Барабанная сушилка. 2

Реферат

    Пояснительная записка 36 с., 4 табл., 10 рис., 7 источников.

    БАРАБАННАЯ  СУШИЛКА, НАСАДКИ, ВЕНТИЛЯТОР, ДИАГРАММА РАМЗИНА, ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ,  ТОПКА, ЦИКЛОН,  

    Целью курсового проекта является расчет и проектирование  установки для  непрерывной сушки глины с начальной влажностью 21%мас., до значения влажности 7% мас. Производительность сушилки по исходному (влажному) материалу 12000 кг/ч. Район работы сушильной установки – г. Минск.

    Произведено обоснование и описание технологической  схемы. Также  произведено описание конструкции и принципа действия основного и вспомогательного оборудования, приведен расчет сушильного аппарата, подбор вспомогательного оборудования на основе ориентировочных расчетов.

    Графическая часть включает:

    –чертеж  общего вида сушильного аппарата  – 1 лист А1;

    – чертеж технологической схемы сушильной установки – 1 лист А1. 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………5

1 Обоснование и описание технологической схемы..………………………………...6                               

2 Описание  конструкции и принципа действия сушильного аппарата…………….10

3 Описание  конструкции и принципа действия  вспомогательного оборудования.12

4 Расчет сушильного аппарата…………….…………………..………………………15

        4.1.Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку……………………...15

        4.2.Материальный и тепловой балансы сушилки……………………..….........20

        4.3. Расчет основных размеров барабана……………………..............................21

         4.4.Параметры сушильного агента на выходе из барабана………………..........22

         4.5. Массовый расход дымовых газов через сушильный барабан……………24

           4.6. Объёмный расход влажных газов на входе и выходе из барабана….…….25

           4.7. Действительная скорость сушильного агента в барабане…..………..........25

       4.8. Определение времени пребывания материала в сушилке и угла наклона барабана………………………………………………………………………………..26

        4.9.Расчет теплоизоляции барабана…………………………………………….27

  5 Подбор вспомогательного оборудования………………………………………….31

     5.1Подбор топки………………………...………....................................................31

     5.2Подбор циклона………………………………………………….....................32

     5.3Подбор вентилятора……………………………………………......................33

Заключение………………………………………...…………………………………..36

Список используемой литературы…………………………………………………….37  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение 

     С развитием промышленности появилась  необходимость транспортировки  различных материалов на большие  расстояния. Для удешевления этого  процесса материалы по возможности  подвергают сушке, т.е. удалению излишков влаги. Кроме этого сушка придает материалу необходимые свойства, уменьшает коррозию аппаратов и трубопроводов при его дальнейшей переработке или транспортировке.

     Влагу из материала удаляют как механическими  способами, так и с помощью тепловой сушки. Для удешевления процесса, влага удаляется сначала механическим способом (отжим, отстаивание, фильтрование, центрифугирование), а затем – сушкой. Из-за длительности естественной сушки, в химическом производстве применяют более быстрый процесс – искусственную сушку материала в специальных сушильных установках.

     В технике сушке подвергается множество  материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термочувствительностью, содержанием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. В химической промышленности процессы массо- и теплопереноса при сушке иногда осложняются протекающими одновременно химическими реакциями.

     В связи с этим выбор рационального  способа сушки, типа сушильной установки  и конструкции сушильного аппарата представляет собой сложную технико-экономическую задачу.

     По  своей физической сущности сушка  является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью  диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является связанным друг с другом процессов тепло- и массообмена.

     Высушиваемый  материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным газом  (в большинстве случаев воздухом). При конвективной сушке влажному газу (являющемуся сушильным агентом) принадлежит основная роль в процессе. Поэтому изучение свойств влажного газа необходимо при рассмотрении процессов сушки и их расчетах.

     Разрабатываемая установка предназначена  для  конвективной сушки глины в климатических  условиях Минска.  
 
 
 
 
 
 

     1 Обоснование и описание технологической схемы 

     Сушка – процесс удаления влаги из твердых  влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров.

     Удаление  влаги из твердых и пастообразных  материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства, а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.

           Сушка широко используется в химической технологии. Она часто  является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску  готового продукта. Различают естественную и искусственную сушку. Естественная сушка осуществляется на открытом воздухе при температуре окружающей среды. Это медленный процесс и в химической технологии не используется. Искусственная сушка осуществляется в специальных установках при повышенной температуре и иногда при пониженном давлении. По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Процесс сушки является сочетанием

     связанных друг с другом процессов тепло - и массообмена.

     По  способу подвода тепла к высушиваемому  материалу различают следующие виды сушки:

     1. конвективная сушка – путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом;

     2. контактная сушка – путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

     3. радиационная сушка – путем передачи тепла инфракрасными лучами;

     4. диэлектрическая сушка – путем нагревания в поле токов высокой частоты;

     5. сублимационная сушка – сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме.

         Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажными газами.

     Последние три вида сушки применяются относительно редко и называются специальными видами сушки. Наиболее распространенным видом является конвективная сушка.

       В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и

термоустойчивостью, содержанием и формой связи влаги  с материалом и другими свойствами. В связи с этим выбор рационального способа сушки, типа сушильной установки и конструкции сушильного аппарата представляет собой сложную 
 
 
 

 технико-экономическую  задачу. Большинство сушилок, в  принципе, имеют схожее применение. Но основным критерием выбора  типа сушилки является температурный режим работы, агрегатное состояние высушиваемого материала и его физические и химические свойства. Барабанные сушилки широко применяют для непрерывной сушки, как правило, при атмосферном давлении, кусковых, зернистых и сыпучих материалов, не прилипающих к стенкам и не пылящих. Поэтому для сушки глины рекомендуется использовать барабанную сушилку, работающую по нормальному сушильному варианту. Она получила наибольшее распространение в промышленности благодаря простоте устройства и эксплуатации.

     Барабанные  сушилки относятся к сушилкам с перемешиванием слоя материала. Эти  сушилки широко применяются для  непрерывной сушки при атмосферном  давлении кусковых, зернистых и сыпучих  материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.).

     Для проведения процесса сушки выбрана основная схема  процессов конвективной сушки в которой воздух нагревается только в подогревателе (топке) перед сушилкой и однократно проходит через сушилку. Технологическая схема такой сушильной установки изображена на рисунке 1.1.

     Хотя  в сушилках основного варианта и  создаются жесткие условия (это  объясняется тем, что все тепло, необходимое для испарения влаги из материала подводится однократно и воздух нагревается сразу до относительно высокой температуры t₁, являющейся обычно предельно допустимой для высушиваемого материала), но этот вариант требует меньших энергозатрат и более прост в аппаратурном оформлении, а начальная температура теплоносителя не является критической для нашего высушиваемого материала и разложение или ухудшение качества при этой температуре не происходит.

     Высушиваемый  материал – глина является сыпучим  зернистым материалом.

     Так же необходима поточная непрерывная  сушка материала.

     Влажный материал из бункера БН 1при помощи питателя П1 подаётся во вращающийся  сушильный барабан С. Параллельно материалу в сушилку подается сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке Т и

     смешения  топочных газов с воздухом  в  смесительной камере КС. Воздух в топку и смесительную камеру подается вентиляторами В1 и В2. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер БН2, а из него на транспортирующее устройство ‒ ленточный транспортер ЛТ.

     Отработанный  сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклонах Ц1-Ц4, а из них во второй промежуточный бункер БН3 и далее на ленточный транспортер ЛТ.

     Транспортировка сушильного агента через сушильную  установку осуществляется с помощью вентилятора В3. При этом установка находится под небольшим разряжением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки.

     В рассматриваемой технологической  схеме необходим вентилятор для  создания тяги, нагретого в топке  сушильного агента через барабан  и систему 

очистки отработанного агента.

     Так же необходим циклон для выделения сухого продукта из потока теплоносителя. Интенсивное и эффективное осаждение твердых частиц, взвешенных в газе, осуществляется в центробежных аппаратах – циклонах. Действие центробежной силы позволяет удалить из него частицы диаметром до 5 мк.

     Для сушки применяют, как правило, топочные газы, получаемые сжиганием малозольного топлива. Поэтому для получения  топочных газов, которые мы используем в качестве сушильного агента, используем топку.           

     Мероприятия по охране окружающей среды и технике  безопасности.

     Благодаря установке пылегазоочистного оборудования уменьшается воздействие технологического процесса на окружающую среду и экологические  платежи предприятия. Трубопроводы с горячими теплоносителями и сушильный барабан должны быть оборудованы теплоизоляцией, обеспечивающей наружную температуру до 40 ºС. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Описание конструкции и принципа действия сушильного аппарата 

     Барабанная  сушилка (рисунок.2.1) состоит из цилиндрического барабана 1, установленного с небольшим наклоном к горизонту и опирающегося с помощью бандажей 9 на опорные ролики 6 и опорно ‒ упорные ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор 4 и зубчатый венец 5, закрытый кожухом .  Число оборотов  барабана  обычно  не превышает об/мин. Мощность двигателя от 1 до 40 кВт.

     Высушиваемый  материал подается в приемную камеру 8 и поступает на приемно – винтовую насадку, а с нее ‒ на основную насадку. Лопасти насадки поднимают и сбрасывают материал при вращении барабана. Барабан установлен под углом α к горизонтали до 6^○; высушиваемый продукт передвигается к выгрузочной камере 2 и при этом продувается сушильным агентом. Между вращающимся барабаном и неподвижной камерой установлено уплотнительное устройство 7.

