Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Одесский  национальный политехнический университет 
 

Кафедра тепловых электрических станций и энергосберегающих технологий 
 
 
 

Курсовая робота

по дисциплине:

“Термовлажностная обработка материалов” 

“ Тепловой расчет барабанной сушилки” 
 
 
 
 

                                                       Исполнила:

     Ст. группы ТП-0706

                                                          Мишоловская М. Н.

                                                          Руководитель:

                                                                             доц. Дорошенко Ж.Ф. 
 
 
 
 
 
 

Одесса - 2011 р.

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………………..….3 

Задание на курсовую работу…………………………………………………………………...7 

Исходные данные………………………………………………………………………….…...8 

1. Тепловой расчет сушильной установки………………………………………………….…9 

1.1.Определение  производительности сушилки по  влаге……………………………………9 

1.2. Определение  расхода тепла и топочных газов  на 1 кг испаренной влаги………….…..9 

1.3. Определение  расхода топлива и КПД сушилки…………………………………………12 
 

2.Конструктивное  выполнение сушильной установки………………………………………13 
 

2.1.Определение  размеров барабанной сушилки…………………………………………….13 
 

3.Определение  мощности приводного электродвигателя………………………………...…14 

Выводы……………………………………………………………….………………………... 15 

Литература……………………………………………………………………………………...17 

 Процесс определения расхода газов и тепла на I,d – диаграмме влажного воздуха……...18 

Схема установки  барабанной сушилки…………………………………………………...…..19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 

      Сушка представляет собой тепловую обработку  материалов с целью удаления из них  влаги путём испарения. Испарение  влаги из материала происходит при  условии, когда окружающая среда  не насыщена влагой и способна воспринять водяные пары от поверхности материала. Следовательно, при сушке необходимо, чтобы концентрация (парциальное  давление) водяного пара непосредственно  у поверхности влажного материала (Рпов) была больше, чем концентрация водяных паров в окружающей газовой  среде (Ргаз).

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. Противоток применяется при сушке  песка, известняка и др. Однако в  большинстве случаев находит  применение прямоточная схема движения.

      Прямоток  обеспечивает меньшее пыление и  унос; влажные и пластичные материалы  легче отдают начальную влагу  и быстро приобретают необходимую  сыпучесть. Сушка глин, не допускающих потери пластичности в следствие перегрева, производиться в сушильных барабанах при прямотоке. При этом допускается высокая начальная температура газов, входящих в барабан  (до  900 ⁰С),  но материал при сушке сильно не нагревается. Обычно при температуре отходящих из барабана газов 110 – 120 ⁰С материал выходит с температурой 70-80⁰С. Скорость  движения газов в барабане не превышает 2,5-3 м/с во избежание чрезмерного пылеуноса. 

      Внутренняя  полость барабана в целях улучшения  процессов теплообмена и сушки  заполняется различными насадками  или разделяется на ячейки. При  сушке крупнокусковых материалов, склонных к налипанию внутри, на стенках  барабана устанавливают продольные лопасти (подъемно-лопастная система). При сушке мелкокусковых материалов по всему сечению барабана устанавливают  полки, обеспечивающие надежное перемешивание  материала (распределительная система). 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.

      

      Для отопления барабанной сушилки можно  использовать любой вид топлива, который сжигается в топке, расположенной  со стороны входа дымовых газов  в барабан. Продукты горения топлива  смешиваются с холодным воздухом в смесительной камере для получения  требуемой температуры. Отработанные газы удаляются из разгрузочной камеры при помощи вентилятора, предварительно пройдя циклон для очистки от пыли.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    I. Барабанная сушилка 

    Она представляет собой сварной цилиндр  – барабан, на наружной поверхности  которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и приводной  зубчатый венец; Ось барабана может  быть наклонена к горизонту на 4^о - 6^о

    Барабанные  атмосферные сушилки непрерывного действия предназначены для сушки  сыпучих материалов топочными газами или нагретым воздухом.

