Установка сушильна тунельна

Похибка при цьому складає:



3.5.8 Визначаємо загальну витрату теплоти на сушку Q, кВт (31)

3.5.9 Визначаємо загальну витрату палива на сушіння B, кг/с

Перевірка витрати палива на сушку за формулою (33)

3.5.10 Визначаємо питому витрату палива на сушіння b, г/кг вол., за наступною залежністю (34)

3.5.11 Тепловий ККД сушильної установки.

3.5.11.1 Літній період.

(78)

3.5.11.2 Зимовий період.

(79)

3.6 Розрахунок тривалості процесу сушіння.

3.6.1 Завдання розрахунку.

Визначити тривалість процесу сушіння в дійсній сушильній установці,використавши метод А.В.Ликова.

3.6.2 Вихідні дані.

3.6.2.1 Літній період.

а) початковий вологовміст об'єкта сушіння Uo=7,5%;

б) кінцева вологість готового продукту к=1%;

в) рівноважна вологість р=0,8%;

г) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру dсум,л=36 г/кг;

д) ентальпія сушильного агента на вході в сушильну камеру hсум,л=669,75 кДж/кг;

е) швидкість руху сушильного агента в тунелі на ділянці, яка відповідає першому періоду сушіння w_o=1,4 м/с;

ж) характерна довжина матеріалу (визначальний розмір) у напрямку обтікання його сушильним агентом lo=1,4 м;

з) температура сушильного агента на вході в тунель tСУМ=500oС;

і) барометричний тиск В_л=746,3 мм.рт.ст.;

к) температура навколишнього повітря tо,л=19,4 oС;

л) температура сушильного агента на виході з тунеля t2=90oC.

3.6.2.2 Зимовий період.

а) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру

dсум,з=28,82 г/кг

б) ентальпія сушильного агента на вході в сушильну камеру

hсум,з=648,2 кДж/кг;

в) барометричний тиск Вз=759 мм.рт.ст.;

г) температура навколишнього повітря tо,з= -12,2 oС.

3.6.3 Визначаємо відносний коефіцієнт сушки , %-1, за формулою

(80)

3.6.4 Визначаємо кінцевий вологовміст Uк, %, за співвідношенням



(81)

3.6.5 Визначаємо рівноважний вологовміст Uр, %, з виразу

(82)

3.6.6 Визначаємо зведений критичний вологовміст об'єкта сушіння Uкр,л, %, за наступною залежністю

(83)

3.6.7 Визначаємо вологовміст сушильного агента dI, г/кг, на виході із зони сушильного тунелю, яка відповідає першому періоду сушіння за формулою

(84)

3.6.8 Знаючи характер процесу сушки, використовуючи діараму за отриманим вище значенням d2I визначаємо параметри, необхідні для подальшого розрахунку:

а) температура сушильного агента в кінці першого періоду сушки t2I,л=446 oC, t2I,з=450 oC.

б) вологовміст сушильного агента біля поверхні випаровування об'єкта сушіння на початку першого періоду сушіння dпм1,л=242 г/кг, dпм1,з=230 г/кг;

в) вологовміст сушильного агента на поверхні випаровування об'єкта сушіння наприкінці першого періоду сушіння dпм2,л=238 г/кг, dпм2,з=215 г/кг;

г) температура сушильного агента на поверхні випаровування об'єкта сушіння на початку першого періоду сушіння tпм1,л=tсм,лм=67,7 oC, tпм1,з=tсм,зм=66,5 oC;

д) температура сушильного агента на поверхні випаровування об'єкта сушіння наприкінці першого періоду сушіння tпм2,л=t2Iм=66,2 oC,

tпм2,з=t2I,зм=64 oC.

3.6.9 Визначимо визначальну температуру tм, oC, за формулою

(84)

T'м,з=555,95 К.

T'м,з=530,2 К.

T”м,л=556,8 К.

T”м,з=529,6 К.

