Камерное сушильное устройство с выкатной тележкой

Реферат

Камерное сушильное устройство с выкатной тележкой

Введение

Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения. Сушку материалов можно производить естественным и искусственным путями. Естественная сушка обычно производиться на открытом воздухе, под навесами или в специальных сараях и представляет собой процесс, при котором сушильный агент (воздух) поглощающий пары влаги, отводится из зоны сушимого материала без искусственных мероприятий. Недостатком естественной сушки является большая продолжительность, зависимость ее от времени года и температуры наружного воздуха, необходимость большой территории для размещения материалов.

Искусственная сушка материалов производиться в специальных устройствах - сушилках, в которых сушильный агент, поглотивший пары влаги, отводится искусственным способом. При сушке удаляется влага, связанная с материалом механически и физико-химически.

Существует большое количество разнообразных типов и конструкций сушильных установок, их различают так же и по способу подвода и отвода тепла к сушимому материалу (конвективному, терморадиационному и контактному).

Наибольшее распространение получили конвективные сушилки В конвективных сушилках, имеющих наибольшее распространение в промышленности. Сушильным агентом является нагретый воздух или смесь его с дымовыми или топочными газами. Основным элементом камерной конвективной сушилки, является прямоугольная камера, внутри которой помещается сушимый материал, остающийся неподвижным в течении всего процесса сушки. Камерные сушилки являются сушилками периодического действия и применяются при малых количествах сушимого материала. Сушилки, работающие на смеси дымовых газов с

Воздухом, получили в настоящее время большое распространение.

В литейных цехах металлургических заводов широкое распространение получило камерное сушило с выкатной тележкой. Основное назначение этого типа сушила - сушка литейных форм и крупных стержней. Основная цель сушки форм и стержней это придание им прочности и газопроницаемости. В этих сушилах можно сжигать все виды топлива: твердое. Газообразное и жидкое.

ПРИМЕРНЫЙ РАСЧЁТ СУШИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА выполняется по следующему заданию

Задание:

1.Вес садки /формовочной земли/, G_з=70 тонн.

. Размеры опок: длина l_оп=1500 мм., ширина b_оп=700 мм., высота h_оп=460мм.

. Начальная влажность высушиваемого материала, W₁=10 %,

. Конечная влажность высушиваемого материала, W₂=1 %,

. Начальная температура высушиваемого материала, J₁=20 ºс,

. Температура сушильного агента на входе в сушильную камеру t_м1=800 ºс,

. Расчётная температура сушильного агента, t_м2=450 ºс.

. Температура сушильного агента на выходе из сушильной камеры t_ух=250 ºс,

. Топливо - мазут марки 60,

. Продолжительность периода сушки, t₀=24 часа,

. Продолжительность периода отопления, t_от=18 часов.

Место установки сушильного устройства - г. Харьков.

камера тележка испарение сушильный агент

Расчёт основных размеров сушильной камеры

а) Определение размеров камеры по заданной садке формовочной земли / G_з=70 тонн/. Объём формовочной земли при принятой плотности земли ρ_з=1680 кг\м³

V_з = =41,7 м³

Объём металлических опок. Обычно объём опок составляет 12-18 % от объёма формовочной земли, меньший процент для больших форм и больший процент для малых форм Принимаем объём опок равный 15% от объёма формовочной земли.

V_оп=0,15*V_з=0,15*41,7=6,3 м³

Суммарный объём форм и опок

V_з+оп= V_з+V_оп=41,7+6,3=48,0 м³

Объём сушильной камеры выбирают в зависимости от допустимой степени заполнения камеры формами, /Y%/ и от размера опок по данным таблицы 1 .

Таблица 1.

По зданию размеры опок 0,7 ´ 1,5. По таблице 1 принимаем коэффициент заполнения сушильной камеры y =0,2.

Объём сушильной камеры составит

V_к= ==240 м³

Размеры сушильной камеры определяются в зависимости от расположения опок в камере. Примерное расположение опок приведено на рис. 3. Опоки размером 1500 мм располагаются по длине камеры по 4 опоки в ряд. Число рядов -5. Расстояние между опоками по длине и ширине камеры 400 мм. Расстояние от опок до продольных стен 1000 мм, до боковых стен 450 мм.