       Время пребывания обычно регулируется  скоростью вращения барабана  и реже  –  изменением угла  его наклона. 

     Внутри  барабана для интенсификации процесса сушки устанавливают различные  насадки, способствующие увеличению контакта материала с теплоносителем. В загрузочном конце устанавливают спиралеобразные лопасти, основное назначение которых – предотвратить пересыпание материала в газовую камеру. При сушке материалов, склонных к налипанию на внутренней стенке барабана, целесообразно применять навеску цепей.

     При сушке хорошо сыпучих материалов находит успешное применение ячейково – секторная и лопастная насадки. Можно использовать и комбинацию перечисленных насадок, применяя в начальной стадии спиралеобразные лопасти, потом цепи и в конце подъёмно – лопастную  или  ячейково – секторную насадку.

     Перемещение материала вдоль барабана происходит в основном вследствие наклона барабана. При его вращении материал захватывается  лопатками, поднимается, а затем  ссыпается с различной высоты. Это уменьшает истираемость материалов по сравнению с сушилками кипящего слоя. Еще в упрек сушилок кипящего слоя сказывается их сложная конструкция.

     При сушке материалов в барабане происходит передача тепла конвекцией от газов  к падающим частицам и к поверхности материала в завале и на лопатках, а также перенос тепла теплопроводностью от нагретых внутренних устройств аппарата к материалу.

     Вследствие  хорошего перемешивания материала  допустимы большие удельные плотности  теплового потока, не приводящие к изменениям физико-химических свойств частиц в процессе сушки. Количество тепла, переданного материалу во время ссыпания, составляет примерно 70 % всего теплового потока в  
 
 
 

барабанной  сушилке, что довольно значимо. 
 

Рисунок 2.1 ‒ Барабанная сушилка

     Возможна  установка различных насадок, что  обуславливает разнообразные  траектории перемещения высушиваемых частиц по объему материала.

     Сушильный барабан прост в обслуживании.

     Все это говорит в пользу выбранной  технологической схемы проведения процесса сушки.

     Недостатком является громоздкость барабана, коррозия металла, небольшой КПД из-за незначительного заполнения объема барабана, и жесткие условия сушки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3 Описание и обоснование выбора вспомогательного оборудования 

     Вентилятор. Вентиляторами называют машины, перемещающие газовые среды при степени повышения давления до 1,15. В промышленности наиболее распространены центробежные и осевые вентиляторы. В зависимости от давления,  создаваемого  вентиляторами  их подразделяют на три группы: низкого давления – до 981 Па, среднего – от 981 до 2943 Па и высокого – от 2943 до 11772 Па. Центробежные вентиляторы охватывают все три группы, осевые вентиляторы – преимущественно низкого давления, в редких случаях – среднего.

     КПД центробежных вентиляторов обычно составляет 0,6-0,9, а осевых – 0,7-0,9. 

    Рисунок 3.1 ‒ Центробежный вентилятор

     Воздух  в вентилятор поступает через  входной патрубок 1 и направляется в рабочее колесо 2, которое состоит  из: ступицы 5, ведущего диска 7, лопастей и (ведомого) покрывного кольцевого диска 9. Обычно рабочее колесо приводится во вращение при помощи ступицы 5, насаженной на рабочий вал 6, который передает движение непосредственно от двигателя или с помощью трансмиссионной передачи. На ступице смонтирован ведущий диск, к которому прикреплены лопасти рабочего колеса. Со стороны входа на лопастях рабочего колеса крепится покрывной кольцевой диск 9.

     Вращающееся рабочее колесо помещается в неподвижный  спиральный кожух 8, имеющий на выходе расширяющийся патрубок 4. Воздух или газ, попадающий через входной патрубок 1 в рабочее колесо 2, лопастями отбрасывается с большой скоростью к периферии. Передача энергии воздуху 
 
 

 завершается  в рабочем колесе. Часть этой  энергии вследствие силового  воздействия лопастей рабочего колеса получается в виде потенциальной энергии давления; Другая часть, в зависимости от степени реактивности рабочего колеса, получается в виде кинетической энергии (скоростного напора).

     Воздух, поступающий с большой скоростью  из рабочего колеса, тормозится в кожухе вентилятора. При этом скоростной напор преобразуется в потенциальную энергию давления. Спиральная форма кожуха способствует этому процессу. Избыток давления на выходе из вентилятора в патрубке 4 идет на преодоление сопротивлений и противодавления в нагнетательной системе трубопроводов.

