Расчет и проектирование барабанной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕКИЙ УНИВЕРСТИТЕТ им. В.Г.ШУХОВА» (БГТУ им. В.Г. Шухова)

Кафедра цемента и композиционных материалов

Курсовая работа по дисциплине: «Процессы и аппараты в химической технологии»

На тему: «Расчет и проектирование барабанной сушилки»

Выполнила: студентка гр. ЭР-31 Жиенбаева А.М.

Проверил: к.т.н., доцент Черкасов А.В.

Белгород 2015

Задание для курсовой работы

По дисциплине: «Процессы и аппараты химической технологии»

студентки группы ЭР-31 Жиенбаевой Алии Мустафаевны

Рассчитать и спроектировать барабанную сушилку для сушки куского мела с производительностью G₁ по влажному материалу. Мел высушивается от U₁ до U₂ (считать на общую массу). В сушилке осуществляется нормальный сушильный вариант. Температура воздуха на входе в сушилку t₁, на выходе t₂. Давление пара в калорифере Р.

№	Место строительства	G1, т/ч	U1, %	U2, %	t1, 0С	t2, 0С	Р, кг*с/см2
03	г. Воронеж	0,8	11	1,1	120	45	2,5



Содержание

Задание для курсовой работы

Введение

1. Описание барабанной сушилки

2. Расчетная часть

2.1 Материальный расчет сушилки

2.2 Внутренний баланс сушильной камеры

2.3 Построение на диаграмме I-x процесса сушки воздухом

2.4 Расчет расходов сушильного агента, греющего пара и топлива

2.5 Расчет рабочего объема сушилки

2.6 Расчет коэффициента теплоотдачи

2.7 Расчет параметров барабанной сушилки

2.8 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки

3. Вспомогательные и дополнительные расчеты

3.1 Расчет плотности влажного газа

3.2 Расчет потери теплоты в окружающую среду

3.3 Расчет калорифера при сушке воздухом

3.4 Выбор и расчет пылеуловителей

3.5 Выбор вентиляторов и дымососов

3.6 Расчет питателя

Список используемой литературы



Введение

Сушка представляет собой тепловую обработку материалов с целью удаления из них влаги путём испарения. Испарение влаги из материала происходит при условии, когда окружающая среда не насыщена влагой и способна воспринять водяные пары от поверхности материала. Следовательно, при сушке необходимо, чтобы концентрация (парциальное давление) водяного пара непосредственно у поверхности влажного материала (Рпов) была больше, чем концентрация водяных паров в окружающей газовой среде (Ргаз).

Интенсивность сушки будет тем выше, чем больше разность парциальных давлений пара на поверхности материала и окружающей среды и больше приток тепла к поверхности материала.

По технологическим требованиям производства сушила должны обеспечить заданную производительность, возможную гибкость регулирования процесса и соблюдения оптимального режима сушки, чтобы получить наилучшее качество сушимого материала при наименьших затратах. При этом большое значение имеет равномерность сушки материалов или изделий по всему объёму рабочего пространства сушил.

Применяемые в промышленности сушила можно классифицировать по ряду конструктивных, технологических и других признаков. По виду обрабатываемого материала они разделяются на сушила для сушки изделий и сушки сыпучих кусковых материалов. По конструкции сушильного пространства - туннельные, шахтные, барабанные, камерные. По способу подачи и перемещения материала - распылительные, конвейерные, пневматические, размольно-сушильные. По схеме движения материала и сушильного агента - противоточные, прямоточные, с рециркуляцией и другие.

Для сушки мелкокусковых, сыпучих материалов и порошков применяются различные конструкции сушил непрерывного действия, например барабанные, пневматические и распылительные.