3.6.10 Визначаємо ентальпію сушильного агента h2I, кДж/кг, на виході з зони I-го періода сушки за співвідношенням



(85)

3.6.11 Визначаємо для перевірки правильності вище отриманих результатів значення температури t2I, оС, сушильного агента в кінці першого періоду сушіння

Приймаємо в першому наближенні

Величина теплоємностей компонентів за цієї температури

(86)

Похибка при цьому складає:



3.6.12 Визначимо рушійну силу процесу масообміну d1, г/кг, на поверхні випаровування об'єкту сушки в кінці першого періоду сушки за формулою

(87)

3.6.13 Визначимо рушійну силу процесу масообміну d2, г/кг, на поверхні випаровування об'єкту сушки напочатку першого періоду сушки за наступною залежністю

(88)

3.6.14 Визначаємо середню рушійну силу dср, г/кг, процесу масообміну в першому періоді сушки за співвідношенням

(89)



3.6.15 Визначаємо за таблицями термодинамічних властивостей повітря [10] коефіціент кінематичної в'язкості o, м2/с, при нормальному тиску:

Перераховуємо його на умови розрахунку за формулою:

(90)

3.6.16 Визначимо критерій Рейнольдса Re за співвідношенням

(91)



Так як

то коефіціенти в формулі для знахоження числа Шервуда рівні A=0,0248, m=0,9.

3.6.17 Визначаємо коефіціент дифузії пари вологи в повітрі D, м2/c, за наступними формулами:

(92)

де

3.6.18 Визначаємо критерій Шмідта Sc за наступною залежністю

(93)

,

3.6.19 Визначаємо критерій Гухмана Gu за формулою

(95)

3.6.20 Визначаємо температурний фактор з наступного виразу

(96)



3.6.21 Визначаємо число Шервуда Sh за рівнянням Нестеренко

(97)

3.6.22 Визначаємо коефіціент масообміну c, м/с, віднесений до різниці концентрацій пару вологи на поверхні об'єкта сушки і на відстані від нього, за співвідношенням

(98)

3.6.23 За діаграмою знаходимо парціальні тиски:

,,

,;

за формулами:



,

,

;

,

,

;

3.6.24 Визначаємо коефіціент масообміну d, кг/м2с, віднесений до різниці вологовмістів сушильного агента на поверхні матеріалу і на відстані від нього, за формулою

(99а)

(99б)

газова стала для повітря знаходиться за співвідношенням

Середнє значення коефіцієнтів масообміну:

.

,

3.6.25 Визначаємо інтенсивність випаровування jI, кг/м2·с, з виразу

(100)

3.6.26 Визначаємо швидкість сушіння в першому періоді N, с-1, за формулою

(101)

3.6.27 Визначаємо загальну тривалість сушки , с, з наступного співвідношення:

(102)

3.7 Розрахунок розмірів сушильного тунелю

3.7.1 Завдання розрахунку.

Визначити основні габаритні розміри сушильного тунелю і кількість вагонеток, що одночасно перебувають у тунелі.

3.7.2 Вихідні дані .

3.7.2.1 Літній період.

а) продуктивність установки за готовим продуктом G2=2000 кг/ч;

б) маса готового продукту на одному піддоні G2п=26,676 кг;

в) кількість піддонів на вагонетці nпід=30 шт;

г) тривалість процесу сушіння =329 с;

д) барометричний тиск Вл=759 мм.рт.ст.;

е) температура зовнішнього повітря tо,л=19,4 oС;

ж) температура сушильного агента на виході з тунелю t2=90 oC.

з) швидкість руху сушильного агента в тунелі на ділянці, що відповідає першому періоду сушіння wo=1,4 м/с;

и) температура сушильного агента на вході в тунель tсум=500 oС;

3.7.2.2 Зимовий період.

а) барометричний тиск Вз=763 мм.рт.ст.;

б) температура зовнішнього повітря tо,з=-12,2 oС;

в) тривалість процесу сушіння =337 с.

3.7.3 Загальна довжина власне сушильної частини LТ', м:

(103)



де lТ*=2,5 м - загальна довжина вагонетки із проміжками між сусідніми вагонетками, м.

3.7.4 Кількість вагонеток ZT, що одночасно перебувають у зоні сушіння в сушильному тунелі:

(104)

Приймаємо число вагонеток zT=1 шт.

3.7.5 Загальна кількість вагонеток у тунелі Z, шт :

z=zT+2,

z=1+2=3 шт.

3.7.6 Площа перерізу каналу Fзах, м2, захаращена піддонами:

(105)

де bпід, спід - розміри піддонів, м.

