Барабанная сушильная установка

КП 240404.318.01.ПЗ 
 
 
 
 
 
 

2011 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

Введение……………………………………………………………………….4                                                                                                       

1 Теоретическая  часть………………………………………………………..6                                                                                  

1. Теоретические основы сушки…………………………………………...6                                                                
2. Устройство и принцип действия барабанной сушилки…………….…8                           
3. Техника безопасности при эксплуатации сушилок…………………..10                              
4. Охрана окружающей среды……………………………………………11                                                                  

2 Расчётная часть…………………………………………………………....13                                                                                      

2.1 Материальный  баланс………………………………………………….13                                                                          

2. Тепловой расчет…………………………………………………………13                                                                                    
3. Конструктивный расчет………………………………………………...15                                                                        
4. Расчет допустимой скорости воздуха в барабане……………………16
5. Расчёт времени сушки…………………………………………………..18                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Заключение…………………………………………………………………..19                                                                                                 

Литература…………………………………………………………………..20                                                                                                   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Нефтеперерабатывающие производство характеризируется разнообразием технологических процессов в результате направленной деятельности человека. Аппараты - это технические объекты для осуществления технических процессов.

      Наука о процессах и аппаратах возникла на базе одной ведущих отраслей тяжелой индустрии - химической промышленности, объединяющий целый комплекс производств и методов переработки сырья и материалов. Технология производства самых разнообразных химических продуктов и материалов, в том числе переработка нефти и газа включает ряд однотипных физических и физико-химических процессов, характеризируемых общими закономерностями. Эти процессы в различных производствах производят в аналогичных по принципу действия машинах и аппаратах. Процессы и аппараты, общие для различных отраслей химической технологии, получили название основных процессов и аппаратов.

     Насосы и компрессоры, фильтры и центрифуги, теплообменники сушилки также относятся к числу основных аппаратов и машин, которые в разных сочетаниях составляют тепловое оборудование большинства химических производств.

     В течение пятидесяти лет наука о процессах и аппаратах непрерывно развивалась. Ее роль и значение в разработке на научных основах аппаратно-  технологического оформления химических производств, их интенсификация, а также в создании новых производств неизменно возрастали.

      Наглядным примером достижения науки о процессах и аппаратах является создание за последние годы высокопроизводительной аппаратуры с (кипящим) слоем зернистого материала, позволяющий интенсифицировать не только процессы, но и ряд других гетерогенных процессов (сушка, кристаллизация и другие).

      Химические аппараты и машины очень часто работают при больших скоростях рабочих сред, высоких давлениях, в широком диапазоне температур и в сильно агрессивных средах.

      Основные процессы химической технологии в настоящее время подразделяются на следующие группы:

1. Массообменные процессы, связанные с диффузионным переходом вещества (массы) из одной  фазы в другую (процессы массообмена).
2. Гидромеханические процессы.
3. Механические процессы.
4. Тепловые процессы.
5. Химические процессы.

      Сушка относится к массообменным процессам. Сушка- это  удаление  влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить транспортировку, придать им необходимые свойства, а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.

      Влагу  можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание  достигается путём испарения влаги и отвода образующихся паров, то есть с помощью тепловой сушки.

      Этот процесс широко используется  в химической технологии, в том числе и нефтепереработке. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется  более дешевыми способами, например, (фильтрованием), а окончательное - сушкой. В нефтепереработке сушка используется для улучшения качества технического углерода, и для осушки катализаторов и адсорбентов.                           
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        1 Теоретическая часть

        1.1 Теоретические основы сушки

      Сушка-это массообменный процесс удаления влаги из влажных материалов путём её испарения и отвода образовавшихся паров. Удаление влаги из твёрдых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства, например (улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.

      Влагу  можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путём испарения влаги и отвода образующихся паров, т.е. с помощью тепловой сушки.

      Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешёвыми механическими способами, например, фильтрованием, а окончательное сушкой.  Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.

      В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе - процесс слишком длительный.

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

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

1. Конвективная сушка - путём непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют  нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);
2. Контактная сушка - путём передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
3. Радиационная сушка – путём передачи инфракрасными лучами;
4. Диэлектрическая сушка - путём нагревания в поле токов высокой частоты;
5. Сублимационная сушка-сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи этот вид сушки аналогичен контактной,  но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять сушку в особую группу.

