Сушка крахмала в барабанной сушилке

Спроектировать барабанную сушилку  непрерывного действия.

Исходные данные для расчёта:

1. Влажный продукт……………………………….…крахмал
2. Массовая производительность установки

по поступающему влажному крахмалу, ………..…..G₁ = 1000 кг/ч

3. Содержание влаги в крахмале:

- начальное ………………………………….u₁ = 3,5%

- конечное …………………………………...u₂ = 0,25%

4. Температура наружного воздуха ……………..….t₀ = 15⁰С
5. Температура воздуха после калорифера  …….…t₁ = 90⁰С
6. Температура воздуха на выходе из сушилки ……t₂ = 50⁰С
7. Относительная влажность наружного воздуха …φ₀ = 75%
8. Напряжение объёма сушилки по влаге ………….A = 7,5 кг/м³∙ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

  В данной курсовой работе  спроектирована барабанная сушилка непрерывного действия.

Произведён материальный, тепловой, конструктивный расчёты для сушки крахмала производительностью 1000 кг/час от 3,5% до 0,25% влажности

При выполнении курсового проекта  были использованы:

- литературные источники         

- таблицы    

-  рисунки

Курсовая  работы выполнена в соответствии с методическими указаниями кафедры  «Технологические процессы и аппараты»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Аннотация ……………………………………………………..

Основные условные обозначения  ……………………………

Введение ………………………………………………………

1. Литературный обзор  ………………………………………..

2. Описание технологической  схемы ………………………..

3. Расчёт барабанной сушилки

3.1 Материальный расчет ……….………………..

3.2 Тепловой расчет ………………………………..

3.3 Конструктивный расчет. ……………………….

3.4 Динамический расчет  ………………………….

Заключение

Список использованной литературы ………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормативные ссылки.

 

В настоящем  курсовом проекте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 13715-91. Крахмал  картофельный. Общие технические  требования.

ГОСТ 13215-81 Метод определения состава крахмала.

ГОСТ 12.2.003-74 «Оборудование производственное. Общие  требования безопасности»

ОСТ 26-291-79 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования»

ГОСТ 3632-72  «Выбор материала для деталей  барабанных сушилок».

ГОСТ 380-71 Выбор крепежей деталей барабанных сушилок».

ГОСТ 481-71 Выбор материала прокладок».

ГОСТ   12.1.003 – 83   «Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие  требования безопасности»

ГОСТ  12.1.005 – 88  «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические  требования к воздуху рабочей  зоны»

ГОСТ  12.1.012 – 90  «Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования» 

ГОСТ  12.2.003 – 91  «Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безовасности»

ГОСТ 12.4.012 – 83 «Система стандартов безопасности труда. Вибрация. Средства измерения  и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

КРАХМАЛ (польск. krochmal - от нем. Kraftmehl), энергетическая ценность ок. 16,8 кДж/г

Сушка - удаление влаги из материалов (продуктов, изделий) при их  подготовке к переработке, использованию или хранению. Различают сушку  конвективную (в потоке нагретого газа), контактную (при соприкосновении с  нагретой поверхностью), сублимационную (в вакууме), высокочастотную  (диэлектрическим нагревом), радиационную (инфракрасным излучением).

Барабанные сушилки находят  широкое применение в промышленности для сушки кусковых, кристаллических, зернистых, порошкообразных материалов, как правило, в крупнотоннажных  производствах, что обусловлено  экономичностью, большой производительностью  одного аппарата, высокой надежностью  в эксплуатации.

Одним из основных требований, предъявляемых  к сушилкам, является обеспечение  полного сохранения, а в необходимых  случаях и улучшения качества продукта в соответствии с его  назначением. В связи с этим, конструкция  сушилки должна, прежде всего, обеспечивать равномерный нагрев и сушку материала  при надёжном контроле температуры  и влажности его в процессе сушки. При этом должны быть исключены  потери вещества, связанные с его  уносом с отработавшим агентом сушки.

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых  и пастообразных материалов. Типовой  сушильный аппарат может быть использован для сушки различных  продуктов, сходных по своим структурно-механическим свойствам, но различающихся химическим составом, содержанием влаги, ее связью с материалом, допустимой температурой нагрева и временем сушки. Поэтому  выбор сушильного аппарата в каждом конкретном случае определяется расчетом.

