДж/(кг*К);

с₂=0,879+(4,19 -0,879 )*0,017=0,935 кДж/(кг*К);

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

q_п=а_п*(r₀+с_п*t₂) ,

где r₀ - удельная теплота парообразования при нормальных условиях (для воды r₀=2493 кДж/кг);

с_п - удельная теплоемкость пара (с_п=1,97 кДж/(кг*К));

а_п - коэффициент а_п=0,005 - 0,05; для барабанной сушилки а_п=0,05.

q_п=0,05*(2493 +1,97 *75)=132,038 кДж/кг.

Находим внутренний баланс сушильной камеры:

q_тр=0; так как это сушильный барабан и в нем нет трения.

Находим необходимые данные для лета и зимы по диаграмме I-x.

Лето:

t₀=20,6⁰C;

ц₀=65%;

и₁=t_м; и₁=16,5⁰C;

и₂=41+6=47⁰C;

q_вл=4,19*16,5=69,135 кДж/кг;

q_м^л=0,328*0,935 *( 47-16,5)/0,061=153,34 кДж/кг;

Д^л=69,135 - (153,34+132,038 )=--216,243 кДж/кг.

Зима:

t₀=-7,7 ⁰C;

ц₀=88%;

и₁=0;

и₂= 38+9=47⁰C;

q_вл=4,19 *0=0 кДж/кг;

q_м^з=0,328 *0,935 *( 47-0)/0,061 =236,294 кДж/кг;

Д^з=0 - (236,294-132,038 )=-368,332 кДж/кг.

1.3 Построение на диаграмме I-x процесса сушки воздухом

На диаграмме состояния атмосферного воздуха изображается точка А, состояния горячего воздуха на входе в сушилку точка В. Прямая АВ характеризует процесс нагрева воздуха в калорифере.

Точку А наносят на диаграмму по значениям температуры t₀ к относительной влажности ц₀ в заданном районе. Для зимних условий (при отрицательной температуре) рекомендуется использовать параметры х₀ и I₀.

Влагосодержание воздуха рассчитывается по уравнению:

х₀=0,622*ц₀*Р_н/Р-Р_н*ц₀ ,

где Р_н - давление насыщенного водяного пара, соответствующее заданной температуре t₀ (таб. 25);

Р - общее давление влажного воздуха (диаграмма I-x построена для давления Р=99,3 кПа = 99300 Па).

Энтальпия I₀ определяется по формуле:

I₀=с_в* t₀ + (r₀ + с_п * t₀) * х₀ ,

где t₀, х₀ - температура и влагосодержание окружающего воздуха;

r₀, с_в, с_п - удельная теплота парообразования и теплоемкость воздуха и пара,

с_в=1 кДж/(кг*К)

r=2493 кДж/кг

с_п= 1,97 кДж/кг

Параметры точки А:

Зима:

t₀= - 7,7 ⁰C;

ц₀=88%;

Р_н=317,4 Па (таб. 2.5);

Р=99300 Па;

х₀=0,622*0,88*317,4/(99300 -0,88*317,4)=0,001755 кг/кг сух. в.;

I₀=1* (-7,7) + (2493 + 1,97 * (-7,7)) * 0,001755.= - 3,35 кДж/кг.

Лето:

t₀=20,6 ⁰C;

ц₀=65 %;

Р_н=2434,8 Па;

х₀=0,622*0,65*2434,8 / (99300 -0,65*2434,8 )=0,010074 кг/кг сух. в.;

I₀= 1* 20,6 + (2493 + 1,97 * 20,6 ) * 0,010074.= 46,12 кДж/кг;

t₁=150 ⁰C.

Точка В с параметрами х, t, I, находятся из условия равенства х₁ и х₀ на пересечении вертикальной линии АВ с заданной изотермой t₁.

Параметры точки В:

Лето:

t₁=150 ⁰C.

х₁=х₀= 10,5 * 10^-3 кг/кг сух. в.=0,0105 кг/кг сух. в.;

I₁=182 кДж/кг;

Зима:

t₁=150 ⁰C.

х₁=х₀=2,5*10^-3 кг/кг сух. в.=0,0025 кг/кг сух.. в.;

I₁=159 кДж/кг.

