Расчет барабанной сушильной установки для сыпучих материалов

Расчет барабанной сушильной установки для сыпучих материалов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

.   Тепловой и материальный расчет сушильной установки

2.       Конструктивный расчет сушильной установки

.        Аэродинамический расчет сушильной установки

.        Расчет тепловой изоляции сушильной установки

.        Механический расчет сушильной установки

.        Выбор вспомогательного оборудования для сушильной установки

6.1         Выбор циклона для очистки газа

6.2     Выбор транспортных устройств

.3  Выбор топки

7. Техника безопасности при эксплуатации сушильных установок

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Барабанные конвективные сушильные установки широко применяются для сушки различных мелкокусковых и зернистых материалов в химической и силикатной промышленности, а также для сушки топлива на электростанциях и углеобогатительных предприятиях. В целлюлозно-бумажном производстве сушильные барабаны могут быть использованы для сушки лигнина, древесных отходов, местных топлив и других влажных материалов.

Барабанная сушилка представляет собой установленный наклонно вращающийся барабан, на который надеты два бандажа и зубчатый венец привода. Бандажами барабан опирается на четыре ролика, установленные на рамах. Два опорных ролика ограничивают осевое смешение корпуса барабана, на обоих концах барабана имеются камеры; в одной предусмотрен ввод газов и загрузка влажного материала, в другой - вывод сухого продукта и отработавшего сушильного агента. За счет установки барабана под небольшим наклоном (до 6°) материал постепенно передвигается к разгрузочной камере.

Материал поступает в барабан по течке, которая в некоторых случаях оборудована специальным подающим устройством. Иногда течки снабжены рубашкой, в которой движутся охлаждающая вода или воздух. Это позволяет избежать прилипания материала к стенке, омываемой горячими газами.

Барабаны изготавливаются из царг, вальцованных из листовой углеродистой стали марок ВСтЗпс или ВСтЗсп (ГОСТ 380-71), если материалы, подвергаемые сушке, не вызывают коррозии и нет необходимости применения легированных сталей. Обечайки барабанов толщиной s=8÷20 мм изготавливают сварными. Для листов толщиной до 20 мм применяют одностороннюю стыковую сварку, а для более толстых листов - двухстороннюю. Барабаны, работающие в тяжелых температурных условиях (при температуре стенок до 300°С), иногда делают цельноковаными. Толщина листов для изготовления барабанов не менее 8 мм, а в больших цементных печах - 40-50 мм. Для понижения местных напряжений материала обечайки под бандажами и венцовой шестерней приваривают усиливающие кольца, в 1,5-2 раза превышающие толщину барабана.

Длинные барабаны приходиться ставить на несколько опор. Из условий жесткости расстояние между опорами не должно быть более 20 м. Барабаны большого диаметра, работающие при высоких температурах, усиливаются установкой колец жесткости. Изготавливают кольца из углеродистой стали толщиной 20-30 мм, высотой 120-150 мм и приваривают к барабану. Расстояние между кольцами жесткости 2-3 м. Кольца жесткости способствуют сохранению форм поперечного сечения.

Если во время обработки материалов свойства его изменяются, то по длине барабана меняется и тип насадки. Например, в начале барабана устанавливается лопастная насадка, затем секторная или распределительная, а в конце барабана - перевалочная.

Максимальный диаметр барабана может быть 3,5 м. Отношение длины к диаметру L/D = 4÷8; частота вращения барабана n = 2÷8 мин, а скорость вращения υ = 2÷2,5 м/с.

1.
Тепловой и материальный расчет сушильной установки

Для того чтобы рассчитать теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ газообразного топлива, необходимо знать состав рабочего топлива.

Определяем количество влажного материала G₁, т/ч, поступающего в сушильную установку, т/ч:

G₁ = G₂ + W, (1.1)

Где G₂ - производительность сушильного цеха, т/ч;

W - количество испарившейся влаги, т/ч.

Определяем количество испарившейся влаги, т/ч:

W = G₂ ·, (1.2)

Где , - начальное и конечное влагосодержание сушимого материала в процентах.

W = 44  = 5,5 т/ч,

G₁ = 44 + 5,5 = 49,5 т/ч,

Определяем теоретическое количество сухого воздуха L₀, кг/м³, необходимого для сжигания 1 м³ газообразного топлива:

L₀ = 1,38·(0,017·CO + 0,248·H₂ + 0,44·H₂S+∑∙C_mH_n - O₂)∙ρ₀, (1.3)

Где ρ₀ - плотность газообразного топлива, кг/м³;

CO, H₂, H₂S, O₂, C_mH_n - состав рабочей массы топлива в процентах.

Определяем плотность газообразного топлива, кг/м³:

ρ₀ = , (1.4)

где μ - молекулярная масса составляющей в углеродных единицах.

ρ₀ = = 0,80 кг/м³,

L₀ = 1,38∙(0,017∙0,11+0,248∙0+0,44∙0,43++∙

∙2,4+- 0,11) ∙ 0,80 = 13,66 кг/м³,

Для удобства дальнейших расчетов подсчитываем сумму процентного массового содержания, %:

 (1.5)

+

+= 2,18 %,

Определяем высшую теплотворную способность топлива Q, кДж/кг:

Q= [94∙(5,32∙CH₄ + 5,05∙C₂H₆ + 4,94∙C₃H₈ + 4,87∙C₄H₁₀ + 1,64·H₂S

+12,75∙H₂ + 1,08·CO) + ]·ρ₀, (1.6)= [94·(5,32∙91,8 + 5,05∙2,4 + 4,94∙2,2 + 4,87∙1,8 + 1,64∙0,43 + 12,75∙0

+1,08∙0,11) + (2514∙2,18)]∙0,80 = 43560 кДж/м³,

Определяем коэффициент избытка воздуха α:

 (1.7)=>

Где W_п - вес водяного пара, применяемого для дутья или распыла топлива, (W_п = 0);

h_п - энтальпия водяного пара, содержащегося в топочных газах при t_с.г. на входе в сушилку, кДж/кг,

h_п = 2500+1,97∙t_с.г.;

C_с.г. - теплоемкость сухих газов при t_с.г.,

C_с.г = 1,186 кДж/кг∙град);

t_г - температура топлива, °С, (t_г =5°С);

С_т - теплоемкость топлива, кДж/кг∙град, (С_т = 1,005 кДж/кг∙град);

Определяем энтальпию водяного пара, содержащегося в топочных газах при t_с.г. на входе в сушилку, кДж/кг:

h_вп = 2500+1,97∙t_с.г (1.8)

h_вп = 2500+1,97∙980 =4431 кДж/кг

α= = 2,4

Определяем вес водяных паров, кг/кг:

G_вп = , (1.8)

G_вп = 0,0218 +  = 0,087 кг/кг,

Определяем вес сухих газов, кг/кг:

G_с.г. = 1 + α ∙ L₀ - ,, (1.9)

G_с.г. = 1 + 2,4∙ 13,66 - 0,0218 = 33,76 кг/кг

Определяем влагосодержание газов на входе в барабан сушилки, г/кг:

d₁ =, (1.10)

d₁ == 2,58 г/кг,

Определяем энтальпию газов на входе в сушилку, кДж/кг:

H_к = , (1.11)

Где η_т - коэффициент, учитывающий потери в топке.

H_к = = 1109 кДж/кг,

Построение действительного процесса сушки в H-d диаграмме.

Для изображения реального процесса сушки, происходящего в сушилке, необходимо определить величину потерь ∆, кДж/кг:

∆ = υ₁ - ∑q, (1.12)

Где ∑q - суммарный расход тепла, кДж/кг;

υ₁ - начальное теплосодержание материала, поступающего в сушилку.

Определяем начальное теплосодержание материала, поступающего в сушилку, кДж/кг:

υ₁ = , (1.13)

υ₁ = = 45,2 кДж/кг,

Определяем расход тепла на испарение влаги, кДж/кг:

q₁ = 2500 + 1,97·t_сг - υ₁, (1.14)

q₁ = 2500 + 1,97·980-45,2= 4385,4 кДж/кг,

Определяем расход тепла на нагрев материала, кДж/кг:

q_м = , (1.15)

где  - температура материала на выходе из сушилки, определяется по температуре мокрого термометра, °С;

 - температура материала на входе в сушилку, °С;

C_м - теплоемкость материала, кДж/кг·град, (С_м = 1,012 кДж/кг·град)

q_м = = 628,5 кДж/кг,

Определяем потери тепла в окружающую среду, принимаем равным 8÷12% от полезно затраченного тепла, которое складывается из расхода на испарение влаги и расхода на нагрев материала, кДж/кг:

q_ос = (0,08 ÷ 0,12) · q_пол (1.16)

q_пол = h_вп - υ₁ + q_м,

где h_вп - энтальпия водяного пара, содержащегося в топочных газах при t_сг, кДж/кг, (h_вп = 4431 кДж/кг);

q_пол = 4431 - 45,2 + 628,5 = 5014,3 кДж/кг,

q_ос = 0,08 · 5014,3 =401, кДж/кг,

Определяем потери, кДж/кг:

∆ = υ₁ - (q_м + q_ос), (1.17)