Реализацию этих мероприятий можно  осуществить за счёт новых конструкционных  решений, автоматизированных методов  расчёта, перспективных материалов повышенной прочности, новых экономических  профилей проката и т.п.

В данном проекте ставится задача расчета оптимальной конструкции  барабанной сушилки для сушки  сахарного песка, позволяющей эффективно решать проблему ее комплексной переработки.

Интенсивность сушки будет тем  выше, чем больше разность парциальных  давлений пара на поверхности материала  и окружающей среды и больше приток тепла к поверхности материала.

По технологическим требованиям  производства сушила должны обеспечить заданную производительность, возможную  гибкость регулирования процесса и  соблюдения оптимального режима сушки, чтобы получить наилучшее качество сушимого материала при наименьших затратах. При этом большое значение имеет равномерность сушки материалов или изделий по всему объёму рабочего пространства сушил.

Применяемые в промышленности сушила можно классифицировать по ряду конструктивных, технологических и других признаков. По виду обрабатываемого материала  они разделяются на сушила для  сушки изделий и сушки сыпучих  кусковых материалов. По конструкции  сушильного пространства – туннельные, шахтные, барабанные, камерные. По способу  подачи и перемещения материала  – распылительные, конвейерные, пневматические, размольно-сушильные. По схеме движения материала и сушильного агента –  противоточные, прямоточные, с рециркуляцией  и другие.

Для сушки мелкокусковых, сыпучих  материалов и порошков применяются  различные конструкции сушил  непрерывного действия, например барабанные, пневматические и распылительные.

Барабанные сушила получили распространение  в силикатной промышленности для  сушки сыпучих и мелкокусковых  материалов размером кусков до 50 мм. Барабан сушила имеет длину 4-30 м и диаметр 0.1-3.2 м, установлен под углом 4-6⁰ к горизонту и вращается со скоростью 0.5-8 об/мин.

Движение материалов и топочных газов внутри сушила может быть прямоточным  и противоточным. Последнее обуславливается  рядом факторов. Если требуется глубокое высушивание материала или когда  материал не выдерживает высокой  температуры в первый период сушки  и может быть нагрет до более высокой  температуры в конце сушки, схема  движения может быть противоточной.

Для очень мелкого материала, склонного  к пылению, применят закрытую ячейковую  систему внутренних устройств, в  которой материал только переваливается при вращении барабана при небольшой  высоте падения. Ячейки не сообщаются между собой.

Для повышения равномерности сушки  материалов, производительности барабана и частичного совмещения сушки и  размола применяют навеску цепей, которые заменяют некоторую часть  внутренних перегородок по длине  барабана. При вращении барабана цепи разбивают крупные куски глины, но при этом повышается вынос пыли газовым потоком. Степень заполнения барабана материалом колеблется в пределах от 0,05 до 0,20. Наибольшая степень заполнения достигается в сушильных барабанах  с ячейковым внутренним устройством.

К недостаткам барабанного сушила можно отнести: довольно большие  габариты, обусловленные объемом  испаряемой влаги в 1 м³ их рабочего объема; значительную массу сушила (4-5 т на 1 т испаряемой влаги в 1 ч) и большую массу (до 25% рабочего объема) материала, постоянно находящегося в сушилке во время ее работы; налипание влажного материала на внутренние устройства сушильного барабана, что значительно снижает эффективность ее работы; возможное просыпание сырого материала через горячий конец барабана.

К недостаткам  барабанного сушила можно отнести: довольно большие габариты, обусловленные  объемом испаряемой влаги в 1 м³ их рабочего объема; значительную массу сушила (4-5 т на 1 т испаряемой влаги в 1 ч) и большую массу (до 25% рабочего объема) материала, постоянно находящегося в сушилке во время ее работы; налипание влажного материала на внутренние устройства сушильного барабана, что значительно снижает эффективность ее работы; возможное просыпание сырого материала через горячий конец барабана, что удается ликвидировать увеличением шага разгонной спирали и уменьшением подачи материала в сушилку.