     6

     Чтобы избежать утечки воздуха, который был  подвергнут сжатию в вентиляторе, устанавливают  различного типа уплотнения и осуществляют сопряжение входного патрубка вентилятора и входной кромки рабочего колеса с минимальным зазором ~ 1 мм. С этой же целью язык 3 спиральной камеры подводят как можно ближе к внешнему ободу рабочего колеса

     Устройства  для выделения сухого продукта из потока теплоносителя. Центробежные пылеотделители (циклоны). 

     Циклон  — воздухоочиститель, используемый в промышленности для очистки  газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип очистки —инерционный (с использованием центробежной силы), а также гравитационный. Циклонные  пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности.

     Собранная пыль может быть в дальнейшем переработана.

     Принцип действия простейшего противоточного циклона (рисунок 3.1) таков: поток запылённого газа вводится в аппарат через входной патрубок 4 тангенциально в верхней части. В аппарате формируется вращающийся поток газа, направленный вниз, к конической части аппарата. Вследствие силы инерции (центробежной силы) частицы пыли выносятся из потока и оседают на стенках аппарата, затем захватываются вторичным потоком и попадают в нижнюю часть, через выпускное отверстие в бункер для сбора пыли 5. Очищенный от пыли газовый поток затем двигается снизу вверх и выводится из циклона через соосную выхлопную трубу 2.

       Степень очистки газов в циклоне составляет 70 – 90%. Она зависит от свойств пылевидных частиц и газа, от скорости движения запыленного газового потока, а также от размеров и конструктивных особенностей циклонных аппаратов. Дисперсный состав пыли и ее плотность в значительной степени определяют эффективность работы циклонов. Чем крупнее и тяжелее частицы, тем полнее они улавливаются в циклонах.

       Неплотности на любом участке  пылеуловительной системы резко ухудшают степень очистки газов. Так подсос воздуха в размере 10-15% от количества очищаемого газа может свести на нет эффективность работы очистительного аппарата.

     Большое влияние на эффективность работы циклона оказывает также скорость, с которой газовый поток поступает через входной патрубок в аппарат. Величина этой скорости находится в пределах 20-25 м/с. 
 

    1 ‒ корпус; 2 ‒ выхлопная труба; 3 ‒ улитка; 4 ‒ входной патрубок;

    5 ‒ приемный бункер; 6 ‒ затвор

    Рисунок 3.1 – Схема циклона  НИИОГАЗ

     4  Расчет сушильного аппарата 

     Сушка глины производится топочными газами в сушилке барабанного типа. В качестве топлива выступает Саратовский природный газ. Для сушки используются топочные газы, так как для процесса сушки глины требуется начальная температура сушильного агента 500°С. Так как начальная температура сушильного агента больше 200°С, то по рекомендациям из [6], конечная температура сушильного агента составляет 100°С. Район работы установки г. Минск. Производительность по исходному влажному материалу составляет 12000 кг / ч по заданию. 

     4.1 Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку 

     В качестве топлива используется природный  сухой газ Саратовского месторождения (Россия) [3] следующего состава (в % об.), таблица 4.1.

   Таблица 4.1 ‒ Состав саратовского природного газа

    СН₄ – 94; С₂Н₆ – 1,2; С₃Н₈ – 0,7; С₄Н₁₀ – 0,4; С₅Н₁₂ – 0,2; СО₂ – 0,2; N₂ – 3,3.

     Для определения теплоты сгорания топлива  воспользуемся характеристиками горения  простых газов из таблицы 4.2. 

    Таблица 4.2 ‒ Характеристика горения простых газов

     Количество  тепла Q_V, выделяющегося при сжигании 1 м³ газа определяется как сумма произведений тепловых эффектов составляющих горючих газов на их количество [5] с. 294:

   Q_V = 35741· СН₄ + 63797· С₂Н₆ + 91321· С₃Н₈ + 118736· С₄Н₁₀ + 146080· С₅Н₁₂(4.1)

      Q_V = 35741  0,94 + 63797· 0,012 + 91321· 0,007 + 118736· 0,004 + 146080· 0,002 = 35768,5 кДж / м³ 
 
 
 

     Плотность газообразного топлива равна  [5] формула 9.2:

где М_i – мольная масса топлива; t_T – температура топлива, равная 20ºС; V_o – мольный объем, равный 22,4 м³/кмоль, С_mH_n – объемные концентрации составляющих природного газа (СН₄; С₂Н₆; С₃Н₈; С₄Н₁₀;С₅Н₁₂; СО₂; N₂).

= 16 кг/кмоль;  = 30 кг/кмоль; = 44 кг/кмоль;               =58 кг/кмоль; =72 кг/кмоль; = 44 кг/кмоль; = 28 кг/кмоль.

Подстав данные значения, получим: