Расчет и проектирование барабанной сушилки

метки: Сушилка, Расчет, Барабанный, Материал, Диаметр, Рассчитывать, Поверхность, Агент

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.

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. Обычно при температуре отходящих из барабана газов 110 — 120 ⁰ С материал выходит с температурой 70-80⁰ С. Скорость движения газов в барабане не превышает 2,5-3 м/с в избежание чрезмерного пылеуноса.

Гипсовые строительные материалы и изделия

... определить область применения технологии при производстве строительных материалов. 1 Классификация гипсовых вяжущих материалов Классификация Способ получения Минералогический состав ... этапе (растворение) при затворении полуводного гипса водой он начинает растворятся с поверхности до образования насыщенного раствора. Этот ... вызревания от 2 до 4 сут. И сушкой в искусственных сушилах при 70…80 о С. 1.2 ...

1. Описание барабанной сушилки

Широкое применение получили барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов (мел, минеральных солей, фосфоритов и других).

барабанный сушилка вентилятор дымосос

Рис.1. Барабанная сушилка: 1 — барабану 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.

Барабанная сушилка (рис.1) имеет цилиндрический барабан 1, 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 мин ^-1 ; 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 (рис. 2) 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.

Рис. 2. Типы насадок барабанных сушилок: а — подъемно-лопастная; б — секторная.

В данном курсовом проекте используется:

Барабанная сушилка:

Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, т
D	L	l	l 1	не более
1200	6000	1250	3500	8,5

Питатель типа: клапан-мигалка, d=100 мм.

Вентилятор:

Тип машины	Диаметр колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД (з н =82-85%) при t=300 С
			Подача тыс. м 3 /ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт
ВДН-9	900	750	9,5	940	3,2

Дымосос:

Тип машины	Диаметр рабочего колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД
			Подача тыс. м 3 /ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт	Температура расчетная, 0 С
ДН-26Ч2-0,62	2600	750	475	4700	790	100

Рукавный фильтр типа СМЦ-100, длина рукава l=2550 мм, площадь фильтрующей поверхности S=108 м ² , производительность G=3-5*10³ м³ /ч.

Калорифер оребренный 4 секций:

Калорифер	Поверхность теплообмена S т , м2	Живое сечение для воздуха S в , м2	Размер секции, мм
	КФБО	КФБО	Длина, l 1	Ширина, l 2	Высота, l 3
5	26,68	0,182	230	640	750

2. Расчетная часть

2.1 Материальный расчет сушилки

Общее количество испаряемой влаги рассчитывается по формуле:

G ₁ =0,8 т/ч*0,28=0,224 кг/с;

W=G ₁ *(U₁ -U₂ )/(1-U₂ );

• W=0,224 кг/с*(0,11-0,011)/(1-0,011)=0,022 кг/с;

G ₁ =G₂ +W;

G ₂ = G₁ -W;

G ₂ =0,224-0,022=0,202 кг/с.

2.2 Внутренний баланс сушильной камеры

Внутренний баланс сушильной камеры Д считают по формуле:

Д=q _вл -( q_тр + q_м + q_п )

Удельный приход теплоты с влагой материала q _вл равен:

q _вл =с_вл *и₁ ;

Температуру и ₁ влажного материала принимают равной температуре мокрого термометра при средних параметрах окружающего воздуха. В зимних условиях допускается считать и₁ =0⁰ С (при хранении материала в помещении).

Удельный расход теплоты на нагрев высушенного материала равен:

q _м = G₂ *с₂ *( и₂ — и₁ )/W;

Удельная теплоемкость с ₂ высушенного материала рассчитывают по формуле:

с ₂ = с₀ +( с_вл — с₀ )*U₂ ;

с ₀ — удельная теплоемкость абсолютно сухого материала, с₀ =0,879 кДж/(кг*К);

с ₂ =0,879 +(4,19-0,879)*0,011=0,92 кДж/(кг*К);

• Удельные потери в окружающую среду оценивают предварительно в долях от теплоты, расходуемую на испарение 1 кг влаги.

q _п =а_п *(r₀ +с_п *t₂ ) ,

где r ₀ — удельная теплота парообразования при нормальных условиях (для воды r₀ =2493 кДж/кг);

с _п — удельная теплоемкость пара (с_п =1,97 кДж/(кг*К));

а _п — коэффициент а_п =0,005 — 0,05; для барабанной сушилки а_п =0,05.

q _п =0,05*(2493 +1,97 *42)=128,787 кДж/кг.

