Сушильная установка

 

Содержание

 

Введение………………………..............................................................................51. Описания конструкции и принципа действия барабанной сушилки……………………………………………………………………...........7

2. Технологические расчеты..............................................................................10

1. Расчет сушильной камеры….………………………………………..…...10
2. Расчет размеров сушильного барабана …………………………………10
3. Расход сушильного агента и тепловой баланс сушилки……………….11

3. Расчет процесса сушки с помощью i – x диаграммы……………………13

4. Выбор и расчет калорифера………………………………………………..17

5. Расчет циклона………………………………………………………………19

6. Расчет рукавного фильтра………………………………………………....21

7. Выбор вентилятора…………………………………………………….........22

8. Мощность привода барабанной сушилки..................................................24

Заключение………………………………………………………………….…..25

Список литературы……………………...…...………………………………...26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Процесс сушки заключается в удалении влаги из материалов с целью улучшения качества продукта, предохранения его от слеживания, снижения массы, придания транспортабельности и т. д.

В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся химическим составом, дисперностью 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 задачу .

Сушильные аппараты широко применяют в производстве удобрений и минеральных солей, ядохимикатов, пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и т.д.

В соответствии со своим назначением печи в производстве целевых продуктов являются основным термотехнологическим оборудованием в технологических линиях цехов (производств), и их работа жестко связана с работой остального оборудования этих, а иногда и других цехов.

Вследствие разнообразия условий сушки имеется много конструкций сушилок, которые для облегчения выбора классифицируют по различным признакам, указанным в таблице 1.

Классификация сушилок                               Таблица 1

Признаки классификации	Типы сушилок
Режим сушилки	Периодического и непрерывного действия
Сушильный агент	Воздушные, на дымовых газах, на смеси воздуха с топочными газами и на перегретом паре

 

Окончание табл. 1

Признаки классификации	Типы сушилок
Направление движения сушильного агента относительно материала	С прямотоком, противотоком, перекресным током и реверсивные
Способ подвода тепла к материалу	Конвективные, контактные (сушка на горячих поверхностях),радиационные (сушка инфракрасными лучами), сушка токами высокой частоты
Конструкция сушилок	Коридорная, камерная, шахтная ленточная, конвейерная, барабанная, трубчатая, с кипящим слоем и др.

 

Общими направлениями интенсификации сушильного процесса являются увеличение удельной поверхности материала и скорости тепло- и массопередачи, обеспечение равномерности сушки, использование сушильных агентов высокого потенциала и улучшение аппаратурной схемы процесса. Многие из этих мероприятий осуществляются при конвективной сушке материалов во взвешенном состоянии в пневматических, аэрофонтанных и распылительных сушилках.

Наиболее существенным достижением сушильной техники является разработка и внедрение метода сушки в кипящем (псевдоожиженном) слое. Большим преимуществом этого метода перед другими является возможность регулирования в широких пределах продолжительности пребывания материала в аппарате, интенсивность тепло - и массообмена, возможность организовать непрерывный процесс при простом аппаратурном оформлении.

 

 

 

 

1. Описания конструкции и принципа действия барабанной сушилки.

Барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.)

1 – барабан; 2 – бандажи; 3 – опорные  ролики; 4 – передача; 5 – опорно-упорные  ролики; 6 – питатель; 7 – лопасти; 8 – винтелятор; 9 – циклон; 10 –  разгрузочная камера; 11 – разгрузочное  устройство.

Рис. 1. Барабанна сушилка

Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1/15—1/50) и опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5 — 8 об мин; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины 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 наибольшую влажность. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 8 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 его 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, например подъемно-лопастную (в передней части аппарата) и распределительную.

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

Типы насадок барабанных сушилок:

а – подъемно-лопастная; б – секторная; в,г – распределительная; д – перевалочная.

Достоинства барабанных сушилок:

1. Интенсивна и равномерная сушка вследствие тесного контакта материала и сушильного агента.
2. Большое напряжение по влаги достигающее и более.
3. Компактность установки.
 

