Розрахунок сушарки з киплячим шаром для сушки хлористого калію потужністю 17 т/год

Міністерство освіти і науки України

Херсонський національний технічний університет

Кафедра хімічних технологій, експертизи та безпеки харчової продукції

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з «Процесів і апаратів хімічних виробництв»

на тему: Розрахунок сушарки з киплячим шаром для сушки хлористого калію потужністю 17т/год

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

м. Херсон - 2015 р.

Зміст

Реферат

Вступ

1. Літературний огляд

1.1 Види зв'язку вологи з матеріалом

.2 Види сушіння

.3 Рушійна сила процесу сушіння

.4 Апарати для сушіння у псевдозрідженому шарі

1.4.1 Класифікація сушарок з псівдозрідженим шаром

2. Технологічна схема

. Розрахунок устаткування

3.1 Початкові данні для розрахунку

.2 Матеріальні розрахунки

.3 Теплові розрахунки

3.3.1 Витрата тепла

.3.2 Витрата сухого повітря

3.4 Гідродинамічний розрахунок сушарки

3.4.1 Властивості повітря на виході з сушарки

.4.2 Робоча швидкість повітря

.4.3 Діаметр апарату у газорозподільній решітці

.4.4 Висота киплячого шару

.4.5 Перевірка умов виносу з апарату мілких частин

.4.6 Перевірка умов створення псевдорідинного шару для частинок максимального розміру

3.5 Підбір допоміжного обладнання

3.5.1 Підбір дозаторів

.5.2 Підбір циклону

3.6 Гідравлічний розрахунок сушарки

3.6.1 Гідравлічний опір сушильної установки

.6.2 Підбір газодувки

3.7 Розрахунок теплової ізоляції

Висновки

Список літератури

Реферат

Наведений огляд сучасної технічної літератури з питань процесу теплообміну і конструкцій теплообмінників.

Запропонована технологічна схема процесу переробки нафти.

Для нагрівання нафти продуктами нафтопереробки запропоновано кожухотрубний теплообмінник. Проведені технологічний та конструктивний розрахунки теплообмінника.

Запропоновано матеріал для виготовлення теплообмінного апарату.

Пояснювальна записка на 29 с., рис. - 9, табл. - 2, список літератури - 12 найменувань.

Вступ

Хімічна промисловість охоплює ті галузі промисловості, які для виробництва продукції використовують хімічні методи переробки сировини та матеріалів.

Хімічна промисловість, як і машинобудування, відноситься до галузей, що забезпечують науково-технічний прогрес, тому її розвиткові постійно приділялась значна увага. Роль хімічної промисловості визначається широким застосуванням хімічних технологій і матеріалів в усіх галузях національного господарства.

Для розвитку окремих галузей хімічної промисловості в Україні є багата сировинна база - різноманітні корисні копалини, деревина, виробничі відходи, продукція сільського господарства та ін.

Галузі хімічної промисловості в цілому відносяться до матеріаломістких, що зумовлюється значними затратами сировини на виробництво продукції. Для деяких з них потрібні також велика кількість води (наприклад, виробництво синтетичних волокон) або палива та електроенергії (виробництво полімерів). Окремі галузі, особливо ті, що випускають мало транспортабельну продукцію, орієнтуються на споживача. Важливим чинником розміщення і розвитку усіх галузей хімічної промисловості є екологічний.

Більшість підприємств хімічної промисловості зосереджено у трьох районах: Придніпров'ї, Донбасі, Прикарпатті, тому ці райони найбільше екологічно забруднені. Зокрема, основними виробниками хімічної продукції в Україні є холдингова група OSTCHEM, до складу якої входять Черкаський «Азот», Концерн «Стирол» (Горлівка), Сєверодонецький «Азот» та «Рівнеазот». Також великими виробниками хімічної продукції є Київхімволокно, Алчевський коксохімічний завод, Вінницяпобутхім, Дзержинський фенольний завод тощо.

Основні галузі хімічної промисловості:

Гірнича хімія - займається видобутком природної хімічної сировини: калійні солі (Калуш, Стебник), кухонні солі (Слов'янськ, Артемівськ, Солотвине, Сиваш), сірка (Яворів, Новий Розділ), фосфорити (Середнє Придністров'я), озокерит (Борислав). Тому можна виділити три райони гірничої хімії: Донбас, Прикарпаття, Присивашшя.