3.7.7 Повний об'єм сушильного агента , м3/кг, що припадає на 1кг палива і зведений до умов на вході в тунель:

(106)

3.7.8 Волога WI, кг/с, випарена з об'єкта сушіння в сушильний агент наприкінці зони першого періоду сушіння:

, (107)

.

3.7.9 Повний об'єм сушильного агента , м3/кг, який припадає на 1 кг палива і зведений до умов наприкінці зони першого періоду сушіння:

(108)

3.7.10 Середня об'ємна витрата сушильного агента в тунелі у зоні першого періоду сушіння , м3/с, враховуючи, що закон зміни об'ємної витрати по довжині тунелю лінійний:

(109)



3.7.11 Площа вільного для руху сушильного агента перерізу каналу Fв, м2:

(110)

3.7.12 Загальна площа перерізу каналу тунелю F, м2:

(111)

3.7.13 Ширина зазору з, м, між вагонеткою й стінкою тунелю без врахування захаращення перерізу конструктивними елементами самої вагонетки:

(112)

Отримуємо

.

Перевіряємо вірність знаходження коренів квадратного рівняння:



1-й корінь:

2-й корінь:

Від'ємне значення кореня не підходить.

Мале додатнє значення кореня () свідчить про те, що необхідно прийняти більший зазор та перерахувати по ньому швидкість руху сушильного агента, а за нею визначити тривалість сушіння та уточнити значення зазору.

3.7.14 Загальна довжина сушильного тунелю LТ, м:

(113)

де Lзав, Lвив - довжина тамбурів відповідно завантаження й вивантаження.



4. Розрахунок і вибір допоміжного устаткування

4.1 Загальні зауваження

Сушильна установка будь-якого типу складається з елементів, які за значущістю виконуваних ними функцій умовно поділяють на основні й допоміжні. Найбільш повно і виразно такий розподіл поданий для конвективних сушильних установок, основний елемент яких - сушильна камера різних типів.

До допоміжного устаткування відносять:

пристрої для отримання сушильного агента із заданою температурою (парові, газові або вогневі, електричні калорифери; топки і спалювальні пристрої);

джерела теплоти, розміщенні всередині сушильної камери (зокрема інфрачервоні й діелектричні нагрівачі);

тяго дуттьові пристрої, що забезпечують переміщення сушильного агента в установці й видалення вологи, яка випаровується з об'єкта сушіння (вентилятори, повітродувки, димососи, ежектори, витяжні труби);

пиловловлювальні пристрої для частинок пилу цінних, токсичних та інших матеріалів, що забруднюють сушильний агент, який викидається в атмосферу (циклони, фільтри, димососи-пиловловлювачі та ін.);

пристрої для утилізації теплоти відпрацьованого сушильного агента (теплообмінники, теплові насоси тощо);

пристрої для завантаження, вивантаження і транспортування матеріалу через сушильну камеру (живильники, дозатори, затвори, конвеєри, транспортери, вагонетки та ін.);

пристрої для попереднього нагрівання матеріалу перед сушінням і охолодження після сушіння. До допоміжного належить також устаткування, специфічне для окремих способів сушіння (наприклад, сушіння сублімацією) або типів сушильних установок (наприклад, вакуум-сушарки, сушарки із замкненою циркуляцією сушильного агента та ін.).

Допоміжне устаткування становить значну частину устаткування сушильної установки, а правильність його розрахунку і підбирання, надійність його роботи визначають надійність та ефективність роботи сушильної установки. Оцінюючи досконалість сушильної установки, показники її продуктивності і питомих витрат потрібно відносити до всієї установки в цілому, з урахуванням допоміжного устаткування. Це особливо важливо для установок, оснащених складним допоміжним устаткуванням.

Розрізняють стандартне й нестандартне допоміжне устаткування. Стандартне устаткування підбирають за допомогою каталогів на підставі оцінних розрахунків за спрощеними методиками. Нестандартне устаткування розраховують за методиками, наведеними у спеціальній літературі, де викладено також методики механічних, конструктивних розрахунків, розрахунків конвеєрів, приводів сушильних установок та ін.

У курсовій роботі необхідно підібрати до розрахованої сушильної установки найтиповіші елементи допоміжного устаткування: циклон, спалювальні пристрої, дуттьовий вентилятор, витяжний вентилятор (димосос) та електродвигуни приводу вентиляторів.