2. Технологические расчеты.
1. Расчет сушильной камеры

Количество влаги, испаряемой за час

W=5,4*(12-0,8)/(100-0,8)=0,61 кг/с

Количество материала, высушенного за час

Gk= Gh-W

Gk =5,4 – 2,5 =2,9 кг/с

2. Расчет размеров сушильного барабана

Объем барабана

V=W/A

V=0,625 м3

Где А- напряжение барабана по влаги, определяемое опытным путем. А=4кг/(м3• 4)

Отношение длины барабана к диаметру должно быть 3,57;  

Принимают: 

Диаметр барабана находят из соотношения

Длина барабана

По нормалям завода «Прогресс» выбирают сушильный барабан с диаметром d=2000мм и длиной L=8000мм.

Число оборотов барабана в 1сек

Где a- опытный коэффициент; tg a-тангенс угла наклона барабана; τ-время пребывания материала в барабане, сек.

Время пребывания материала в барабане

Здесь Gср- средняя масса материала, проходящего через барабан;

β=0,12- коэффициент заполнения барабана;

Pср Pм=745 - средняя насыпная плотность материала.

Gср=Gh+Gk/2=4,15 кг/ч

Барабаны имеют угол наклона к горизонту 0,5-6°; принимают = 2°, tgc=0,035. Тогда,

Где 1,2-коэффициент для подъемно-лопастной насадки.

 

3. Расход сушильного агента и тепловой баланс сушилки

Потери тепла в окружающую среду

Где Fбок – боковая поверхность барабана, м2 ;tст - температура стенки барабана с внешней стороны,  ;t0-температура окружающей среды, ; α-коэффициент теплоотдачи от стенки барабаны в окружающую среду, . Он равен:

Где αк-коэфициент теплоотдачи за счет вынужденной конвекции окружающей среды относительно наружной поверхности вращающего барабана, - коэффициент теплоотдачи излучением,

Принимают tст =25  и определяют режим движения окружающего воздуха относительно наружной поверхности барабана:

Здесь

 относительная скорость движения воздуха; L=d=2,1м в данном случае определяющий размер с учетом возможной толщины тепловой изоляции; плотность воздуха при 25 ;  вязкость воздуха при 25оС.

Коэффициент теплоотдачи от стенки барабаны в окружающую среду за счет вынужденной конвекции

-где -теплопроводность воздуха при 25

Определяют коэффициент теплоотдачи излучением

Где с0=5,7 -коэффициент лучеиспускания абсолютного тепла; ε=0,95-степень черноты для поверхности покрытой черной краской.

Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана к воздуху

Определяют необходимую толщину слоя изоляции. В качестве изоляционного материала выбирают шлаковую вату с *2=0,076  Поверх изоляции толщиной δ2 имеется кожух из листового железа (δ3=1 мм ), покрытый масляной краской. Толщина стенки барабана δ1=1,2 мм. Можно принять t1=t2=60°C и t3=t4=35°C. Здесь t1иt2-температура стенок защитного кожуха.

Расчет ведут по известным формулам теплопроводности через цилиндрическую стенку

Удельный тепловой поток

По упрощенной формуле

Определяют толщину изоляции δ2

Отсюда .

Уточняют величину наружного диаметра барабана

Наружная поверхность барабана

Тепловые потери в окружающую среду

Удельная потеря тепла

 

3. Расчет процесса сушки с помощью i – x диаграммы

Для определения расходов воздуха и тепла на сушку строят диаграмму сушильного процесса I-x . На рис.2 приведено изображение процесса сушки в барабанной сушилке.

РРР

Рис. 2. Изображение процесса сушки на диаграмме Рамзина

Для нахождения точки А дается t0=25°C Из диаграммы определяют I0=50.7 кдж/кг сухого воздуха и x0=0,01кг влаги/кг сухого воздуха.

Точку В находят по заданной температуре t1 = 1200C и x1=x0 Из диаграммы определяют I1=119 кдж/кг сухого воздуха. Точку С (окончание идеального сушильного процесса) находят по заданной температуре t2=550C и I2-I1 Чтобы найти направление реального процесса (точка е должна лежать ближе к точке С, чтобы величина отрезков , которые участвуют в графическом расчете сушилки, были по возможности больше), опускают перпендикуляр ef на линию АВ, измеряют его и определяют величину отрезка eE по формуле:

Здесь

СВ - теплоемкость воды, кдж/(кг·град); qД-дополнительный подвод тепла , кдж/кг влаги (в барабанной сушилке qД = 0); ∑q-сумма потерь тепла (с выпущенным материалом, в окружающую среду и с транспортными приспособлениями), кжд/кг влаги.