Таким образом на поду камеры располагается 20 опок с суммарной полезной площадью 20*1,5*0,7=21 м² . По высоте опоки располагаются в 5 рядов. Для улучшения условий тепло- и массообмена между рядами опок укладываются прокладки высотой в 100 мм. Расстояние от верхнего ряда опок до овода принимается 1300 мм. Всего в камеру загружается 20*5=100 опок.

При принятом расположении опок размеры камеры составляют:

длина L_к=5*1500+4*400+2*450=10000 мм.

ширина B_к=4*700+3*400+2*1000=6000 мм.

высота H_к=5*460+4*100+1300=4000 мм.

объём V_к=10*6*4=240 м³.

Проверим объём опок и земли

V_з+оп=100*1,5*0,7*0,460=48,3 м³., что близко совпадает с ранее рассчитанным объёмом.

б) определение веса садки по заданным размерам сушильной камеры /V_к=10*6*4=240 м³ /.

По заданию размеры опок 0,7´1,5´0,46 и по таблице 1 коэффициент заполнения сушильной камеры Y=20%, тогда объём опок и земли составит

V_з+оп= V_к*Y=240*0,2=48 м³. Отношение веса опок G_оп к весу формовочной земли G_з изменяется в пределах 0,6¸0,75, меньшее значение для малых опок, большие - для больших опок.

Принимаем =0,7. Плотность формовочной земли ρ_з=1680 кг\м³, плотность материала опок ρ_оп=7800 кг/м³. Обозначив объём формовочной земли через C, а объём опок через U, составим уравнения:

==0,7 и C+U=48,

откуда U=6,3 м³ и C=41,7 м³.

Следовательно, вес загружаемой формовочной земли /вес садки/ составляет

G_з=C* ρ_з=41,7*1,68=70 тонн ;

вес опок G_оп=U* ρ_оп=6,3*7,8=49 тонн;

Расчёт процесса горения топлива

По заданию топливо - мазут, марки 60.

Химический состав горючей массы мазута

/в процентах/

Таблица 2

Производим перерасчёт горючей массы на рабочую, умножая составляющие горючей массы на коэффициент пересчёта

Состав рабочей массы мазута

/в процентах/

Таблица 3

Низшая теплота сгорания топлива по формуле Д.И.Менделеева

Q=339,1С^р+1256Н^р+108,8(S^р-O^р)-25,1 (9H^р+ W^р)

Q=339,1*84,8+1256*10,36+108,8*(0,68-0,48)25,1*(9*10,36+3,0)=39376 кдж/кг.

Расход воздуха и количество продуктов сгорания на 1 кг топлива /по весу

Теоретический расход сухого воздуха

£₀=0,115С^р+0,345Н^р+0,043(S^р-O^р);

£₀ =0,115*84,8+0,345*10,36+0,043(0,68-0,48)=13,32 кг,

То же для атмосферного воздуха при d₀=10 г/кг.с.в

£^'₀=(1+0,0016*d₀) £₀=(1+0,0016*10)*13,32=13,52 кг.

При коэффициенте расхода воздуха a=1,5 расход сухого воздуха

£^'_a=a*£₀=1,5*13,32=20,0 кг.

То же для атмосферного

£^'_a=a*£^'₀=1,5*13,52=20,3 кг.

Количество сухих продуктов сгорания

g_co2=3,67=3,67*=3,1 кг.

g_so2=2* =2*=0,0136 кг.

 = кг.

Суммарное количество сухих продуктов сгорания

 = g_со2+g_so2+g_o2+g_n2=3,1+0,0136+1,548+15,37=20,0316 кг.

Или

£₀-

Количество водяного пара

Суммарное количество продуктов сгорания

Состав продуктов сгорания по весу в % . Принимая общий объём продуктов сгорания за 100 %, находим долю каждого составляющего, например:

Результаты расчёта сведены в таблицу 4

Таблица 4

СО₂ 3,1 14,65 3,1 15,5

SO₂ 0,0136 0,06 0,0136 0,07₂ 1,548 7,3 1,548 7,73₂ 15,37 72,50 15,37 76,7₂O 1,165 5,49 - -

21,2 100 20,03 100

Параметры топочных продуктов сгорания на выходе из топки при a=1,5.