Основна хімія - виробляє кислоти, мінеральні добрива, соду та інше: калійні добрива - виробництво тяжіє до сировини - видобутку калійних добрив (Калуш, Стебник); азотні - виробництво тяжіє до коксохімічних і металургійних підприємств, газопроводів. Центри: Сєверодонецьк, Горлівка, Дніпродзержинськ, Черкаси, Рівне; фосфатні - виробництво тяжіє до споживача. Центри: Вінниця, Суми, Одеса; сода - виробництво тяжіє до сировини (до кухонної солі) (Донбас, Крим); сірчана кислота - сировиною є сірка Прикарпаття та сірчисті гази металургійних підприємств. Центри: Суми, Вінниця, Сєверодонецьк, Одеса, Горлівка.

Хімія органічного синтезу - розвивається на основі переробки нафти, газу, вугілля. Орієнтується на сировину, електроенергію, воду: пластмаси (Донецьк, Запоріжжя, Сєверодонецьк ,Луцьк), хімічні волокна (Київ, Черкаси, Чернігів), лаки і фарби (Київ, Львів, Одеса, Харків, Чернівці, Дніпропетровськ). Фармацевтична (ліки) і мікробіологічна (вітаміни, добавки) промисловість орієнтуються на споживача, розміщена у таких містах: Київ, Харків, Горлівка, Одеса, Львів. Хімволокно виробляють у Києві, Сєверодонецьку, Черкасах, Житомирі. Виробництво кіно фотоплівки зосереджено у Шостці.

Для свого розвитку має міцну сировинну базу: власне хімічну сировину (сірка, солі, фосфорити), відходи від інших галузей промисловості, а також нафту, вугілля, природний газ.

1.      Літературний огляд

Сушка, являє собою процес видалення вологи з твердих вологих матеріалів шляхом її випаровування і відводу пари, що утворюється.

1.1    Види зв'язку вологи з матеріалом

Механізм процесу сушіння в значній мірі визначається формою зв'язку вологи з матеріалом. Чим міцніше зв'язок, тим важче протікає процес сушіння. При сушінні зв'язок вологи з матеріалом порушується. П.А. Ребиндером запропонована наступна класифікація форм зв'язку вологи з матеріалом:

. хімічна (іонна, молекулярна);

. фізико-хімічна (адсорбційна, осмотична, структурна);

. механічна (волога в капілярах і макрокапілярах, волога змочування).

Найбільш міцним видом зв'язку вологи є хімічний. Може бути видалена лише при нагріванні матеріалу до високої температури або хімічним впливом.

У процесі сушіння видаляється, як правило, тільки волога, пов'язана з матеріалом фізико-хімічно і механічно. Волога, пов'язана з матеріалом фізико-хімічно, може бути видалена за допомогою сушіння. Форми фізико хімічного зв'язку різноманітні:

Адсорбційно-пов'язана волога - утримується біля поверхні розділу колоїдних частинок з навколишнім середовищем. Володіючи великою поверхнею, колоїдні структури мають велику адсорбційну здатність. Міцно пов'язана з матеріалом ця волога називається пов'язаної водою. Адсорбційна волога утримується молекулярним силовим полем.

Осмотично утримана і структурна волога - відрізняється від адсорбційної тим, що вона пов'язана з матеріалом менш міцно, утримується осмотичними силами і знаходиться всередині клітин матеріалу (звана інакше вологою набухання).

Найбільш легко може бути видалена механічно зв'язана волога. Вона міститься в капілярах тіла і на його поверхні. Капіляри пористих тіл розрізняються по діаметру. Капіляри, середній радіус яких менше 10-5 см називаються мікрокапілярами.

Сушка матеріалу складається з трьох етапів:

. переміщення вологи всередині висушується у напрямку до його поверхні;

. пароутворення;

1.2    Види сушіння

Сушка є найбільш поширеним способом видалення вологи з твердих і пасто образних матеріалів і проводиться двома основними способами:

шляхом безпосереднього зіткнення сушильного агенту (нагрітого повітря, топкових газів) з матеріалом, що висушується, - конвективна сушка;

шляхом нагрівання висушуваного матеріалу тим чи іншим теплоносієм через стінку, котра проводить тепло, - контактна сушка.

Сушка проводиться також шляхом нагрівання висушуваних матеріалів струмами високої частоти або інфрачервоними променями.

. Конвективне - здійснюється шляхом безпосереднього контакту матеріалу з сушильним агентом.

. Контактне - здійснюється шляхом передачі тепла від сушильного агенту до матеріалу крізь стінку.

. Радіаційне - здійснюється шляхом передачі тепла інфрачервоними променями.

. Діелектричне - здійснюється за допомогою струмів високої частоти.

. Сублімаційне - здійснюється в замороженому стані або при глибокому вакуумі.

Кількість вологи видаленої з матеріалу можна визначити за допомогою основного рівняння масо передачі:

       (1)

де К - коефіцієнт массопередачі, F - поверхня дотику фаз, D - рушійна сила процесу.

1.3    Рушійна сила процесу сушіння

Для І періоду:

а) визначається як різниця температур повітря t і температури вологого матеріалу, яка дорівнює температурі мокрого термометру t_м

Х = t - t_м    (2)

де: Х - потенціал сушіння;

б) як різниця вологовмістів повітря насиченого (в поверхневому шарі) і ненасиченого (в ядрі повітряного потоку)

Δx = х_нас - х         (3)

Середня рушійна сила:

   (4)

Х₁ = t₁- t_м; X₂ = t₂ - t_м; х₁ = х_нас - х₁;х₂ = х_нас - х₂.

При постійних умовах коефіцієнт масо передачі і рушійна сила залишаються постійними, тому інтенсифікувати процес сушіння можна за рахунок збільшення поверхні контакту фаз. Для сипучих мілко зернистих матеріалів цього можна досягти в сушарках з псевдо зрідженим (киплячим) шаром.

1.4    Апарати для сушіння у псевдозрідженому шарі

Псевдозрідженим називають такий стан двофазної системи тверді частинки - газ (або рідина), яке характеризується переміщенням твердих частинок відносно один одного за рахунок підведення енергії від якого-небудь джерела. Псевдозріджена система, що виникла під впливом агента, що зріджує отримала назву псевдо зрідженого або киплячого шару, так як цього шару притаманні багато властивостей крапельної рідини.

Псевдозріджений шар утворюється при висхідному русі ожіжающого агента через шар зернистого матеріалу зі швидкістю, що дозволяє підтримувати шар матеріалу в підвішеному стані.

У киплячому шарі відбувається швидке вирівнювання температур твердих частинок і сушильного агента і досягається досить інтенсивний тепло - і масообмін між твердою і газовою фазами, в результаті цього сушка відбувається за декілька хвилин.

При сушінні в киплячому шарі в якості сушильних агентів застосовують топкові гази і повітря, сушіння проводять в апаратах безперервної та періодичної дії, причому безперервна сушка проводиться в одноступінчатих і багатоступінчатих сушарках. В останньому випадку досягається підвищена ступінь використання тепла сушильного агенту.

Сушарки з киплячим шаром є одним з прогресивних типів апаратів для сушки. Процес в киплячому шарі дозволяє значно збільшують поверхню контакту між частками матеріалу і сушильним агентом, інтенсифікувати випаровування вологи з матеріалу. Сушарки з киплячим шаром в даний час успішно застосовують в хімічній технології не тільки для сушіння сильно сипучих зернистих матеріалів (наприклад, мінеральних і органічних солей), а й матеріалів, схильних до комкування, наприклад, для сульфату амонію, полівінілхлориду, поліетилену і деяких інших полімерів, а також пастоподібних матеріалів (пігментів, анілінових барвників), розчинів, розплавів і суспензій.

Апарати з псевдо зрідженим шаром зернистого матеріалу набули широкого поширення в хімічній та інших галузях промисловості. Вони відрізняються великою різноманітністю, як по конструкції, так і по гідродинамічним і тепловим режимам роботи. Їх можна класифікувати наступнім чином:

за кількістю зон - однокамерні і багатокамерні;

за характером руху матеріалу - з направленим і ненаправленим рухом від місця завантаження матеріалу до місця його вивантаження;

по використанню теплоносія - одноразове і багаторазове;

по конфігурації сушильної камери - круглі, прямокутні і т.д.

Переваги сушарок з киплячим шаром:

інтенсивна сушка;

можливість сушіння при високих температурах, які можуть перевищувати допустимі для даного матеріалу, внаслідок короткочасності його зіткнення з сушильним агентом;

високий ступінь використання тепла сушильного агента;

можливість автоматичного регулювання параметрів процесу. Недоліки таких сушарок:

непридатність для сушіння матеріалів, що погано піддаються псевдозжіженю (наприклад з високою вологістю, з великими розмірами частинок);

високий гідравлічний опір;

стирання і значне винесення твердих частинок.

Найбільш поширені однокамерні сушарки безперервної дії, але в сушарках цього типу з циліндровим корпусом існує значна нерівномірність сушіння, обумовлена тим, що при інтенсивному перемішуванні в шарі час перебування окремих частинок суттєво відрізняється від його середнього значення. Тому застосовуються сушарки з розширеним догори перетином, наприклад конічним. Швидкість газу внизу камери повинна перевищувати швидкість осадження найбільших часток, а вгорі бути менше швидкості осадження найдрібніших частинок. При такій формі камери досягається більш організована циркуляція твердих частинок, які піднімаються в центрі і опускаються (у вигляді менш розрідженої фази) у периферії апарату. Завдяки зниженню швидкості газів по мірі їх підйому поліпшується розподіл часток по крупності і зменшується винесення пилу. Це, в свою чергу, підвищує рівномірність нагріву (більш дрібні частинки, що піднімаються вище, знаходяться в області більш низьких температур) і дозволяє зменшити висоту камери.

Рис. 1. Схема сушильної установки з киплячим шаром зернистого матеріалу

Однокамерна сушарка для зернистого матеріалу. Вологий матеріал з бункера живильником (2) безперервно подається в циліндричну сушильну камеру (3) - в шар «киплячого» матеріалу. Нагріте в калорифері повітря подається під опорну решітку апарата за допомогою вентилятора і газодувки. Висушений продукт видаляється через патрубок, розташований безпосередньо над гратами з боку, протилежного завантаженні. Відпрацьоване повітря очищається від пилу в циклоні (5), а потім остаточно - в рукавних фільтрів (6).

Рис. 2. Установка з киплячим шаром:

- подача вологого матеріалу; 2 - киплячий шар; 3 - розвантаження сухого матеріалу; 4 - тепло уловлювач; 5 - повітродувка; 6 - калорифер; 7 - повітярозподільні ковпачки; 8 - сушильна камера; 9 - циклон; 10 - димосос; U_o і U₂ - початковий і кінцевий вологовміст матеріалу.

На рис. 2 наведено схему установки для сушіння вологих матеріалів, яка обладнана камерою з киплячим шаром. Основним вузлом в камерах киплячого шару є система розподілу повітря (грати), що складається з ковпачків різної конфігурації, основним призначенням яких є рівномірний розподіл потоку що подається під грати повітря або газу зі швидкістю, яка забезпечує псевдо зрідження шару.

Причина утворення киплячого шару полягає в наступному. Якщо через нерухомий шар твердих частинок, що лежать на решітці, пропускати знизу вгору потік газу або повітря, при цьому збільшуючи його швидкість, то поступово весь шар перейде у зважений стан. Він зросте в обсязі, в ньому буде відбуватися інтенсивне перемішування частинок, як би "кипіння", яке сприяє поліпшенню теплообміну.

При подальшому збільшенні швидкості шар руйнується, тверді частинки несуться потоком газу.

Швидкість газу, з якої починається кипіння шару, називається критичною. Швидкість газу, при якій відбувається руйнування шару, називається швидкістю виносу, або швидкістю витання.

1.4.1 Класифікація сушарок з псівдозрідженим шаром

Розроблено численні конструкції апаратів з псевдо зрідженим шаром, що враховують технологічні умови протікання процесів, вимоги до якості продуктів, специфічні особливості взаємодіючих речовин. На рис. 3 та табл. 1 показані деякі схеми апаратів з псевдо зрідженим шаром.

Таблиця 1

Класифікація сушарок

Вид сушарки	Призначення	Схема	Приклад матеріалів, що висушує
Циклонна сушарка ЦС	Добре сипучі високо пористі матеріали з вільною або слабозв’язанною вологою		Блокові аслістіроли (ПСБ, ПСБС), сополімер стиролу з діаілбензолом
Одноступінчата труба-сушарка ТС-1	Сипучі широко пористі матеріали з вільною або слабо зв'язаної вологи		Мінеральні солі (хлористий калій, кремнефтористий амоній), фармацевтичні препарати
Двухступінчата труба-сушарка ТС-2	Сипучі матеріали з перехідними порами (розміром до 80А) з вільною і пов'язаної вологою		Суспензійний полівінілхлорид, фармацевтичні препарати
Комбінована циклонна сушарка КЦС	Високовологі матеріали з перехідними порами (розміром до Твоя) з вільною і пов'язаної вологою		Полістироли ПС-СУ, ПС-С, сополімер МС, сополімер А-15, сополімер формальдегіду, резотропін, перборат натрію, сульгін
Комбінована аерофонтно вікна сушарка КАС	Високовологі матеріали з перехідними порами (розміром до 60Я) з вільною і пов'язаної вологою, що проявляють адгезіонно-когезійними властивості