В барабанной сушилке потерь тепла, связанных с транспортными приспособлениями, нет.

Потери тепла с высушенного материала

Теплоемкость высушенного материала

Здесь

- теплоемкость сухого хлорида  калия; ∑СА-сумма атомных теплоемкостей;

М-молекулярная масса.

После подстановки получают

Определяют отрезок еЕ:

I = I1 + (x – x1) = 119 + 15,11(0,015 – 0,010) = 120

eE = ef = ()[] =

= (0,03 – 0,01)[4,19 • 20 – (2662 +54,7)] = 4,66 кДж/кг сухого воздуха

Здесь, е =  берется для произвольно выбранной точки е на линии I1=const; Св=4,19кдж/(кг*град)-теплоемкость влаги при t`=200C

Здесь ∆›0 , происходит дополнительный подогрев и отрезок eE откладывается от точки e вертикально вверх ; Точку B соединяют с полученной точкой E и продолжают прямую до пересечения с заданной изотермой t2 .Полученная точка С, характеризует состояние воздуха после сушки:

I2=125кдж/кг сухого воздуха;

Х2=0,0265 кг влаги/кг сухого воздуха.

Расход сухого воздуха

Объем влажного воздуха, проходящего через, сушилку за 1 час рассчитывают по формуле

Где Vуд- удельный объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха.

Здесь R-газовая постоянная для воздуха, равная 287 дж/(кг*град)(29,7 кгс*м/кгс*град); Т-абсолютная температура воздуха, 0К; Роб –общее давление паровоздушной смеси, н/м2 ; Рn= -парциальное давление водяного пара,н/м2

Принимают общее давление Роб=745 мм рт.ст.

На входе в калорифер t0=250C, Х0=0,010 кг влаги/кг сухого воздуха, Рn=10,27 мм рт.ст.

На выходе из калорифера t1=900C, x1=x2=0,010 кг влаги/кг сухого воздуха, Рn =11,5 мм рт.ст.

При входе из барабана t1=55C, x2=0,024 кг влаги/кг сухого воздуха, Рn=29,25 мм рт.ст.

Расход тепла в калорифере

Расход пара в калорифере

Где r=2171 кдж/кг – теплота парообразования

 

4. Выбор и расчет калорифера

Для подогрева до 1500С воздуха поступающего в сушилки, применяют воздухонагреватели с большой поверхностью теплообьена и малым гидравлическим сопротивлением. Наиболее подходят для этого кожухотрубные и пластинчатые (с ребристой поверхностью) калориферы , применяемые для подогрева воздуха ,

Принимают для расчета кожухотрубный калорифер. Расчет такого калорифера ничем не отличается от типового расчета кожухотрубного теплообменника.

Необходимая поверхность нагрева

Где К - коэффициент теплопередачи, вт/(м3 град); средняя разность температур между теплоносителями, град. Принимают в качестве источника тепла насыщаный водяной пар:

Р=3 ama; tn=132,90C

Температурные условия процесса

Принимают турбулентный режим движения воздуха по трубному пространству.

Диаметр труб d=38×2 мм. Для придворительного расчета полагают Re=20000.

Из выражений

Определяют

 , µ=0.021×103 н×сек/м2-вязкость воздуха  при 

По каталогу НИИХинмаша для расчета выбирают одноходовой теплообменник типа ТЛ с общим числом труб n=211 и диаметром d=800мм. Уточняют значение критерия Рейнольдса

Для турбулентного движения воздуха в трубах

Откуда

 

Здесь: λ= б0,0285∙1,163 вт/(м2∙град)-теплопроводность воздуха при температуре 57,5;

(ср-теплоемкость  воздуха при р = const и t=57,5℃)

Так как коэффициент теплопередачи со стороны пара, конденсирующегося на наружной стороне труб в межтрубном пространстве, достаточно велик и основное термическое сопротивление будет сосредоточено со стороны воздуха(αk››αB)/ То можно принять αk=12000 вт/(м2∙град).