Движение материалов и топочных газов внутри сушила может быть прямоточным и противоточным. Последнее обуславливается рядом факторов. Если требуется глубокое высушивание материала или когда материал не выдерживает высокой температуры в первый период сушки и может быть нагрет до более высокой температуры в конце сушки, схема движения может быть противоточной. Противоток применяется при сушке песка, известняка и др. Однако в большинстве случаев находит применение прямоточная схема движения. Прямоток обеспечивает меньшее пыление и унос; влажные и пластичные материалы легче отдают начальную влагу и быстро приобретают необходимую сыпучесть. Обычно при температуре отходящих из барабана газов 110 - 120⁰С материал выходит с температурой 70-80⁰С. Скорость движения газов в барабане не превышает 2,5-3 м/с в избежание чрезмерного пылеуноса.

1. Описание барабанной сушилки

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). барабанный сушилка вентилятор дымосос

Рис.1. Барабанная сушилка: 1 -- барабану 2--бандажи; 3 -- опорные ролики; 4 -- передача; 5 -- опорно-упорные ролики: 6 -- питатель; 7 -- лопасти; 8 -- вентилятор; 9 -- циклон; 10 -- разгрузочная камера; 11 -- разгрузочное устройство.

Барабанная сушилка (рис.1) имеет цилиндрический барабан 1, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1/15--1/50) и опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5--8 мин^-1; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 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 8 со средней скоростью, не превышающей 2-- 3 м/сек. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. 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 10 через разгрузочное устройство 11, с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 8.

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 используется:

Барабанная сушилка:

Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, т
D	L	l	l1	не более
1200	6000	1250	3500	8,5

Питатель типа: клапан-мигалка, d=100 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-9	900	750	9,5	940	3,2

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-26Ч2-0,62	2600	750	475	4700	790	100

Рукавный фильтр типа СМЦ-100, длина рукава l=2550 мм, площадь фильтрующей поверхности S=108 м², производительность G=3-5*10³ м³/ч.



Калорифер оребренный 4 секций:

Калорифер	Поверхность теплообмена Sт, м2	Живое сечение для воздуха Sв, м2	Размер секции, мм
	КФБО	КФБО	Длина, l1	Ширина, l2	Высота, l3
5	26,68	0,182	230	640	750



2. Расчетная часть

2.1 Материальный расчет сушилки

Общее количество испаряемой влаги рассчитывается по формуле:

G₁=0,8 т/ч*0,28=0,224 кг/с;

W=G₁*(U₁-U₂)/(1-U₂);

W=0,224 кг/с*(0,11-0,011)/(1-0,011)=0,022 кг/с;

G₁=G₂+W;

G₂= G₁-W;

G₂=0,224-0,022=0,202 кг/с.

2.2 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)*0,011=0,92 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 *42)=128,787 кДж/кг.

Находим внутренний баланс сушильной камеры:

q_тр=0; так как это сушильный барабан, нет транспортирующих устройств.

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

Лето:

и₁=t_м; и₁=17⁰C;

и₂= 42⁰C;

q_вл=4,19*17 = 71,23 кДж/кг;

q_м= 0,202 * 0,92 * ( 42-17)/0,022 = 206,17 кДж/кг;

Д^л=71,23-(206,17+128,787)= - 263,727 кДж/кг.

Зима:

и₁=0⁰C;

и₂= 42⁰C;

q_вл=4,19 *0⁰C=0 кДж/кг;

q_м=0,202 * 0,92*( 42-0)/0,022 = 346,37 кДж/кг;

Д^з= 0-(346,37+128,787)= - 475,157 кДж/кг.

2.3 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).

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)

Параметры точки А:

Зима:

t₀=-9,8⁰C;

ц₀=90%;

Р_н=278,2 Па;

Р=99300 Па;

х₀=0,622*0,9*278,2 /(99300-0,9*278,2)=0,0016 кг/кг сух. в.;

I₀=1*263,2+(2493+1,97*263,2)*0,0016 = 268,02 кДж/кг.

Лето:

t₀=20,6⁰C;

ц₀=62%;

I₀=54 кДж/кг;

х₀=10^-3 кг/кг сух. в.;

t₁=120⁰C.

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=120⁰C.