 

 

 

 

 

 

 

Условные  обозначения

 

А — напряжение во влаге, кг/(м³·ч);

с – теплоемкость, Дж/(кг·К)

D — коэффициент диффузии, м²/с;

d — диаметр, м;

Н,h — высота, м;

I, i – энтальпия, кДж/кг;

К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м² · К);

L – расход сушильного агента, кг/с;

l – удельный расход сушильного агента, кг/кг;

n – частота вращения барабанной сушилки, м^-1;

Р, р – давление, МПа;

Q – расход тепла, кВт;

q – удельный расход тепла, кВт/кг;

Т, t — температура, град;

W – производительность сушилки по испаренной влаге, кг/с;

х — влагосодержание сушильного агента, кг/кг;

β – коэффициент массоотдачи;

ρ — плотность, кг/м³;

Re — критерий Рейнольдса;

 — диффузионный критерий  Нуссельта;

 — диффузионный критерий  Прандтля;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Литературный обзор

 

Конструкции сушилок очень разнообразны и отличаются по ряду признаков:

• по способу подвода тепла (конвективные, контактные идр.);
• по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые);
• по величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные);
• по способу организации процесса (периодические и непрерывные);
• по взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток, противоток, перекрестный ток).

Это крайне затрудняет обобщающую классификацию  сушилок. Ниже ограничимся рассмотрением  сушилок, которые находят применение в пищевой технологии.

 

 

Рисунок 1 Барабанная контактная сушилка:

1 – топка; 2 – барабан; 3 – внутренний цилиндр; 4 – вентилятор.

 

 

 

Рисунок 2 Высокочастотная (диэлектрическая сушилка) сушилка:

1 – ламповый  высокочастотный генератор; 2 – сушильная  камера; 3, 4 – пластины конденсаторов; 5, 6 – бесконечные ленты; 7 – выпрямитель.

 

 

Рисунок 3 Камерная сушилка:

1 – сушильная  камера; 2 –вагонетки; 3 – козырьки; 4, 6, 7 – калориферы; 5 – вентилятор; 8 – шибер.

 

Рисунок 4 Туннельная сушилка:

1 – камера; 2 – вагонетки; 3 – вентиляторы; 4 – калориферы.

 

 

Рисунок 5 Ленточная сушилка:

1 – камера  сушилки; 2 – бесконечная лента; 3 – ведущие барабаны; 4 – ведомые  барабаны; 5 – калорифер; 6 – питатель; 7 – опорные ролики.

 

 

Рисунок 6 Петлевая сушилка:

1 – питатель; 2 – бесконечная сетчатая лента; 3 – прижимные вальцы; 4 – цепной  конвейер; 5 – направляющий ролик; 6 – автомотическое ударное устройство; 7-разгрузочный шнек; 8 – вентилятор.

 

 

 

Рисунок 7 Барабанная сушилка:

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

 

 

Рисунок 8 Однокамерная сушилка с кипящим слоем:

1 – бункер; 2 – питатель; 3 – газораспределительная  решетка; 4 – камера сушилки; 5 –  смесительная камера; 6 – вентилятор; 7 – штуцер для выгрузки высушенного  материала; 8 – транспортер; 9 – циклон; 10 – батарейный пылеуловитель.

 

 

 

 

Рисунок 9 Двухкамерная сушилка с кипящим слоем:

1 – верхняя  камера; 2 – нижняя камера; 3 –  разрыхлитель.

 

Рисунок 10 Ступенчато-противоточная сушилка с кипящим слоем

 

Рисунок 11 Распылительная сушилка:

1 – камера  сушилки; 2 – форсунки; 3 – шнек  для выгрузки высушенного материала; 4 – циклон; 5 – рукавный фильтр; 6 – вентилятор; 7 – калорифер.

 

Рисунок 12 Вакуум-сушильный шкаф

 

 

Рисунок 13 Гребковая вакуум-сушилка:

1 – корпус  сушилки; 2 – паровая рубашка; 3 –  мешалка; 4 – загрузочный люк; 5 –  трубы, способствующие перемешиванию  материала; 6 – разгрузочный люк; 7 – штуцер для присоединения  к вакууму

 

Рисунок 14 Двухвальцовая сушилка:

1 – кожух; 2 – ведомый полый валец; 3 –  ведущий полый валец; 4 – сафонные трубки для отвода конденсата; 5 – привод; 6 – ножи; 7-верхние досушиватели; 8 – нижние досушиватели.

 

 

 

Рисунок 15 Одновальцовая сушилка

 

 

Рисунок 16 Одновальцовая формующая сушилка:

1 – формующий  барабан; 2 – загрузочная воронка; 3 – прижмной валик; 4 – гребенчатый нож; 5 – транспортер; 6 – ленточная сушилка.