Принимают тепловую проводимость загрязнений равным 5000 и 2320 вт/(м2∙град), а теплопроводность стали λст=46,4 вт/(м2∙град). Тогда

Общий коэффициент теплопередачи

Необходимая поверхность нагрева калорифера

Устанавливают один одноходовой кожухотрубный теплообменник типа ТЛ со следующей характеристикой:

F=57 м2;

d =800 мм;

n=211 шт;

dтр=38×2 мм.

Запас поверхности

 

5. Расчет циклона

Выбираем тип циклона ЦН-15

Определяем диаметр циклона

Согласно ГОСТ 9617-67 принимаем циклон ЦН – 15 диаметром 600 мм.

Рекомендуемые диаметры:

Для ЦН-15 от 200 до 800 мм;

Вычисляем действительную скорость газов в подобранном циклоне:

Рассчитываем сопротивление циклона по формуле

Характеристика циклона ЦН-15

Диаметр выходной трубы, D1=0,36

Ширина входного патрубка, b=0,0156

Высота входного патрубка, h1=0,396

Высота выходного трубы, h2=1,044

Высота цилиндрической части, h3=1,596

Высота конической части, h4=1,2

Общая высота циклона, H=2,736

Коэффициент сопротивления,*0=160

 

6. Расчет рукавного фильтра

Для очистки газов от пыли фильтрованием широко применяют тканевые фильтры, и в частности рукавные или мешочные фильтры, самовстряхивающийся с обратной принудительной продувкой фильтрованной ткани.

Поверхность фильтрования

Где Vr-расход запыленного газа =V2 =1711, м3/с

Vпр- расход продувочног газа, м3/с

Vпр=(0,1-0,2)Vr; Vпр=0,15∙1711=256,65, м3/с

Vпв-расход подсасываемого в  аппарат воздуха, м3/с принимается  на 10% больше расхода газа Vпв=(1,05-1,1)Vr;

Vпв=1,05∙1711=1796 м3/с

Wr=(0,8-1,0)∙10-2 м3/м2с-допустимая тканевая  нагрузка фильтра по газу.

По каталогу ОСТ 26-14-2005-77 Выбираем параметры фильтра:

Тип СМЦ 101

Число рукавов аппарата 108

Фильтрующая поверхность Fрф=150 м2

Число секций 3

Масса 9,1 тонн

Высота рукавов Н=2,25 м

 

7. Выбор вентилятора

Мощность потребляемая вентилятором

 квт

Где V-подача вентилятора , м3/с; ∆р- полное сопротивление сушильной установки с учетом скоростного напора, н/м2; η = ηВ, η пр - общий кпд вентиляторной установки.

Где

∆Pсуш = сопротивление сушилки, н/м2;

∆Pкал = сопротивление калориферов, н/м2;

∆Pu-сопротивление циклонов, н/м2;

В соответствии со схемой сушильной установки принимают следующие исходные данные для расчета:

Общая длина воздухопроводов30 м

Количество задвижек 2шт

Количество отводов под углом 900 2шт

Скорость газов в трубопроводах допускается в пределах 10-20 м/сек; принимают ωВ =15 м/сек.

Из уравнения расхода находят диаметр воздухопровода между аппаратами

Принимают трубопровод из листового железа диаметром 426×11мм. 22/0,404

Уточняется скорость движения воздуха

Скоростной напор:

Где

И предварительно подсчитывается критерий Re:

Где µ=0,021∙10-3 н∙сек/м2-вязкость воздуха при .

При Re=369047 коэффициент трения λ=0,017

Для отводов под углом 900и задвижек (при условном проходе 300 мм и выше) находят, что i=0,015 следовательно,

Сопротивление барабанных сушилок колеблется в пределах 10-20 мм вод.

Принимают:

∆Pсуш=20мм вод ст =20∙9,81=196,2 н/м2

Полное сопротивление сушильной установки

∆P=171+196,2+350+1500=2217 н/м2

Мощность, потребляемая вентилятором

Где η = 0,65 - принятый кпд вентилятора

Устанавливают центробежный вентилятор марки «Сироко» среднего давления №4 со следующей характеристикой:

Производительность 84-160 м3/мин

Давление 25-200 мм вод ст

Мощность 1-12 квт

Скорость 720-1970 об/мин

 

8. Мощность привода барабанной сушилки

Ориентировочно необходимая для вращения барабана мощность может быть определена по формуле

Где d-диаметр барабана, м; L-длинна барабана, м; ρм - насыпная масса материала, кг/м3; n-число оборотов барабана в 1 сек; σ - коэффициент зависящий от типа насадки и степени заполнения барабана.

