Проектирование противоточной сушильной установки непрерывного действия

Московская Государственная Академия

Тонкой Химической Технологии имени М.В. Ломоносова

Кафедра “Процессы и аппараты химической технологии”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Проектирование противоточной сушильной установки непрерывного действия

 

Москва 2012 г.

Содержание

Введение

1. Расчет основного оборудования

1.1 Расчет количества удаляемой влаги в сушильном барабане

.2 Размеры сушильного аппарата

1.2.1 Расчет потребного расхода сушильного агента при сушке атмосферным воздухом

1.2.2 Расчет скорости движения воздуха на выходе барабанной сушилки

1.2.3 Проверка найденного значения диаметра барабана по допустимой скорости сушильного агента в барабане

.3 Расчет угла наклона барабана

.4 Расчет мощности, затрачиваемой на вращение барабана

.5 Бандажи барабана

.6 Опорные станции

.7 Зубчатый венец и привод барабана

.8 Уплотнения сушильного барабана

.9 Винтовая насадка

.10 Питающая течка

.11 Загрузочная и разгрузочная камеры

.12 Расчет тепловой изоляции аппарата

.12.1 Критический диаметр изоляции

.12.2 Расчет толщины термоизоляции барабанной сушилки

. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

.1 Расчет и выбор паровых калориферов

.2 Расчет и выбор конденсатоотводчиков

.2.1 Основной расчет

.3 Расчет и выбор вентиляторов

.4 Пылеосадительные устройства

.4.1 Рассчитаем диаметр циклона

.4.2 Степень улавливания пыли циклоном

.5 Питатели и шлюзовые устройства

.6 Транспортирующие устройства

Список использованной литературы

 

Введение

В промышленности часто приходится сушить изделия или материалы для разных целей в зависимости от их назначения (в химической промышленности - для сушки сыпучих, мелкокусковых и зернистых материалов). Например, твердое топливо подсушивают для повышения теплоты сгорания, улучшения процесса горения, древесину - для увеличения прочности, предохранения от гниения и плесени и т.д. Для осуществления процесса сушки служат специализированные аппараты - сушилки.

Наибольшее распространение в промышленности имеют конвективные сушилки - сушилки, где сушильным агентом является нагретый воздух или смесь его с дымовыми или топочными газами. Существует много разных типов конструкций конвективных сушилок: камерные, туннельные, ленточные, конвейерные, шахтные, пневматические, барабанные и т.д. каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, но, тем не менее, все они широко используются.

Барабанные сушилки, (аппараты непрерывного действия) отличающиеся высокой производительностью и надежностью (к недостаткам барабанной сушилки можно отнести: громоздкость, шум, большие производственные площади и плохое использование рабочего объёма сушилки), применяются для сушки топлива (бурый, каменный уголь, сланец, торф) песка, глины, известняка, фосфоритов, марганцовых руд, бикарбоната натрия, аммиачной селитры, нитрата калия, пластических масс и других сыпучих материалов. Они могут устанавливаться как в начале технологического процесса, (для предварительной просушки сырья) так и в конце процесса (для окончательной сушки готового продукта). Перед туннельными и камерными они имеют преимущество, поскольку постоянно производится перемешивание высушиваемого материала с помощью особой конструкции насадок, что обеспечивает равномерность сушки и хороший контакт с сушильным агентом.

Основным элементом таких сушилок являются горизонтальный или чуть наклоненный, вращающийся со скоростью 3 - 6 об/мин. цилиндрический сварной барабан, установленный на роликовых опорах, внутри которого помещается по длине, перемешивается и одновременно сушится сыпучий материал. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу. Предусмотрены два упорных ролика, ограничивающие осевое смещение барабана. Наклон барабана относительно горизонтальной оси предусмотрен для постепенного перемещения материала от одного конца к другому и составляет обычно 1-5⁰.

Внутри барабана в зависимости от высушиваемого материала устанавливают различные насадки или продольные лопасти, способствующие интенсификации процесса сушки. В начальной по ходу продукта зоне барабана установлена приемно-винтовая насадка, (перемешивание, предварительная подсушка) за ней - лопастная, подьемно-лопастная или ячейковая (равномерное распределение, перемешивание высушиваемого продукта). Сушильный агент, - атмосферный воздух, предварительно нагретый в калориферной установке, - подается в систему при помощи вентилятора через трубопровод. Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне. При необходимости производится дополнительное мокрое пылеулавливание.

В связи с развитием средств автоматики, позволяющих осуществлять дистанционное управление процессом, все больше практикуют размещение технологического оборудования на открытых площадках. При этом значительно сокращается стоимость и сроки строительных работ, облегчается монтаж и демонтаж оборудования, снижаются непроизводительные расходы на эксплуатацию зданий. К тому же повышается безопасность работы с вредными веществами. Дополнительно возникающие расходы на усиление теплоизоляции, защиту от атмосферного воздействия сравнительно малы.