На пересечении линий построения энтальпии I₁ и изотермы t₁ строим точку Д с влагосодержанием х?₂.

Лето:

t₂=75⁰C.

х?₂= 39,5*10^-3 кг/кг сух. в.=0,0395 кг/кг сух. в.;

I₁=182 кДж/кг;

Зима:

t₂=75⁰C.

х'₂=38,5*10^-3 кг/кг сух. в.=0,0385 кг/кг сух. в.;

I₁=159 кДж/кг.

-Д^л*( х'₂- х₁)=216,243 кДж/кг*(0,0395 кг/кг сух. в.-0,0105 кг/кг сух. в.)=-6,3 кДж/кг;

20 кДж/кг - 31 мм

6,3 кДж/кг - х мм

х=6,3 кДж/кг*31мм/20 кДж/кг =9,8 мм;

-Д^з*( х'₂- х₁)=368,332 кДж/кг*(0,0309 кг/кг сух. в.-0,0025 кг/кг сух. в.)=10,5 кДж/кг;

20 кДж/кг - 31 мм

10,5 кДж/кг - х мм

х=10,5 кДж/кг*31мм/20 кДж/кг =16,3 мм.

На пересечении линий постоянной энтальпии I и постоянного влагосодержания х строим точку Е. Соединив точку В и точку Е получим линии действительного процесса сушки. На пересечении с изотермой t₂ определим положение точки С с влагосодержанием х₂ и энтальпией I₂.

Лето:

х₂=0,0385 кг/кг сух. в.;

Зима:

х₂=0,0273 кг/кг сух. в.

Для проверки правильности построения убедимся в том, что разность энтальпии I₁ и I₂ при влагосодержании х₂ соответствует величине рассчитанной по формуле:

I₁-I₂= -Д*( х₂- х₁);

Лето:

182 кДж/кг-174 кДж/кг=216,243 кДж/кг*(0,0385 кг/кг сух. в.-0,0105 кг/кг сух. в.)

8 кДж/кг=6,1 кДж/кг;

Зима:

159 кДж/кг-147 кДж/кг=368,332 кДж/кг*(0,0273 кг/кг сух. в.-0,0025 кг/кг сух. в.)

12 кДж/кг=9,1 кДж/кг.

1.4 Расчет расходов сушильного агента, греющего пара и топлива

Массовый расход абсолютно сухого газа рассчитывают используя результаты построения процесса сушки на диаграмме I-x:

L=W/(x₂-x₁);

Лето: L^л=0,061 кг/с /(0,0385 кг/кг сух. в.-0,0105 кг/кг сух. в.)=2,179 кг/с;

Зима: L^з=0,061 кг/с /(0,0273 кг/кг сух. в.-0,0025 кг/кг сух. в.)=2,46 кг/с;

Массовый расход влажного газа L_вл.г. определяют в зависимости от его влагосодержания.

L_вл.г.=L*(1+x₂);

Лето:

L_вл.г.= 2,179 кг/с *(1+0,0385 кг/кг сух. в.)=2,263 кг/с;

Зима:

L_вл.г.= 2,46 кг/с *(1+0,0273 кг/кг сух. в.)=2,527 кг/с;

Расход греющего пара в калорифере при сушке воздухом рассчитывают по уравнению:

D=L*(I₁-I₀)/r ,

где r - удельная теплота парообразования, соответствующая заданному давлению греющего пара, r=2106 кДж/кг, P=5,5 кг/см² (табл. LVIII, стр. 550).

Лето:

D=2,179 кг/с*(182 кДж/кг-46,12 кДж/кг)/ 2106 кДж/кг=0,14 кг/с;

Зима:

D=2,46 кг/с*(159 кДж/кг+3,35 кДж/кг)/ 2106 кДж/кг=0,19 кг/с.

1.5 Расчет рабочего объема сушилки

Общее количество теплоты, затрачиваемой в процессе сушки за 1 секунду, определяют по формуле:

Q₀=L*(I₁-I₀);

Лето:

Q₀^л =2,179 кг/с*(182 кДж/кг-46,12 кДж/кг)=296,083 кВт;

Зима:

Q₀^з =2,46 кг/с*(159 кДж/кг+3,35 кДж/кг)=399,381 кВт.