Влагосодержание определяется как отношение массы водяных паров, в граммах, к массе сухих продуктов сгорания в килограммах.

Температура топочных продуктов сгорания при и η_т=0,9

,

здесь

С_т=2,1 (кдж/кг.град) - теплоёмкость топлива при t₀=20 ⁰с;

С₀ - теплоёмкость атмосферного воздуха

С₀=С_св+С_п*d₀/1000=1,004+1,84*10/1000=1,0224 кдж/(кг.град);

η=0,9-коэффициент использования тепла топлива в топке.

При предпологаемой температуре топочных продуктов сгорания t_т =1400⁰с

G_псC_пс=g_co2+so2*C_co2+g_o2*C_o2+g_N2*C_N2+g_H2o*C_H2oпсC_пс=3,1136*1,185+1,548*1,06+ 15,37*1,157+1,165*2,26=25,745 кдж/грд.

Теплоёмкость сухих продуктов сгорания

С^с_пс=(G_пс*С_пс-G_н2о*С_н2о)/G_пс=(25,745-2,26*1,165)/20,03=1,155кдж/кг.град.

Теплоёмкость влажных топочных продуктов сгорания

Энтальпия топочных продуктов сгорания при Q^р_в и η_т=0,9, отнесённая к 1 кг сухих продуктов сгорания

где

Расчёт параметров сушильного агента на входе в сушильную камеру

По условиям технологии сушки форм температура сушильного агента на выходе из дымовых каналов в сушильную камеру должна быть t_m1=750⁰c. Чтобы получить такую температуру необходимо топочные продукты сгорания разбавить с атмосферным воздухом, поступающим в камеру смешения, и следовательно, общий коэффициент расхода воздуха увеличится. Общий коэффициент расхода воздуха a_общ можно определить из теплового баланса, отнесённого к 1 кг топлива.

Уравнение теплового баланса записывается следующим образом:

откуда

С_см-теплоёмкость смеси топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом при заданной t_м1=800⁰с.

Для нахождения С_см необходимо знать состав смеси при общем коэффициенте расхода воздуха a_общ, зависящем от t_м1 и рода сжигаемого топлива. Для данного топлива снижение температуры примерно вдвое a_общ≈2ai. Принимаем a_общ=3,0 и определяем состав смеси /весовое соотношение в смеси/. Количество  остаётся постоянным. От коэффициента расхода воздуха зависит содержание следующих продуктов смесии .Расчёт количества воздуха и состав продуктов сгорания /после смешения/ при a_общ=3,0 сводим в таблицу 5

Таблица 5

£^'₀ V_aобщ V^¢_aобщ

13,52

,96

,56

,1136

,196

,805

,37

,50

,85

,25

,4013,52

,96

,56

,1136

,196

,805

,75

,45

,80

41,48 100 40,11 100

Средняя теплоёмкость сухих продуктов сгорания при a_общ=3,0

С_см=(g_Ro2C_Ro2+g_o2C_o2+g_N2C_N2)/G^c_пс= (3,1136*1,09+6,192*1,016+30,805*1,1)/ 40,11= 1,085 кдж/(кг.град).

Количество сухих продуктов сгорания по объёму

Плотность продуктов сгорания

Энтальпия пара при a_общ=3,0 и =800°с

i_п=2495+1,84* t_м1=2495+1,84*800=3970 кжд/кг.

Подставив в формулу a_общ соответствующие данные, получим

По составу  и при a_общ=3,0 находим параметры этой смеси.

Влагосодержание г/кг.с.пс.

Энтальпия газовоздушной смеси, отнесённая к 1 кг сухой смеси

Энтальпию можно также найти по J-d диаграмме по найденному значению d_м1, и заданному t_м1=800°с.