Таким образом, процесс сушки - это сложный теплообменный и массообменный процесс, в котором поток нагретого сушильного агента (воздуха или его смеси с дымовыми газами) отдает тепло высушиваемому материалу, за счет чего из последнего испаряется (удаляется) влага, и одновременно отводят образовавшиеся пары.

Целью курсового проекта является проектирование системы с барабанной сушилкой и расчет процесса сушки влажного материала в ней, который обеспечивал бы заданное влагосодержание высушиваемого материала на выходе из аппарата.

 

1. Расчет основного оборудования

Расчет основного оборудования начинаем с расчета основного узла сушильной установки - барабана, т.е. с определения его размеров, - диаметра и длины, а основе исходных данных, а именно: объемного напряжения по влаге; расхода влажности материала; конечной влажности материала.

 

.1 Расчет количества удаляемой влаги в сушильном барабане

Определяем расход сухого материала:

G_см=G_н(1-W_н)=2000/3600*(1-0,25)= 0,417кг/с=1500 кг/ч

относительная влажность материала:

Определяем относительную влажность материала на входе и выходе барабана:

U₁=W_н/(100-W_н)=25/(100-25)=0,333кг вл/кг с.м.

U₂=W_k/(100-W_k)=5/(100-5)=0,053 кг вл/кг с.м.

Определяем количество удаляемой влаги в барабане:

W=G_см(U₁-U₂)=0,417(0,333-0.053)=0,117кг/с=420 кг/ч

1.2 Размеры сушильного аппарата

Определяем в первом приближении диаметр барабана по формуле:

,

где из [2] принимаем ориентировочное значение из ряда 4-8, например m = 7.

Ближайший больший диаметр барабана [3] 1600мм.

Выберем длину аппарата, исходя из минимально необходимого объема аппарата:

Минимально необходимая длина аппарата при известном минимально необходимом объеме и известном диаметре аппарата определим по уравнению:

:

Ближайшее значение длины барабана равно 8000мм.

Окончательно имеем: D_б = 1.6мм; L_б = 8,00м.

1.2.1 Расчет потребного расхода сушильного агента при сушке атмосферным воздухом

Определение параметров воздуха на входе в сушильную установку:

Примем, что установка расположена в г. Москве, определяем параметры воздуха [1, стр 538]:

, по диаграмме  [1] определяем остальные параметры воздуха: ,

Определение параметров воздуха на входе в сушильный барабан:

Параметры атмосферного воздуха претерпевают изменения при прохождении через калорифер сушильной установки и становятся равными: ; при этом  при нагревании, а  - из задания. Таким образом, недостающие величины можно найти по диаграмме Рамзина [1]: , .

Определение параметров воздуха на выходе из сушильного аппарата в случае идеальной сушки:

В соответствии с уравнением теплового баланса сушильной установки:

, где:

  ¾ удельный подвод тепла в сушильной камере;

 ¾ удельные потери тепла в окружающую среду, с транспортными устройствами и с материалом соответственно;

  ¾ удельный расход абсолютно сухого воздуха;

,   ¾ энтальпия воздуха соответственно на входе и выходе сушильного барабана.

По определению идеальной сушилки , т.е. линия сушки совпадает с линией . Таким образом, с помощью диаграммы Рамзина находим неизвестные значения параметров при известном : , ,

Определение действительных параметров воздуха на выходе из сушильного барабана:

Воспользуемся основным уравнением статики сушки в преобразованном виде: , где  и  ¾ параметры воздуха в произвольном сечении сушильного барабана. Значение  будет определяться суммой двух величин: удельными потерями тепла в окружающую среду и материалом.

Потери тепла в окружающую среду изолированного барабана составляют:

, где:

 ¾ коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности барабана к окружающей среде  [];

,  ¾ температура, соответственно, наружной поверхности изоляционного слоя барабана и окружающей среды (, т.к. установка располагается в помещении, );

  ¾ диаметр барабана с учетом толщины изоляции (принимаем равным D_б).

;

удельные потери тепла в окружающую среду составляют:

удельные потери тепла с материалом рассчитываются по формуле:

;

рассчитаем энтальпию материала на входе и выходе барабана, исходя из того, что сушилка противоточная и принимая, что :

рассчитаем сумму удельных потерь тепла:

;

Зададимся произвольным значением влагосодержания воздуха . Пусть  и найдем сопряженное ему значение теплосодержания по основному уравнению статики сушки:

;

Находим положение произвольной точки  в поле диаграммы . Соединяем полученную точку с точкой 1  и продолжаем линию реального процесса до пересечения с линией . Находим положение точки 2 и соответствующие ей параметры: , ,

Расчет потребного расхода воздуха в реальной сушилке:

Потребный расход воздуха в реальной сушилке может быть выражен через массовый расход а.с.в., ; через массовый расход влажного воздуха ; через объемный расход влажного воздуха, соответственно по формулам:

где  ¾ условный удельный объем воздуха, который может быть рассчитан по формуле:

,

где  ¾ газовая постоянная для воздуха, равная ;  ¾ температура воздуха, К;  ¾ барометрическое давление, Па.