∆ = 45,2 - (628,5 + 401) = - 984,3 кДж/кг,

Построение в H-d диаграмме действительного процесса сушки при наличии тепловых потерь ∆<0 начинается с построения теоретического процесса (рис. 1). Затем на линии H_в = const теоретического процесса выбирается произвольная точка D и от нее вниз откладывается отрезок:

DE = , (1.18)

где Md, MH - масштабы влагосодержаний и энтальпий,

m = = 500

DE = , мм, (1.19)

DE = = - 39,4 мм

Из точки М проводиться политропа МЕ действительного процесса. На этой линии находиться конечная точка С, т.е. точка действительного процесса, которая определяется пересечением политропы с линией постоянной температуры уходящих газов из сушилки (рисунок 1).

Определяем расход газов на 1кг испаренной влаги, кг/кг_{ис. вл}:

l = , (1.20)

где - теплоемкость сухих газов на входе в сушилку, кДж/кг·град;

- теплоемкость газов на выходе из сушилки, кДж/кг·град.

Определяем теплоемкость газов на выходе из сушилки, кДж/кг·град:

, (1.21)

Где С_n - удельная теплоемкость пара, кДж/кг·град, (С_n = 1,97 кДж/кг·гр).

Рисунок 1 - Построение действительного процесса сушки

= 1,92 кДж/кг·град,

l = = 5,8 кг/кг_{ис. вл},

Определяем потери тепла с уходящими газами, кДж/кг:

q₂ = l · (C_сг + 0,001·d₁·C_n)·(t₂ - t₀), (1.22)

где t₀ - температура наружного воздуха, °С,

С_сг - теплоемкость сухих газов, кДж/кг,

q₂ = 5,8·(1,186+0,001·2,58·1,97)·(74-(-14)) = 608 кДж/кг,

Определяем суммарный расход тепла, кДж/кг:

∑q = q₁+q_м+q₂+q_ос, (1.23)

Где q₁ - расход тепла на испарение влаги, кДж/кг;

q₂ - потери тепла с уходящими газами, кДж/кг;

q_м - расход тепла на нагрев материала, кДж/кг;

q_ос - потери тепла в окружающую среду, кДж/кг.

∑q = 4385,4+628,5+608+401= 6022,9 кДж/кг,

Определяем полный расход сухих газов, кг/ч:

L = l W, (1.24)

L = 5,8 · 5500 = 31900 кг/ч

Определяем расход газов, поступающих в сушилку, кг/ч:

G_г = L·, (1.25)

G_г = 31900·= 31982 кг/ч,

Определяем часовой расход топлива, сжигаемого в топке сушилки, кг/ч:

В_т =, (1.26)

В_т = = 945 кг/ч

Определяем количество тепла, переданного от газов материалу, кДж/ч:

Q = W·(q₁+q_м), (1.27)

Q = 5500·(4385,4+628,5) = 27,57·10⁶ кДж/ч,

Определяем тепловой баланс сушильной установки, кДж/кг:

 (1.28)

>6022,9

,4>6022,9, что вполне допустимо.

2. Конструктивный расчет сушильной установки

Определяем объем сушильного пространства, м³:

V_бар = , (2.1)

Где A_v - напряженность по влаге, кг/м³·ч, (А_v = 40 кг/м³·ч)

V_бар = = 137,5 м³

По объёму сушильного пространства выбираем 2 сушильных барабана и его основные размеры:

внутренний диаметр барабана - 2,8 м;

длина барабана - 12 м;

толщина стенки - 14 мм;

объём сушильного пространства - 74 м³;

скорость вращения барабана - 5 об/мин;

общий вес барабана без топки - 6,5 т.

Исходя из заданного типа насадки, находим внутренние параметры сушильного барабана:

S/D_Б = 3,4;_ОБЩ/D_Б = 40;_ГОЛ/D_Б = 10;

В = 0,34;

β = 27,5%;

М = 100,5.

Определяем параметр, характеризующий внутреннее устройство барабана:

 (2.2)

Где h_СР - средняя высота падения частиц.

 (2.3)

Где Z - число лопастей, Z = 51.

В начале барабана необходима упрощенная насадка, с тем чтобы избежать замазывания стенок при сушке влажных материалов.

Определяем среднюю разность температур между высушиваемым материалом и газом, °С:

∆t_ср = , (2.4)

Где t₁ - температура газа на входе в сушилку, °С;

t₂ - температура газа на вsходе из сушилки, °С;

θ₁ - температура материала на входе в сушилку, °С;

θ₁ - температура материала на выходе из сушилки, °С.