Рис. 3. Схеми апаратів з псевдо рідинним шаром:

а - циліндричний проти точний безперервної дії; б - з спрямованої ціркуляції (силос); в - конічний; г - із пристроєм; д - пристрій для пневмотранспорту; 1 - шлюзовий затвор; 2 - бункер; 3 - пневмоліній; 4-циклон

За принципом дії апарати бувають періодичної і безперервної дії. В апаратах безперервної дії відбувається взаємодія газового потоку з зернистим матеріалом, який безперервно вводиться в апарат і виводиться з нього. Процес може здійснюватися в противотоці, прямотоці і перехресному струмі.

У циліндричний проти точних апарат безперервної дії (рис. 3, а) газовий потік надходить знизу під газорозподільну решітку, а зернистий матеріал - у верхню частину апарату. Для підтримки певного рівня матеріалу на газорозподільній решітці і виведення його з апарату служить перетічними патрубками.

Вертикальні циліндричні силоси (рис. 3, б) використовують для накопичення і усреднення великих партій зернових матеріалів. Псевдозріджений шар створюється газом (повітрям), що надходять у внутрішню порожнину між двома днищами, яка розділена концентричною перегородкою на зовнішнє і внутрішнє кільця. Під зовнішнє кільце подається приблизно в 2 рази більше газу, ніж у внутрішнє. За рахунок різної кількості газу, що подається у зовнішнє і внутрішнє кільця, в силосі створюється спрямована циркуляція зернового матеріалу від периферії до осі апарату, що сприяє його перемішуванню.

У конічних апаратах (рис. 3, в) зменшення швидкості знизу вгору дозволяє псевдоожіжать полідисперсні матеріали. Газ подається через невеликий отвір внизу апарату з великою швидкістю. Це дозволяє при необхідності працювати без газорозподільної-розділяючої решітки, що особливо важливо при псевдо зріджених грудкуються і злипаються-трудящих матеріалів. При значному куті конусного апарату струмінь газу може відірватися від стінок апарату і утворити суцільний канал. По цьому каналу буде рухатися з більшою швидкістю потік газосуспензії, який утворює над поверхнею шару фонтани твердих часток. Такий шар називається фонтануючим.

В апаратах з фонтануючим шаром виникає інтенсивна циркуляція зернистого матеріалу від осі до його стінок.

При псевдо зріджених дрібних частинках діаметром 25...40 мкм, що володіють схильністю до агломерації, злипання і електризації, для поліпшення перемішування і руйнування застійних зон, а також для інтенсифікації процесів тепло - і масообміну використовують газомеханічний спосіб псевдо рідинному. При цьому способі додаткову енергію вводять в шар за допомогою різного роду пристроями, і вібраторів (рис. 3, г).

На рис. 3, д показано пристрій для пневмотранспорту зернистого матеріалу в раз доданої псевдо зріджених фазі. Зернистий матеріал дозується в пнемолінію з допомогою шлюзового затвора.

Поділ псевдоожиженного шару на зернистий матеріал і газ відбувається на новому рівні в циклоні.

Для зниження зворотного перемішування зернистого матеріалу, яке призводить до зниження рушійної сили і вирівнюванню температур процесу, в проти точних апаратах безперервної дії застосовують секціонування. Поділяють весь шар зернистого матеріалу по висоті перфорованими перегородками (можливо насадкою). Перетікання зернистого матеріалу з верхніх секцій в нижні відбувається під дією гравітаційної сили через спеціальні переточні пристрої або через отвори в горизонтального перегородках (провальних тарілках).

 

2.      Технологічна схема

Рис. 4. Технологічна схема роботи сушарки з псевдозрідженим шаром.

На рис. 2 наведено технологічну схему роботи сушарки з псевдозрідженим шаром.