Определим удельный расход воздуха:

, тогда массовый расход а.с.в. будет равен:.

Массовый расход влажного воздуха будет равен:

.

Рассчитаем условный удельный объем отработанного воздуха:

.

Объемный расход влажного воздуха получаем: .

 

.2.2 Расчет скорости движения воздуха на выходе барабанной сушилки

Скорость движения сушильного агента в выходном сечении барабана  связана с его диаметром  уравнением расхода:

,

где  ¾ коэффициент заполнения барабана, (доля сечения барабана, занятая высушиваемым материалом). Этот параметр процесса определяет среднее время пребывания материала в барабане.  может колебаться от 0,05 до 0,30. Примем значение параметра .

Определяем скорость воздуха, учитывая, что толщина стенки барабана [11] равна 8мм, а его внутренний диаметр, согласно [11] равен: =-;

= 1600 - 24 = 1576мм;

1.2.3 Проверка найденного значения диаметра барабана по допустимой скорости сушильного агента в барабане

При сушке материал и сушильный агент движутся в противотоке. Это движение материала и сушильного агента необходимо при совмещении сушки и прокаливания (или каких-либо других процессов). По таблице 3.1 [11] при размере частиц  и кажущейся плотности для сыпучих материалов  скорость сушильного агента в барабане лежит в диапазоне . Полученное значение скорости лежит внутри данного промежутка.

В итоге мы приходим к выводу, что найденное значение барабана обеспечивает

скорость движения сушильного агента не превышающую допустимую:

< 3.0 < 5 .

1.3 Расчет угла наклона барабана

Для продвижения материала в осевом направлении барабан устанавливается под некоторым углом наклона к горизонту, изменяющимся от  до . Запишем уравнение для скорости перемещения материала в барабане:

,

где  ¾ коэффициент высоты подъема частиц материала, зависящий от типа насадки (для периферийно-лопастной );  ¾ дистанция, которую проходит каждая частица материала за один оборот барабана. С другой стороны скорость перемещения материала в барабане может быть найдена так:

,

где  ¾ объемный расход материала, ;  ¾ поперечное сечение барабана, ;  ¾ доля материала, занятая материалом. Приравнивая правые части приведенных уравнений, получим окончательно:

,

или с учетом того, что , имеем: . Причем n = , а объемный расход материала:

; тогда

;

.

 

.4 Расчет мощности, затрачиваемой на вращение барабана

Момент, необходимый для вращения барабана, установленного на роликах, складывается из четырех слагаемых: момента трения качения бандажа по роликам; момента трения скольжения на цапфах роликов в подшипниках; момента трения от скольжения сыпучего материала по барабану при его вращении; момента, возникающего от действия силы тяжести материала, вследствие непрерывного поднимания его на некоторую высоту. Произведение суммы вышеназванных моментов на угловую скорость вращения барабана и есть потребная мощность барабана. В упрощенном виде это произведение было представлено [2] в виде формулы:

,

где , а  и , соответственно, массе барабана и материала в барабане. Эта формула не учитывает влияния внутреннего устройства барабана на потребляемую мощность. Приведенная ниже формула лишена указанных недостатков и позволяет произвести расчет потребной мощности на вращение барабана с точностью, достаточной для технических расчетов:

,

где  ¾ масса загруженного материала, кг;  ¾ диаметр барабана, м;  ¾ число оборотов, ;  ¾ поправочный коэффициент, учитывающий внутреннее устройство барабана (для гладкого барабана ). Мощность электродвигателя назначают с учетом к.п.д. привода: .

Рассчитаем массу материала в барабане, приняв значение порозности :

потребная мощность барабана:

мощность электродвигателя при среднем к.п.д. 85%:

Мощность двигателя по каталогу составляет 13,2 [5]<

1.5 Бандажи барабана

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей аппарата на опорные ролики. Бандажи представляют собой кольца прямоугольного, квадратного или коробчатого сечения.

Бандажи изготавливаются из качественных углеродистых сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, т.к. смена бандажей тяжелых барабанов очень трудна.

Существуют различные способы крепления бандажей к барабану. Мы выберем способ: свободное крепление бандажей. В этом случае бандаж надевается на 12 - 24 чугунных башмака, повернутых головками в разные стороны, для предупреждения аксиального смещения бандажа.

Свободная посадка бандажей на барабаны предусматривает температурные зазоры для предупреждения возникновения краевых напряжений.

Зная диаметр барабана и нагрузку можно выбрать конструкцию и размер бандажа.