    Внутри  барабана устанавливают насадки, конструкция  которых зависит от свойств высушиваемого  материала. Со стороны загрузочной  камеры многозапорная винтовая насадка, с числом спиральных лопастей от шести  до шестнадцати в зависимости  от диаметра барабана. При сушке  материала с большой адгезией к поверхности на начальном участке  последнего закрепляют цепи, при помощи которых разрушают комки и очищают стенки барабана. Для этой же цели могут применять ударные приспособления, расположенные с внешней стороны барабана.

    В сушилках диаметром 1000 – 1600 мм для материала  с хорошей сыпучестью и средним  размером частиц до 8 мм устанавливают  секторную насадку. В тех же сушилках, для материалов, обладающих повышенной адгезией или сыпучих материалов со средним размером частиц  более 8 мм устанавливают подъемно – лопастные  устройства. В сушилках диаметром 1000 – 3500 мм для материалов склонных к  налипанию, но восстанавливающих сыпучие  свойства в процессе сушки сначала  устанавливают подъемно – лопастные  перевалочные устройства, а затем  секторные насадки.

    Основной  материал для изготовления барабанов  сушилок, загрузочных и разгрузочных камер – углеродистые стали. В  технически обоснованных случаях дополнительное изготовление барабанов, разгрузочных и разгрузочных камер частично или  полностью из жаростойких сталей специальных марок. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II. Принципиальная схема барабанной сушилки 

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

  Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 попадает во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения газов в смесительной камере 5. Воздух  в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами 6,7, высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана 8, а из него на транспортирующее устройство 9.

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

    Транспортировка сушильного агента через сушильную  камеру осуществляется с помощью  вентилятора 11. При этом установка  находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности упаковки. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.

 
                          Задание на курсовую работу. 
 

1.Произвести тепловой расчет сушильной установки и определить ее КПД. 

2.Выбрать систему внутреннего устройства сушильного барабана. 

3.Определить размеры барабана и мощность приводного электродвигателя 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

Исходные данные

Таблица  1 

 
 
 
 
 
 

 

1.Тепловой расчет сушильной установки.

                        1.1.Определение производительности сушилки

по  влаге.

  Уравнение материального баланса сушилки  

                                                                                            

где     W - количество удаляемой влаги, кг/час,

           G₁ - количество влажного материала, поступающего в сушилку, кг/ч;

           G₂  - количество высушенного материала, уходящего из сушилки, кг/ч.

        G₁и G₂  это фактически - производительность сушилки соответственно по влажному материалу и сухому продукту.

Количество влаги, удаляемой в сушилке в единицу времени: 
 

          

        При расчетах сушилок приходится относить производительность сушилок по влаге или по высушенному веществу к единице поверхности нагрева или единице объема сушилки. Эта величина, зависящая от типа сушилки, влажности материала и других факторов, получила название напряжения сушилки. Напряжение объема сушилки по влаге А_V задаемся: 

А_V =    

1.2. Определение расхода  тепла и топочных  газов на 1 кг испаренной  влаги. 

В качестве сушильного агента используют дымовые газы, который определяет количество и качество дымовых газов.

  Высшая теплота сгорания.

                                               

  Теоретически необходимое количество воздуха

 
 

       Общий коэффициент  избытка воздуха  необходимый для  получения сушильного  агента с заданной  температурой перед  сушилкой  t₁. 
 
 

где  t_Т =30,5⁰С - температура топлива, которая может быть принята равной температуре наружного воздуха;

       С_СГ =1 кДж/(кг·К); - теплоемкость сухих газов,

       ί_п =2734 кДж/кг - энтальпия водяного пара при температуре t₁,;

       I_О =60,9 кДж/кг – энтальпия наружного воздуха, определяемая по I, d- диаграмме влажного воздуха или по справочным данным (для конкретного географического пункта),;

      d_О =13,8 г/кг– влагосодержание атмосферного воздуха в г на 1кг сухого воздуха.

