Установка сушильная
Федеральное агентство по образованию РФ
Уральский
государственный
Кафедра «Химической технологии древесины»
УСТАНОВКА СУШИЛЬНАЯ
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту
по процессам и аппаратам химической технологии
УС – 30.00.00 РПЗ
Разработала
Студентка Сыропятова К.А.
Руководитель проекта: Старцева Л.Г.
Зав. кафедрой: Юрьев Ю.Л.
Екатеринбург
2012
Содержание
Содержание 4
Введение 5
1 Описание принципиальной технологической схемы 6
2 Расчет топки для сушильной установки 7
3 Расчет и выбор аэрофонтанной сушилки 12
3.1 Технологический расчет 12
3.2 Построение рабочей линии процесса сушки на I-x диаграмме 13
3.3 Тепловой баланс 16
3.4 Гидродинамический расчет 16
3.5 Гидравлическое сопротивление сушилки КС 20
4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования 21
4.1 Расчет газовой горелки 21
4.2 Вентилятор подачи воздуха на горение топлива 22
4.3 Расчет бункера-питателя 23
4.4 Расчет ленточного транспортера 23
4.5 Расчет винтового транспортера 24
4.6 Расчет шлюзового дозатора 25
4.7 Расчет шлюзового затвора 25
4.8 Расчет и выбор вентилятора пневмотранспортной установки 26
4.8.1 Трубопровод от сушилки до циклона-разгрузителя 26
4.8.2 Расчет циклона-разгрузителя 27
4.8.3 Выбор пылевого вентилятора 28
4.9 Расчет и выбор вентилятора дымососа 29
4.9.1 Расчет патрубка с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения 29
4.9.2 Газоход от смесительной камеры до входа в сушилку 30
4.9.3 Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя 31
4.9.4 Расчет группы циклонов 32
4.9.5 Газоход между группой циклонов и дымовой трубой 34
4.9.6 Выбор вентилятора-дымососа 35
5 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ 36
6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 37
Список использованной литературы 38
Введение
Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых материалов и проводится двумя способами:
первый способ проводится
путем непосредственного
второй путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло – контактная сушка.
Сушка производится также
путем нагревания высушиваемых материалов
токами высокой частоты или
В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме – сушка возгонкой.
По своей физической
сущности сушка является сложным
диффузионным процессом, скорость которого
определяется скоростью диффузии влаги
из глубины высушиваемого
Процесс сушки широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевым механическим способом (например, фильтрованием), а окончательный – сушкой.
Сушилки
кипящею слоя применяют в основном
для сушки опила и для
По конструкции различают сушилки КС однокамерные, многоступенчатые (многокамерные) с перекрестным током сушильного агента, многоступенчатые противоточные, сушилки с механическими побудителями и измельчением высушиваемого материала. Сушилки КС делают цилиндрическими и прямоугольными.
Недостатком однокамерной сушилки КС является смешивание поступающего материала с выходящим, а отсюда неравномерная сушка - проскок недовысушенного материала в готовый продукт. Однако усреднение влажности продукта происходит во время хранения его на складе или за счет применения многокамерных сушилок. [1].
1 Описание принципиальной технологической схемы
Для сушки измельченной
древесины используют сушильные
установки непрерывного действия, в
которых процесс сушки
Влажный материал ленточным транспортером ТЛ подается в бункер-питатель БП, откуда шлюзовым дозатором ДШ равномерно подается в сушилку кипящего слоя.
В качестве сушильного агента используют топочные газы разбавленные воздухом, получаемы сжиганием природного газа. Природный газ подается в топку через форсунку ГГ. Воздух на горение подается вентилятором В1. Сушильный агент – топочные газы, полученные при сжигании природного газа в топке Т, разбавляются воздухом в камере смешения КС и поступают в сушилку. Высушенный продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором В2 в циклон-разгрузитель ЦР, где происходит отделение сушильного агента от материала. Далее сушильный агент поступает в циклон-очиститель ЦО на доочистку, который вентилятором ВД выбрасывается в атмосферу. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается на транспортер ТВ.