 

 

 

 

 

 

2 Описание технологической схемы

Рисунок 17 Принципиальная схема барабанной сушилки:

1 – бункер; 2 – питатель; 3 – сушильный барабан; 4 – калорифер; 5 – смесительная камера; 6, 7, 11 – вентиляторы; 8 – промежуточный бункер; 9 – транспортер; 10 – циклон; 12 – зубчатая передача.

Влажный материал из бункера 1 с помощью  питателя 2 подается во вращающий сушильный  барабан 3. Параллельно материалу  в сушку подается сушильный агент, 4. Воздух в смесительную камеру подается вентиляторами 6 и 7. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный  бункер 8, а из него на транспортирующее устройство 9.

Отработанный воздух перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное мокрое пылеулавливание.

Транспортировка сушильного агента через  сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим  разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки.

Барабан приводится во вращение электродвигателем  через зубчатую передачу 12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет барабанной сушильной  установки

3.1 Материальный расчёт

 

3.1.1 Массовый расход удалённой  влаги (W)

 

                                           (3.1.1)

где  G₁ - массовая производительность установки по поступающему влажному крахмалу (см. задание), G₁ = 1000 кг/ч

u₁ – начальное содержание влаги в крахмале(см. задание), u₁ = 3,5%

u₂ - конечное содержание влаги в крахмале(см. задание), u₂ = 0,25%

 

3.1.2 Производительность сушилки  по сухому крахмалу (G₂)

 

                                           (3.1.2)

где  G₁ - массовая производительность установки по поступающему влажному крахмалу (см. задание), G₁ = 1000 кг/ч

u₁ – начальное содержание влаги в крахмале(см. задание), u₁ = 3,5%

u₂ - конечное содержание влаги в крахмале(см. задание), u₂ = 0,25%

 

3.1.3  Проверка по расходу удалённой  влаги (W)

 

                                               (3.1.3)

где  G₁ - массовая производительность установки по поступающему влажному крахмалу (см. задание), G₁ = 1000 кг/ч

        G₂ - производительность сушилки по сухому крахмалу (см. п.3.1.2), G₂ = 967 кг/ч.

 

3.1.4 Используя I-х диаграмму Рамзина для влажного воздуха, определяем начальное (х₀) и конечное (х₂) влагосодержания воздуха, а также характерные энтальпии.

На пересечении линий t₀ (t₀ = 15⁰С из задания) и φ₀(φ₀ = 75% из задания) находим точку А, характеризующую начальное состояние наружного воздуха. Из точки А, опустив перпендикуляр на ось х, находим значение (х₀).

х₀ =0,0086 кг/кг

Через точку А проходит линия постоянной энтальпии (изоэнтальпа I₀)

I₀ = 33 кДж/кг

Из точки А, поднявшись по перпендикуляру до пересечения с изотермой (t₁) (см. задание)

t₁ = 90⁰С

находим точку В, характеризующую состояние воздуха на выходе из калорифера перед подачей в сушильную камеру.

Oт точки В движемся вниз по изоэнтальпе (I₁):

I₁ = 114 кДж/кг

до пересечения  изотермой (t₂):

t₂ = 50⁰С

получив точку С.

Из точки С, опустив, перпендикуляр на ось х; находим значение (х₂)

х₂  =0,024 кг/кг.

 

3.1.5 Определяем теоретический удельный расход воздуха (l₀) в сушилке.

 

                                                 (3.1.4)

где х₂ =0,024 кг/кг (см. п. 3.1.4)

х₀ =0,0086 кг/кг(см. п. 3.1.4)

 

3.1.6 Рассчитываем теоретический абсолютный расход воздуха в сушилке.

 

                                                     (3.1.5)

 

где l₀ - теоретический удельный расход воздуха в сушилке (см.п.3.1.5), l₀ = 65 кг/кг;

W - производительность сушилки по сухому, W = 0,0091 кг/с

 

 

3.2 Тепловой расчёт

 

3.2.1 Составляем уравнение теплового баланса для сушильной камеры.

 

                                        (3.2.1)

 

где Q_n - тепловые потери, которые с учётом правильно наложенной изоляции принимаем 5% от тепла, поступившего с горячим воздухом.

 

                                                                                (3.2.2)

 

 

- температура крахмала, поступающего в сушильную камеру,

 

= 30⁰С;

 

- температура крахмала, выходящего из сушильной камеры,

= 50⁰С;

 

Определяем для крахмала значения теплоёмкостей:

 

 с₁ = 1256 кДж / кг ∙ град;

 с₂ = 1215 кДж / кг ∙ град.