Нагрузка в расчете на один бандаж

G- вес загруженного барабана, кг

a- угол наклона барабана

k-число бандажей на барабан (обычно 2)

Вес снаряженного барабана складывается из его собственного веса и веса высушиваемого материала:

G = G_мат + G_бар = 2246+14630 = 16876кг

Выбираем бандаж Б1663 по нормали НМП4 - 201 - 48

Ширина бандажа (b)135 мм

Радиус бандажа (R) 995 мм

Высота поперечного сечения бандажа (h) 115 мм

Радиус опорного ролика (r) 200 мм

Максимальная нагрузка 20т (нормаль завода «Прогресс»)

Проверим выбранный бандаж на контактную прочность и изгиб.

Для двух цилиндров с параллельно расположенными осями, изготовленными из одних материалов (сталь), максимальное напряжение рассчитывается:

, где

Р - нагрузка приходящаяся на единицу длины контакта:

, где

G - масса снаряженного барабана (29385кг)

j - половина центрального угла между опорными роликами (принимаем 2j = 60⁰)

Е - модуль упругости материала бандажа (Е = 210⁵МПа)

По энергетической теории прочности s^’ = 0,6s_max = 212 МПа

Расчетное напряжение на поверхности соприкосновения бандажа и ролика:

s^'' = 0,4s_max = 142 МПа

Предел текучести материала бандажа - s_0,2 = 350МПа

s^’<s_0,2; s^’’<s_0,2

Следовательно, остаточные деформации отсутствуют.

Проверим бандаж на изгиб.

Максимальный изгибающий момент (при 2j = 60⁰):

M_max = AQК, где

А - коэффициент, зависящий от характера нагрузки и вида соединения бандажа с барабаном - для свободно опирающегося бандажа А = 0,08.

Q - нагрузка, действующая на бандаж Q = G_сушg = 84379,81 = 82767Н

M_max = 0,08

Максимальное изгибающее напряжение:

, где

W - момент сопротивления (для прямоугольного сечения W = =

s_max<s_0,2 - деформации не будет.

1.6 Опорные станции

сушка барабан изоляция бандаж

Опорные станции служат опорой вращающегося барабана. Ролики опорных станций принимают на себя нагрузку от всех вращающихся частей. Подшипники роликов устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить возможность перемещения роликов как в направлении, перпендикулярном оси барабана, так и вращения их вокруг вертикальной оси. Они подбираются по нормалям по известному диаметру барабана. Выбираем роликовую опорную станцию типа Б1661 по нормалям Н440-58 завода «Прогресс».

 

.7 Зубчатый венец и привод барабана

Вращение барабана осуществляется за счет сообщения ему вращающего момента. Он передается от редуктора с помощью цилиндрической зубчатой передачи. Зубчатая передача состоит из малой шестерни, устанавливаемой на выходном валу редуктора, и зубчатого венца, крепящегося на барабане. Для снижения радиального биения венец устанавливают как можно ближе к опорно-упорной станции. Привод и двигатель выбираются по скорости вращения барабана и потребляемой мощности. По нормалям завода «Прогресс» Н444-58 выбираем моторно-редукторную группу привода Б1671. Венцовая зубчатая пара выбирается по нормалям завода «Прогресс» Н442-56 в зависимости от диаметра барабана.

Венец изготавливается из чугуна С421-40 по ГОСТ 1412-54

Шестерня изготавливается из чугуна С423-46 по ГОСТ 1412-54

Башмак изготавливается из чугуна С418-35 по ГОСТ 1412-54

Прокладка изготавливается из стального проката по ГОСТ 5681-51.

 

.8 Уплотнения сушильного барабана

Т.к. сушильные установки работают под небольшим вакуумом, возможен подсос воздуха, во избежание чего применяют различные виды уплотнений.

Они выбираются согласно диаметру барабана. Выбираем лабиринтное радиальное уплотнение Б1632 по нормали завода «Прогресс».

 

.9 Винтовая насадка

На первых 1- 1,5м барабана устанавливают винтовую насадку с целью равномерной подачи материала в основную часть барабана. Между винтовой и основной насадками предусматривают зазор равный примерно 0,05 от диаметра барабана.

 

.10 Питающая течка

Питание вращающегося барабана, оборудованное загрузочной камерой, осуществляется посредством течки, установленной под углом наклона, превышающим угол естественного откоса материала.

 

.11 Загрузочная и разгрузочная камеры

Служат для сочленения вращающегося барабана с другим оборудованием в технологической цепи сушильной установки. На этих камерах размещаются уплотнения, питающая течка, штуцеры ввода и вывода материала и сушильного агента, люки.