Принципиальная
технологическая схема
Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема
2 Расчет топки для сушильной установки
Исходные данные:
Состав природного газа месторождения республика Коми приведен в таблице 1:
Таблица 1 – Состав природного газа республики Коми.
Наименование |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
С5Н12 |
CO2 |
N2 |
|
Состав, % объем., [2, таблица ] |
85,9 |
3,1 |
1,0 |
0,4 |
0,1 |
0,1 |
9,4 |
Плотность компонента ρi, кг/м3 |
0,71 |
1,34 |
1,96 |
2,59 |
3,21 |
1,96 |
1,25 |
Состав, % масс. * |
76,31 |
5,16 |
2,44 |
1,29 |
0,40 |
0,24 |
14,61 |
* - плотность природного газа ρпг=0,804 кг/нм3 [2, таблица ] | |||||||
Параметры наружного воздуха, г. Пермь (лето) [3, таблица XL]:
Температура t0= 18 °С
Относительная влажность φ0= 72 %
Барометрическое давление 750 мм.рт.ст.=0,99 МПа
Влагосодержание наружного воздуха при t0= °С, φ0= %:
где Pнас = 15,48 мм.рт.ст. при t0= 19,4 °C по таблице XXXVIII [3] при P=750 мм.рт.мт.
Теплосодержание наружного воздуха t0=18 °С, x0= кг/кг:
кДж/кг.
Теплотворная способность сухого газообразного топлива:
Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа:
Принимаем коэффициент избытка воздуха:
αm=2,0.
Масса сухого воздуха, подаваемого в камеру горения топки для сжигания 1 кг природного газа:
Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг природного газа:
Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха:
Влагосодержание топочных газов:
Количество компонентов топочных газов, образующихся при сжигании 1 кг природного газа:
Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:
Теплоемкость продуктов горения при tт.г. = 1000 °C [4, таблица 2]:
Ссо2=1,12; Сsо2=0,873; СN2=1,11; Со2=1,03 кДж/(кг·К).
Средняя теплоемкость сухих топочных газов:
Средняя теплоемкость газа при 18 °С:
где -теплоемкость компонентов природного газа, кДж/кгК [4, таблица 2];
YCmHn – массовая доля компонентов топлива, масс. доли.
Средняя температура топочных газов на выходе из топки без учета диссоциации углекислого газа и паров волы:
= 1099°C,
где - КПД топки; .
wg = 0 , т.к. газ не распыляется ни воздухом ни газом
Температуру топочных газов снижаем до tтг=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку, чтобы предохранить футеровку топки от разрушения.
Теплосодержание топочных газов:
кДж/кг.
Теплосодержание паров воды при t1= 390°C
Коэффициент
избытка воздуха при
Количество воздуха, подаваемого в камеру смешения на разбавление топочных газов до t1=390 °C:
Количество сухой смеси топочных газов и воздуха на 1 кг природного газа:
Количество паров воды в смеси топочных газов и воздуха, полученные при сжигании 1 кг природного газа:
Влагосодержание сушильного агента при входе в сушилку:
Теплосодержание сушильного агента на входе в сушилку при x1 и t1:
Расход природного газа на сушку:
где L1 – расход сушильного агента, кг/с (см. тепловой балласнс)
Принимаем допустимое тепловое напряжение топочного объема [4, таблица 3]:
qv=5000103 кДж/(м3ч).
Объем топочной камеры:
Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D=1,8, тогда:
Диаметр топки:
Принимаем диаметр топки 600 мм, тогда длина камеры горения будет равна:
L=1,8D=1,8550=990 мм.
Размеры топки: = 0,235 м3, D= 0,6 м, L= 1,08 м.