х₁=х₀=1,49*10^-3 кг/кг сух. в.;

I₁=128 кДж/кг;

Зима:

t₁=120⁰C.

х₁=х₀=9,7*10^-3 кг/кг сух. в.;

I₁=147,5 кДж/кг.

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

Лето:

t₂=45⁰C.

х'₂=40*10^-3 кг/кг сух. в.=0,04 кг/кг сух. в.;

I₁=147 кДж/кг;

Зима:

t₂=45⁰C.

х'₂=32*10^-3 кг/кг сух. в.=0,032 кг/кг сух. в.;

I₁=126 кДж/кг.

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: Зима:

I₁ = 147,5 кДж/кгI₁ = 128 кДж/кг

I₂ = 141 кДж/кгI₂ = 116 кДж/кг

х₁ = 9,7*10^-3кг/кгх₁ = 1,49*10^-3кг/кг

х₂ = 37*10^-3 кг/кг ;х₂ =27,1*10^-3 кг/кг

Д= - 263,727 кДж/кгД= - 475,157 кДж/кг

I₀ = 45 кДж/кгI₀ = - 6,11 кДж/кг

2.4 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=0,022 /(0,037-0,0097)= 0,81 кг/с;

Зима:

L^з=0,022 /(0,027-0,00149)=0,87 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.= 0,81*(1+0,037)=0,83 кг/с;

Зима:

L_вл.г.= 0,87*(1+0,027)=0,89 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=2189,5 кДж/кг, P=2,5 кг/см² (табл. LVIII, стр. 550).

Лето:

D=0,81(147,5-45)/2189,5 = 0,038 кг/с;

Зима:

D=0,87(128+6,11)/2189,5 = 0,053 кг/с.

2.5 Расчет рабочего объема сушилки

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

Q₀=L*(I₁-I₀);

Лето:

Q₀^л =0,81(147,5-45) = 102,5 кДж/с;

Зима:

Q₀^з =0,87*(128+6,11) = 116,68 кДж/с.

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

Q=Q₀-W*q_п.;

Лето:

Q=102,5-0,0222*128,787 = 99,641 кДж/с;

Зима:

Q=116,68 - 0,0222*128,787 = 113,821 кДж/с.

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=5,6*10^-5 кг/ м³*с*К

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.

120⁰С 45⁰С

34,5⁰С 0⁰С

Дt_м.=45-34,5 = 10,5⁰С;

Дt_б.=120 - 0= 120⁰С;

Дt_cр.=( Дt_б- Дt_м)/(2,3lg(Дt_б/ Дt_м)) = 45,06 ⁰С,

А_v=5,6*10^-5*45,06 = 0,0025 кг/ м³*с ,

V_p=0,022/0,0025 = 8,88 м³ .

2.6 Расчет коэффициента теплоотдачи

Среднюю температуру сушильного агента находят по формуле:

t_cр=и_м+Дt_ср

где и_м - температура материала;

и_м= (и₁+ и₂)/2=(0+45)/2=22,5⁰С,

t_cр=22+45,06 = 66,06 ⁰С.

Для расчета конвективной теплоотдачи при продольном обтекании поверхности турбулентным потоком газа применяют уравнение:

Re=v*l/х,

где v - средняя скорость газа,

l - определенный линейный размер (таб. 2.6)

х - кинематический коэффициент вязкости, х=19,806*10^-6 м²/с

Линейным размером является диаметр кусков материала:

Re=2,5 м/с*0,02 м/19,806*10^-6 м²/с=2309,5.

Коэффициент теплоотдачи к частицам материала можно рассчитать по уравнению, справедливому для значений Re>1000.

Nu=2+1,05*Re^0,5*Pr^0,33*Gu^0,175.