Сушарка працює наступним чином: вологий матеріал шнековим живильником ШЖ, подається в шар продукту, "киплячого" на газорозподільній решітці в апараті з киплячим шаром АКС. Повітря, що забирається з атмосфери, подається із газодувки ГД в калорифер К, де нагрівається за рахунок конденсації гріючої пари до температури 150^оС, а потім надходить у підрешотчатий простір апарату АКС. Виходячи з великою швидкістю з отворів газорозподільної решітки, нагріте повітря псевдозріджує і висушує шар матеріалу. Висушений продукт безперервно вивантажується дозатором Д (шлюзовим вигрузочним пристроєм). Відпрацьоване повітря очищається від унесеного пилу в циклоні Ц. Вловлений ​​пил безперервно (або періодично) вивантажується з циклону і разом з висушеним матеріалом у вигляді готового продукту направляється на склад або на подальшу переробку.

3.      Розрахунок устаткування

3.1    Початкові данні для розрахунку

Таблиця 2

Данні для розрахунку

Параметр	Позначення	Од. виміру	Значення
Продуктивність сушарки по висушеному матеріалу	Gk	кг/год	17000
Вміст фракції частинок в матеріалі
діаметром від 2,0 до 1,5 мм		%	25
діаметром від 1,5 до 1,0 мм		%	75
Вологість солі:
початковий вологовміст	wп	%	15
вологовміст після сушіння	wк	%	0,5
Паливо - природний газ
Температура топкових газів
на вході в апарат	tп	oC	300
на виході з апарату	tк	oC	100
Питомі втрати тепла в навколишнє середовище на 1кг вологи, що випаровується		%	1
Параметри навколишнього повітря:
температура	tпов	oC	18
відносна вологість	φ0	%	72
тиск в сушарці	атмосферний

3.2    Матеріальні розрахунки

Продуктивність сушарки по вологому матеріалу розраховується за формулою:

, кг/с (5)

де w_п початкова вологість матеріалу, %; w_к - вологість матеріалу після сушіння, %; G_к - продуктивність сушарки по висушеному матеріалу, кг/с.

 = 17000/3600 ×(100 - 15)/(100 - 0,5) = 4,20кг/с

Кількість вологи, що випаровується:= G_H - G_K = 5,55 - 4,20 = 1,33 кг/с.

3.3    Теплові розрахунки

3.3.1 Витрата тепла

Кількість тепла, що витрачається на сушку визначається за формулою:

де Q_вип - тепло, що витрачається на випаровування вологи, Дж; Q_наг - тепло що витрачається на нагрів матеріалу, Q_пот - втрата тепла в навколишнє середовище, - 1,5% от перших двох складових, Дж; c_п - теплоємкість водяної пари, 1,97 кДж/(кг·К); c_м - теплоємкість матеріалу, 1,55 кДж/(кг·К); t_поч - температура матеріалу на входе в сушарку; t_кін - температура матеріалу на вході з сушарки; t_{пов_п} - температура повітря на виході з сушарки; t_{пов_к} - температура повітря на вході в сушарку.= {0,53[1,97·(100-18)]+5,02·1,55·(100-18)} + 10,5 =716,5 кВт

3.3.2 Витрата сухого повітря

Кількість повітря, що необхідно продувати крізь камеру сушарки визначається за формулою:

L = Q/[c_в(t_{пов_к} -t_{пов_п})], кг/с     (7)

де с_в = 1 кДж/(кг·К) - теплоємкість сухого повітря.= 716,5 /[1·(100 - 18) = 8,95 кг/с

Питома витрата сухого повітря:= L/W = 8,95/0,53 = 16,88 кг/кг.

Параметри повітря: t₀=19 ^оC, j₀ = 72%

Початковий вологовміст повітря: х₁ = 0,01 кг/кг

Вологовміст на виході з сушарки:

х₂ = х₁ + 1/l = 0,01 + 1/16,88 = 0,069 кг/кг.

3.4    Гідродинамічний розрахунок сушарки

3.4.1 Властивості повітря на виході з сушарки

Щільність повітря на виході з сушарки:

, Па×с     (8)

r_пов щільність повітря в нормальних умовах, Па×с; t_к - температура повітря на виході з сушарки, ^оC.

r_t = 1,293×273/(273 + 100) = 0,94 кг/м³

В'язкість повітря при 100 °С:

, Па×с     (9)

де m₀ = 17,3×10^-6 Па×с - в’язкість повітря при 0° С, C = 124 - допоміжний коефіцієнт.

μ_t = 17,3×10^-6×{(273+124) /(373+124)}×(373/273)^3/2 = 21,6×10^-6 Па×с,

Кінематична в’язкість повітря:

n_t = m_t/r_t = 21,6×10^-6 /0,97 = 21,6×10^-6 м²/с.

3.4.2 Робоча швидкість повітря

Критерій Архімеда:

  (10)

де r_м = 1320 кг/м³ - щільність матеріалу._r = {9,8×0,002³/(21,6×10^-6)²}×(1320-0,94)/0,94 = 221642

Критерій Рейнольдса для робочого режиму:

   (11)

e=0,60 - порозність киплячого шару._p = 221646×0,60^4,75/[18+0,61×(221646×0,60^4,75)^1/2] = 190

Робоча швидкість повітря:

v_р = Re_рn_t/d_t, м/с  (12)

_р = 192×21,6×10^-6/0,0020 = 2,07 м/с

3.4.3 Діаметр апарату у газорозподільній решітці

Площа газорозподільної решітки:

S_р = L(1+x₂)/(r_tV_р)        (13)

_р = 8,95×(1+0,069)/(0,94×2,07) = 3,4 м²

Діаметр апарату:

 = (3,4/0,785)^1/2 = 2,08 м

приймаємо діаметр апарату 2,1 м

3.4.4 Висота киплячого шару

Критерій Прандтля:

= cm_t/l_t = 1000×21.6×10^-6/0,035 = 0,62

где l_t = 0,035 Вт/(м×К) - теплопровідність повітря.

Критерій Нуссельта:

= 0,4(Re_р/e)^0,67Pr^0,33 = 0,4×(190/0,60)^0,67×0,62^0,33 =16,21

Коефіцієнт теплообміну:

a = Nul_t/d = 16,21×0,035/0,0020= 283 Вт/(м×К)

Число одиниць переносу:

 = ln[(800 - 100)/(100 - 85)] = 3,6.

Об’єм киплячого шару:

V_сл = Lc_Вm₀/[aS_пит(1 - e)], м³  (14)

де S_пит = 6/d = 6/0,0020 = 3000 м^-1 - питома поверхня._сл = 8,95×1000×3,6/[(329×3000×(1 - 0,60)] = 0,054 м³.

Розраховуємо мінімальну висоту шару:

Н_сл = V_сл/S_p = 0,054/3,4 = 0,016 м

Використовуючи данні з довідника, приймаємо максимальну висоту шару

Н_ш = 80d₀ = 80×5,0 = 400 мм

де d₀ = 5,0 мм - діаметр отворів в решітці.

Визначаємо загальну висоту апарату:

Н = 5Н_сл = 5×400 = 2000 мм.

3.4.5 Перевірка умов виносу з апарату мілких частин

Приймаємо мінімальний діаметр частинок 1 мм

Критерій Архімеда для частинок з мінімальним діаметром:

       (15)

_min = 9,8×0,001³/(21,6×10^-6)²×(1320-0,94)/0,94 = 27699.

Критерій Рейнольдса:

 = 27699/ (18 + 0,61×27699^1/2) = 232.

Швидкість витання частин:_вит = 232×21,6×10^-6/0,0010 = 5 м/с

Так як швидкість витання часток більше робочої швидкості повітря, то можливо використовувати апарат циліндричної форми.

3.4.6 Перевірка умов створення псевдорідинного шару для частинок максимального розміру

Приймаємо максимальний діаметр часток 2 мм

Швидкість повітря біля решітці:

_реш = v_p(273+t₁)/(273+t₂) = 2,07×(273+800)/(273+100) = 3,6 м/с.

Швидкість повітря в отворах решітки:

_от = v_реш / j = 3,6/0,1 = 36 м/с

де j = 0,10 - частка живого перерізу решітки.

Швидкість псевдо зрідження частинок максимального розміру:

_кр(от) = v_от / k = 36/2,5 = 14,4 м/с

де k = 2,5 - число псевдо зрідження.

 = {9,8×0,002³/(21,6×10^-6)²}×(1320-0,94)/0,94= 221592

Параметри повітря біля решітці при 150 °С:

щільність r_t = 1,293×273/(273+100) = 0,94 кг/м³

- в’язкість m_t= 17,3×10^-6×(273+100) (423/273)^3/2/(423+124) = 24,2×10^-6 Па×c

кінематична в’язкість n_t = m_t/r_t = 24,2×10^-6 / 0,83 = 29,2×10^-6 м²/с

Критерій Рейнольдса:

 = 221592/[1400+5,22×(221592)^1/2] = 57,4

Швидкість газу необхідна для зрідження частинок максимального розміру:

_кр(max) = Re_maxn_t/d_max = 57,4×21,6×10^-6 /0,002 = 0,61 м/с.