3 Расчет и выбор аэрофонтанной сушилки
Исходные данные:
Параметры материала:
Материал сосновый опил
Размер частиц 2×1,7×1,9 мм
Производительность по сырому материалу = 0,8 т/ч=0,222 кг/с
Относительная влажность:
начальная ω01 = 45 %
конечная ω02 = 22%
Температура влажного материала θ1 = 20 °C
Параметры сушильного агента
Сушильный агент – топочные газы, разбавленные воздухом.
Топливо – природный газ (республика Коми)
Вход в сушилку:
Температура t1 = 390 °C
Влагосодержание x1 = кг/кг
Плотность [5, приложение 2] ρt1= 0,508 кг/м3
Выход из сушилки:
Температура t2 = 95 °C
Параметры наружного воздуха:
Температура t0 = 18 °C
Влагосодержание x0 = кг/кг
Теплосодержание I0 = кДж/кг
3.1 Технологический расчет
Характеристики частиц соснового опила:
Объем частицы:
Поверхность частицы:
Фактор формы:
Эквивалентный диаметр частицы:
Абсолютная влажность материала:
на входе в сушилку:
на выходе из сушилки:
Средняя влажность:
Материальный баланс
Производительность по сырому материалу:
Производительность по испаренной влаге:
Производительность по абсолютно сухому материалу:
3.2 Построение рабочей линии процесса сушки на I-x диаграмме
Параметры наружного воздуха:
Точка А на I-x диаграмме: x0= кг/кг; t0=18 °C; I0= кДж/кг.
Параметры топочных газов:
Точка К на I-x диаграмме: xтг= кг/кг; tтг=1000 °C; Iтг= кДж/кг.
Параметры сушильного агента:
Вход в сушилку:
Точка В на I-x диаграмме: x1= кг/кг; t1=390 °C; I1= кДж/кг.
Выход из сушилки:
Точка С на I-x диаграмме: t2=95°C.
Последовательность построения рабочей линии сушки на I-x диаграмме:
- Рабочая линия горения мазута . Находится точка А по x0= кг/кг; t0=18 °C; точку К по xтг= кг/кг; tтг=1000 °C.
- Точка В пересечение линии и линии изотермы t1=390 °C.
Определяется x1=0,030 кг/кг и сравнивается с расчетным значением x1. По расчетам процесса горения мазута x1= кг/кг. Ошибка при построении точки В: (-0,03)*100/ =1,3 %, что допустимо, т.к погрешность инженерного обычного расчета составляет 5 %.
- Определяется tм1 для точки В. Принимаем, что сушка стружки происходит в первом периоде (I1≈I2), тогда .
- Расход тепла на нагревание материала:
где - теплоемкость материала при , кДж/кгК [1, таблица 6]
- Удельный расход тепла на нагрев материала:
- Удельные потери тепла рекомендуется принимать: qпот=125-250 кДж/кг испаренной влаги. Принимаем:
qпот=200 кДж/кг влаги.
- Внутренний тепловой баланс сушилки:
- Координаты точки Е: Δ=(I-I1)/(x-x1) или I= I1+Δ(x-x1). Задаемся значение x>x1; x=0,05 кг/кг и определяется:
I = (0,05-)=485,4 кДж/кг.
- Строится точка E в координатах x=0,05 кг/кг и I=485,4.кДж/кг.
- Рабочая линия : Точка Е лежит на рабочей линии, поэтому, соединяя точки В и С и продолжая линию до пересечения с линией температуры t2=95°C, получаем точку С – окончание сушки.
- По координатам точки С определяется влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: x2= 0,125 кг/кг.
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:
Термодинамические процессы, протекающие в этой установке представлены на рисунке 2.
3.3 Тепловой баланс
Расход сушильного агента L1 на входе в сушилку рассчитывается из уравнения теплового баланса по влагосодержанию x1 и температурам t1 и t2.