Находим внутренний баланс сушильной камеры:

q _тр =0; так как это сушильный барабан, нет транспортирующих устройств.

Находим необходимые данные для лета и зимы по диаграмме I-x.

Лето:

и ₁ =t_м ; и₁ =17⁰ C;

и ₂ = 42⁰ C;

q _вл =4,19*17 = 71,23 кДж/кг;

q _м = 0,202 * 0,92 * ( 42-17)/0,022 = 206,17 кДж/кг;

Д ^л =71,23-(206,17+128,787)= — 263,727 кДж/кг.

Зима:

и ₁ =0⁰ C;

и ₂ = 42⁰ C;

q _вл =4,19 *0⁰ C=0 кДж/кг;

q _м =0,202 * 0,92*( 42-0)/0,022 = 346,37 кДж/кг;

Д ^з = 0-(346,37+128,787)= — 475,157 кДж/кг.

2.3 Построение на диаграмме I-x процесса сушки воздухом

На диаграмме состояния атмосферного воздуха изображается точка А, состояния горячего воздуха на входе в сушилку точка В. Прямая АВ характеризует процесс нагрева воздуха в калорифере.

Точку А наносят на диаграмму по значениям температуры t ₀ к относительной влажности ц₀ в заданном районе. Для зимних условий (при отрицательной температуре) рекомендуется использовать параметры х₀ и I₀ .

Влагосодержание воздуха рассчитывается по уравнению:

х ₀ =0,622*ц₀ *Р_н /Р-Р_н *ц₀ ,

где Р _н — давление насыщенного водяного пара, соответствующее заданной температуре t₀ (таб. 25);

• Р — общее давление влажного воздуха (диаграмма I-x построена для давления Р=99,3 кПа).

Энтальпия I ₀ определяется по формуле:

I ₀ =с_в *t₀ +(r₀ +с_п *t₀ )*х₀ ,

где t ₀ , х₀ — температура и влагосодержание окружающего воздуха;

r ₀ , с_в , с_п — удельная теплота парообразования и теплоемкость воздуха и пара,

с _в =1 кДж/(кг*К)

Параметры точки А:

Зима:

t ₀ =-9,8⁰ C;

ц ₀ =90%;

Р _н =278,2 Па;

• Р=99300 Па;

х ₀ =0,622*0,9*278,2 /(99300-0,9*278,2)=0,0016 кг/кг сух. в.;

I ₀ =1*263,2+(2493+1,97*263,2)*0,0016 = 268,02 кДж/кг.

Лето:

t ₀ =20,6⁰ C;

ц ₀ =62%;

I ₀ =54 кДж/кг;

х ₀ =10^-3 кг/кг сух. в.;

t ₁ =120⁰ C.

Точка В с параметрами х, t, I, находятся из условия равенства х ₁ и х₀ на пересечении вертикальной линии АВ с заданной изотермой t₁ .

Параметры точки В:

Лето:

t ₁ =120⁰ C.

х ₁ =х₀ =1,49*10^-3 кг/кг сух. в.;

I ₁ =128 кДж/кг;

Зима:

t ₁ =120⁰ C.

х ₁ =х₀ =9,7*10^-3 кг/кг сух. в.;

I ₁ =147,5 кДж/кг.

На пересечении линий построения энтальпии I ₁ и изотермы t₁ строим точку Д с влагосодержанием х’₂ .

Лето:

t ₂ =45⁰ C.

х’ ₂ =40*10^-3 кг/кг сух. в.=0,04 кг/кг сух. в.;

I ₁ =147 кДж/кг;

Зима:

t ₂ =45⁰ C.

х’ ₂ =32*10^-3 кг/кг сух. в.=0,032 кг/кг сух. в.;

I ₁ =126 кДж/кг.