Тепловой расчёт сушильной камеры

Расчёт количества испаренной влаги. При заданной садке G₁=30000 кг, начальной влажности земли W₁=10% и конечной W₂=1,0%:

а) масса высушенного материала

б) количество испаренной влаги

W=G₁-G₂=70000-63635=6365 кг,

в)производительность сушильной камеры по влаге определяется как отношение количества испаренной влаги к продолжительности отопления сушилки (t_от=18 ч )

W¢₂=W/t_от=6365/18=354 кг/ч,

Секундное количество удаляемой влаги

g_вл=W¢₂/3600=354/3600=0,0983 кг/сек;

г) Количество оставшейся влаги в высушенных формах

 W_ост=G₂-G_сух=G₂-G₁=63635-70000=63635-63000=635 кг.

Расход тепла в сушильной камере

По технологическим условиям температура сушильного агента в начале процесса сушки =450°с, температура уходящего сушильного агента t_ух=250°с. Принимаем к концу процесса сушки среднюю по всей массе температуру формовочной земли J₂=. Начальная температура земли J₁=20°с.

а) расход тепла на нагрев высушенной земли

Q_м=G_сухC_м(J₂-J₁)+W_остC_вл(J₂-J₁)=63000*0,853(300-20)+635*4,19(300-20)= 15792 Мдж, здесь

С_м=0,853 кдж/(кг.град)-теплоёмкость сухой формовочной земли;

С_вл=4,19 кдж/(кг.град)-теплоёмкость влаги или на один килограмм испаренной влаги

q_м=Q_м/W=15055/6365=2,479 Мдж/кг.w;

б) расход тепла на нагрев опок и выкатной тележки .Вес опок

G_оп=V_оп*r_оп=6,3*7800=49*10³ кг.

Вес тележки составляет примерно 15-25% от веса формовочной земли и опок. Принимаем для расчёта 20%

G_тел=0,2(G_з+G_оп)*10³=0,2(70+49)*10³=23*10³кг;

Q_мр=G_мрC_мр(J^¢-J₁)=0,565*(49+23)*10³*(325-20)=13400 Мдж

здесь С_мр=0,565 кдж/(кг.град)-теплоёмкость металла опок и тележки;

J¢¢=°с - средняя температура опок и тележки в конце периода сушки на 1 кг испаренной влаги

q_мр= Мдж/кг.w

в) потери тепла в окружающую среду через ограждения сушильной камеры.

Проверяем глубину прогрева кладки в период отопления сушилки по формуле :

C=0,17*10^-3* м ,

где  - средняя температура внутренней стенки кладки

°С

t_н=70ºс -начальная температура внутренней поверхности стен камеры после выгрузки и загрузки форм /принято по данным испытаний/;

t₁= 400ºс - максимальная температура внутренней поверхности стен камеры за время отопления сушилки /по данным испытаний/.

t₁=4 ч.- продолжительность подъёма температуры от t_н до t₁;

t₂=t_от-t₁=18-4=14 ч. - продолжительность работы сушилки при достигнутой температуре t₁.

Следовательно, при толщине стен S_ст=510 мм. /1,5-2 кирпича/ нет сквозного прогрева и поэтому отсутствуют потери тепла через кирпичные стены и свод в окружающую среду. Для стен, не имеющих сквозного прогрева, потери тепла на аккумуляцию кладки приближенно можно определить по формуле:

 Мдж/м²

Поверхность стен

F_ст=  м²

Внутренняя поверхность ограждений

+F_св=2*10*4+(2*6*4-4*6)+10*6=170 м²

Наружная поверхность стен

=2*11*5+(2*6*5-3*6)+10*6=212 м²

Q_ак=q¢_ак*F_ст= 74,5*190=14150 Мдж, или q_ак= Мдж /кг*w

Потери тепла на прогрев двери и теплопроводностью в окружающую среду.

Размеры двери: ширина b=6,5 м, высота h=3,5 м.

Конструкция двери: Рама из швеллера №10, вес погонного метра g_шв=8,59 кг, обшита металлическим листом S_л=5 мм. с рёбрами жёсткости из уголков 50C5, вес погонного метра g_у=2,38 кг. Рама заполняется легковесным кирпичом S_лк =100 мм. Между легковесом и металлическим листом уложен листовой асбест S_ас=10 мм .