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки при x1 и t2:
Теплосодержание подсасываемого воздуха:
при x0 и t0: Iп0=I0= кДж/кг;
при x0 и t2:
Расход тепла на испарение воды:
Расход тепла на нагревание материала:
Qм= кДж/с.
Потери тепла:
Qпот=Wqпот= 200=13 кДж/с.
Расход сушильного агента:
Параметры парогазовой смеси на выходе из сушилки:
3.4 Гидродинамический расчет
Средние значения параметров:
;
θср=0,5(θ1+ θ2)=0,5(20+)=40,25 °С;
ρм=660,05 кг/м3, при ωаср = % [1, таблица 4];
См=2,792 кДж/кг·К, при θср=39,4 °С и ωаср = % [1, таблица 6];
λм= 0,210 Вт/м·К, при ωаср =% [1, таблица 7];
ρн=150 кг/м3, [1, таблица 5].
Объемный расход сушильного агента при x2 и t2:
.
Объемный расход сушильного агента при x1 и t1:
.
Критерий Архимеда при и :
Критерий соответствующий условиям начала псевдоожижения:
Критическая скорость начала псевдоожижения:
Предельно допустимая скорость сушильного агента в псевдоожиженном слое при
Предельное число псевдоожиженния:
Так как принимаем =3.
Диаметр сушилки КС
Исходные данные
Параметры соснового опила:
Вход в сушилку:
Абслютная влажность
Эквивалентный диаметр
Плотность при 769,1 кг/м3 [1, таблица 4]
Фактор формы 0,755
Выход из сушилки:
Абсолютная влажность
Плотность при 546,4 кг/м3 [1, таблица 4]
Параметры сушильного агента
Вход в сушилку
Расход L1=
Температура 390 °C
Влагосодержание
Теплосодержание
Плотность [5, приложение 2]
Динамическая вязкость [5, приложение 3]
Выход из сушилки
Температура 95 °C
Влагосодержание
Теплосодержание
Плотность [5, приложение 2]
Динамическая вязкость [5, приложение 3]
Рабочая скорость псевдоожиженния
По принимаем опытным данным [1].
Объемный расход сушильного агента при xср и tср:
.
Диаметр сушилки:
.
Принимаем D = 1600 мм [1, таблица 12].
Сечение газораспределительной решетки:
Высота псевдоожиженного слоя
Скорость витания частиц опила:
где для частиц прямоугольной формы;
- ширина частицы, мм.
Критерий Архимеда:
Критерий Рейнольдса:
Критерий Нуссельта:
где - высота неподвижного слоя, мм [1, с. 33].
Объемный коэффициент теплоотдачи:
где теплопроводность сушильного агента при tср, Вт/(м3К), [1, таблица 12]
Средняя разность температур:
Объем рабочей зоны сушилки:
Высота псевдоожиженного слоя:
Принимаем конструктивно т.к.
Выбираем беспровальную колпачковую решетку, в которой сушильный агент подается в слой в виде струй газа под углом от 0 до 60° к поверхности решетки. Доля живого сечения решетки φ=0,15 - 0,17.
Проверим, будут ли выносится из сушилки наименьшие частицы опила:
Скорость витания частиц опила:
Рабочая скорость псевдоожижения w=0,6 м/с меньше , поэтому наименьшие частицы dmin выноситься из сепарационного пространства сушилки не будут.
Принимаем сушильный цилиндрический аппарат.
Высота сепарационного пространства:
Высота сушильной камеры:
3.5 Гидравлическое сопротивление сушилки КС
Критерий Рейнольдса:
Порозность псевдоожиженного слоя при рабочей скорости:
Гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя:
Гидравлическое
сопротивление
где коэффициент сопротивления решетки, [1, c. 34];
– доля живого сечения для беспровальной колпачковой решетки, [1, c. 34].