∆t_ср = = 304°С,

Определяем среднюю температуру газов в сушилке, °С:

t_г.ср. = , (2.5)

t_г.ср. = = 854 °С,

Определяем средний объем газов, м³/кг:

, (2.6)

Где d_ср - среднее влагосодержание газов, г/кг_{с. в.}.

Определяем среднее влагосодержание газов, г/кг_{с. в}:

d_ср = , (2.7)

d_ср = = 186,3 г/кг_{с. в.},

= 4 м³/кг,

Определяем объемный расход газов, проходящих через один сушильный барабан, м³/ч:

V_г = , (2.8)

V_г = 945·49,5·4 = 187110 м³/ч

Определяем среднюю скорость газов в сушилке, м/с:

ω_ср = , (2.9)

ω_ср = = 11,6 м/с

Определяем объемный коэффициент теплоотдачи между газом и падающими частицами материала с лопаток, кДж/м³·ч·гр:

Где m - порозность материала;

а - коэффициент, учитывающий ухудшенную обдувку частиц газом внутри струи падающего с лопаток материала, принятый с учетом скорости вращения барабана при n = 5 об/мин, (а = 0,058);

λ, ν - коэффициент теплопроводности и коэффициент кинематической вязкости соответственно, берем при температуре сухих газов;

x - число фракций;

δ_ср - размер фракций.

Определяем порозность материала:

m = , (2.11)

где γ_ист, γ_насып - истинный и насыпной удельные веса материала, кг/м³

m = = 0,125

Определяем скорость материала в сушилке,м/с:

ω = , (2.12)

где ω_пад - скорость падения частиц с лопаток, м/с.

Определяем скорость падения частиц с лопаток, м/с:

ω_пад = , (2.13)

где h_пад = h_ср = 0,439 м,

ω_пад = = 0,987 м/с,

ω = = 11,64 м/с,

= 276

Определяем объемный коэффициент теплоотдачи для частиц в завале и на лопатках, кДж/м³·ч·гр:

, (2.14)

Где F_m - наружная поверхность частиц.

Определяем наружную поверхность частиц, м²:

F_m = 1,27·, (2.15)

Где S_м - суммарная длина отрезков, в поперечном сечении барабана, соответствующая поверхности соприкосновения газа и материала, м.

F_m = 1,27·3,4= 11,07 м²

Определяем среднюю длину скатывания частиц, м:

l₀ = 2·, (2.16)

l₀ = 2·= 0,052 м,

Определяем критерий Рейнольдса:

Re = , (2.17)

Где ν - кинематическая вязкость, берется при ∆t_ср, м²/с, ν = 48,9·10^-6 м²/с).

Re = = 12335

Определяем критерий Нуссельда:

Nu = 0,34 · Re^0,66 (2.18)

Nu = 0,34 · 12335^0,66 = 170

Определяем коэффициент теплообмена, кДж/м³·ч·гр:

, (2.19)

, (2.20)

=6043,8 кДж/м³·ч·гр,

Определяем объемный коэффициент теплоотдачи от нагретых поверхностей сушилки к материалу, кДж/м³·ч·гр:

, (2.21)

Где α_г - коэффициент теплоотдачи от газа к оголенным поверхностям насадки;

F_гол - “оголенная” внутренняя поверхность барабана, м²;

t_л - температур на лопатках насадки, °С.

Определяем коэффициент теплоотдачи от газа к оголенным поверхностям насадки, кДж/м³·ч·гр,

α_г = 4,4+3·(ω_ср·γ_ср), (2.22)

где γ_ср - средний удельный вес газов, кг/м³.

Определяем средний удельный вес газов, кг/м³:

γ_ср = , (2.23)

γ_ср = = 0,3 кг/м³

Определяем “оголенную” внутреннюю поверхность барабана, м²:

F_гол = 1,27·, (2.24)

Где S_гол - суммарная длина отрезков в поперечном сечении барабана, соответствующих “оголенной” поверхности, м.

F_гол = 1,27·= 32,56 м²,

Определяем температуру на лопатках насадки, °С:

t_л = , (2.25)

t_л = = 550 °С,

α_г = 4,4+3·(11,6·0,3) = 14,84 кДж/м³·ч·гр,

= 482,9 кДж/м³·ч·гр,

Определяем суммарный коэффициент теплообмена в барабане, кДж/м³·ч·гр:

, (2.26)

α_v = 276+6043,8+482,9 = 6802,7 кДж/м³·ч·гр,

Определяем время сушки влажного материала, ч:

τ = , (2.27)

где β - коэффициент заполнения барабана материалом (в долях);

γ_н - насыпная масса материала, кг/м³;

- влагосодержание материала на входе и выходе из сушилки,%;

А_v - напряжение барабана по влаге, кг/м³.

τ = = 0,764 ч.

