Расчет процесса конвективной сушки карбоната калия в барабанной вращающейся сушилке

Уточняем значение критерия Рейнольдса: d_1э=0,025-2•2=0,021 м

, (22)



где G₁-расход воздуха кг/с

d_э- эквивалентный диаметр трубы, м

м₁-вязкость воздуха при данной температуре Па•с

z-число ходов

Принятый режим течения, одинаков с расчетным. При Re>10000 режим движения воздуха - турбулентный.

Критерий Нуссельта:

(23)

Критерий Прандтля:

(24)

Коэффициент теплоотдачи:

Вт/(м²•К). (25)

Определим скорость движения греющего пара в межтрубном пространстве:

, (26)

где м².

м/с.

м (27)

Критерий Рейнольдса:

- переходная область.

Для достижения турбулентного режима движения греющего пара в межтрубном пространстве теплообменника необходимо увеличить скорость движения греющего пара, для чего нужно установить перегородки [16].

Определим скорость, при которой наступит турбулизация потока:

м/с

Число перегородок:

m=z-1

Здесь z-число ходов в межтрубном пространстве:

, (28)

где х_поп - степень заполнения сечения трубками (обычно в теплообменных аппаратах х_поп=0,75ч0,8)

Тогда m=2-1=1 перегородки.

Толщина перегородки в зависимости от диаметра аппарата: S=12 мм.

Принимаем величину критерия Рейнольдса Re=110000

Тогда критерий Нуссельта определяем по формуле:

,

где С=1,72 при наличии сегментных перегородок.

Вт/(м²•К).

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воздуха и греющего пара:

м²•К/Вт (44)

Коэффициент теплопередачи:

Вт/(м²•К) (29)

Требуемая поверхность теплопередачи:

м² (30)

Как видно из таблицы [11,2.3], Теплообменник с длиной труб 2,0 м и поверхностью 40 м² подходит с запасом:

%

Толщина трубных решеток:

мм

10.6 Расчет трубопровода

Главной задачей этого расчета является определение диаметра трубопровода:

d =, (31)

где V - действительный объемный расход газов, м³/с;

щ _воз - скорость воздуха в трубопроводе (щ _воз = 4 - 15м/с).

Находим действительный объемный расход газов:

(32)

где с_ср - средняя плотность сушильного агента, кг/м³;

L - расход сухого воздуха, кг/с.

d =.

Выбираем трубопровод, выполненный из углеродистой стали с наружным диаметром d= 760 мм, толщиной стенок 4мм [11, с 16].

10.7 Выбор мокрого пылеуловителя

Для очистки воздуха от пыли выбираем Скруббер Вентури. Он является наиболее распространенным типом мокрого пылеуловителя, обеспечивающим эффективную очистку газов от частиц пыли практически любого дисперсного состава. Конструктивно скруббер Вентури представляет собой сочетание орошаемой трубы Вентури и сепаратора. Труба Вентури имеет плавное сужение на входе - конфузор и плавное расширение на выходе - диффузор. Пережим сечения трубы Вентури получил название - «горловина». Такая конфигурация трубы Вентури, выполненная с оптимальными с аэродинамической точки зрения соотношениями размеров, положена в основу типоразмерного ряда аппаратов ГВПВ [17].

Таблица 5.

Технические характеристики:

Допустимая запыленность, г/м3	Предельная температура очищаемого газа, 0С	Величина предельного орошения, л/м3	Гидравлическое сопротивление, кПа
30	400	0,5-2,5	6-12

Материал для изготовления трубы Вентури - сталь марки Ст 3. По производительности V=35235 м³/ч выбираем трубу типа ГВПВ-0,060-400.

Таблица 6.

Технические характеристики трубы Вентури.

Размер трубы	Код ОКТ	Диаметр горловины, мм	Производительность, м3/ч	Расход орошающей жидкости, м3/ч	Давление жидкости перед форсункой, МПа (кгс/см2)	Габаритные размеры
ГВПВ-0,060-400	36 4662 1008	280	18630- 37800	30-75 17-45	0,11-0,71 (1,1-7,1) 0,08-0,57 (0,8-5,7)	1630Ч1025Ч5425

10.8 Расчет насоса

Полезная мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости [14]:

, (33)

где V - объемный расход жидкости, проходящей через аппарат параллельно поверхности осаждения, V=46,5/3600=0,012м³/с;

Н - полный напор, развиваемый насосом м:

, (34)

где р₁ - давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, Па;

р₂ - давление в аппарате, в который подается жидкость, Па;

с - плотность перекачиваемой жидкости, с = 998кг/м³;

Н_Г - геометрическая высота подъема жидкости, м;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

h_п - напор, затрачиваемый на создание скорости и на преодоление трения и всех местных сопротивлений во всасывающей и нагнетательной линиях, м.