Минимальное допустимое гидравлическое сопротивление решетки:
Расчет показал, что <, поэтому принимаем φ=0,07:
Гидравлическое сопротивление сушилки:
Выбираем сушилку КС-1,6-2 по таблице 12 [1]
4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования
4.1 Расчет газовой горелки
Газовые горелки при сжигании природного газа работают с невысоким давлением и скоростью выхода газовой струи из сопла не более 60-70 м/с.
Расход воздуха на горение газа:
где - плотность воздуха при t0 и x0 [5, приложение 2].
Расход природного газа:
Диаметр газового сопла при wс=70 м/с:
Принимаем 14 мм.
Диаметр трубы, подводящей газ к форсунке, при wг=15 м/с:
Принимаем трубу Ø30×1 мм [6 , таблица 8]
Определяем наружный диаметр трубы корпуса горелки. Принимаем расход первичного воздуха 35% от , т.е. Vв=0,35·=0,063 м3/с, а скорость воздуха в кольцевом сечении форсунки wв=20 м/с, тогда сечение кольцевой щели:
fвоз=Vв/wв=0,063/20=0,00315 м2.
Диаметр кольцевой щели:
fгаз=Vг/wг=/15=0,00063 м2.
Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром 30 мм, равно:
f=fвоз+fгаз=0,00315+0,00063=0,
Этому сечению соответствует диаметр:
Принимаем трубу корпуса горелки Ø76×3,5 мм [6, таблица 8].
Объемная производительность вторичного воздуха:
Диаметр воздуховода вторичного воздуха при скорости w=3 м/с:
Принимаем воздуховод Ø225×0,6 [6, таблица 2].
Диаметр воздуховода первичного воздуха:
Принимаем воздуховод Ø76×2 [6, таблица 8].
Гидравлической сопротивление газовой горелки ориентировочно принимаем равным ΔPг=5000 Па.
4.2 Вентилятор подачи воздуха на горение топлива
Вентилятор и топка смонтированы на открытой площадке, защищенной от атмосферных осадков индивидуальным навесом. Воздух от вентилятора подается по параллельным воздуховодам, поэтому расчет проводится по линии наибольшего сопротивления, т.е. по линии подачи воздуха в горелку.
Исходные данные
Параметры воздуха, подаваемого в форсунку:
Объемная производительность Vв = 0,063 м3/с
Температура t0=18 °C
Плотность ρto = кг/м3
Динамическая вязкость μto = 18,05910-6 Пас
Фактическая скорость воздуха:
Критерий Re:
Коэффициент трения:
где e=0,1 мм.
Длину воздуховода принимаем ориентировочно L = 7 м.
Местные сопротивления [5, таблица 12, 13]
конфузор (вход в вентилятор) ξк = 0,21 1 шт.;
диффузор (выход из вентилятора) ξд = 0,21 1 шт.;
отводы при α = 900 ξо = 0,39 3 шт.;
заслонка (задвижка) ξз = 1,54 1 шт.;
диафрагма (измерение расхода воздуха) ξд = 2 1 шт.;
вход в форсунку ξвх = 1 1 шт.;
Гидравлическое сопротивление воздуховода:
Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки:
где ΔРтопки = 500 Па – сопротивление топки.
Выбираем вентилятор высокого давления по и Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-25-1,1; V = 0,833 м3/с; ΔР = 10000 Па, n = 48,3 с-1 [6, таблица 31].
Установочная мощность электродвигателя:
где β = 1,1 [7, таблица 33], η = 0,65.
Принимаем электродвигатель типа АО2-31-2, N = 3 кВт [6, таблица 31].
4.3 Расчет бункера-питателя
Производительность по влажной стружке Gн = кг/с
Абсолютная влажность стружки
Насыпная плотность влажной стружки ρн = 160 кг/м3 [1, таблица 5].
Объем бункера питателя:
где τ = 300 с – продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер.
По ГОСТ 9931-61 выбираем бункер вместимостью 1,5 м3 [2, таблица 81].
