Распылительная сушилка. 4

Министерство образования Российской Федерации 

 

ОРЕНБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Архитектурно-строительный факультет

 

Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханика

 

 

 

 

 

 

 

                                               КУРСОВАЯ РАБОТА

 

     по дисциплине <<Теплотехника и  технологическое оборудование технологии строительных изделий>>

 

Распылительная сушилка

 

 

Пояснительная записка

 

ГОУ ОГУ 270106.65.5209.13 ПЗ

 

 

 

 

                                                             Руководитель проекта

 

                                                                       __________ Никитин В.А              

                                                                                 <<_____>>__________ 2011г

 

                                              Исполнитель

                                                                                   Студент гр.08СК

                                                                                            _______Каршибаев Ж.А                                            

                                                                                     <<____>>__________2011г

 

 

 

                                               

 

                                                Оренбург 2011г

Введение

           Сушка – это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Целью сушки является улучшение качества материала (снижение его объемной массы, повышение прочности) и, в связи с этим, увеличение возможностей его использования. В химической промышленности, где технологические процессы протекают в основном в жидкой фазе, конечные продукты имеют вид либо паст, либо зерен, крошки, пыли. Это обусловливает выбор соответствующих методов сушки.

В керамической промышленности для обезвоживания  шликеров в основном применяют два  способа: механический и термический. Механический способ обезвоживания  основан на процессе фильтрования суспензии  через тканевый фильтр под давлением 0,5 – 1,5 МПа. Обезвоживание производят в камерных и рамных фильтр –  прессах периодического действия, а  также в автоматических камерных фильтр – прессах циклического действия. Основным недостатком данного способа  является относительно высокая влажность  осадка (19–25%). Поэтому для получения из осадка пресс – порошка необходимы последующие сушка и помол, что значительно усложняет технологический процесс.

Термический способ обезвоживания материала основан на процессах тепло-массообмена, в результате которых из материала испаряется влага. Сушку керамической суспензии проводят в башенных распылительных сушилках и сушильных барабанах.

К основным преимуществам получения пресс–порошка  в распылительной сушилке следует  отнести стабильный гранулометрический состав и постоянную влажность готового материала, а также простоту конструкции  сушилки и возможность автоматизации  процесса сушки. Поэтому распылительные сушилки нашли широкое распространение в керамической промышленности в производстве облицовочных, фасадных плиток и плиток для полов.

Основным  сырьем для производства керамических плиток являются глинистые материалы (глины и каолины) и кварцевый  песок, причем содержание глинистых  компонентов в массах составляет не менее 45–50%, в том числе глин – не менее 30%.

Решающее  влияние на технологические свойства глин, применяемых для керамических изделий, имеет их минералогический состав. Минералогический состав глин очень разнообразен, что объясняется  различным содержанием основных глинистых минералов (каолинита, гидрослюды, монтмориллонита, смешанослойных образований) и различными сочетаниями их.

В производстве пресс-порошков для керамических плиток используют распылительные сушилки. Это  позволило исключить из технологического процесса в качестве самостоятельных  операций помола и грануляции массы. Использование распылительных сушилок, кроме того, позволяет сократить  потери массы и добиться получения  пресс-порошка стабильного гранулометрического  состава, постоянной в определенных пределах влажностью, шарообразной формой частиц, а, следовательно, и хорошей  сыпучестью.

Процесс получения  пресс-порошка в распылительных сушилках может быть полностью механизирован, что позволяет легко включать их в автоматические производственные линии.

Простота  конструкций, высокие технико-экономические  показатели распылительных сушилок  и технологические свойства получаемого  в них пресс-порошка обеспечили широкое их внедрение в промышленность.

Сушка влажных  материалов является комплексным процессом, включающим перенос тепла и влаги  внутри материала и обмен энергией (теплом) и массой (влагой) поверхности  материала с окружающей средой (агентом  сушки).

В распылительных сушилках, высушивая шликер, получают порошок материала. Для этого  в сушильной камере шликер тем  или иным способом диспергируют (распыляют) в виде капель, которые, перемещаясь  в камере, омываются подаваемым в  нее агентом сушки и высушиваются до определенной влажности вследствие разности парциальных давлений паров  жидкости на поверхности капель и  в агенте сушки. Поэтому достаточная  степень диспергирования шликера  является одним из важнейших факторов интенсивной работы распылительных сушилок, т. к. от нее зависит величина поверхности распыления шликера и, соответственно, скорость процессов тепло- и массообмена при сушке.