Данные по материалам двери.

Вес легкового шамота

G_лк =b*h*S*r=6,5*3,5*0,1*800=1820кг.

Вес листового асбеста

G_ас=6,5*3,5*0,01*500=114 кг.

Вес металла: лист G_л=6,5*3,5*0,005*7800=890 кг;

швеллер G_шв=(6,5+3,5)*2*8,59=171,8 кг;

уголок G_у=6,5*4,0*2,38=61,9 кг;

Суммарный вес металла G_м =1123,7 кг.

Так как двери имеют небольшую толщину S_дв=115 мм, то можно считать, что в течение 4 ч. будут прогреты, после чего и будут потери тепла теплопроводностью в окружающую среду.

t _нач= 275°С при начальной температуре t_н=50°С

Расход тепла на прогрев двери

Q¢_дв=(G_лк*C_лк+G_ас*C_ас+G_м*C_м )(t_нач-t_н)

Q¢_дв =(1820*0,88+114*0,795+1123,7*0,628)(275-50)=539 Мдж,

Потери тепла теплопроводностью за период отопления сушила

 Мдж.

где a₂ =12-15 вт/м²град,-коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду. При температуре наружной поверхности стенок 60-100°С .

Суммарные потери тепла через двери

Q_дв=Q¢_дв+Q¢¢_дв= 539+281,5=820,5 Мдж

или q_дв= Мдж/кг*w

Потери тепла через под приближённо можно посчитать по формуле :

q¢_под=0,278*4,5* квт/м²

где °С-средняя температура пода

l=0,815 вт/м*град -коэффициент теплопроводности пода;

В_под=6,0 м -ширина пода.

Потери через под

Q_под=3,6*q¢_под*F*t_от=3,6*89,6*90*18=525 Мдж.

где F=(6,5+1,5*2)*10=90 м² с учётом боковых стен топки и подовых каналов, уложенных в грунт

или

g_под=Q_под/W=525/6365=0,083 Мдж/кг*w

Прочие неучтённые потери (выбивание газов, нагрев подсосанного воздуха, нагрев жалюзи ) принимаем равным 5% от суммы учтённых потерь

Q_пр=0,05(Q_м+Q_тр+Q_ак+Q_дв+Q_под)

Q_пр =0,05(15745+13400+14150+820,5+525)= 2240 Мдж, или

g_пр =Q_пр /W=2240/6365=0,352 Мдж/кг*w.

уммарный расход тепла в сушильной камере за время отопления

Q_S=Q_м+Q_тр+Q_ак+Q_дв+Q_под+Q_пр=47060 Мдж

=Q_S/W=47060/6365=7,39 Мдж/кг*w.

Построение процесса сушки в диаграмме  и определение расхода сушильного агента и тепла /для летнего периода/

а)параметры точки «А» определяются по справочным данным для заданного района:

температура t₀=20°C;

влагосодержание d₀=10 г/кг.с.в;

энтальпия J₀=45,35 кдж/кг.с.в.;

б) параметры топочных продуктов сгорания - точки «Т» характеризуются /по расчёту и по диаграмме J-d, см рис./

влагосодержанием d_т=58 г/кг.с.пс.;

энтальпией J_т=1920 кдж/кг.с.пс.;

температурой t_т=1393°С.

в) соединив точку «А» с точкой «Т» получаем линию смешения топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом -«АТ». На пересечении линии «АТ» с влагосодержанием d_м1 получаем точку «М₁», характеризующу ю смесь топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом. Точка «М₁» определяется также пересечением линии «АТ» с заданной изотермой t_м1=800°С. По диаграмме J-d определяется энтальпия в точке «М₁», она же выше определена расчётом. Таким образом параметры точки «М₁», отнесённые к 1 кг смеси, следующие:

влагосодержание d_м1=34,2 г/кг;

энтальпия /по диаграмме 995/ J_м1=992 кдж/кг;

температура t_м1=800°С.