Так як v_кр(от) > v_кр(max), то буде мати місто псівдозрідження часток максимального розміру.

3.5    Підбір допоміжного обладнання

3.5.1 Підбір дозаторів

Годинна об'ємна продуктивність установки:

= 3600×G/r_н = 3600×5,02/1300 = 13,9 м³/год

де r_н = 1300 кг / м³ - насипна щільність.

Для завантаження установки вибираємо гвинтовий живильник типу ПВ-160 з наступними характеристиками:

продуктивність - 0,6-6 м³/год,

діаметр гвинта - 160 мм,

діаметр вала - 60 мм,

потужність приводу - 2,2 кВт.

Для розвантаження установки вибираємо шлюзовий живильник типу ПШ1-250 з наступними характеристиками:

продуктивність - до 1,46-14,2 м³/год,

обсяг ротора - 0,0126 м³,

потужність приводу - 1,1 кВт.

3.5.2 Підбір циклону

Швидкість повітря в циклоні:

 = (2×700/60×1,11)^1/2 = 4,6 м/с,

де = 60 - коефіцієнт опору циклону типу НЦ-24, DР = 700 Па гідравлічний опір циклону.

Діаметр циклону

 = [8,95/(0,785×4,6×0,94)]^1/2 = 2,6 м.

Приймаємо циклон діаметром 2600 мм з наступними розмірами:

Діаметр вихідної труби	0,6D	1560 мм
Ширина воходного патрубку	0,26D	676 мм
Висота входного патрубку	0,66D	1716 мм
Висота цилиндричної частини	2,26D	5876 мм
Висота коничної частини	2,0D	5200 мм
Загальна висота циклону	4,56D	11856 мм

3.6    Гідравлічний розрахунок сушарки

3.6.1 Гідравлічний опір сушильної установки

DР = DР_сл + DР_реш + D_Рц,

де DР_сл - опір псевдозрідженого шару,

DР_реш - опір решітки,

DР_ц = 700 Па - опір циклону.

DР_сл = Н(1-e)(r_Т -r)g = 0,4(1-0,60)×(1320-0,94)9,8 = 2068 Па.

DР_реш = x(V_p/f)²r_t/2,

де f = 0,10 - коефіцієнт вільного перетинання решітки,

x = 1,75 - коефіцієнт опору решітки.

DР_реш = 1,75×(2,07/0,10)²×0,94/2 = 352 Па.

DР = 2068 + 352 + 700 = 2420 Па.

3.6.2 Підбір газодувки

Об'ємна витрата повітря на виході:

= L/r₂ = 8,95/0,94 = 9,5 м³/с.

За гідравлічним опором і об'єму витрат вибираємо газодувки ТВ-600-1,1, для якої тиск 10000 Па, продуктивність 10,0 м³/с.

3.7    Розрахунок теплової ізоляції

Як матеріал теплової ізоляції виберемо совеліт (85% магнезії + 15% азбесту), що має коефіцієнт теплопровідності l_и = 0,09 Вт/м×К. Приймаються температуру наружної поверхні стінки t_ст.в. =40°С; температуру навколишнього середовища tв = 20°С, тоді товщина шару ізоляції:

 ,

де a_в - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні ізоляції в

навколишнє середовище,

a_в = 8,4+0,06 (t_ст.в.-T_в) = 8,4+0,06(40-20) = 9,6 Вт/м²×К.

d_и = 0,09(100-40)/9,6(40-20) = 0,028 м.

Приймаються товщину теплової ізоляції 30 мм.

Висновки

В роботі виконано літературний огляд способів сушіння та сушіння у псевдозрідженому шарі.

Наведена технологічна схема дії установки.

У процесі проведеної роботи була розрахована сушильна установка з псевдозрідженим шаром.

діаметр апарату - 2100 мм;

висота - 2000 мм;

витрата повітря - 9,5 м³/с;

діаметр отворів решітці - 5 мм.

Розраховані матеріальний і тепловий баланс установки. Розраховані та підібрано допоміжне устаткування: циклон, газодувка, дозатор.

волога сушарка псівдозріджений

Список літератури

1.      Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1987, 576 с.

.        Вихман Г. Л., Круглов С. А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтегазодобывающих заводов. - М.: Машиностроение, 1978. −328с.

.        Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.-М.: Госхимиздат, 1981. − 831с.

.        Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1983. 272 с.

.        Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.:Химия, 1977.

.        Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры - Л. «Машиностроение», 1975.