Перед другими  способами сушки шликерных масс сушка их в диспергированном состоянии  отличается значительной скоростью  процесса благодаря большой поверхности  взаимодействия распыленного материала  с агентом сушки.

В распылительных сушилках диспергирование шликера  может осуществляться за счет кинетической энергии шликера (механическое распыление) или кинетической энергии газа (пневматическое распыление).

К механическим распылителям относятся струйные и  центробежные форсунки, быстровращающиеся  центробежные диски и ультразвуковые распылители, а к пневматическим – различной конструкции газовые и паровые форсунки.

В распылительных сушилках, предназначенных  для сушки керамических шликеров, используются распылители в виде вращающихся дисков и механических форсунок

 

  1. Краткое описание распылительной сушилки

         Распылительная сушилка включает сушильную камеру, газооборудование, вентиляционную систему, систему подачи суспензии, КИП и автоматику.

          Сушильная камера представляет собой сварную из 4–5 мм металлического листа башню, перекрытую металлической крышкой. Днище камеры выполнено в виде конусного бункера и приварено к корпусу. В производстве керамических плиток для корпуса используется нержавеющая сталь типа Х13 или Х25Т. Снаружи боковая и верхняя поверхность корпуса изолирована минераловатыми плитами толщиной 200 мм, а днище – минераловатыми плитами толщиной 60–100 мм. покровным слоем теплоизоляции служит тонколистовой металл – алюминий либо оцинкованная сталь. Днище камеры заканчивается центральным отверстием для выпуска порошка. К отверстию крепится течка с лепестковым затвором, уменьшающим подсосы воздуха. В крышке сушильной камеры устроен взрывной клапан в виде мембраны из асбестового картона толщиной 10 мм. Для наблюдения за работой горелок и форсунок в стенах сушильной камеры имеются люки со смотровыми окнами и устройства для освещения рабочего пространства. Снаружи на конусном днище смонтирован один или несколько стандартных вибраторов с возмущающей силой не более 1000 Н. Вибраторы предназначены для кратковременного включения при «зависании» порошка на днище.

             Для сжигания газа в стенах сушильной камеры, примерно в середине по высоте, равномерно по периметру установлены газовые горелки. В конусном днище установлен вытяжной зонт для удаления отработанных газов. Вытяжной патрубок зонта подключен к пылеулавливающему циклону, который, в свою очередь, соединен с отсасывающим вентилятором. Сечение зонта 1–2,5 м, что обеспечивает небольшой (не более 2–4%) вынос материала с отходящими газами. Сушилка оборудована системой контрольно-измерительных приборов, показывающих температуру и разрежение в верхней части сушильной камеры, в выгрузочном конусе, до и после циклонов. Контролируются также давление газа и давление суспензии в нагнетающем трубопроводе. Для распыления суспензии служат механические тангенциальные форсунки, работающие при давлении 10–12 атм. Диаметр сопел форсунок 2,1 или 1,5 мм.

Форсунки  с соплами небольшого диаметра быстрее  засоряются. Поэтому большое внимание уделяется очистке суспензии. При  совместном помоле пластичных и отощающих  материалов суспензию при сливе  из мельницы пропускают через вибрационное сито с 400 отв/см2 и при перекачке в расходный бассейн через сито с 900 отв/см2. Соблюдение правил приготовления суспензии и исправность системы ее очистки практически исключают засорение сопел.

Конструктивно распылительная сушилка включает в  себя сушильную камеру с днищем и  системы: подачи и распыления суспензии, теплообеспечения, отбора и очистки  отработанных газов, КИП и автоматики, а также конструкционно-строительные элементы.

В соответствии с ГОСТ 18906–80 распылительные сушилки общего назначения в зависимости от способа распыления суспензии подразделяются на два типа:

РФ – распылительные сушилки с распылением исходного  материала механическими или  пневматическими форсунками;

РЦ – распылительные сушилки с распылением исходного материала центробежными форсунками.

Исполнение  сушилок может быть: Н – невзрывозащищенное, В-взрывозащищенное, П – с устройством пожаротушения.