4.2 Розрахунок і вибір спалювальних пристроїв

4.2.1 Завдання розрахунку.

Для сушильної установки, щодо якої проводять розрахунок, підібрати типорозмір і кількість нормалізованих пальників типу ГНП конструкції Теплопроекту з поліпшеним змішуванням для спалювання природного газу низького тиску.

4.2.2 Вихідні дані.

а) зимова витрата палива: Bз=20,88 кг/год;

б) густина палива при нормальних умовах: п=0,751 кг/м3н;

в) надлишковий тиск газу перед пальником Pг=1,6 кПа.

4.2.3 Об'ємна витрата газу що надходить до пальника VГ, м3/год:

(114)

де Bo=101,3 кПа - нормальний атмосферний тиск.

4.2.4 Приймаємо число пальників nг =4 шт.

4.2.5 Пропускна здатність пальника за газом VTГ, м3/ч:

(115)

4.2.6 По отриманому вище значенню VТГ=2,2.10-3 м3/с и PГ=1,6 кПа визначаємо по номограмі тип пальника: ГНП-7АП.

4.2.7 Для обраного типорозміру за графіком визначаємо надлишковий тиск повітря перед пальником Pпов =0,38 кПа.

4.3 Розрахунок і вибір циклона

4.3.1 Завдання розрахунку.

Виконати розрахунок з метою вибору на його основі циклона для очищення від пилу відпрацьованого сушильного агента на виході з тунельної сушильної установки і вибрати потрібний типорозмір циклона ЦН-15.

4.3.2 Вихідні дані.

а) температура газів, що виходять з тунелю t2=90oС;

б) абсолютний тиск навколишнього повітря Во,л=746,3 мм.рт.ст.;

в) повний об'єм сушильного агента при нормальних умовах Vсум=67,23 м3н/кг.

4.3.3 Абсолютна температура повітря в циклоні Tц, К:

Tц=(t2-5)+273, (116)

Tц=(90-5)+273=358 К.

4.3.4 Приймаємо абсолютний тиск повітря в циклоні Pц, мм.рт.ст., наступний:

Pц=Во,л=759 мм.рт.ст.

4.3.5 Об'ємна витрата сушильного агента через циклон Vц, м3/год:

(117)

.

4.3.6 Густина газу, що проходить через циклон ц, кг/м3:

(118)

де



парціальний тиск водяної пари у відпрацьованому сушильному агенті, що проходить через циклон;

,

Тоді

Приймаємо - гідравлічний опір циклона;

- коефіцієнт гідравлічного опору циклона.

4.3.7 Орієнтовне значення умовної швидкості газів в циклоні м/c:

(119)

.

4.3.8 По каталогу обираємо циклон типу ЦН 15-600х1УП з площею циліндричної частини корпуса F=0,282 м2.

4.3.9 Уточнене значення умовної швидкості потоку в циклоні Wц, м/с:

(120)

4.3.10 Відхилення дійсного значення умовної швидкості потоку в циклоні від оптимального wц, %:

(121)

4.3.11 Втрати повного тиску ,Па, обумовленні гідравлічним опором циклона:

(122)

Оскільки в цьому випадку маємо одинарне виконання циклона, тоді приймаємо

4.4 Розрахунок і вибір дуттьового вентилятора і димососа

4.4.1 Завдання розрахунку.

Підібрати дуттьовий і витяжний вентилятори (витяжний димосос) та електродвигуни приводу до них для тунельної сушильної установки щодо якої проводять розрахунки.

4.4.2 Вихідні дані.

а) Коефіцієнт надлишку повітря л=5;

б) теоретично необхідна кількість повітря для спалення 1 кг палива Lo=16,16 кг/кг.

в) витрата палива на горіння Bз=20,88 кг/год;

г) вологовміст зовнішнього повітря do,л=10,23 г/кг;

д) відносна вологість повітря о,л=68%;

е) об'єм суміші, що надходить в сушильний тунель Vсум,л=64,5 м3/кг;

ж) кількість випареної вологи W=129,6 кг/год;

з) температура сушильного агента на виході з сушильного тунелю t2=90 oC;

к) довжина сушильного тунелю LТ=7,5 м;

л) втрати повного тиску в циклоні Pц=434 Па;

4.4.3 Розрахунок продуктивності й підбір відповідних вентиляторів.