р₁-р₂ = 0, так как р₁ = р₂ = р_атм.

Геометрическая высота подъема жидкости:

Н_Г = Н_цик + Н_мп (35)



где Н_цик - высота циклона, Н_цик=4,56м [14, с.297 ];

Н_тр -высота мокрого пылеуловителя, Н_мп=5,425м.

Н_Г =4,56+5,425=9,99м.

Суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линии:

h_п = h_п.вс. + h_п.н., (36)

Потери на всасывающей линии:

, (37)

где l - длина всасывающей или нагнетательной линии, м.

Наружный диаметр, м:

.

Примем щ_вс = 1,5 м/с, тогда:

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 108 мм, толщиной стенки 4 мм. Внутренний диаметр трубы d_вн = 0,100 м.

Критерий Рейнольдса:

Re =

где м - вязкость жидкости, м=1,069·10^-3 Па·с;

Re >10000 - режим течения жидкости турбулентный.

Относительная шероховатость трубы:

е = е/d_э,

где е - абсолютная шероховатость трубы, е= 0,2мм [10,табл.XII];

е = 0,2/108=0,0019.

Коэффициент трения для гидравлически шероховатых стальных труб рассчитываем по формуле:

, (38)

л=0,025.

Коэффициенты местных сопротивлений:

1. Для всасывающей линии:

_вс = ₁+₂,

где ₁ - вход в трубу:₁ = 0,5 [11, с 15]- с острыми краями; ₂ - вентиль нормальный:₂ = 4,25 [11, с 15];

_вс = 0,5+4,25 = 4,75.

2. Для нагнетательной линии:

_н. = 2₁ + ₂,

где ₂ - выход из трубы:₁ = 1 [11, с 15]; ₁ - вентиль нормальный:₂ = 4,25 [11, с 15];

_н. = 2•4,25+1 = 9,5.

Потерянный напор во всасывающей линии:

Потерянный напор в нагнетательной линии:

Общие потери напора: h_п = 0,67+1,23 = 1,90 м.

Полный напор: H = 1,90+9,99 = 11,89 м.

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами. Учитывая широкое распространение этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого К.П.Д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателями.

Полезная мощность насоса:

Мощность на валу двигателя:

, (39)

где з_пер и з_н. - коэффициенты полезного действия соответственно передачи и насоса от электродвигателя к насосу. Для центробежных насосов средней производительности примем з_пер = 1 и з_н. =0,6.

По [11, с. 39] выбираем центробежный насос марки Х90/19.



Таблица 7.

Технические характеристики центробежного насоса марки Х90/19.

Марка	Q, м3/с	Н, м ст. жидкости	n, с-1	зм	Электродвигатель
					Тип	Nм, кВа	здв
Х90/19	2,5•10-2	13	48,3	0,7	АО2-52-2	10	0,88

Второй насос выбираем с такими же техническими характеристиками

10.9 Расчет отстойника

Отстойники применяют в промышленности для сгущения суспензий или классификации по фракциям частиц твердой фазы суспензии.

В промышленности широко применяют отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой. Они представляют собой цилиндрический резервуар с коническим днищем. В резервуаре установлена мешалка, снабженная гребками, которые непрерывно перемещают осадок к центральному разгрузочному отверстию и одновременно слегка взбалтывают осадок, способствуя его обезвоживанию. Частота вращения мешалки незначительна (0,00025-0,0083с^-1), поэтому процесс осаждения не нарушается. Суспензия непрерывно поступает по трубе в середине резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер. Осадок удаляется через штуцер в коническом днище с помощью диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. Отстойники с гребковой мешалкой обеспечивают однородность осадка, позволяют его обезводить до концентрации твердой фазы 35-55%.

Осаждение проводим при температуре 20⁰С.

Определим значение критерия Архимеда:

, (40)

где d - диаметр шарообразной частицы, м;

с - плотность частицы, с=927 кг/м³; с_c - плотность среды при t=20⁰С,

с_c =1000кг/м³;

м_ж - динамический коэффициент вязкости среды, м_ж=1,069·10^-3 Па•с.

36 < 617 < 83000, значит

(41)

Скорость осаждения определяем по формуле:

, (42)

Площадь осаждения, м²:

, (43)

где V - объемный расход газа (жидкости), проходящего через аппарат параллельно поверхности осаждения, V=46,5 м³/ч;

щ_ос - средняя расчетная скорость осаждения частиц, м/с.



Таблица 8.

Основные размеры отстойника непрерывного действия с гребковой мешалкой [11, c 24].

