Расчет и проектирование барабанной сушилки

Расчет и проектирование барабанной сушилки

Расчет и проектирование барабанной сушилки

Содержание

Введение

. Расчетная часть

.1 Материальный расчет сушилки

.2 Внутренний баланс сушильной камеры

.3 Построение на диаграмме I-x процесса сушки воздухом

.4 Расчет расходов сушильного агента, греющего пара и топлива

.5 Расчет рабочего объема сушилки

.6 Расчет параметров барабанной сушилки

.7 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки

. Вспомогательные и дополнительные расчеты

.1 Расчет плотности влажного газа

.2 Расчет потери теплоты в окружающую среду

.3 Расчет калорифера при сушке воздухом

2.4 Расчет питателя

.5 Выбор и расчет пылеуловителей

2.6 Выбор вентиляторов и дымососов

Список используемой литературы

Введение

барабанный сушильный калорифер

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

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

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

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

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

Рис. 2. Типы насадок барабанных сушилок:

а - подъемно-лопастная; б - секторная.

В данном курсовом проекте рассчитаны и подобранны:

Барабанная сушилка:

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

Вентилятор:

Дымосос:

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

Калорифер оребренный 8 секций:

1. Расчетная часть

.1 Материальный расчет сушилки

Общее количество испаряемой влаги рассчитывается по формуле:

G₁=1,4 т/ч*0,28=0,389 кг/с;

W=G₁*(U₁-U₂)/(1-U₂);

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

G₁=G₂+W;

G₂= G₁-W;

G₂=0,389-0,061=0,328 кг/с.

.2 Внутренний баланс сушильной камеры

Внутренний баланс сушильной камеры Д считают по формуле:

Д=q_вл-(q_тр+ q_м+ q_п)

Удельный приход теплоты с влагой материала q_вл равен:

q_вл=с_вл*и₁;

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

Удельный расход теплоты на нагрев высушенного материала равен:

q_м= G₂*с₂*( и₂- и₁)/W;

Удельная теплоемкость с₂ высушенного материала рассчитывают по формуле:

с₂= с₀+( с_вл- с₀)*U₂;

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

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

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

q_п=а_п*(r₀+с_п*t₂) ,

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

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

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

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

Находим внутренний баланс сушильной камеры:

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

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

Лето:

t₀=20,6⁰C;

ц₀=65%;

и₁=t_м; и₁=16,5⁰C;

и₂=41+6=47⁰C;

q_вл=4,19*16,5=69,135 кДж/кг;

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

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

Зима:

t₀=-7,7 ⁰C;

ц₀=88%;

и₁=0;

и₂= 38+9=47⁰C;

q_вл=4,19 *0=0 кДж/кг;

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

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

.3 Построение на диаграмме I-x процесса сушки воздухом

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

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

Влагосодержание воздуха рассчитывается по уравнению:

х₀=0,622*ц₀*Р_н/Р-Р_н*ц₀ ,

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

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

Энтальпия I₀ определяется по формуле:

I₀=с_в* t₀ + (r₀ + с_п * t₀) * х₀ ,

где t₀, х₀ - температура и влагосодержание окружающего воздуха;

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

с_в=1 кДж/(кг*К)

r=2493 кДж/кг

с_п= 1,97 кДж/кг

Параметры точки А:

Зима:

t₀= - 7,7 ⁰C;

ц₀=88%;

Р_н=317,4 Па (таб. 2.5);

Р=99300 Па;

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

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

Лето:

t₀=20,6 ⁰C;

ц₀=65 %;

Р_н=2434,8 Па;

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

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

t₁=150 ⁰C.

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

Параметры точки В:

Лето:

t₁=150 ⁰C.

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

I₁=182 кДж/кг;

Зима:₁=150 ⁰C.

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

I₁=159 кДж/кг.

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

Лето:

t₂=75⁰C.

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

I₁=182 кДж/кг;

Зима:₂=75⁰C.

х’₂=38,5*10^-3 кг/кг сух. в.=0,0385 кг/кг сух. в.;₁=159 кДж/кг.

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

20 кДж/кг - 31 мм

,3 кДж/кг - х мм

х=6,3 кДж/кг*31мм/20 кДж/кг =9,8 мм;

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

кДж/кг - 31 мм

,5 кДж/кг - х мм

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

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

Лето:

х₂=0,0385 кг/кг сух. в.;

Зима:

х₂=0,0273 кг/кг сух. в.

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

I₁-I₂= -Д*( х₂- х₁);

Лето:

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

кДж/кг=6,1 кДж/кг;

Зима:

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

кДж/кг=9,1 кДж/кг.

.4 Расчет расходов сушильного агента, греющего пара и топлива

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

L=W/(x₂-x₁);

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

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

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

L_вл.г.=L*(1+x₂);

Лето:

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

Зима:

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

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

D=L*(I₁-I₀)/r ,

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

Лето:

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

Зима:

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

.5 Расчет рабочего объема сушилки

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

Q₀=L*(I₁-I₀);

Лето:

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

Зима:

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

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

Q=Q₀-W*(q_тр.+q_п.);

q_тр.=0;

Лето:

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

Зима:

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

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

V_p=W/A;

Интенсивность теплообмена определяется по уравнению тепломассообмена:

А=к_v*Дt_ср. ,

где к_v - объемный коэффициент теплообмена,

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

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

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

Дt_б.=t₁-и_м; Дt_м.=t₂-и_м;

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

⁰С 75⁰С

⁰С 0⁰С

Дt_м.=75⁰С-0=75⁰С;

Дt_б.=150⁰С-47⁰С=103⁰С;

⁰С/75⁰С<2,

Дt_cр.=(103⁰С+75⁰С)/2=89⁰С,

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

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

.6 Расчет параметров барабанной сушилки

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

Ш=(А/с_н)*(1-(U₁+U₂)/2)/( U₁-U₂) ,

где с_н - насыпная плотность материала (таб. 2.6)

с_н=1200 кг/м³ ,

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

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

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

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

V_p=р* D_б²*L_б*(1-ш)/4,

Принимаем L_б/D_б=5, тогда L_б=5*D_б,

Принимаем стандартный размеры сушильного барабана по ГОСТ 11875-79.

Находят средний массовый расход материала:

G_ср=(G₁+ G₂)/2;

Находим время пребывания материала в барабане:

ф=V_б*с_нас*ш/ G_ср,

V_б=р*D²*L*(1-ш)/4,

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

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

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

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

n_б=а₁*а₂*L_б/г_б*D_б*ф.

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

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

Потребляемую мощность N_б на вращение барабана приближенно определяют по формуле:

N_б=78*у*с_нас*n_б* D_б³* L_б,

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

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

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

G_б=7200+630*V_p;

G_б=7200+630*12,33=14967,9 кг.

.7 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки

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

Определим исходные данные.

Найдем плотность газа на участке:

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

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

Потеря давления на трение Др_ТР на участке определим по уравнению

где л-коэффициент трения, л=0,02;

d_э=диаметр расчетного участка тракта.

давления на преодоление местных сопротивлений Др_м находим по уравнению:

Полная потеря давление на первом участке:

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

Аналогично проведем расчет для всех других участков.

^й участок от калорифера до сушильного барабана:

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

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

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

^й участок от сушильного барабана до циклона:

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

Др₃=10,99 Па+80,45 Па=91,44 Па

^й участок от циклона до рукавного фильтра.

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

Др₄=27,48 Па+89,25 Па=116,73 Па

^й участок от рукавного фильтра до дымососа:

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

Др₅=13,74Па+80,45Па=94,19Па

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

Др_дав.= Др_Т+ Др_в- Др_общ,

где Др_в- сопротивление воздушного тракта до топки или калорифера;

Др_Т- сопротивление калорифера;

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

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

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

где Др_с -сопротивление сушильного аппарата;

Др_ц - сопротивление циклонных аппаратов;

Др_г - сопротивление соединительных газовоздухопроводов;

Др_пл - сопротивление электрофильтра.

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

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

Др_общ=10 Па;

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

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

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

2. Вспомогательные и дополнительные расчеты

.1 Расчет плотности влажного газа

Плотность влажного газа определяем по формуле:

с_вг.=с_сг.*(1+х₂),

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

с_сг.= с₀* Р_сг.*T₀/ Р₀*T,

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

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

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

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

Р_сг. - парциальное давление абсолютного сухого газа.

Р_сг.=Р- Р_п.,

Р - общее давление Р=99,4 кПа,

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

Р_сг.=99,4 кПа-0,4 кПа=99 кПа,

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

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

2.2 Расчет потери теплоты в окружающую среду

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

Q_п= к*Дt_ср*S_ст,

Коэффициент теплопередачи к рассчитывается по формуле для многослойной стенки:

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

Найдем значение критерия Re:

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

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

Коэффициент теплоотдачи б от сушильного агента к внутренней поверхности стенок:

Nu=б*l/л,

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

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

б₂=9,74+0,07*(t_ст-t_в),

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

t_в - температура окружающего воздуха, t_в=20⁰С,

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

По температуре газов выбираем толщину футеровки (таб. 3.1)

Толщина:

футеровки -

шамота - 125 мм

стали - 20 мм

л: шамота - 1,05 Вт/м*К

стали - 46,5 Вт/м*К

Находим коэффициент теплопередачи:

Определяем поверхность стенки S_ст :

S_ст=р*d*l=3,14*1,6 м*8 м=40,2 м²,

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

Удельную потерю теплоты в окружающую среду определяют по формуле:

q_п=Q_п/W,

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

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

2.3 Расчет калорифера при сушке воздухом

Общее количество теплоты Q₀ рассчитывают по формуле:

Q₀=L*(I₁-I₀)

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

Вычислим средний температурный напор по формуле логарифмического уравнения:

где Дt_м =t₁-t_2н

Дt_б=t₁-t_2к

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

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

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

Дt_б=154,6⁰С+7,7⁰С=162,3⁰С,

Дt_м =154,6⁰С-150⁰С=4,6⁰С,

Поверхность теплообмена S_т калориметра определяют по уравнению теплоотдачи :

S_т=Q₀/к Дt_ср.,

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

Находим необходимое число n_к. секций калорифера:

n_к.=S_т/ S_с ,

где S_с - поверхность теплообмена секции.

Примем оребренный калорифер:

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

Массовую скорость воздуха в калорифере рассчитывают:

с*v =L/S,

где L-расход абсолютно сухого воздуха,

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

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

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

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

Др_Т=25,45 Па*8 сек.=203,6 Па.

.4 Расчет питателя

Внутренний диаметр входного патрубка клапана-мешалки определяют:

где G-расход материала через мешалку;

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

D принимаем по ГОСТу, D=150 мм.

2.5 Выбор и расчет пылеуловителей

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

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

где Др_ц- гидравлическое сопротивление циклона;

с- плотность газа.

В этом случаи:

где ж- коэффициент гидравлического сопротивления циклона.

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

D_ц=400÷800мм, принимаем D_ц=0,8м.

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

n≈v_г/q_ц

Принимаем 2 циклона.

Для улавливания мелкодисперсной пыли необходимо учесть дополнительную ступень очистки газа.

Для выбора рукавного фильтра определяют расчетную площадь поверхности фильтрования:

где V_г- объемный расход газов через систему пылеулавливания;

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

Для стекольной ткани:

 принимаем

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

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

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

-        Длина рукава - 9300мм;

-        Площадь фильтрующей поверхности - 408м²;

         производительность - 12-20 тыс. м³/ч.

.6 Выбор вентиляторов и дымососов

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

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

V_н^I=в_i^I*L/с,

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

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

V_н^II=в₁^II*V_г,

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

в₁^II≈1,1-1,2

V_н^II=1,1*3,1м³/с=3,41 м³/с

Расчетное давление вентилятора определяют по уравнению:

P_n.= в₂*Дс,

где в₂-коэффициент запаса, равный 1,1;

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

·        для вентилятора:

Р_н=1,1*360,8Па=396,88Па

·        для дымососа:

Р_н=1,1*2200,92Па=2421Па

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

Р_н^*= К_с* Р_н,

где с₀- плотность воздуха при нормальных условиях;

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

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

·        для вентилятора:

Р_н^*=1,43*396,88Па=567,54Па

·        для дымососа:

Р_н^*=1,43*2421Па=3462,03Па

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

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

Принимаем з_н=0,85

·        для вентилятора:

·        для дымососа:

Мощность электродвигателя:

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

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

·      для вентилятора:

·        для дымососа:

Установочную мощность электродвигателя определяют по формуле:

N_уст.=в_уст.*N_дв.,

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

·        для вентилятора:

N_уст.=1,1*1003,05=1103,36 Вт

·        для дымососа:

N_уст.=1,1*10432,31=11475,54 Вт

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

Принимаем вентилятор:

Принимаем дымосос:

Список используемой литературы

барабанный сушильный калорифер

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

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

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