1.12 Расчет тепловой изоляции аппарата

В качестве тепловой изоляции применяются самые разнообразные материалы с коэффициентом теплопроводности . Кроме невысокой теплопроводности изоляционные материалы должны удовлетворять следующим требованиям (свойствам):

Обладать малой кажущейся плотностью (менее 600 ) за счет высокой пористости. Пористость - положительное свойство изоляции, т.к. находящийся в порах воздух имеет низкую теплопроводность ();

Обладать низкой гигроскопичностью, т.к. при впитывании влаги увеличивается теплопроводность изоляции за счет высокой теплопроводности влаги ();

Характеризоваться высокой теплоемкостью (), чтобы иметь низкую температуропроводность ;

Обладать термостойкостью, механической прочностью, чтобы при колебаниях температур и механических нагрузок не изменялась структура изоляционного материала;

Должны быть невосприимчивы к посторонним запахам и практически не иметь собственного запаха;

Должны быть пожаробезопасными; не выделять при горении вредных и ядовитых веществ;

Должны быть долговечными и дешевыми. Продолжительность эксплуатации мастичных изоляций составляет 5-10 лет.

Выбираем вату стеклянную в набивке (ГОСТ 4640-76) , , , .

Рассчитаем целесообразность применения данного материала в качестве изолирующего средства, исходя из критического диаметра изоляции:

1.12.1 Критический диаметр изоляции

Принцип изоляции ¾ создание дополнительного кондуктивного термического сопротивления переносу теплоты за счет слоя малотеплопроводного материала, что уменьшает потери тепла в окружающую среду. Однако увеличение слоя изоляции (толщины изоляции ) не приводит к пропорциональному уменьшению тепловых потерь. Прежде всего, это связано с противоположным действием двух параметров (толщины изоляционного слоя и наружной поверхности изоляции): с ростом толщины изоляции увеличивается термическое сопротивление переносу теплоты через этот слой; с другой стороны, происходит рост внешней поверхности изоляции, что приводит к улучшению условий отвода теплоты от аппарата в окружающую среду.

Примем температуру наружного слоя изоляции равной .

. Для выбранного материала ,

, что меньше диаметра корпуса сушилки, следовательно, использование данного материала в качестве изоляции целесообразно.

1.12.2 Расчет толщины термоизоляции барабанной сушилки

В качестве исходного используем уравнение для однослойных цилиндрических стенок:

,

Применительно к стадии теплопереноса от сушильного агента (воздуха) к внутренней стенке барабана для расчета коэффициента теплоотдачи воспользуемся зависимостью:

,

где ¾ средняя температура сушильного агента по длине барабана ,  ¾ наружный диаметр барабана, ¾ скорость сушильного агента в сечении барабана,  плотность сушильного агента при температуре .

Толщина изоляции барабана сушилки составит 10 мм.

2. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

2.1 Расчет и выбор паровых калориферов

При проектировании калориферных установок можно предусматривать использование калориферов различных типов, моделей и номеров, различную фронтальную поверхность и число рядов калориферов по ходу воздуха. Сформулировать правила для расчета оптимального варианта калориферной установки (группы калориферов), пригодные для всех практических случаев не представляется возможным, т.к. эти правила в конкретных случаях разнятся. Поэтому решение обычно находят методом выбора из нескольких вариантов (сравнивая размеры аппаратов, экономические затраты и т.д.).

В дальнейших расчетах в качестве базового типа калорифера будем использовать калорифер с биметаллическим - накатным оребрением моделей КП3-СК-01 АУ3 и КП4-СК-01 АУ3. Теплообменный аппарат этого калорифера состоит из двух трубок, насаженных одна на другую. Внутренняя трубка - стальная - диаметром 16*1,2мм, наружная - алюминиевая с накатанным на нее оребрением.

Калориферы КП3 - средняя модель, имеющая 3 ряда теплопередающих трубок по направлению движения воздуха; КП4 - большая модель, имеющая 4 ряда трубок.

В зависимости от геометрических размеров воздухонагреватели каждой модели подразделяются на 7 типоразмеров, обозначаемых номерами (с № 6 по №12).

Калориферы представляют собой одноходовые теплообменники и по трубному и по межтрубному пространству и устанавливаются с вертикальным расположением теплопередающих трубок и патрубков.

Воздухонагреватели №6 - №10 снабжены одним патрубком для подвода и одним для отвода конденсата, №№11 и 12 - двумя патрубками для подвода пара и одним - для отвода конденсата.

Рассмотрим параллельно две схемы калориферной установки (группу калориферов). По первой схеме число калориферов в одном ряду m = 1, а по второй схеме число калориферов в ряду m = 2. число рядов n калориферной установки - искомая величина.

Анализируя технические данные калориферов обоих типов (КП3 и КП4) находим, что площади фронтальных сечений одинаковых номеров калориферов одинаковы. Составим таблицу расчета скорости воздуха во фронтальном сечении установок для различных номеров калориферов для отбора приемлемых вариантов для последующего их рассмотрения по допустимым значениям массовой скорости движения воздуха: 2 - 7кг/м²с (чтобы гидравлическое сопротивление калориферной установки составляло 5 - 25% сопротивления всего воздушного трактаустановки).