4.4 Расчет ленточного транспортера
Производительность транспортера Gн = кг/с
Насыпная плотность опила при ρн = 160 кг/м3
Характеристика ленточного транспортера
Длина L = 30 м
Угол наклона к горизонту α = 80
Выбираем плоскую ленту шириной В = 0,4 м, которая принимает форму желоба благодаря трем роликовым опорам.
Объемная производительность транспортера:
Скорость движения ленты:
где с = 1 при α = 80; φ = 400 для опилок [6, с. 4].
Мощность на приводном валу транспортера:
где Н = Lsinα = 30sin 8 = 4,2 м; К = 0,015 при В = 0,4 м; К1 = 1,12 при L = 30 м; К2 = 1,07.
Установочная мощность электродвигателя:
где К0 = 1,12 коэффициент запаса привода;
η = 0,85 КПД привода.
Принимаем электродвигатель по N = кВт типа А480А2 [6, таблица 16] N = 1,5 кВт.
Принимаем ленточный транспортер: L = 30 м; α = 80; В = 400 мм; w = м/с; N = 1,5 кВт.
4.5 Расчет винтового транспортера
Производительность по сухой стружке Gк=кг/с
Абсолютная влажность опила ωа2= %
Насыпная плотность ρк = 145 кг/м3 [1, таблица 3]
Характеристика
горизонтального винтового
Длина L = 25 м
Шаг винта t = Dв
Угол наклона к горизонту α = 00
Объемная производительность транспортера
Частота вращения винта:
Принимаем Dв = t = 0,20 м; К1 = 0,35 для опила; К2 = 1 при α = 00.
Принимаем винтовой горизонтальный транспортер:
Dв = 0,20 м; L = 25 м; t = 0,20 м.
Установочная мощность электродвигателя:
где φ = 2,2 для опила;
Принимаем электродвигатель по N = кВт типа АОЛ-12-2 N = 1,1 кВт [6, таблица 17].
4.6 Расчет шлюзового дозатора
Производительность транспортера Gн = кг/с
Насыпная плотность опила при ρн = 160 кг/м3
Объемная производительность шлюзового дозатора:
Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V = м3/с типа Ш1-30, диаметр ротора D = 300 мм, длина ротора L = 250 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора 0,035-0,33 с-1 [7, таблица 2].
Частота вращения ротора:
где К1 = 0,6 для опила; К2 = 0,8.
Установочная мощность электродвигателя:
где β = 3; φ = 2,5.
Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N = кВт типа В71В6 N = 0,55 кВт, n = 15,3 с-1 [7, таблица 2].
4.7 Расчет шлюзового затвора
Производительность по сухой стружке Gк= кг/с
Абсолютная влажность опила ωа2= %
Насыпная плотность ρк = 145 кг/м3 [1, таблица 3]
Объемная производительность затвора:
.
Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V = м3/с типа Ш1-30, диаметр ротора D = 300 мм, длина ротора L = 250 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора 0,035-0,33 с-1 [7, таблица 2].
Частота вращения ротора:
Установочная мощность электродвигателя:
Выбираем электродвигатель по N = кВт типа В71В6 N = 0,55 кВт, n = 15,3 с-1 [7, таблица 2].
4.8 Расчет и выбор вентилятора пневмотранспортной установки
4.8.1 Трубопровод от сушилки до циклона-разгрузителя
Параметры парогазовой смеси, выходящей из сушилки
Температура, t2, °С 95
Расход воздуха, L1, кг/с
Влагосодержание, х2, кг/кг
Плотность, rt2, кг/м3
Вязкость, mt2, Па×с ×10-6
Производительность по стружке, Gк, кг/с
Участок решается как пневмотранспортная установка.
Концентрация стружки в транспортируемом воздухе:
Производительность пневмопровода по транспортируемой стружке:
где Кн – коэффициент неравномерности подачи материала в пневмотранспорт; Кн=2.