       При конвективной сушке сушильный агент передаёт материалу тепло и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счёт этого тепла. Таким образом, сушильный агент играет роль-тепло и влагоносителя. При прочих методах сушки находящийся в контакте с материалом влажный газ (обычно воздух) используется для удаления испарившейся влаги, т. е. выполняет роль влагоносителя.

      Влажный газ является смесью сухого газа и водяного пара. В дальнейшем под влажным газом будет подразумеваться только влажный воздух отличающийся лишь количественно. Влажный воздух как влаго - и теплоноситель характеризируется следующими основными параметрами абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (теплосодержанием).

      Если материал находится в контакте с влажным воздухом, то принципиально возможны два процесса:

1. сушка (десорбция влаги из материала)  при парциальном давлений пара над поверхностью материала р_м, превышающим его парциальное давление в воздухе или газе р_п,

2. увлажнение (сорбция влаги материалом) при р_{м <} р_п

      В процессе сушки давление р_м уменьшается и приближается к пределу р_м=р_п.

     При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной влажностью.

      Равновесная влажность зависит от парциального давления водяного пара над материалом р_п или пропорциональной ему величины относительной влажности воздуха и определяется опытным путём.

      Механизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом: чем прочнее эта связь, тем труднее протекает процесс сушки. При сушке связь влаги с материалом нарушается.

       П.А. Ребиндором предложена следующая классификация форм связи влаги с материалом: химическая, физико-химическая и физико-механическая.

      Химически связанная  влага наиболее прочно соединена с материалом в определённых соотношениях и может быть удалена только при нагревании материала до высоких температур или в результате проведения химической реакции. Эта влага не может быть удалена из материала при сушке.

      В процессе сушки удаляется, как правило, только влага, связанная с материалом физико - химически и механически. Наиболее легко, может быть, удалена механически связанная влага, которая, в свою очередь, подразделяется на влагу макрокапилляров и микрокопилляров  (капилляров со средним радиусом приблизительно и меньше 10 см).

      Микрокапилляры заполняются влагой при непосредственном соприкосновении её с  материалом, в то время как в макрокапилляры влага поступает непосредственном соприкосновений, так и в результате поглощения её из окружающей среды. Влага макрокапилляров  свободно удаляется не только сушкой, но и механическими способами.            

     Физико-химическая связь объединяет два вида влаги, отличающихся прочностью связи с материалом: адсорбционно и осмотически связанную влагу. Первая прочно удерживается на поверхности и в порах материалов. Осмотически связанная влага, называемая влагой набухания, находится внутри клеток материала и удерживается осмотическими силами. Присутствие этих видов влаги особенно характерно для коллоидных материалов.

        Применительно к процессу сушки влагу материала классифицируют в более широком смысле на свободную и связанную. Под свободной понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности. Следовательно, при наличии в материале свободной влаги р_м = р_н, где р_н давление насыщенного пара воды над её собственной поверхностью. Под связанной понимают влагу, скорость испарения из материала меньше скорости испарения воды со свободной поверхности.

      Скорость сушки определяется с  целью расчёта продолжительности сушки.

      Скорость и периоды сушки. Процесс сушки протекает со скоростью, зависящей от формы связи с материалом и механизма перемещения в нём влаги. Кинетика сушки характеризируется изменением во времени средней влажности материала, отнесённой к количеству абсолютно сухого материала. Зависимость между влажностью  материала и времени изображается кривой сушки, которую строят по опытным данным.

      В общем случае процесс сушки проходит в несколько периодов. После очень небольшого промежутка времени периода прогрева материала, в течение которого влажность снижается незначительно, наступает период постоянной скорости сушки (I период). При этом влажность материала интенсивно уменьшаться по прямолинейному закону. Такое уменьшение влажности наблюдается до достижения первой критической влажности, после чего начинается период падающей скорости сушки (II период).

       1.2 Устройство и принцип действия барабанной сушилки

        Для сушки используются сушилки различных конструкций, для сушки сыпучих материалов используется барабанная сушилка.