Количество теплоты передаваемое высушиваемому материалу в рабочем объеме сушилки за 1 секунду:

Q=Q₀-W*(q_тр.+q_п.);

q_тр.=0;

Лето:

Q=296,083 кВт-0,061 кг/с*(0+132,038 кДж/кг)=288,029 кВт;

Зима:

Q=399,381 кВт-0,061 кг/с*(0+132,038 кДж/кг)=391,327 кВт.

Так как расчетные данные по зиме больше, чем по лету, то дальнейший расчет ведем по зиме. Для расчета рабочего объема V_p сушилки используют уравнение теплоотдачи от сушильного агента к материалу:

V_p=W/A;

Интенсивность теплообмена определяется по уравнению тепломассообмена:

А=к_v*Дt_ср. ,

где к_v - объемный коэффициент теплообмена,

к_v=0,2 кг/м³*ч*К=0,000056 кг/ м³*с*К (табл. 2.6).

Средний температурный напор вычисляют по формуле логарифмического усреднения, если Дt_б./ Дt_м>2, среднее арифметическое, если Дt_б./ Дt_м<2.

Находим температурные напоры на входе сушильного агента в сушилку и на выходе из нее:

Дt_б.=t₁-и_м; Дt_м.=t₂-и_м;

где t₁, t₂ - температуры сушильного агента соответственно на входе в сушилку и на выходе из нее.

150⁰С 75⁰С

47⁰С 0⁰С

Дt_м.=75⁰С-0=75⁰С;

Дt_б.=150⁰С-47⁰С=103⁰С;

103⁰С/75⁰С<2,

Дt_cр.=(103⁰С+75⁰С)/2=89⁰С,

А=0,000056 кг/ м³*с*К *89⁰С=494,84*10^-5 кг/ м³*с=17,8 кг/м³*ч ,

V_p=0,061 кг/с / 494,84*10^-5 кг/ м³*с=12,33 м³ .

1.6 Расчет параметров барабанной сушилки

Из материального баланса сушилки следует зависимость, по которой можно найти коэффициент заполнения ш барабана, то есть долю рабочего объема барабана, заполненного материалом.

Ш=(А/с_н)*(1-(U₁+U₂)/2)/( U₁-U₂) ,

где с_н - насыпная плотность материала (таб. 2.6)

с_н=1200 кг/м³ ,

Ш=(17,8 кг/ м³*ч /1200 кг/м³)*(1-(0,17+0,017)/2)/ (0,17-0,017)=0,088

Во избежание чрезмерного пылеуноса скорость газов v_г в барабане не должна превышать 2,5-3 м/с. Исходя из этого условия на ходят минимально допустимый диаметр сушильного барабана.



где с_г и L - плотность и расход абсолютно сухого сушильного агента.

Задаются отношения длины барабана L_б к его диаметру D_б в пределах 4<L_б/D_б<8 и определяют диаметр барабана из формулы:

V_p=р* D_б²*L_б*(1-ш)/4,

Принимаем L_б/D_б=5, тогда L_б=5*D_б,

Принимаем стандартный размеры сушильного барабана по ГОСТ 11875-79.

Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, т
D	L	l	L1	не более
1600	8000	1650	4700	16,9

Находят средний массовый расход материала:

G_ср=(G₁+ G₂)/2;

Находим время пребывания материала в барабане:

ф=V_б*с_нас*ш/ G_ср,

V_б=р*D²*L*(1-ш)/4,

V_б=3,14*(1,6 м)²*8м*(1-0,088)/4=14,66 м³,

G_ср=(0,389 кг/с+0,328 кг/с)/2=0,359 кг/с,

ф=14,66 м³*1200 кг/ м³*0,088/0,359 кг/с=4312,2 сек

Выбираем угол наклона сушильного барабана г_б согласно стандарту от 0,0175 до 0,07 рад (1-4⁰) и рассчитывают частоту вращения барабана n_б или угловую скорость w_б, необходимую для перемещения заданного количества материала по длине L_б за время сушки ф.

n_б=а₁*а₂*L_б/г_б*D_б*ф.

где г_б - угол наклона барабана, г_б=0,07 рад, а₁ -коэффициент зависящий от типа насадки, а₁=0,7 (для подъемно-лопастной) а₂ - коэффициент зависящий от плоскости высушиваемого материала и направления движения газов и материалов, так как у нас тяжелый материал, то а₂=0,7.

n_б=0,7*0,7*8 м/(0,044 рад*1,6 м*4312,2 с)=0,0129 с^-1.

Потребляемую мощность N_б на вращение барабана приближенно определяют по формуле:

N_б=78*у*с_нас*n_б* D_б³* L_б,

у - коэффициент мощности, у=0,22*ш+0,016=0,22*0,088+0,016=0,035,

N_б=78*0,035*1200 кг/ м³*0,0129 с^-1*(1,6 м)³*8 м=1384,8 Вт.

Массу металла барабанной сушилки G_б, допускается определять ориентировочно в зависимости от ее рабочего объема V_p.

G_б=7200+630*V_p;

G_б=7200+630*12,33=14967,9 кг.

1.7 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки

Разобьем сушильную установку на участки. 1^й участок от вентилятора до калорифера.

Определим исходные данные.

Найдем плотность газа на участке:

с=1,293 кг/м³* 273/273-7,7=1,331 кг/м³

Коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе: ж_вх.=0,5; ж_вых.=1. Найдем диаметр трубопровода на участке.

Потеря давления на трение Др_ТР на участке определим по уравнению

где л-коэффициент трения, л=0,02;

d_э=диаметр расчетного участка тракта.

давления на преодоление местных сопротивлений Др_м находим по уравнению:



Полная потеря давление на первом участке:

Др₁= Др_ТР+ Др_м=2,77 Па+99,83=102,6 Па

Аналогично проведем расчет для всех других участков.

2^й участок от калорифера до сушильного барабана:

l=1,5 м; L=2,46 кг/с; v=10 м/с; ж_вх.=0,5; ж_вых.=1.

с=1,293кг/м³*273/(273+150)=0,834 кг/м³

Др₂= Др_ТР+ Др_м=2,05 Па+62,55 Па=64,6 Па

3^й участок от сушильного барабана до циклона:

l=8м, v=10 м/с, L=2,46 кг/с, ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₉₀=0,21; с=0,838 кг/м³

Др₃=10,99 Па+80,45 Па=91,44 Па

4^й участок от циклона до рукавного фильтра.

l=20м, v=10 м/с, L=2,46 кг/с, ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₉₀=0,21; с=0,838кг/м³

Др₄=27,48 Па+89,25 Па=116,73 Па

5^й участок от рукавного фильтра до дымососа:

l=10м, v=10 м/с, L=2,46 кг/с, ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₉₀=0,21; с=0,838 кг/м³

Др₅=13,74Па+80,45Па=94,19Па

Общее сопротивление тракта, находящегося под давлением определяют, суммируя потери давления на всех его участках и в аппаратах:

Др_дав.= Др_Т+ Др_в- Др_общ,

где Др_в- сопротивление воздушного тракта до топки или калорифера;

Др_Т- сопротивление калорифера;

Др_общ- минимальное раазряжение, которое обычно поддерживают в рабочем объеме сушилки (Др_общ?10 Па)

Др_дав.=203,6Па+102,6Па+64,6Па-10Па=360,8Па;

Общее сопротивление тракта, находящегося под разряжением рассчитывают, суммируя потери давления в сушильном аппарате, в пылеуловители и в соединительных газовоздухопроводах.

Др_раз.= Др_с+ Др_ц+Др_общ+ Др_пл+Др_г,

где Др_с -сопротивление сушильного аппарата;

Др_ц - сопротивление циклонных аппаратов;

Др_г - сопротивление соединительных газовоздухопроводов;

Др_пл - сопротивление электрофильтра.

Др_с=100?200 Па, принимаем Др_с=150 Па;

Др_ц= Др_ц*(1+0,1*2)=448,8*1,2=536,56 Па;

Др_общ=10 Па;

Др_пл=1000?1500 Па, принимаем Др_пл=1200 Па;

Др_г=Др₃+Др₄+Др₅=91,44+116,73+94,49=302,36 Па.

Др_раз.=150Па+536,56Па+10Па+1200Па+302,36Па=2200,92Па

2. Вспомогательные и дополнительные расчеты

2.1 Расчет плотности влажного газа

Плотность влажного газа определяем по формуле:

с_вг.=с_сг.*(1+х₂),

где с_сг. - плотность абсолютного сухого газа, при давлении Р_сг. и температуре t, плотность абсолютного сухого газа равна:

с_сг.= с₀* Р_сг.*T₀/ Р₀*T,

с₀ - плотность газа при нормальных условиях, с₀=1,293 кг/м³,

Р₀ - давление, соответствующее нормальным условиям, Р₀=101,3 кПа,

T₀ - температура, соответствующая нормальным условиям, T₀=273 К,

Т - температура влажного газа, Т=273+t,

Р_сг. - парциальное давление абсолютного сухого газа.

Р_сг.=Р- Р_п.,

Р - общее давление Р=99,4 кПа,

Р_п. - парциальное давление пара, его можно найти на диаграмме I-x в зависимости от влагосодержания Р_п.=0,4 кПа,

Р_сг.=99,4 кПа-0,4 кПа=99 кПа,

с_сг.=1,293 кг/м³*99 кПа*273 К/101,3 кПа*(273+150⁰С)=0,816 кг/м³,

с_вг.= 0,816кг/м³*(1+0,0273 кг/кг сух в)=0,838 кг/ м³.

2.2 Расчет потери теплоты в окружающую среду

Тепловой поток Q_п через поверхность S_ст стенок сушилки вычисляют по уравнению теплопередачи:

Q_п= к*Дt_ср*S_ст,

Коэффициент теплопередачи к рассчитывается по формуле для многослойной стенки:

где д и л - соответственно толщина и коэффициент теплопроводности различных слоев футеровки и теплоизоляции.

Найдем значение критерия Re:

Re=v*l/х=2,5 м/с*1,65 м/29*10^-6 м²/с=142241

Nu=0,66*Re^0,5*Pr^0,33=0,66*142241^0,5*1,17^0,33=262,2.

Коэффициент теплоотдачи б от сушильного агента к внутренней поверхности стенок:

Nu=б*l/л,

б₁=Nu* л/l=262,2*3,53*10^-2 Вт/(м*К)/1,65 м=5,61 Вт/м²*К.

Суммарный коэффициент теплопередачи конвекций и излучением от наружной стенки к окружающему воздуху:

б₂=9,74+0,07*(t_ст-t_в),

где t_ср - температура наружной стенки, t_ст=40⁰С,

t_в - температура окружающего воздуха, t_в=20⁰С,

б₂=9,74+0,07*(40⁰С-20⁰С)=11,14 Вт/ м²*К.

По температуре газов выбираем толщину футеровки (таб. 3.1)

Толщина:

футеровки -

шамота - 125 мм

стали - 20 мм

л: шамота - 1,05 Вт/м*К

стали - 46,5 Вт/м*К

Находим коэффициент теплопередачи:

Определяем поверхность стенки S_ст :

S_ст=р*d*l=3,14*1,6 м*8 м=40,2 м²,

Q_п=2,581 Вт/(м²*К)*89⁰С*40,2 м²=9234 Вт.

Удельную потерю теплоты в окружающую среду определяют по формуле:

q_п=Q_п/W,

где W - масса влаги, удаляемая из высушенного материала за 1 с.

q_п=9234 Вт/0,061 кг/с=151377,05 Вт*с/кг.

2.3 Расчет калорифера при сушке воздухом

Общее количество теплоты Q₀ рассчитывают по формуле:

Q₀=L*(I₁-I₀)

Q₀=2,46 кг/с *(159 кДж/кг +3,35 кДж/кг)=399,381кВт

Вычислим средний температурный напор по формуле логарифмического уравнения:

где Дt_м =t₁-t_2н

Дt_б=t₁-t_2к

t₁- температура греющего пара (равное температуре насыщения пара при заданном давлении).