 
Заключение

Таким образом, процесс подогрева хлорида калия широко распространен в производстве минеральных удобрений и солей. Подогрев, как и сушка, применяется для улучшения качества продуктов, уменьшения массы, предохранения продуктов отслеживаемости, повышения транспортабельности, но самое значительное – упрощает дальнейшее прессование хлорида калия, удаляет влагу, приобретенную в ходе транспортировки. Для подогрева дисперсных материалов наибольшее распространение получили аппараты с конвективным (относится аппараты «КС») подводом тепла и массы к обрабатываему материалу (высокая интенсивность процессов тепло- и массообмена в данных аппаратах, дешевизной и доступностью теплоносителей, простотой организации процесса и конструкции аппарата, а также полной автоматизации процесса).

При расчете сушильных установок с псевдоожиженным слоем используют в качестве исходных данных  следующие показатели процесса: начальная и конечная влажность материала, производительность по готовому продукту, температура сушильного агента на входе и выходе из печи.

В результате расчета, получаем следующие габаритные размеры аппарата:

Диаметр решетки: Dреш=2,49м;

Полная площадь решетки: Sреш=4,87м;

Общая высота аппарата над решеткой: h=2м;

Сечение сепарационного пространства: Sсеп=8,3м;

Диаметр сепарационного пространства: Dсеп=3,25м.

В процессе механического расчета вычислили толщину стенки  и днища печи:

Толщина стенки: σс=0,005м;

Толщина днища: lкон=0,07м.

 

Список литературы

1. Альперт, Л.З. Основы проектирования химических установок. - М.: Высшая школа, 2010. – 304 с.
2. Белоглазов, И.Н. Интенсификация и повышение эффективности химико-технологических процессов. – Л.: Химия, 2008. – 294 с.
3. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 2010. – 811 с.
4. Денисов, Ю. Н. Основные процессы и аппараты химической технологии. – в 2 ч.: Ч. 1: Теоретические основы процессов химической технологии: учебное пособие для модульно-рейтинговой технологии обучения. – Бийск: изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009. – 55 с.
5. Денисов, Ю.Н. Основные процессы и аппараты химической технологии. В 2 ч.: Ч. 2: Типовые процессы и аппараты химической технологии. Гидромеханические процессы: учебное пособие для модульно-рейтинговой технологии обучения. – Бийск: изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2008.– 55 с.
6. Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: в 2 ч. – М.: Химия, 2009.
7. Иоффе, И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 2009. – 352 с.
8. Исламов М.Ш. Проектирование и эксплуатация промышленных печей. – М.: Химия, 1986.
9. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Госхимиздат, 2010. – 753 с.
10. Коганович Ю.А. Промышленное обезвоживание в кипящем слое. – Л.: Химия, 1990
11. Коган, В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии. – Л.: Химия, 2008. – 591 с.
12. Криворот, А.С. Конструкции и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. – М.: Машиностроение, 2009.– 400 с.
13. Кувшинский, М.Н. Курсовое проектирование по предмету процессы и аппараты химической технологии. – М.: Высшая школа, 2010.–223 с.
14. Левченко Расчет печей и сушилок силикатной промышленности. – М.: Химия,2010
15. Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи/ под ред. В.Н. Соколова. – Л.: Машиностроение, 2009. – 384 с.
16. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 2008.– 576 с.
17. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. – М.: Химия, 2010.– 496 с.
18. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической технологии. – Л.: Химия, 2010.– 848 с.
19. Процессы и аппараты химической промышленности / под ред. П.Г. Романкова. – Л.: Химия, 2010.– 560 с.
20. Руководство к практическому занятию в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии/ под ред. П.Г. Романкова. – Л.: Химия, 2010.– 113 с.
21. Цибровский, Я. Основы процессов химической технологии. – Л.: Химия, 2009.– 720 с.
22. Чернобыльский, И.И. Машины и аппараты химических производств / под ред. И.И. Чернобыльского. – Изд. 3-е, пер. и доп. – М.: Машиностроение, 2010. – 454 с.