Для изготовления конструкционных элементов сушилки, соприкасающихся в процессе эксплуатации с получаемым порошком или исходной суспензией, могут использоваться материалы  следующих групп: У – углеродистые стали и чугун, К – корозионностойкие  стали и сплавы, Т – титан  и его сплавы, М – цветные  сплавы, Э – эмали.

Указанный стандарт устанавливает 6 модификаций распылительных сушилок в зависимости от их конструктивных признаков (места расположения распылителя  и подвода теплоносителя, конструкции  днища):

1 – с нижним  подводом теплоносителя, коническим  днищем и расположением распылителя  вверху сушильной камеры;

2 – с верхним  подводом теплоносителя, коническим  днищем и расположением распылителя  вверху сушильной камеры;

3 – с верхним  подводом теплоносителя, коническим  днищем и расположением распылителя  внизу сушильной камеры;

4 – с верхним  подводом теплоносителя, плоским  днищем и расположением распылителя  вверху сушильной камеры;

5 – с верхним  подводом теплоносителя, плоским  днищем и расположением распылителя  внизу сушильной камеры;

6 – с нижним  и верхним подводом теплоносителя,  коническим днищем и расположением  распылителя вверху сушильной  камеры.

Основным  недостатком сушилок с верхней  подачей суспензии является значительная разница во влажности крупных  и мелких гранул, в результате чего крупные частицы прилипают к  конусному днищу и препятствуют равномерному выходу порошка из сушилки. При нижней подаче суспензии влажность  порошка на различном расстоянии от оси сушилки практически совпадает  со средней. Отмеченные недостатки сушилок  с верхней подачей суспензии  устранены в сушилках с нижней подачей.

Наряду с  распылительными сушилками на газообразном топливе используют сушилки на жидком топливе, преимущественно на мазуте. Отличительной особенностью таких  сушилок является использование  выносной топки, установленной на нулевой  отметке, и соединительного трубопровода между топкой и потолком сушилки.

Разработанные в НИИстройкерамике конструкции  распылительных сушилок имеют следующие  особенности:

– применение для распыления суспензии группы близко расположенных друг к другу механических форсунок, работающих под давлением 0,8–1,2 МПа, установленных по оси сушилки снизу вверх, либо установленных сверху и направленных вертикально вниз;

– сжигание газа в металлических туннелях, расположенных внутри сушильной камеры в средней части по высоте;

– отбор отработанных газов в нижней части сушильной камеры через вытяжной зонт;

Указанные особенности  создают следующие преимущества.

Сжигание  газа внутри сушильной камеры исключает  потери тепла топочными устройствами и газоходами, обеспечивает предельно  высокую начальную температуру  теплоносителя, позволяет вести  процесс с минимальным расходом воздуха и как следствие обеспечивает минимально возможные удельные расходы  тепла – до 3,18 МДж и электроэнергии – до 0,004 кВт*ч на 1 кг испаряемой влаги.

Распыление  суспензии группой форсунок создает  высокую концентрацию материала  в объеме факела, позволяет уменьшить  размеры сушильной камеры и в  связи с этим обеспечивает высокий  удельный влагосъем – более 25 кг/(м3*ч). В связи с небольшим расходом теплоносителя унос высушенного продукта не превышает 2–4%. Требуемое низкое давление суспензии позволяет применять износостойкие мембранные насосы.

 

 

Рис. Схема БРС

1 – Взрывной  клапан; 2 – молниеотвод; 3 – горелка; 4 – люк; 5 – система питания  шликера; 6 – аспирация; 7 – опора; 8 – транспортёр; 9 – крыша; 10 –  крышка; 11 – газооборудование; 12 –  наружная обшивка; 13 – конус.

 

Рис. Схема  вспомогательного оборудования для  БРС

1 – Циклон; 2 – дымосос; 3 – электродвигатель; 4 – колонки; 5 – лестница; 6 – транспортёр.