При давлении 5,5 атм. t₁=154,6⁰С (ст 550)

t_2н, t_2к- температура воздуха на входе в калориметр и выходе из него, t_2к=150⁰С; t_2н=-7,7⁰С.

Дt_б=154,6⁰С+7,7⁰С=162,3⁰С,

Дt_м =154,6⁰С-150⁰С=4,6⁰С,

Поверхность теплообмена S_т калориметра определяют по уравнению теплоотдачи :

S_т=Q₀/к Дt_ср.,

где к- коэффициент теплоотдачи, который для оребренных калориферов применяется в зависимости от массовой скорости воздуха с*v. Пусть с*v =3 кг/м²*с; тогда к=30 Вт/ м²*к.

Находим необходимое число n_к. секций калорифера:

n_к.=S_т/ S_с ,

где S_с - поверхность теплообмена секции.

Примем оребренный калорифер:

Калорифер	Поверхность теплообмена Sт, м2	Живое сечение для воздуха Sв, м2	Размер секции, мм
	КФБО	КФБО	Длина, l1	Ширина, l2	Высота, l3
10	48,22	0,431	200	880	1200

Т. к. фактическое число секций выбирают с 15-20 %-ним запасом, то n_к.=6,23+6,23*0,15=7,2?8 секции.

Массовую скорость воздуха в калорифере рассчитывают:

с*v =L/S,

где L-расход абсолютно сухого воздуха,

S- площадь живого сечения секций, 0,431 м².

В калорифере устанавливают 2 ряда по 4 секции, параллельно по ходу воздуха так, чтобы получить в них рекомендуемую скорость воздуха. Потерю давления при проходе воздуха через секцию калорифера можно определить по формуле в оребренном калорифере большой модели.

Др=4,4*(с*v)^1,85; Др=4,4*(2,85)^1,85=30,54 Па.

Для средней модели сопротивление секций в 1,2 раза меньше, значит:

Др_Т=25,45 Па*8 сек.=203,6 Па.

2.4 Расчет питателя

Внутренний диаметр входного патрубка клапана-мешалки определяют:

где G-расход материала через мешалку;

G_уд.- удельная производительность мешалки, принимают равной G_уд.=15-80 кг/м²*с.

D принимаем по ГОСТу, D=150 мм.

2.5 Выбор и расчет пылеуловителей

Объемный расход газов v_г в системе пылеулавливания (без учета подсосов воздуха). Определяют по массовому расходу и параметрам сушильного газа на выходе из сушилки.

Рекомендуемый расход газа q_ц через одиночный циклон НИИОГАЗ или один элемент одиночный циклон НИИОГАЗ диаметром D_ц определяют из уравнения:

где Др_ц- гидравлическое сопротивление циклона;

с- плотность газа.

В этом случаи:

где ж- коэффициент гидравлического сопротивления циклона.

ж=105(таб. 3.5 ) определенный по условной скорости газа в циклической части циклона ( циклон НИИОГАЗ типа ЦН-15).

D_ц=400?800мм, принимаем D_ц=0,8м.

Число циклонов или элементов в батарейном циклоне должно соответствовать рекомендациям каталогов:

n?v_г/q_ц

Принимаем 2 циклона.

Для улавливания мелкодисперсной пыли необходимо учесть дополнительную ступень очистки газа.

Для выбора рукавного фильтра определяют расчетную площадь поверхности фильтрования:

где V_г- объемный расход газов через систему пылеулавливания;

х_ср- фиктивная скорость газа в фильтровальной ткани, т. е. Расход газа, приходящийся на 1м² ткани.

Для стекольной ткани:

принимаем

Т. к. фактическая поверхность рукавного фильтра должна быть на 15-20% превышать расчетную, то:

S_ф=0,15*S+ S=0.15*310 м²+310 м²=356,5м²

Принимаем рукавный фильтр типа: СМЦ-100 с рукавами из стеклоткани:

- Длина рукава - 9300мм;

- Площадь фильтрующей поверхности - 408м²;

- производительность - 12-20 тыс. м³/ч.