На пересечении линий постоянной энтальпии I и постоянного влагосодержания х строим точку Е. Соединив точку В и точку Е получим линии действительного процесса сушки. На пересечении с изотермой t ₂ определим положение точки С с влагосодержанием х₂ и энтальпией I₂ .

Лето: Зима:

I ₁ = 147,5 кДж/кгI₁ = 128 кДж/кг

I ₂ = 141 кДж/кгI₂ = 116 кДж/кг

х ₁ = 9,7*10^-3 кг/кгх₁ = 1,49*10^-3 кг/кг

х ₂ = 37*10^-3 кг/кг ;х₂ =27,1*10^-3 кг/кг

Д= — 263,727 кДж/кгД= — 475,157 кДж/кг

I ₀ = 45 кДж/кгI₀ = — 6,11 кДж/кг

2.4 Расчет расходов сушильного агента, греющего пара и топлива

Массовый расход абсолютно сухого газа рассчитывают используя результаты построения процесса сушки на диаграмме I-x:

L=W/(x ₂ -x₁ );

Лето:

L ^л =0,022 /(0,037-0,0097)= 0,81 кг/с;

Зима:

L ^з =0,022 /(0,027-0,00149)=0,87 кг/с;

Массовый расход влажного газа L _вл.г. определяют в зависимости от его влагосодержания.

L _вл.г. =L*(1+x₂ );

Лето:

L _вл.г. = 0,81*(1+0,037)=0,83 кг/с;

Зима:

L _вл.г. = 0,87*(1+0,027)=0,89 кг/с;

Расход греющего пара в калорифере при сушке воздухом рассчитывают по уравнению:

D=L*(I ₁ -I₀ )/r ,

где r — удельная теплота парообразования, соответствующая заданному давлению греющего пара, r=2189,5 кДж/кг, P=2,5 кг/см ² (табл. LVIII, стр. 550).

Лето:

• D=0,81(147,5-45)/2189,5 = 0,038 кг/с;

Зима:

D=0,87(128+6,11)/2189,5 = 0,053 кг/с.

2.5 Расчет рабочего объема сушилки

Общее количество теплоты, затрачиваемой в процессе сушки за 1 секунду, определяют по формуле:

Q ₀ =L*(I₁ -I₀ );

Лето:

Q ₀ ^л =0,81(147,5-45) = 102,5 кДж/с;

Зима:

Q ₀ ^з =0,87*(128+6,11) = 116,68 кДж/с.

Количество теплоты передаваемое высушиваемому материалу в рабочем объеме сушилки за 1 секунду:

Q=Q ₀ -W*q_п. ;

Лето:

• Q=102,5-0,0222*128,787 = 99,641 кДж/с;

Зима:

Q=116,68 — 0,0222*128,787 = 113,821 кДж/с.

Так как расчетные данные по зиме больше, чем по лету, то дальнейший расчет ведем по зиме. Для расчета рабочего объема V _p сушилки используют уравнение теплоотдачи от сушильного агента к материалу:

V _p =W/A;

Интенсивность теплообмена определяется по уравнению тепломассообмена:

А=к _v *Дt_ср. ,

где к _v — объемный коэффициент теплообмена,

к _v =0,2 кг/м³ *ч*К=0,000056 кг/ м³ *с*К=5,6*10^-5 кг/ м³ *с*К

Средний температурный напор вычисляют по формуле логарифмического усреднения, если Дt _б. / Дt_м >2, среднее арифметическое, если Дt_б. / Дt_м <2.

Находим температурные напоры на входе сушильного агента в сушилку и на выходе из нее:

Дt _б. =t₁ -и_м ; Дt_м. =t₂ -и_м ;

где t ₁ , t₂ — температуры сушильного агента соответственно на входе в сушилку и на выходе из нее.

120 ⁰ С 45⁰ С

34,5 ⁰ С 0⁰ С

Дt _м. =45-34,5 = 10,5⁰ С;

Дt _б. =120 — 0= 120⁰ С;

Дt _{c р.} =( Дt_б — Дt_м )/(2,3lg(Дt_б / Дt_м )) = 45,06 ⁰ С,

А _v =5,6*10^-5 *45,06 = 0,0025 кг/ м³ *с ,

V _p =0,022/0,0025 = 8,88 м³ .