Расчет скорости во фронтальном сечении установки с калориферами в одном ряду ведем по формуле:

,кг/(м²с)

где G - количество подогреваемого воздуха, f - площадь фронтального сечения (G = 5.1кг/с)

№№ калориферов КП3(4)-СК-01 АУ3	Скорость воздуха во фронтальном сечении установки с
	одним калорифером в одном ряду	двумя калориферами в одном ряду
6	19,1	9,6
7	15,5	7,8
8	13,0	6,5
9	11,2	5,6
10	8,8	4,4
11	3,1	1,5
12	2,0	1,0

Как видно из таблицы для последующего рассмотрения пригодны следующие номера калориферов: для установки с одним калорифером в ряду - №№11 - 12; для установок с двумя калориферами в ряду - №9-10.

Рассчитаем потребную мощность калориферной установки.

Теплоемкость (с) воздуха = 1,01(см. I, стр. 513, табл. V).

Рассчитаем температурный напор калориферной установки:

, где

Температуру греющего пара (t_гр.п.) находим по давлению греющего пара (0,6Мпа) t_гр.п. = 158.1⁰С (см.I, стр. 549, табл. LVI)

Оценим величины коэффициентов теплопередачи в зависимости от скорости воздуха во фронтальном сечении калориферных установок и рассчитаем потребные поверхности теплообмена:

№№ калориферов	Калориферная установка с
	одним калорифером в одном ряду		двумя калориферами в одном ряду
	Коэф. теплоп. К, Вт/м2град	Потреб. пов-ть, Fп., м2	Коэф. теплоп. К, Вт/м2град	Потреб. пов-ть, Fп., м2
Калориферы типа КП3-СК-01АУ3
8			58.2	158
9	-	-	54.3	169
10	-	-	48.5	190
11	41	224	-	-
12	34.5	267	-	-

Определяем число рядов n, сопротивление Dр_уст; действительную поверхность F_g; запас по поверхности каждой калориферной установки DF (должен быть10 - 20%, т.к. меньший запас недостаточен для компенсации возможного уменьшения теплопроизводительности калориферной установки, обусловленного отклонением фактических значений коэффициента теплопередачи от паспортных показателей, а также загрязнением поверхности во время эксплуатации; больший же запас увеличивает стоимость установки). Проверим пригодность калориферных установок по допустимым значениям Dр_уст и DF.

- число рядов;

- сопротивление установки;

- действительная поверхность калориферной установки;

- запас по поверхности.

№№ калорифера	Поверхность одного ка- лорифера F, м2	Калориферная установка
		С одним калорифером в ряду				С двумя калориферами в ряду
		Число рядов n	Dруст, Па	Fg, %	DF, %	Число рядов n	Dруст, Па	Fg, %	DF, %
Калориферы типа КП3-СК-01АУ3
8	19.42					4	712
9	22,5	-	-	-	-	4	540	-	-
10	28,66	-	-	-	-	4	348	-	-
11	83,12	3	135	249	10	-	-	-	-
12	125,27	62	751	29	-	-	-	-

Условие выбора - Dр_{уст(пред)} - предельное сопротивление установки (величина потерянного напора на калорифере) не должна превышать 22 мм водного столба (215,82Па) (что составляет 5 - 25% от общего сопротивления установки).

Наиболее подходящая калориферная установка шестирядная, имеющая в своем составе 6 калориферов, КП49-СК-01 АУ3. Её общая поверхность составляет 751м², Dр_уст = 135 < 215,82, запас поверхности составляет 10%.

 

.2 Расчет и выбор конденсатоотводчиков

Исходный данные: расход греющего пара рассчитаем из тех условий, что количество тепла, необходимое для подогрева воздуха до нужной температуры, составляет Q = 696 кВт (см. подбор калориферов). Тогда расход греющего пара:

Где r = 2095 кДж/кг, при t =158.1°C и P = 0,6МПа = 6кг/см²(I, стр.550)

Давление греющего пара составляет 0,6Мпа (6ат). Считаем, что конденсатоотводчик находится в некотором отдалении от калориферов, поэтому давление перед конденсатоотводчиком составляет 0,9 от давления греющего пара - Р₁ = 0,6МПа= 0,44 (ати - давление, избыточное над атмосферным).

Принимаем, что слив конденсата свободный, следовательно давление после конденсатоотводчика Р₂ = 0,01Мпа = 0,1ати

2.2.1 Основной расчет

В качестве конденсатоотводчика будем использовать поплавковый муфтовый конденсатоотводчик (с опрокинутыми поплавками) 4513НЖ.

Он предназначен для отвода конденсата водяного пара рабочей температурой до 300⁰С из различного вида пароприемников.

Определим расчетное количество конденсата после калориферов:

Рассчитаем перепад давления на конденсатоотводчике:

Р₁ - Р₂ = 0.44- 0,1 = 0,34МПа

Принимаем, что температура конденсата на 5⁰С отличается от температуры насыщенного пара:

t_к = t_н -5 = 158.1 - 5 = 153.1⁰C

Определим степень охлаждения конденсата:

Тогда для данного вида конденсатоотводчиков условная пропускная способность будет:

Выбираем конденсатоотводчик по ближайшему большему значению KVY - KVY = 2.5 с условным обозначением 45ч13нж2. Диаметр условного прохода DY = 50мм. Чтобы обеспечить условную пропускную способность, устанавливаются параллельно два конденсатоотводчика.

 

.3 Расчет и выбор вентиляторов

Для перемещения сушильного агента (воздуха) в установке применяются вентиляторы. Их выбор производится по необходимой производительности для перемещения нужного количества воздуха и по необходимому напору, который должен развить вентилятор для преодоления сопротивления установки.

Потерянный напор, который должен преодолеть вентилятор, складывается из напора трубопроводов, калорифера, циклона, сушильного барабана.

Принимаем избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления барабана, = 25 мм водн. ст. (245,25 Па).

Принимаем избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления калорифера, = 30 мм водн. ст. (294,3 Па).

Принимаем избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления циклона (см. 5, стр. 8 ), = 58,0 мм водн. ст. (568,98 Па) [см. расчет циклонов].

Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубопроводов.

Для этого необходимо определить объемный расход воздуха.

G_возд = 5,1кг/с.

Плотность воздуха r = 1,293кг/м³ (см. 1, стр. 513, табл.V)

Примем что скорость движения воздуха в трубопроводе равна w = 12м/с.

Тогда диаметр трубопровода:

Выбираем стальной трубопровод, диаметром 700 мм и толщиной стенки 10мм. Действительная скорость в трубе:

Для этой скорости рассчитаем критерий Рейнольдса:

Для расчета коэффициента трения воспользуемся эмпирической формулой Никурадзе:

 (применима при 10⁵<Re<10⁶)

Определим коэффициенты местных сопротивлений.

На всасывающей линии:

1.       вход в трубу (принимаем с острыми краями): e₁ = 0,5;

.        задвижка: для d > 300мм e₂ = 0,15;

.        выход из трубы: e₃= 1;

На нагнетательной линии:

1.       вход в трубу (принимаем с острыми краями): e₁ = 0,5 - 3шт;

.        задвижка: для d > 300мм e₂ = 0,15;

.        колено: e₃= 1,1 - 2шт;

.        выход из трубы: e₃= 1 - 3шт;

.        вентиль нормальный при полном открытии: e₄= 5,3;

Se = 0,5+0,15+1+0,5*3+0,15+1,1*2+3+5,3 = 13,8

Тогда потерянный напор (если принять общую длину трубопровода l = 30м):

Потерянной давление при этом будет:

Таким образом, избыточное давление, которое должен преодолеть вентилятор:

Полезную мощность вентилятора считаем по формуле:

Необходимую мощность найдем, приняв КПД h_вент = 0,8; h_пер = 0,98 (клиноременная передача).

Выбираем вентилятор, согласно 2, стр. 42, табл.8:

вентилятор ВЦ14 - 46-5.

2.4 Пылеосадительные устройства

Унос частиц сушильным агентом может достигать значительной величины, поэтому каждая сушильная установка должна быть снабжена пылеосадительным устройством.

Схема поперечного сечения барабана (1 - завал, 2 - «мертвая зона», 3 - зона падающего материала)

Схема разгрузки барабана (1 - барабан, 2 - разгрузочная камера)

 

Определение концентрации пыли в сушильном агенте на выходе из барабана

Одним из критериев выбора пылеосадительного устройства является концентрация пыли на входе в нее.

Для определения концентрации пыли в сушильном агенте на выходе из разгрузочной камеры сушильной установки необходимо рассмотреть структуру той части высушиваемого материала, которая занята высушиваемым материалом.

Если предположить, что скорость сушильного агента настолько высока, что все частицы не успеют осесть в барабане до момента их выхода из него, и, что скорости перемещения частиц во всей части барабана, занятой насадкой, одинаковы, тогда концентрация пыли на выходе из разгрузочной камеры (на входе в пылеосадительное устройство) может быть определена по формуле:

где - массовый расход высушенного материала,;

 - объемный расход сушильного агента на выходе из барабана:

= .

На самом деле, часть частиц третьей зоны успевает осесть в барабане и попасть в разгрузочную камеру вместе с завалом в нижнюю ее часть. Для определения действительной концентрации пыли на выходе из барабанного агрегата (на входе в пылеосадительное устройство) воспользуемся эмпирической формулой для скорости витания:

где  ¾ внутренний диаметр барабана, м;

, где

D - диаметр барабана (2м), d - толщина стенки барабана (8мм);

 ¾ зона барабана, свободная от насадки (0,4м);

W - линейная скорость движения сушильного агента на выходе из барабана (2,5м/с);

 ¾ скорость витания частицы предельного диаметра.

Предельный диаметр частиц определим по формуле Тодеса:

, где

 - критерий Рейнольдса;

 -критерий Архимеда.

Откуда находим предельный диаметр:

0,00067м = 67мкм

По найденному значению предельного диаметра частиц определяем долю частиц зоны 3, уносимого сушильным агентом в пылеосадительное устройство:

- A = 1 - 0,78 = 0,22

В качестве пылеулавливающего устройства выберем циклон ЦН - 15 (предельно допустимая концентрация на входе в циклон - 400г/м³, что больше а_Д).

Расчет производим согласно [5].

2.4.1 Рассчитаем диаметр циклона

Для ЦН - 15 коэффициент гидравлического сопротивления в запыленном потоке (см. 5, прил.1, стр. 37):

,

= 150 - коэффициент гидравлического сопротивления циклона при чистом газе.

К₂ - поправочный коэффициент на влияние запыленности (см.5. прил.1, табл.1, стр.38): К₂ = 0,94

Определяем плотность газа при рабочих условиях (t = 60⁰C, B = 740 мм рт ст, r₀ = 1,25кг/нм³)

Здесь давление принимается равным разности между барометрическим давлением и разрежением на входе.

Оптимальные условия работы циклонов обеспечиваются при = 50 - 100м. Принимаем =60м. Из уравнения находим:

Диаметр циклона определяем по уравнению (объемный расход газа - V = ).

Принимаем диаметр циклона - 1000мм.

Уточняем W_усл и для принятого диаметра.

=

Найденное значение не выходит за оптимальные пределы. Найдем гидравлическое сопротивление циклона:

 

2.4.2 Степень улавливания пыли циклоном

Зная геометрические размеры выбранного циклона, определим число оборотов, совершаемое газовым потоком в циклоне как отношение между высотой цилиндрической части циклона h₂ и высотой выходного патрубка h₁.

Найдем скорость газа во входном патрубке:

Тогда предельный диаметр частицы будет:

т.е. частицы, диаметр которых выше 39.25 мкм, будут полностью улавливаться циклоном:

h_d=12.41 = 100%

Мы исходили из предположения, что режим движения частиц - ламинарный. Проверим это.

Wr может быть определена:

Откуда:

При R₁ = 0,300 -> Re = 0,171<0,2

При R₂ = 0,500 -> Re = 0,103<0,2

2.5 Питатели и шлюзовые устройства

Для загрузки и выгрузки материала устанавливаются питатели, которые выполняют роль дозаторов и затворов между сушильным барабаном и атмосферой производственного помещения.

Объемная производительность V = G_мат/r_мат = 2000/1725 = 1,16 м³/ч.

Выбираем шлюзовый питатель Ш5.15

Производительность 0,24 - 2,50 м³/ч

Диаметр ротора 150 мм

Условный проход загр. штуцера 120мм

Частота вращения ротора 2,5 - 24 об/мин

Двигатель АИР7/36 (мощность 0,56кВт, частота вращения 920 об/мин).

 

.6 Транспортирующие устройства

В качестве транспортирующих устройств для подачи исходного материала и отвода высушенного используют ленточные транспортеры.

Ширина ленты транспортера зависит от объемной производительности ленты:

V₀ = , где

b - коэффициент запаса, зависящий от угла наклона ленты, В - весовая производительность ленты, g_н - насыпная плотность материала (g_н = re =1500кг/м³)

В = 1500 кг сух. мат./ч

Примем U = 1м/с, угол наклона ленты 20⁰ (тогда b = 1,15) (см. 7, стр. 225)

V₀ =

По таблице (см. 7, стр. 225) ширина ленты - 700мм, пределы скорости ленты - 0,8 - 1,6м/с.

Список использованной литературы

1.       К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков « Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» Л.: Химия, 1987

.        Ю.И. Дытнерский «Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию» М.: Химия, 1991

.        Справочник химика. 1978

.        В.М.Мясоеденков. «Подбор кондексатоотводчиков» М.:МИТХТ. 2000

.        В.М.Мясоеденков. «Расчет и подбор циклонов» М.:МИТХТ. 2000

.        М.А.Михеев, И.М.Михеева. «Основы теплопередачи» М: Энергия. 1973

.        Лебедев П.Д. «Расчет и проектирование сушильных установок» М. 1962

.        В.М.Мясоеденков. «Расчет барабанной сушильной установки» М.:МИТХТ. 2000

.        Варфоломеев Б.Г., Карасев В.В. «Тепловая изоляция аппаратов» М: МИТХТ, 2000г.

.        Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. и др. «Общий курс процессов и аппаратов химической технологии» М: Химии, 1999

.        Сушильные аппараты и установки, каталоги - справочники, М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1983

.        М.В. Лыков, «Сушка в химической промышленности» М: Химия, 1970