Определяем коэффициент заполнения барабана, %:

β = , (2.28)

где n - количество барабанов, шт.

β = = 30,2%

Определяем площадь живого сечения барабана для прохода сушильного агента (газов), м²:

F_б = , (2.29)

F_б = = 4,3 м²,

барабанный сушилка тепловой конструктивный

3. Аэродинамический расчет сушильной установки

Для преодоления сопротивления газов за циклоном устанавливаем отсасывающий вентилятор. При выборе вентилятора надо рассчитать полное сопротивление установки, мм.вод.ст.:

∆P_n = , (3.1)

Где ∑P_сис - сумма сопротивлений системы, мм. вод. ст.;

w₀ - скорость в выходном отверстии вентилятора, м/с;

γ - удельный вес газов на выходе из сушильного барабана, кг/м³;

g - ускорение свободного падения.

Определяем сумму сопротивлений системы, мм. вод. ст.:

∆P_сис = ∆P_топ+∆P_бар+∆P_суж+ ∆P_пов+∆P_цик, (3.2)

Где ∆P_топ - сопротивление топки, мм. вод. ст., (∆P_топ = 50 мм. вод. ст.);

∆P_бар - сопротивление барабана, мм. вод. ст., (∆P_бар = 30 мм. вод. ст.);

∆P_пов - сопротивление поворота, мм. вод. ст., (∆P_пов = 15 мм. вод. ст.);

∆P_цик - сопротивление циклона, мм. вод. ст., (∆P_цик = 12 мм. вод. ст.);

∆P_суж - сопротивление сужения при выходе из циклона, мм. вод. ст.

Определяем сопротивление сужения при выходе из циклона, мм. вод. ст.:

∆P_суж = ζ_суж·, (3.3)

Где ζ_суж - коэффициент местного сопротивления, (ζ_суж = 0,105);

ω₂ - скорость газов в сужении, м/с;

t_кон - температура газов на выходе, °С.

∆P_суж = 0,105·= 9,1 мм. вод. ст.,

∆P_сис = 50 + 30 + 9,1+ 15 + 12 = 116,1 мм. вод. ст.,

∆P_n = = 122,2 мм. вод. ст.,

V_г = , (3.4)

V_г = 945·49,5·4 = 187110 м³/ч,

Выбор типа вентилятора зависит от конструктивных особенностей сушилки, сопротивление установки и количества перемещающегося сушильного агента.

В сушильных установках применяются центробежные и осевые вентиляторы. При выборе вентилятора определяющее значение имеет КПД вентилятора. Центробежные вентиляторы бывают низкого (напор до 1000 Н/м²), среднего (напор 1000÷3000 Н/м²) и высокого давления (напор 3000÷15000 Н/м²). Вентиляторы высокого давления применяются в пневматических сушилках и сушилках “кипящего слоя”.

Выбираем 2 вентилятора со следующими параметрами:

) тип вентилятора - ВРН,

) КПД вентилятора - η = 60,0%,

3) число оборотов вентилятора - n_об = 465 об/мин,

) производительность вентилятора - V = 30·10³ м³/ч

Определяем расчетный напор вентилятора, мм.вод.ст.:

H_р = , (3.5)

Где ρ₂ - плотность газов на выходе из сушилки, кг/м³, (ρ₂ = 1,000 кг/м³)

H_р = = 163,3 мм. вод. ст.,

Определяем мощность электродвигателя для вентилятора, кВт:

N_дв = , (3.6)

Где k - коэффициент запаса мощности, (k = 1,32);

η_прив - коэффициент полезного действия привода, (η_прив = 0,9).

N_дв = = 207,5 кВт

4. Расчет тепловой изоляции сушильной установки

Для расчёта должны быть заданы

Температура воздуха в сушильном цеху, t_С=20˚С;

Средняя температура газовоздушной смеси, t_{Г. СР} = 854˚С;

Толщина стенки барабана, δ_СТ = 14 мм.;

Изоляционный материал - асботермит, коэффициент теплопроводности изоляционного материала λ = 0,295 кДж/кг∙˚С.

Определяем потери тепла в окружающую среду, кДж/кг:

Q_ос = (q_ос · W)/n_б, (4.1)

Q_ос = 401· 5500 = 2205500 кДж/ч,

В первом приближении принимаем толщину изоляционного материала δ = 20 мм, так как диаметр барабана по сравнению с толщиной стенки очень большой, то многослойный цилиндр можно заменить плоской стенкой.

Определяем термическое сопротивление, кДж/кг:

k = , (4.2)

где F - площадь поверхности барабана, м².