2. Теплотехнический расчет распылительной  сушилки

 

2.1 Исходные данные для расчета

 

Исходные  данные для расчета:

  1. производительность сушилки по абсолютно сухому порошку Gа.с.= 1250 кг/ч
  2. потери порошка в сушилке…………………………………….…П= 4%
  3. начальная влажность шликера……………………………Wш = 42%
  4. конечная влажность шликера…………………..Wп= 7%
  5. начальная температура теплоносителя …………….…….tн = 800 оС
  6. температура отработанного теплоносителя…………………θк = 85оС
  7. параметры наружного воздуха:

температура воздуха………………………………….….tвозд = 20 оС

относительная влажность…………………………………..φ = 85 оС

удельная теплоемкость…………………………….…свозд = 1,03

8. температура теплоносителя на входе в сушилку……….…..tк = 150 оС

9. средний размер частиц порошка……………………….……. d = 0,25 мм

10. средняя теплоемкость керамической  массы……………. сс = 0,921

11. температура газа поступающего на горение………….………tгаз = 20 оС

12. теплоемкость природного газа………………………………сгаз = 1,3

Топливо –  природный газ Восточная Украина (Шебелинское месторождение)

 

2.2 Материальный баланс сушилки

 

Общая производительность сушилки

Gаобщ..с. = Gа.с. = =

 

Потери абсолютно  сухого порошка

 

Па.с. = Gобща.с. – Gа.с. = 1302,08 – 1250 = 52,08

 

Производительность  сушилки по товарному порошку

 

Gw = = = 1344,08

 

Общая производительность сушилки по товарному порошку

 

Gобщw = Gw = = 1400,83 кг/ч

 

Потери товарного  порошка

 

Пw = Gwобщ – Gw =1400,83 – 1344,08 = 56,75

 

Плотность шликера

 

ρш = = = 1,55

 

Производительность  сушилки по шликеру

 

Gш = Gобща.с. = =

Объемный расход шликера в сушилке

 

Vш =

 

Количество  влаги, содержащейся в шликере

 

Gвл.ш =

 

Количество  испаряемой влаги

 

 

Таблица 2.1. Материальный баланс распылительной сушилки

Приход

Расход

Наименование

Кг/ч

%

Наименование статьи

Кг/ч

%

Шликер Gш

12020

100

Товарный порошок Gw

2244,96

53,1

Потери порошка Пw

56,75

2,2

Испаряемая влага Gв.и.

1086

44,7

Итого

12020

100

Итого

3387,71

100


 

2.3 Расчет горения топлива и определение  параметров теплоносителя

 

В качестве топлива используется природный  газ Минск месторождение. Состав и свойства приведены в таблице 2.2

 

Таблица 2.2. Состав и свойства природного газа Минск месторождения

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

CO2

N2

91,5

4

1,6

0,28

0,13

0,12

2,39


 

Газ сжигается  с коэффициентом расхода воздуха  α =1,2. Воздух, идущий для горения, имеет температуру 20 оС.

Принимаем содержание влаги в газе 1,0%. Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

Другие составляющие газа остаются без изменений. Состав влажного рабочего газа приведен в таблице 2.3

Табл. 2.3. Состав влажного рабочего газа, %.

CH4вл

C2H6вл

C3H8вл

C4H10вл

C5H12вл

CO2вл

N2вл

H2Oвл

90,585

4

1,6

0,28

0,13

0,12

2,39

1,0


 

Определяем  теплоту сгорания газа:

 

 

Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха

 

 

Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха do=10 сух. воздуха и находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности

Действительное  количество воздуха при коэффициенте расхода α =1,2:

Сухого воздуха: Lα=

Атмосферного  воздуха:

Определяем  количество и состав продуктов горения  при α= 1,2:

Общее количество продуктов горения составляет:

Определяем  процентный состав продуктов горения:

Составляем  материальный баланс процесса горения  на 100 нм3 газа при α=1,2 (табл. 2.4)

 

Таблица 2.4. Материальный баланс процесса горения

Приход

Кг

%

Расход

Кг

%

Природный газ

    

Продукты горения

    

64,949

4,033

208,129

12,91

5,424

0,336

178,145

11,05

3,232

0,200

58,860

3,65

0,795

0,049

1166,05

72,37

0,418

0,025

Невязка

-0,98

0,061

0,237

0,014

      

0,804

0,049

      

Воздух:

          

353,16

21,93

      

9,807*1,2*0,21*0,79*1,251

1163,06

72,23

      

15,139

0,940

      

Итого

1610,21

100

Итого

1611,19

100


 

Невязка баланса  составляет:

Тогда

Определяем коэффициент избытка  воздуха из уравнения теплового  баланса процесса горения газа

,

Откуда

 


Распылительная сушилка. 4