4.4.3.1 Розрахунок продуктивності дуттьового вентилятора.

а) Масова витрата абсолютно сухого повітря Lас*, кг/с, що подається на горіння і розведення продуктів згоряння:

(121)

б) Масова витрата вологого повітря Lвп*, кг/с, що подається з навколишнього середовища:

(122)

в) Густина зовнішнього атмосферного повітря вп, кг/м3:

(123)

де Rпов=287 кДж/(кгК) - газова стала повітря.



г) Об'єм вологого повітря Vв пов, м3/кг:

(124)

д) Об'ємна витрата зовнішнього повітря Q*, м3/c:

(125)

Зробимо перевірку по формулі:

(126)

Оскільки , то похибка складає 0,0%

е) Розрахункова витрата повітря Qp*, кг/с, з врахуванням поправки на можливість підсосу повітря або втрат сушильного агента в повітропроводах, газоходах и других елементах сушильної установки:

(127)



де к=(1,1….1,15) - коефіцієнт запасу.

4.4.3.2 Розрахунок продуктивності витяжного вентилятора.

а) Об'ємна витрата сушильного агента Qц,о*, м3/c, на виході з циклона при нормальних умовах:

(130)

б) Абсолютна температура сушильного агента перед димососом Тц'', К:

Tц''=(t2-5)+273, (131)

Tц''=(90-5)+273=358 K.

в) Повний тиск, за яким обирається тяго-дуттьове обладнання:

- для вентилятора, що подає повітря на горіння,

(132)

Де

втрати тису, обумовлені опором спалювальних пристроїв;



стандартна густина повітря;

густина сушильного агента за заданої температури.

тоді

- для димососа,

(133)

Де

питомий опір потоку сушильного агента в тунелі;



- втрати повного тиску,

(134)

- абсолютний тиск,

г) Об'ємна витрата сушильного агента Qц*, м3/c,зведена до умов на виході з циклона:

(132)

В якості дуттьового вентилятора приймаємо відцентровий вентилятор Ц4-70 (виконання 1-зі звичайними колесами на валу електродвигуна) марки А2,5-2, з електродвигуном АОЛ2-22-2 потужністю 0,6 кВт, та частотою обертання вентилятора n=2800

В якості димососа приймаємо відцентровий вентилятор ЦП7-40 номер 5-1 з максимальним ККД , з електродвигуном 4А100B4 потужністю 4 кВт та частотою обертання n=1425.



4.5 Вибір привідного електродвигуна

4.5.1 Завдання розрахунку.

Обрати привідні електродвигуни для дуттьового і витяжного вентиляторів, що забезпечують потрібну циркуляцію сушильного агента по сушильному каналу.

4.5.2 Вихідні дані

4.5.2.1 Дуттьовий вентилятор.

а) об'ємна подача Qв=0,46 м3/c;

б) повний тиск Pv,в=407 Па;

в) КПД вентилятора в=0,735.

4.5.2.2 Витяжний вентилятор.

а) об'ємна продуктивність Qд=0,55 м3/c;

б) повний тиск Pv,д=718 Па;

в) КПД вентилятора в=0,6.

4.5.3. Потужність на робочому колесі вентилятора (без врахування втрат на тертя) N,кBт:

(138)

де - коефіцієнт стисливості газу у вентиляторі (=1 при Р_v<9810Па).



4.5.4 Потужність на валу електродвигуна N_ел, кВт:

(139)

де _п -ККД передачі від валу електродвигуна до вала вентилятора.

Оскільки робоче колесо вентилятора розміщене на валу електродвигуна, а робоче колесо димососа з'єднане з електродвигуном клинопасовою передачею, то приймаємо _пв =1, _пд =0,91.

4.5.7 Установлена потужність електродвигуна, приймається з умови:

де С_t - коефіцієнт, що враховує температуру навколишнього середовища,у якому працює двигун;

К_з - коефіцієнт запасу, що враховує пусковий момент електродвигуна (приймаємо К_зв =1,5, К_зд =1,2).

-коефіцієнт корисної дії електродвигуна (приймаємо ).

Оскільки температура середовища менша 30, то =1.