Принимаем Pr=0,7

Критерий Гухмана Gu введенный в уравнение учитывает влияние массообмена на теплообмен:

Gu=(t_ср-t_м)/(273+t_ср),

где t_ср - средняя температура газа, ⁰С,

t_м - температура мокрого термометра, ⁰С,

Gu=(66,06⁰С-0⁰С)/(273+66,06⁰С)=0,19,

Nu=2+1,05*2524,49^0,5*0,693^0,33*0,19^0,175=36,59

Коэффициент теплоотдачи:

б=Nu*л/d=36,59*2,95*10^-2 Вт/(м*К) /0,02 м=53,97 Вт/м²*К.

2.7 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=(0,0025 кг/ м³*с /1200 кг/м³)*(1-(0,11+0,011)/2)/ (0,11-0,011)=1,98*10^-5

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.

с_с.г= с₀*Т₀/( Т₁+273);

с_с.г=1,293 кг/м³*273/(120⁰С+273)=0,9 кг/м³,

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=6, тогда L_б=6*D_б,

Принимаем стандартный размеры сушильного барабана по ГОСТ 11875-79.

Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, т
D	L	l	l1	не более
1600	10000	2050	5900	18,9

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/4,

V_б=3,14*(1,37 м)²*8,22 м/4=12,11 м³,

G_ср=(0,222 кг/с+0,202 кг/с)/2=0,2111 кг/с,

ф=12,11 м³*1200 кг/ м³*1,98*10^-5/0,2111 кг/с =1,363 ч. = 81,78 мин.

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=0,2.

n_б=0,7*0,2*10м/0,07 рад*1,37 м*81,78 мин=0,15 мин^-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*1,98*10^-5+0,016 = 0,016

N_б=78*0,016*1200 кг/ м³*0,15*(1,37 м)³*10 м = 5776,29 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*8,88=12,79 т.

2.8 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:

Р=1,293 кг/м³* 273/273-9,8=1,341 кг/м³

Коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе: ж_вх.=0,5; ж_вых.=1, на прямом участке ж₁₈₀=0,25.

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.

Давление на преодоление местных сопротивлений Др_м находим по уравнению:

Полная потеря давление на первом участке:

Др₁= Др_ТР+ Др_м=12,52 Па+226,29=238,81 Па

Аналогично проведем расчет для всех других участков.

2^й участок от калорифера до сушильного барабана:

l=1,5 м; L=0,88 кг/с; v=15 м/с; ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₁₈₀=0,25.

с=1,293кг/м³*273/(273+120)=0,9 кг/м³

Др₂= Др_ТР+ Др_м=14,46 Па+151,88 Па=166,34 Па



3^й участок от сушильного барабана до циклона:

l=8м, v=12 м/с, L=0,88 кг/с, ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₉₀=0,18; ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₁₈₀=0,25.

с=1,341кг/м³

Др₃=27 Па+84,65 Па=111,65 Па

4^й участок от циклона до рукавного фильтра.

l=12м, v=12 м/с, L=0,88 кг/с, ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₉₀=0,18; ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₁₈₀=0,25.

с=1,341кг/м³

Др₄=36 Па+105,4 Па=141,4 Па

5^й участок от рукавного фильтра до дымососа:

l=10м, v=12 м/с, L=0,88 кг/с, ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₉₀=0,18; ж_вх.=0,5; ж_вых.=1; ж₁₈₀=0,25.

с=1,341кг/м³

Др₅=27 Па+105,4Па = 132,4Па

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.=238,81+166,34+318-10 = 713,15 Па.

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_раз.=111,65+141,4+132,4+544,5+1250+100+10 = 2289,95 Па



3. Вспомогательные и дополнительные расчеты

3.1 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, t_ср=(120⁰С+45⁰С)/2=82,5⁰С

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.=4,6 кПа,

Р_сг.=99,4 кПа-0,3 кПа=99,1 кПа,

с_сг.=1,293 кг/м³*99,1 кПа*273 К/101,3 кПа*(273+82,5⁰С)=0,97 кг/м³,

с_вг.= 0,97 кг/м³*(1+0,0271 кг/кг сух в)=0,99 кг/ м³.