Диаметр, м	Высота, м	Поверхность, м2
1,8	1,8	2,54



11. Выбор точек контроля параметров

Целью выбора приборов и средств автоматизации, осуществляющих сложные функции, является получение готового продукта указанной влажности при данной производительности. Основными регулируемыми параметрами являются: влажность готового продукта, температура сушильного агента на входе в сушилку и расход влажного исходного материала. Влажность готового продукта регулируется изменением расхода сушильного агента. Для стабилизации температуры сушильного агента (воздуха) при помощи регулятора температуры изменяется подача пара в калорифер.

Все приборы автоматизации, которые контролируют основные параметры процесса сушки, нанесены на технологическую схему (рис.15.).

1.ТЕ

Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту отбора сигнала (термометр термоэлектрический (термопар));

2.РЕ

Датчик для измерения давления насыщенного пара, подающегося в калорифер;

3.FE

Датчик для определения расхода насыщенного пара, поступающего в калорифер;

4.LE

Датчик уровня (уровнемер), показывающий уровень высушенного материала в бункере готового продукта;

5.QE

Датчик, определяющий величину, характеризующую качество готового продукта, выходящего из барабана;

6.PIR

Вторичный и регистрирующий прибор давления;

7.ТIR

Вторичный и регистрирующий прибор температуры;

8.FIR

Вторичный и регистрирующий прибор расхода;

9.QIR

Вторичный и регистрирующий прибор качества;

10.LIR

Вторичный и регистрирующий прибор уровня.



12. Выводы

В ходе курсового проекта по заданным условиям рассчитали процесс конвективной сушки карбоната калия (поташа) в барабанной, вращающейся сушилке производительностью 4,7 кг/с при действии сушильного агента, которым является греющий пар.

· Провели введение в процесс сушки, аналитический обзор, сравнительные характеристики устройств сушек разного вида и технико-экономическое обоснование выбора конвективной барабанной сушилки непрерывного действия, дали классификацию сушилок, рассмотрели физико-химические свойства веществ.

· Произвели расчет материального и теплового балансов процесса сушки с помощью диаграммы Рамзина, расчет аппарата на прогиб и прочность, калорифера и другого дополнительного оборудования.

· По расчетам нашли тип барабанной сушилки - № 7119 с характеристиками: диаметр d_вн=1,8 м, длина l=12 м, объем сушильного пространства V=30,5 м³, частота вращения барабана n=6 об/мин, общая масса m=24,7 т.

· Сделали обзор литературы. К пояснительной записке прилагаются 3 чертежа: технологическая схема сушильной установки, чертеж общего вида (корпус барабанной сушилки), теплообменник горизонтальный (чертеж общего вида).

Данный вид сушильной установки широко используется при тепловой обработке различных взрыво- и пожароопасных сыпучих веществ (шлака, известняка, штыба, песка, глины, опилок, щепы, стружки, зерна, шелухи, круп, измельченной соломы), а также текучих продуктов в строительной, химической, цементной, металлургической, и других отраслях промышленности.



13. Литература

1. Ветошкин А. Г. Процессы инженерной защиты окружающей среды (теоретические основы): Учеб. пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. 2004. - 325 с.

2. Стрижаков Д.С. Газовые и тепловоздушные сушильные комплексы. 2003 г. Научно-производственная фирма ООО "Уралдрев-СК" , занимающаяся разработкой и изготовлением конвективных сушильных камер и оборудования для сушки древесины. [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС] URL: http://www.uraldrev.ru/.

3. Красников В. В. Конвективная сушка. - М.: Энергия, 1973. - 288 с.

4. Веденеев А.В. Разработка технологического оборудования. 2006г. [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС] URL: http://www.tobis.ru/.

5. Лыков М. В., Леончик Б. И. Распылительные сушилки. - М.: Машиностроение, 1966. - 331 с.

6. Лыков М. В. Сушка в химической промышленности, - М.: Химия, 1970.

7. Сажин Б. С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984.

8. "Справочник химика" т.3, Л.-М.: Химия, 1965 стр. 299, 301

9. Лебедев П. Д. Расчет и проектирование сушильных установок М.:Госэнергоиздат,1963. - 319 с.

10. Павлов К. Ф., Романков П.Г. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- М.: Изд. «Альянс», 2005.-576 с.

11. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Ю. И. Дытнерского. - М.: «Альянс», 2008.-493с.

12. Кувшинский М. Н., Соболева А. П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической технологии»: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа, 1980. - 233 с.

13. Сушильные аппараты и установки. Каталог НИИХИММАШ. 3-е изд., М.: 1975.

14. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

15. Канторович З.Б. Машины химической промышленности. Т.1. Машгиз, - 1957. - 568с.

16. Баренбойм А. М. Тепловые расчеты сушилок и печей: учеб. пособие для вузов - М.: издательство лит-ры по строительству, 1964. - 496 с.

17. Домашнев А.Д. «Конструирование и расчет химических аппаратов» - М.: - Машгиз, 1961г.

Размещено на Allbest.ru