 

3.2.2. Из уравнения теплового баланса  определяем затраты тепла на  сушку в сушильной камере и  тепловую поправку.

 

                                (3.2.3)

 

 

 

 

 

где - алгебраическая сумма абсолютных теплот в сушильной камере, Вт.

Δ - тепловая поправка па действительный (реальный) сушильный процесс, кДж/кг.

 

Рассчитываем 

 

 

где  G₁ - массовая производительность установки по поступающему влажному сахару (см. задание), G₁ = 1000 кг/ч = 0,278 кг/с

G₂ - производительность сушилки по сухой крахмала (см. п.3.1.2), G₂ = 967,4 кг/ч = 0,269кг/с

Q_n - тепловые потери, которые с учётом правильно наложенной изоляции принимаем 5% от тепла, поступившего с горячим воздухом (см. п.3.2.1), Q_n = 3,37 кВт

 

 

Рассчитываем тепловую поправку Δ

 

 

где W – расход удаленной влаги (см. п.3.1.), W = 0,0091 кг/с

 

Определяем I₂

 

 

3.2.3 Корректируем расход воздуха на действительный сушильный процесс

 

Находим точку C₁ на пересечении изотальпии I₂ и изотермы t₂, Соединяем прямой   точки В и С₁.  

Опустив перпендикуляр на ось х. определяем действительнее влагосодержапис воздуха на выходе из сушильной камеры

 х₂ = 0,03 кг/кг.

Тогда действительный удельный расход воздуха определится:

                                                                             

 

3.2.6 Рассчитываем действительный абсолютный расход воздуха в сушилке.

 

 

 

где l- действительный удельный расход воздуха в сушилке, l = 46,73 кг/кг;

W - производительность сушилки по сухому, W = 0,0091 кг/с

 

 

 

3.3. Конструктивный расчёт

 

3.3.1 Определяем время сушки крахмала

 

                                              (3.3.1)

 

где β - коэффициент заполнения материала, показывающий отношение площади сечения барабана, заполненного материалом, к площади поперечного сечения барабана. Выбираем подъёмно-лопастную насадку с β = 0,2.

ρ₁ - насыпная плотность влажного крахмала при и₁ =3,5%. ρ₁= 640 кг/м³,

 

 

 

 

3.3.2 Рассчитываем предварительный объём сушильного барабана

 

                                                                                   (3.3.2)

 

где W – расход удаленной влаги (см. п.3.1.), W =32,6 кг/ч = 0,0091 кг/с

A - напряжение объёма сушилки по влаге (из задания) , A = 7,5 кг/м³∙ч

 

 

3.3.3 Уравнение неразрывности для барабана при движении горячего воздуха в ходе сушки:

 

                                                         (3.3.3)

 

где V_c- объёмный расход воздуха. м³/ с:

где

 

Отсюда

 

υ_в - средняя скорость воздуха, м / с: υ_в = 0,75 м / с;

D_б- внутренний диаметр барабана, м;

(1- β) - величина, показывающая, что не всё сечение барабана является пропускным для воздуха по причине задержки части воздушного потока массой крахмала.

 

3.3.4 Из уравнения неразрывности (расхода) определяем внутренний диаметр барабана

                                                              (3.3.4)

 

 

Принимаем из стандартному ряда D_б= 1000 мм.

 

Определяем длину барабана. исходя из конструктивного cоотношения

 

 

 

Принимаем из стандартного ряда

 

3.3.5 Рассчитываем объём барабана

 

                                                                     (3.3.5)

 

Принимаем объём барабана

 

3.3.6 Определяем объёмную массу влажного крахмала

 

                                                                     (3.3.6)

 

 

3.3.7 Уточняем время сушки крахмала

 

                                                                     (3.3.7)

 

 

Принимаем время сушки  мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В процессе выполнения проекта разработана  конструкция барабанной сушилки  для сушки крахмала и проведены расчеты, подтверждающие работоспособность аппарата: материальный, тепловой и конструктивный.

При выполнении материального расчета определены основные параметры сушильного агента (воздуха), расход сушильного агента и расход тепла на сушку, а также получены основные размеры сушильного барабана: рабочий объем сушильного пространства барабана, диаметр и длина барабана.