3.2 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*10 м/25,52*10^-6 м²/с=97963,8,

Nu=0,037*Re^0,8*Pr^0,43=0,037*692840,6^0,8*0,7^0,43=1951,9.

Коэффициент теплоотдачи б от сушильного агента к внутренней поверхности стенок:

Nu=б*l/л,

б₁=Nu* л/l=1951,9*3,32*10^-2 Вт/(м*К)/10 м=6,48 Вт/м²*К.

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

б₂=9,74+0,07*(t_ср-t_в),

где t_ср - температура наружной стенки, t_ср=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

Толщина:

футеровки - 250 мм

шамота - 125 мм

стали - 15 мм

диатома - 125 мм

л:

шамота - 1,05 Вт/м*К

стали - 46,5 Вт/м*К

диатома - 0,15 Вт/м*К

Находим коэффициент теплопередачи:

Определяем поверхность стенки S_ст :

S_ст=р*d*l=3,14*1,6 м*10м=50,24 м²,

Q_п=0,83 Вт/(м²*К)*45⁰С*50,24 м²=1878,96 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=1878,96/0,0222 = 84637,8 Вт*с/кг.

3.3 Расчет калорифера при сушке воздухом

Общее количество теплоты Q₀ рассчитывают по формуле:

Q₀=L*(I₁-I₀)

Q₀=0,88 кг/с *(126 кДж/кг +5,84 кДж/кг)=116,68 кВт

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 2,5 атм. t₁=126,25⁰С

t_2н, t_2к- температура воздуха на входе в калориметр и выходе из него, t_2к=120⁰С; t_2н=-9,8⁰С.

Дt_б=126,25⁰С+9,8⁰С=136,05⁰С,

Дt_м =126,25⁰С-120⁰С=6,25⁰С,

Поверхность теплообмена S_т калорифера 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 =4 кг/м²*с; тогда к=34 Вт/ м²*к.

Находим необходимое число n_к. секций калорифера:

n_к.=S_т/ S_с = 89,32/26,68 = 3,35;

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
5	26,68	0,182	230	640	750

Т. к. фактическое число секций выбирают с 15-20 %-ним запасом, то n_к.=3,35*0,15+3,35?4 секции.

Массовую скорость воздуха в калорифере рассчитывают:

с*v =L/S,

где L-расход абсолютно сухого воздуха,

S- площадь живого сечения секций, 0,167 м².

В калорифере устанавливают 2 ряда по 2 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*( 4,78)^1,85=79,5 Па.

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

Др_Т=79,5 Па*4 сек.=318 Па.

3.4 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 случае:

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=400ч800мм, принимаем D_ц=0,8м.

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

n?v_г/q_ц

Принимаем 1 циклон.

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_ф- 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*60м²+60м²=69м²

Принимаем рукавный фильтр типа: СМЦ-101 с рукавами из лавсана:

- Длина рукава - 2550мм;

- Площадь фильтрующей поверхности - 100 м²;

- производительность - 4 - 6,6 тыс. м³/ч.

3.5 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*0,9м³/с=0,99 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*713,15Па=784,47 Па

· для дымососа:

Р_н=1,1*2289,95 Па=2518,95 Па

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

· для вентилятора:

Р_н^*=1,18*784,47 Па=925,67 Па

· для дымососа:

Р_н^*=1,18*2518,95Па=2972,36 Па

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*818,82=900,70 Вт

· для дымососа:

N_уст.=1,1*3718,49=4090,34 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-9	900	750	9,5	940	3,2

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-17	1700	1000	76	3000	73	200

3.6 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=100 мм.



Список используемой литературы

1. Шахова, Л.Д. Расчет и проектирование сушильных установок: учеб. пособие / Л.Д. Шахова, Л.И. Яшуркаева, О.В. Луценко. - Б: изд-во БГТУ, 2010. - 128с.

2. Гельперин, Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии / Н.И. Гельперин. - М.: Химия, 1981. - Кн.2. - 812 с.

3. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. - М.: Альянс, 2004. - 753с.

Размещено на Allbest.ru