Теплоемкость  сухих газов С_С.Г принимают равной теплоемкости воздуха (С_В=1кДж/кг·К).

 Равенство  для расчета коэффициента избытка  воздуха получено из уравнения теплового баланса на 1кг топлива, составленного для дымовых газов перед входом в сушилку. 

  

Масса сухих газов при  сгорании 1кг топлива 

 

Масса водяных паров 

 

Влагосодержание топочных газов (сушильного агента) . 

 

 Энтальпия топочных газов. 

  Потери тепла в сушилке на 1 кг испаренной влаги : 

                                                                                 

Расход тепла на нагрев материала 

                                                                             

Q₁ и Q₂ –температура материала на входе в сушилку и на выходе из неё; 

q₅ =50 кДж / кг – потери в окружающую среду; 

С_В =4,19 кДж / кг·к – теплоёмкость воды,. 
 

         Определение расхода газов и  тепла на 1 кг испаренной влаги  производим по I,d – диаграмме влажного воздуха.

Точка О характеризует состояние наружного воздуха. Состояние газов перед сушилкой (точка 1) определяется пересечением изотермы t₁=соnst с изоэнтальпой I₁=соnst.

Политропа процесса сушки строится с учётом потерь тепла  Δ.

На линии I₁= соnst произвольно выбираем точку е и определяем длину отрезка еЕ   

Параметры т.А(свежий воздух) выбираю из справочника по заданному городу. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 

Масштабный  коэффициент  

 
 
 

        Через точки 1 и Е проводим политропу процесса до пересечения с изотермой t₂ = соnst в точке 2, соответствующей состоянию газов на выходе из сушилки. 
 

  Расход сушильного агента на испарение 1 кг влаги

     

Расход сушильного агента на испарение 1 кг влаги зависит  только от разности влагосодержания  отработанного и свежего сушильного агента. 

  Расход тепла, затрачиваемого в сушилке на испарение 1 кг влаги из материала

                                

        Расход его будет тем больше, чем выше d_О , которое определяется температурой t_О и относительной влажностью воздуха при прочих разных условиях, будет возрастать с увеличением t_О и φ_О.

          Следовательно, расход воздуха  на сушку в летних  условиях  больше, чем в зимних, и устройства для перемещения сушильного агента

(вентиляторы, газодувки) необходимо выбирать по расходу воздуха в самый теплый месяц 
 

1.3. Определение расхода  топлива и КПД  сушилки

Часовой расход топлива сушильной  установки:

 
 

Количество  тепла, воспринятого влагой материала  на её нагревание испарение, т.е. полезно используемое тепло в сушилке:

    

гдеi₂^"- энтальпия пара при температуре t₂. 

КПД сушильной установки  с учётом потерь тепла  в топке :

 

2.Конструктивное  выполнение сушильной  установки.

                        2.1.Определение размеров  барабанной сушилки.

        Размеры корпусов сушилки нормализованы. Выбираю размеры по заводским нормалям.

В качестве сушильного агента в данной сушилке используются воздух и дымовые газы. В этом аппарате сушке подвергают руду: «Техническая характеристика сушилки с лопастной насадкой»

Таблица  2 

 

  «Материалы, из которых изготовлены главные детали сушилки» 

    Таблица  3      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица  4 
 

 

3.Определение  мощности приводного  электродвигателя.

               

        Мощность, затрачиваемую на вращение барабана, приближённо определяют по формуле, кВт: 

    

Полученное значение мощности Ν совпадает с данными табл. 2. при соответствующих размерах барабана и скорости его вращения, после чего был выбран тип электродвигателя. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выводы

    В  данной курсовой работе был произведён теплотехнический расчёт барабанного сушила производительностью 16000 кг/ч для сушки руды.