Определяем площадь поверхности барабана, м²:

F = π·D_н·l_б + 2·0,785·D_н², (4.3)

Где D_н - наружный диметр барабана, м, (D_н = 2,828 м);

l_б - длина барабана, м, (l_б = 12 м).

F = 3,14·2,8·12+2·0,785·2,8² = 117,8 м²,

k = = 30,8 кДж/кг,

Определяем коэффициент теплоотдачи от газов к стенке барабана, кДж/м²·ч·гр:

α₁ = , (4.4)

Определяем характер движения газов в сушилке:

Re = , (4.5)

Re = = 222771

Определяем критерий Нуссельта:

Nu = 0,021·Re^0,8·ζ_e, (4.6)

Где ζ_e - поправочный коэффициент, учитывающий схему движения газов и нагреваемого материала.

Nu = 0,021·222771^0,8·1 = 398

α₁ =  = 38 кДж/м²·ч·гр,

Определяем эффективный коэффициент теплоотдачи от поверхности барабана в окружающую среду, кДж/м²·ч·гр:

α = α_к + α_л, (4.7)

где α_л - коэффициент теплоотдачи излучением, кДж/м²·ч·гр;

α_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м²·ч·гр.

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением, кДж/м²·ч·гр:

α_л = , (4.8)

где С - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м²·К⁴, (С = 5,67 Вт/м²·К⁴ ).

α_л =  = 109,2 кДж/м²·ч·гр,

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м²·ч·гр:

α_к = А_в ·, (4.9)

где А_в - коэффициент, зависящий от средней температуры газов.

Определяем коэффициент, зависящий от средней температуры газов:

А_в = 0,018·, (4.10)

А_в = 0,018·= 5,65

α_к = 5,65·= 32,6

α = 32,6 + 109,2 =141,8 кДж/м²·ч·гр,

Определяем толщину изоляции барабана, м:

δ_из = , (4.11)

δ_из = = 0,0004 м,

Так как полученная толщина слоя изоляции d_изол=0,0004 м меньше минимально допустимой d_мин=20 мм, то принимаем минимально допустимую толщина слоя изоляции d_изол=20 мм.

5. Механический расчет сушильной установки

При расчете сушильного барабана необходимо определить толщину стенки и прогиб барабана.

Барабан рассматриваем как балку, свободно лежащую на двух опорах. Вес барабана, насадки, бандажей, загружаемого материала и изоляции рассматриваем как равномерно распределенную нагрузку по длине барабана, вес венцовой шестерни - как сосредоточенную силу.

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей аппарата на опорные ролики. Бандаж представляет собой кольцо прямоугольного, квадратного или коробчатого сечения. Бандажи для небольших барабанов выгибают из рельса. Изготавливают бандажи для долговечности из качественной стали.

Существую следующие способы крепления бандажей:

а) бандаж насаживается в горячем виде на кованую горловину барабана (применяется этот способ для барабанов диаметром до 1 м);

б) бандажи могут присоединяться болтами к фланцам барабана;

в) для барабанов большого диаметра применяется свободное крепление бандажей.

Для барабанов небольших диаметров можно применять жесткое крепление бандажа. Для быстро вращающихся барабанов бандажи быстро раскатываются, поэтому применяют такое крепление, которое допускает подтягивание бандажа. Внутренняя поверхность бандажа и внешняя поверхность подбандажного пояса обтачиваются на конус; периодически подтягивают болты и натягивают бандаж на пояс.

Ролики опорных станций принимают на себя нагрузку от веса всех вращающихся частей. Ролики устанавливают так, чтобы угол между ними 60°; это расположение обеспечивает необходимую устойчивость барабана. Для разгрузки опорные ролики иногда делают двойными, но они сложнее и применяются редко: диаметры опорных роликов берутся в 3-4 раза меньше наружного диаметра бандажа.

Ролики изготавливаются из материала менее прочного, чем бандаж. Бандажи делают из сталей марок Ст.5, Ст.6, 40 и 45. Ролики только в ответственных случаях изготавливают из стали; обычно их отливают из чугуна СЧ. 15-32, СЧ. 18-36 и затем обтачивают. Чаще всего ролики имеют большую ширину, чем бандаж, и снабжаются ребордами, называются упорными; они воспринимают осевую силу, стремящуюся сдвинуть наклонный барабан вдоль оси.

Упорные ролики могут быть сферическими и коническими. Опорные и упорные ролики могут выполняется на подшипниках скольжения и качения. Они монтируются на общей фундаментной плите, образуя опорно-упорную станцию. Упорную станцию размещают поблизости от зубчатого венца привода, для того чтобы не было смещения шестерен.

Определяем удельную нагрузку барабана, т/м:

q₀ = , (5.1)

где G - полный вес барабана без топки, т, (G = 7,0 т);

G_вл - вес влажного материала, поступающего в сушилку, т/ч;

t - время работы сушилки в час;

l_б - длина барабана, м, (l_б = 12 м).

q₀ =  = 3,7 т/м,

Принимаем длину кольцевых участков l₁ = 2,0 м, (при l_б = 12 м).

Тогда расстояние между опорами равно l₂ = 8 м, (при l_б = 12 м ).

Определяем изгибающий момент от действия равномерно распределенной нагрузки, т·м:

М₁ = , т·м, (5.2)

М₁ = = 29,6 т·м,

Определяем расчетный приведенный момент, т·м:

М_расч = М₁, (5.3)

М_расч = 29,6 т·м,

Определяем момент сопротивления сечения кольцевой стенки барабана, м³:

W = 0,785·D_б²·δ_ст, (5.4)

Где δ_ст - толщина стенки барабана, м.

W = 0,785·2,8²·0,014 = 0,08616 м³,

Определяем напряжение в стенке барабана от изгибающего момента, кг/см²:

δ_расч = , (5.5)

Определяем момент инерции кольцевой стенки барабана, м⁴:

J = , (5.6)

J = = 0,12 м⁴,

Определяем прогиб под действием равномерно распределенной нагрузки, см:

f = , (5.7)

где Е - модуль упругости, кг/см², (Е = 21·10⁶ кг/см²).

f = = 0,0004 см,

Для нормальной работы барабана допускается прогиб не более чем 1/3 мм на 1 м длины барабана, т.е.

f_кр ≤ 0,0003·l_б,

,0004 ≤ 0,0036, что вполне допустимо.

6. Выбор вспомогательного оборудования для сушильной установки

6.1 Выбор циклона для очистки газа

Для очистки сушильного агента от пыли можно использовать пылеосадительные камеры, электрофильтры, воздушные фильтры и гидравлические пылеосадители.

Наибольшее применение получили циклоны, т.к. они улавливают твердые частицы размером 3÷10 мкм и имеют хорошую степень очистки до 85 % (рис. 8).

Из существующих недорогих типов циклонов лучшие показатели по степени очистки отходящих газов и по условию работы пылеосадительной системы имеют циклоны конструкции НИИ ОГАЗ серии ЦН-15.

Определяем предварительное значение диаметра циклона, мм:

D = 2,95·, (6.1)

Где ω_вх - скорость газа во входном патрубке циклона, м/с;

V_сек - секундный расход газа, поступающего в циклон, м³/с.

D = 2,95·= 763 мм

Выбираем 2 циклона D = 800 мм.

.2 Выбор транспортных устройств

Для облегчения труда обслуживающего персонала, увеличения производительности и снижение себестоимости сушки в сушильных установках применяют механизированные транспортные средства для перемещения сушильных материалов.

Таблица 6.1

Конструктивные размеры циклона НИИОГАЗ серии ЦН - 15

В нашем случае для подачи сырого материала из загрузочного бункера непосредственно в барабан служит шнековый питатель с индивидуальным приводом от электродвигателя.

Разгрузка барабана происходит на ленточный транспортер, который транспортирует сухой материал к месту потребления.

.3 Выбор топки

В связи с использованием в качестве топлива природного газа с высшей теплотой сгорания Q_р^в, кДж/м³ выбираем газовую топку с инжекционной горелкой внешнего смешения. Принцип работы инжекционной горелки заключается в следующем: газ подается в горелку отдельно от воздуха, параллельно подается воздух со скоростью до 30 м/с.

Процесс горения происходит при температуре t_г. Сжигать газ при более низкой температуре а топке не рекомендуется, т.к. увеличивается процесс механического и химического недожога и снижается КПД топки.

Дымовые газы с этой температурой проходят через огнеупорную решетчатую насадку и попадают а охладительную камеру, где они теряют скорость и смешиваются с вторичным воздухом. Эта смесь с температурой t_с.г. °С поступает в барабанную сушилку. Преимущество этой топки в том, что она компактна, имеет высокий КПД и позволяет относительно легко регулировать температуру смеси.

7. Техника безопасности при эксплуатации сушильных установок

Настоящие правила распространяются на все сушильные установки, непрерывного или периодического действия, работающие при атмосферном давлении или под вакуумом.

2.   Камеры сушилок должны быть герметичны. У дверей камер должны быть установлены рычажные, клиновые, винтовые или другие устройства, плотно закрывающие двери.

3.       Если в конвейерных сушилках по условиям эксплуатации не могут быть устроены двери или конструкция сушилки не обеспечивает зону с нулевым давлением, у входа и выхода из сушилки необходимо устраивать тепловые (воздушные) завесы.