2.6 Выбор вентиляторов и дымососов

Вентиляторы характеризуются V_н, м³/ч и перепадом полных давлений между выходными и входными патрубками, называемыми давлением вентилятора P_n. Вентиляторы выбирают с некоторым запасом по подаче и давлению.

Расчетную подачу V_н вентилятора, установленного на воздушной стороне тракта, находят по сушке воздухом:

V_н^I=в_i^I*L/с,

где в_i^I-коэффициент запаса, равный 1,05; L-расход абсолютно сухого воздуха; с-плотность воздуха, с=1,293 кг/м³,

Расчетная подача вентилятора (дымососа), установленного на газовой стороне тракта, равна:

V_н^II=в₁^II*V_г,

где V_г- объемный расход газов в системе пылеулавливания; в₁^II- коэффициент запаса, учитывающий также подсосы воздуха в системе пылеулавливания.

в₁^II?1,1-1,2

V_н^II=1,1*3,1м³/с=3,41 м³/с

Расчетное давление вентилятора определяют по уравнению:

P_n.= в₂*Дс,

где в₂-коэффициент запаса, равный 1,1;

Дс- суммарное гидравлическое сопротивление участка тракта, находящегося под давлением (Дс_дав.) или под разряжением (Дс_раз.).

· для вентилятора:

Р_н=1,1*360,8Па=396,88Па

· для дымососа:

Р_н=1,1*2200,92Па=2421Па

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

Р_н^*= К_с* Р_н,

где с₀- плотность воздуха при нормальных условиях;

с_г- плотность газа (воздуха) у вентилятора (приблизительно равная плотности сушильного газа с_г на выходе из сушилки);

t_зав.- температура воздуха по заводской характеристики машины, t_зав=30⁰С (таб. 3.9 )

· для вентилятора:

Р_н^*=1,43*396,88Па=567,54Па

· для дымососа:

Р_н^*=1,43*2421Па=3462,03Па

По заводским характеристикам подбираем вентиляторы, у которых подача V_н и давление Р_н совпадают с расчетными значениями V_г и Р_н^* или несколько превышает эти значение, и определяют число оборотов вентилятора и к.п.д. з_н при расчетной подаче V_н. Расчетные значения к.п.д., как правило, должно составлять не менее 90% от максимальной величины к.п.д., определяют по характеристике вентилятора.

Мощность расходующего вентилятором (мощность на валу), рассчитывают по формуле:

Принимаем з_н=0,85

· для вентилятора:

· для дымососа:

Мощность электродвигателя:

где з_пер.- к.п.д. передач, з_пер=0,98;

з_дв. - к.п.д. электродвигателя, з_дв.=0,95.

· для вентилятора:

· для дымососа:

Установочную мощность электродвигателя определяют по формуле:

N_уст.=в_уст.*N_дв.,

где в_уст.-коэффициент запаса (принимают равным, 1,1).

· для вентилятора:

N_уст.=1,1*1003,05=1103,36 Вт

· для дымососа:

N_уст.=1,1*10432,31=11475,54 Вт

Выбираем вентилятор (дымосос) по таб.3.9. и таб.3.10.

Принимаем вентилятор:

Тип машины	Диаметр колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД (зн=82-85%) при t=300С
			Подача тыс. м3/ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт
ВДН-8	800	750	4,8	600	1,0

Принимаем дымосос:

Тип машины	Диаметр рабочего колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД
			Подача тыс. м3/ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт	Температура расчетная, 0С
ДН-10	1000	1500	18,0	2400	15,0	200

Список используемой литературы

барабанный сушильный калорифер

1. Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты в химической технологии»: Учебник для вузов.- 10-е изд., стереотипное, доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. - 753 с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов в химической технологии», Учебное пособие для вузов/Под редакцией Романкова П.Г. - 10-е изд. - Л.: Химия,1987. - 576 с.

3. Рахимбаев Ш.М., Кузнецов В.А. «Сушильные установки в производстве строительных материалов»: Учебное пособие для курсового проектирования. - М., Изд. МИСИ и БТИСМ, 1983. - 82 с.

Размещено на Allbest.ru