      В курсовом проекте рассмотрена барабанная сушилка. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых, и сыпучих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.). Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан 1, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1/15-1/50) и опирающийся с помощью бандажей 2 на роликах. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5-8 мин; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приёмной винтовой - насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длинны барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным  агентом – топочными газами. Газы и материал особенно часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала, так как в этом случае наиболее горячие газы соприкасаются с материалом, имеющим набольшую влажность. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 3 со средней скоростью, не, превышающей 2-3 м /сек. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. На концах барабана часто устанавливают уплотнительные устройства (например, лабиринтные), затрудняющие утечку сушильного агента.

      У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца- поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%.Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже изменением угла наклона. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11, с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы   воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 8.

      Устройство внутренней насадки  барабана  зависит от размера  кусков и свойств высушиваемого  материала. Подъемно-лопастная насадка  используется для сушки крупнокусковых  и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка – для  малосыпучих и крупнокусковых  материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих  материалов широко применяются  распределительные насадки. Сушка  тонкоизмельченных, пылящих материалов  производится в барабанах, имеющих  перевалочную насадку с закрытыми  ячейками. Иногда используют комбинированные  насадки, на пример подъемно- лопастную  (в передней части аппарата) и  распределительную.

      Типы промышленных барабанов сушилок разнообразны: сушилки, работающие при противотоке сушильного агента и материала, с использованием воздуха в качестве сушильного агента.

       1-барабан, 2- бандажи, 3- опорные ролики, 4-передача, 5- опорно-лопастные ролики, 6- питатель,7- лопасти, 8-вентилятор, 9-циклон,           10- разгрузочная камера, 11-разгрузочное устройство 
 

      Рис. 1- Схема  барабанной сушилки

       1.3 Техника безопасности при эксплуатации сушилок 

     Общие требования безопасности оборудования определяются действующим ГОСТом. Так, производственное оборудование должно быть безопасным при монтаже, эксплуатации, ремонте, оно не должно загрязнять выбросами вредных веществ окружающую среду, должно быть пожаро- и взрывобезопасным.

     Сушилку широко применяют в производствах химической промышленности,  для этого используют специальные сушильные установки различных типов: полочные, барабанные, ленточные, камерные, с кипящим слоем и другие.

     Сушилка сопровождается выделением больших количеств конвекционного и лучистого тепла. Во многих случаях она связана с применением тяжелого ручного труда при загрузке, перемешивании и выгрузке материалов.

     В сушилах всех видов места выгрузки и загрузки твёрдых пылящих материалов должны быть по возможности герметизированы, а укрытия над  этими местами обеспечены вытяжной вентиляцией.

     Сушильные барабаны в местах соединения вращающихся частей с неподвижными оборудуют уплотнительными кольцами. Бандажи и шестерни сушильных барабанов закрывают сплошными кожухами на высоту 1.7 м.

     Сушильные устройства или отдельные их части, выделяющие тепло, покрывают теплоизоляцией или экранируют. Температура наружной поверхности теплоизоляции или экранируемых устройств не должна превышать 45˚С, а для оборудования, внутри которого температура равна или ниже 100˚С, она должна составлять 35˚С. В барабанных сушилках предусмотрено автоматическое прекращение подачи сырого продукта при остановке превращающегося барабана. При изменении количества подаваемого на сушку продукта и его влажности тепловой режим сушильного барабана может измениться, что нарушит технологический процесс. Режим сушки регулируется системой автоматических устройств.

      1.4 Охрана окружающей среды

      Охрана природы – это система  государственных и общественных мероприятий, обеспечивающих сохранение природной среды, пригодной для жизнедеятельности нынешних и будущих поколений людей. Предприятия химической промышленности выбрасывают в атмосферу значительные количества газов и пыли. К основным вредным веществам, загрязняющим атмосферу, относятся: углеводороды и их производные, оксид углерода, сероводород, сероуглерод, сернистый ангидрид, оксиды азота, хлор, технический углерод, фтористые соединения и другие продукты. Для очистки технологических выбросов от взвешенных частиц или тумана применяют различные газопылеулавливающие устройства. Предварительную очистку газа осуществляют в механических сухих пылеуловителях, пылеосадительных камерах различных конструкций, в инерционных пыле -и брызгоуловителях , циклонах и мультициклонах.

     При этом частицы пыли, имеющие большую инерцию, чем частицы воздуха  ударяются о стенки аппарата  и опускаются в сборник пыли . В циклонах частицы пыли прижимаются центробежной силой к стенкам наружного цилиндра ,теряют скорость и соскальзывают в разгрузочный бункер, а воздух через внутренний цилиндр выходит в атмосферу. Эффективность очистки увеличивается при уменьшении размера циклона, так как центробежная сила обратно пропорциональна расстоянию частиц пыли от оси циклона. Поэтому вместо одного циклона большого размера целесообразно ставить параллельно несколько циклонов меньших размеров, которые называются батарейным циклоном. Применение пылеулавливающих устройств мокрого типа ограничивается в тех случаях, когда недопустимо увлажнение очищаемого газа. К этим устройствам относятся скрубберы, пенные газопромыватели, трубы Вентури, циклоны с водяной пленкой.      Газовый поток в аппарате мокрой очистки обычно направляются снизу в вверх,  а жидкость распыляется форсунками сверху Вода (жидкость) захватывает частицы пыли и уносит их из аппарата в виде шлама. Для тонкой очистки воздуха от пыли применяют фильтры различной конструкции. Сухие фильтры бывают бумажные, матерчатые, сетчатые и др. Гофрированную пористую бумагу закладывают в кассеты,  через которые проходит запыленный воздух. Рукавные матерчатые фильтры располагают в металлической камере. Запыленный воздух поступает в тканевые рукава снизу. Проходя через ткань, он очищается и выходит наружу. Пыль оседает на поверхности ткани и периодически встряхиванием сбрасывается в пылесборник, откуда выводится шнеком.

     Технологические меры уменьшения загрязнения стоков. Наиболее радикальным способом защиты водоемов от сбросов промышленных предприятий является создание технологических процессов, при ведении которых если не полностью, то хотя бы максимально уменьшается количество отходов. Полностью безотходных технологических процессов пока ещё немного. Однако многие отходы можно использовать в других производствах вместо природного сырья. При современном уровне производства  в нашей стране ежегодно в виде отходов получают значительное количество сульфата натрия, отработанной серной кислоты с примесями азотной кислоты, минеральных веществ, органических соединений  и много других  отходов.       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Расчётная часть 

      Исходные данные для расчета:

      Количество влажного материала поступающего на сушку G₁= 360т/сутки. Влажность материала до сушки u₁=5,5%, после сушки u₂=0,8%; температура материала до сушки θ_н=20°С,после сушки θ_к=50°С. Напряжение барабана по испарённой влаге А=11 кг/м³·ч

       Сушильный агент - атмосферный воздух, нагреваемый в калорифере до t₁=110°С.

       Параметры атмосферного воздуха: температура t₀=15°С; относительная влажность φ₀=70%. Температура воздуха после сушки t₂=55°С.

      2.1 Материальный баланс 

      Цель расчёта – определение количества испарённой влаги при тепловой сушке материала горячим воздухом.

      Количество испаренной влаги W, кг/с рассчитывается по уравнениям материального баланса конвективной сушки:

G=G₂+W                                                 (2.1) 

G₁·(1-u₁)=G₂·(1-u₂)                                         (2.2)

        где G₁- количество материала, поступающего на сушку, кг/с

              G₂- количество высушенного   материала, кг/с

G₁=360 т/сутки = 4,17 кг/с 

4,17· (1-0,055)= G₂·(1-0,008) 

3,94=G₂·(0,992) 

W =G₁-G₂                                                                           (2.3) 
 
 

W=4,17 – 3,97 = 0,2 кг/с 

      2. 2 Тепловой баланс  

      Цель расчета – определение воздуха на сушку, количества тепла, подводимого к калориферу и расхода греющего пара на подогрев воздуха в калорифере.

      2. 2.1 Расчет параметров сушильного агента

      Влагосодержание наружного воздуха  х_0, кг.вл./кг с.в. рассчитывается по формуле: 

       где φ₀- относительная влажность наружного воздуха, %