.        Сушильные установки должны иметь тепловую изоляцию, обеспечивающую минимальные потери тепла; при установке сушилок на открытом воздухе теплоизоляция должна быть влагоустойчивой.

.        В сушильных установках, в которых происходит пропаривание материала или изделий, все ограждения должны покрываться слоем гидроизоляции.

.        Сушилки для взрывоопасных материалов должны быть снабжены взрывными клапанами. Трубы от клапанов должны быть выведены наружу, за пределы цеха.

.        Сушилки для ядовитых едких материалов должны устанавливаться в специальных изолированных помещениях. Загрузка и выгрузка их, как правило, должны быть механизированы.

.        Все сушилки (кроме конденсационных) должны быть обеспечены вытяжной вентиляцией,

.        При установке в сушилке на одном валу нескольких осевых вентиляторов для равномерной циркуляции воздуха должны устанавливаться на один вал с одной стороны вентиляторы правого, а с другой стороны - вентиляторы левого вращения или должен быть реверсивный привод.

.        В сушилках с принудительной циркуляцией воздуха должны устанавливаться ребристые, гладкотрубные подогреватели или пластинчатые калориферы. Для лучшего обеспечения стока конденсата пластинчатые калориферы должны устанавливаться вертикально.

.        Для обеспечения равномерного распределения воздуха в сушильной камере должны устанавливаться направляющие экраны, решетки и другие устройства. Не допускается сушка материалов в камерных сушилках с неполными габаритами штабеля по высоте.

.        При сушке порошкообразных или дробленых материалов должна производиться очистка удаляемого из сушилки воздуха путем устройства пылеосадочных камер, сухих или мокрых циклонов, мультициклонов, матерчатых фильтров или электрофильтров. В этих сушилках должна применяться рециркуляция воздуха. Кратность рециркуляции воздуха должна быть определена расчетом по режиму сушки, по противопожарным нормам концентрации взрывоопасных паров и пыли, выделяемых при сушке, и указана в инструкции.

.        У сушильной камеры должны быть карта технологического режима и часовой циферблат со стрелками, указывающими время выгрузки высушиваемого материала.

.        Режим работы сушильных установок и установление характеристики работы основного и вспомогательного оборудования определяются эксплуатационными испытаниями, которые должны производиться: а) после капитальных ремонтов сушилок, б) после внесения конструктивных изменений или проведения рационализаторских мероприятий, требующих проверки; в) для устранения неравномерности сушки, связанной с браком продукции.

.        При испытаниях сушилки должны определяться количество и параметры греющего теплоносителя, температура и влажность сушильного воздуха в разных точках камеры, коэффициент теплопередачи нагревательных поверхностей, производительность и число оборотов вентиляторов и электродвигателей (в сушилках с принудительной циркуляцией воздуха).

.        В заводской или цеховой лаборатории должны быть в наличии электросушильный шкаф, аналитические и технические весы для определения влажности высушиваемого материала и не менее двух эксикаторов.

.        Поверхность нагрева калориферов сушильных установок должна подвергаться периодической очистке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была рассчитана барабанная сушильная установка в которой было рассчитано:

) тепловой и материальный расчет в нем было определено высшая теплопроводность топлива Q_р^в = 43560 кДж/м³, коэффициент избытка воздуха α = 2,4, энтальпия газов на входе в сушилку Н_к = 1109 кДж/кг, часовой расход топлива В_т = 945 кг/час.

) конструктивный расчет в нем был определен объем сушильного пространства V_бар = 137,5 м³, выбран 1 барабан объемом 74 м³ с основными размерами: внутренний диаметр барабана 2,8 м, длина 12 м, толщина стенки 14 мм, вес барабана без топки 6,5 тонн., время сушки 0,764 ч.

3) аэродинамический расчет в нем было определено полное сопротивление установки ∆Р_п = 122,2 мм. вод. ст., напор вентилятора Н_р=163,3 мм. вод. ст., мощность электродвигателя для вентилятора составила 207,5 кВт,

) расчет тепловой изоляции в нем была определена толщина тепловой изоляции δ_из = 20 мм

) механический расчет в нем был определен прогиб под действием равномерно распределенной нагрузки f = 0,0004 см

) расчет вспомогательного оборудования в нем был определен диметр и выбрано 2 циклона D = 800 мм.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Федяева В.Н., Федяев А.А., Данилов О.Л. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. Расчет барабанной сушильной установки для сушки сыпучих материалов. Учебно-методическое пособие. - Братск: БрГТУ, 2001. - 72 с.

. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. -М.: Энергия, 1980, - 285 с.

. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1970. - 407 с.