4.5.8 За ГОСТ 12139-74 підбираємо значення номінальної потужності для приводу електродвигуна димососа . Остаточно для дуттьового вентилятора приймаємо електродвигун для димососу 4А80У2В3.



5. Зведення результатів розрахунку

Результати розрахунку приведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Зведення результатів розрахунку

Найменування показника	Значення розрахунку
	Аналітичного	Графоаналітичного
	Теор.	Дійсний	Теор.	Дійсний
1 Питома витрата абсолютно сухого сушильного агенту, кг/кг	5,6 5,1*	10,165 11,78*	5,59 5,21*	9,1 11,8*
2 Питома витрата тепла на сушіння, кДж/кг	3482 3698*	6346 7734*	3549,5 3766,3*	6394 8668*
3 Питома витрата палива на сушіння, г/кг	69 75*	127 176*	69,4 75*	125 170*
4 Тепловий ККД сушильної установки, %	77 72*	41 34,7*	73,1 69*	40 31*
Примітка - значення, відмічені *, відносяться до зимового режиму.

Висновки

В данній курсовій роботі я виконав тепловий розрахунок конвективної тунельної сушильної установки для зимового та літнього періоду, визначив тривалість сушіння, розміри сушильного тунелю, підібрав допоміжне обладнання.

Для аналізу результатів розрахунків необхідні наступні величини.

Коефіцієнт надлишку повітря влітку більше, ніж взимку. Це пов'язано з тим, що температура зовнішнього повітря взимку меньше, ніж влітку.Тому зовнішнього повітря для розведення продуктів згорання, що мають сталу температуру до сталої температури сушіння необхідно більше влітку.

Оскільки взимку витрачається більше тепла на нагрів матеріалу, транспортних пристроїв та зовнішнього повітря до температури, яку вони мають на виході з сушильної камери, бо останні температури є незмінними для всіх періодів року, а температури повітря на вході в камеру змішування та температура матеріалу на вході всушильну камеру взимку менше,ніж влітку, тому питомі витрати теплоти, сушильного агенту та палива на сушіння в зимовий період більше.

В теоретичній сушильній установці ККД не дорівнює одиниці через те, що температура сушильного агенту на виході із сушильної камери значно перевищую температуру навколишнього повітря, що надходить в установку. Тому мають місце втрати теплоти, через нагрів повітря до його температури на виході з сушильної камери. В реальній установці додатковий вплив на зниження ККД відіграють втрати теплоти на даремний нагрів матеріалу, транспортних пристроїв, а також втрати теплоти в наволишнє середовище через огородження сушильного тунелю. Утилізуючи теплоту відпрацюваного сушильного агенту (наприклад, підігріваючи повітря, що йде на горіння за рахунок використання утилізаторів, що працюють на сушильному агенті,) можно дещо збільшити ККД установки.

Результати графоаналітичного розрахунку не співпадають з аналітичним. Це пов'язано з тим, що h-d діаграма побудована для одного значення теплоємності сухих газів та пари, а у нашому випадку вони інші. Основним же фактором отриманої відмінності є неточність побудови процесів на діаграмі.

Тривалість сушіння в літній та зимовий період практично однакова.

Кількість пальників ми прийняли рівним чотирьом, що забезпечує нормальну роботу сушильної установки, а також дозволяє здійснювати ремонт пальників без зупинки сушильної установки.

Циклон ЦН-15 забезпечує гарну ступінь вловлювання при невеликому гідравлічному опорі.

Тягодутьові пристрої підбирають з розрахунку на те, що вони мають найвищий ККД серед тих, що можуть здолати аеродинамічний опір газоповітряного тракту сушильної установки та забезпечити необхідну витрату повітря т сушильного агенту.

Електродвигуни для приводу вентиляторів підбирались з розрахунку на те, що вони мають мінімальну потужність серед тих, що забезпечують нормальну роботу тягодутьових пристроїв.

Список літератури

1. Лыков А.В. Сушка в химической промышленности. - М.: Химия, 1970. 432 с., ил.

2. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. Изд. 4-е перераб. -М:Энергия, 1980.-288с.

3. Теплотехнологічні процеси та установки: посіб. / Мінаковський В.М. - К.:НТУУ «КПІ», 2009.-128 с.