г) по заданию температура сушильного агента в начале процесса сушки t_м2=450°С . Снижение температуры в сушильной камере с 800° до 450°С происходит за счёт рециркуляции части отработавшего сушильного агента с t_ух=250°С . Для построения теоретического процесса сушки при t_м2=450°С необходимо задаться влагосодержанием сушильного агента в конце процесса сушки d₂, либо влагосодержанием вторичной смеси (топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом и частью отработавшего сушильного агента) d_м2.

Значение d_м2 принимаем в зависимости от тепловлажностного режима сушки. При снижении температуры от t_м1 до t_м2 примерно в 1,5-2 раза влагосодержание предварительно можно принять равным (2-2,5) d_м1.

д) задаёмся влагосодержанием d_м2=2,2d_м1 =75 г/кг.с.са и на пересечении d_м2 с заданной изотермой t_м2=450°С находим точку «М₂», характеризующую вторичную смесь. Через точку М₁ проводим изоэнтальпию J_м2=const на ней выбираем произвольную точку « е » и опускаем перпендикуляр на линию d_м2=const и находим точку « f». Затем определяем по J-d отрезок

еЕ=еf=35 * мм.

где D= =7390 кдж/кг.w потери тепла в сушильной камере;

ef=40 мм-отрезок в диаграмме J-d;

m=2095-масштаб диаграммы.

Отложив на J-d отрезок eE, проводим из точки «М₂» через точку «Е» луч М₂Е. Точка пересечения луча М₂Е с изотермой t_ух определяет точку «С», характеризующую состояние сушильного агента (вторичную смесь) в конце процесса сушки. Линия М₂С (политропа) характеризует процесс сушки в сушильной камере. Опустив из точки «С» перпендикуляр на ось d, находим влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки d₂=100 г/кг.с.са через точку «С» проводим изоэнтальпию и находим энтальпию J₂=545 кдж/кг.с.са. Линия М₁С - процесс смешения смеси с отработавшим сушильным агентом .

е) правильность графического построения процессов в диаграмме J-d, приведённого на рис проверяется следующим соотношениями:

 где n-количество кг отработавшего сушильного агента на 1 кг смеси (топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом). По J-d диаграмме

n=

Где n¢- количество кг атмосферного воздуха на 1 кг топочных продуктов сгорания

При проверке параметров точек «М₁»/d_м1,J_м1/ и М₂ /d_м2, J_м2/, лежащих на прямой М₁С значения n /для определения d_м2,J_м2/ и n¢ /для определения d_м1,J_м1/ получились одинаковыми, следовательно, положение точки М₁ при графическом построении было найдено правильно.

Если значения n и n¢, определяемых из соотношений /а/ и /б/, получаются разными для данных d и J,то точку «М₁» перемещают вверх или вниз пока для них не получатся одинаковые соотношения.

Правильность построения процесса в диаграмме J-d подтверждается также и тем, что расчетные параметры всех точек процесса совпадают с параметрами тех же точек, полученных при графическом построении процесса.

Для рассматриваемого процесса сушки количество выбрасываемого в атмосферу отработавшего сушильного агента и поступающей взамен смеси с параметрами точки «М₁»

 кг/кг.

з) количество топочных продуктов сгорания с параметрами, соответствующими точке «Т», и поступающее для смешения с атмосферным воздухом с целью получения смеси с параметрами точки «М₁»

 кг/кг.

и) количество атмосферного воздуха, поступающего в камеру смешения

кг/кг

к) проверка правильности расчёта  и  

 кг/кг.

л) расход тепла для действительного процесса сушки без учёта коэффициента использования тепла в топке

 кдж/кг.w.

 кдж/кг.

м) расход топлива при h_т=0,9

 кг/сек

или

кг/сек

Литература

П.Д. Лебедев Теплообменные Сушильные и Холодильные установки , Энергия, Москва, 1966г., 287 стр.

А.П. Плановский, В.М.Рамм, С.З.Каган Процессы и аппараты химической технологии., Химия, Москва, 1968г.

Лебедев П.Д. ,Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий., Энергия Москва. 1970