2.6 Расчет коэффициента теплоотдачи

Среднюю температуру сушильного агента находят по формуле:

t _{c р} =и_м +Дt_ср

где и _м — температура материала;

и _м = (и₁ + и₂ )/2=(0+45)/2=22,5⁰ С,

t _{c р} =22+45,06 = 66,06 ⁰ С.

Для расчета конвективной теплоотдачи при продольном обтекании поверхности турбулентным потоком газа применяют уравнение:

Re=v*l/х,

где v — средняя скорость газа,

l — определенный линейный размер (таб. 2.6)

х — кинематический коэффициент вязкости, х=19,806*10 ^-6 м² /с

Линейным размером является диаметр кусков материала:

Re=2,5 м/с*0,02 м/19,806*10 ^-6 м² /с=2309,5.

Коэффициент теплоотдачи к частицам материала можно рассчитать по уравнению, справедливому для значений Re>1000.

Nu=2+1,05*Re ^0,5 *Pr^0,33 *Gu^0,175 .

Принимаем Pr=0,7

Критерий Гухмана Gu введенный в уравнение учитывает влияние массообмена на теплообмен:

Gu=(t _ср -t_м )/(273+t_ср ),

где t _ср — средняя температура газа, ⁰ С,

t _м — температура мокрого термометра, ⁰ С,

Gu=(66,06 ⁰ С-0⁰ С)/(273+66,06⁰ С)=0,19,

Nu=2+1,05*2524,49 ^0,5 *0,693^0,33 *0,19^0,175 =36,59

Коэффициент теплоотдачи:

б=Nu*л/d=36,59*2,95*10 ^-2 Вт/(м*К) /0,02 м=53,97 Вт/м² *К.

2.7 Расчет параметров барабанной сушилки

Из материального баланса сушилки следует зависимость, по которой можно найти коэффициент заполнения ш барабана, то есть долю рабочего объема барабана, заполненного материалом.

Ш=(А/с _н )*(1-(U₁ +U₂ )/2)/( U₁ -U₂ ) ,

где с _н — насыпная плотность материала (таб. 2.6)

с _н =1200 кг/м³ ,

Ш=(0,0025 кг/ м ³ *с /1200 кг/м³ )*(1-(0,11+0,011)/2)/ (0,11-0,011)=1,98*10^-5

Во избежание чрезмерного пылеуноса скорость газов v _г в барабане не должна превышать 2,5-3 м/с. Исходя из этого условия на ходят минимально допустимый диаметр сушильного барабана.

где с _г и L — плотность и расход абсолютно сухого сушильного агента.

с _с.г = с₀ *Т₀ /( Т₁ +273);

с _с.г =1,293 кг/м³ *273/(120⁰ С+273)=0,9 кг/м³ ,

Задаются отношения длины барабана L _б к его диаметру D_б в пределах 4<L_б /D_б <8 и определяют диаметр барабана из формулы:

V _p =р* D_б ² *L_б *(1-ш)/4,

Принимаем L _б /D_б =6, тогда L_б =6*D_б ,

Принимаем стандартный размеры сушильного барабана по ГОСТ 11875-79.

Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, т
D	L	l	l 1	не более
1600	10000	2050	5900	18,9

Находят средний массовый расход материала:

G _ср =( G₁ + G₂ )/2;

Находим время пребывания материала в барабане:

ф=V _б *с_нас *ш/ G_ср ,

V _б =р*D² *L/4,

V _б =3,14*(1,37 м)² *8,22 м/4=12,11 м³ ,

G _ср =(0,222 кг/с+0,202 кг/с)/2=0,2111 кг/с,

ф=12,11 м ³ *1200 кг/ м³ *1,98*10^-5 /0,2111 кг/с =1,363 ч. = 81,78 мин.

Выбираем угол наклона сушильного барабана г _б согласно стандарту от 0,0175 до 0,07 рад (1-4⁰ ) и рассчитывают частоту вращения барабана n_б или угловую скорость w_б , необходимую для перемещения заданного количества материала по длине L_б за время сушки ф.

n _б =а₁ *а₂ *L_б /г_б *D_б *ф.

где г _б — угол наклона барабана, г_б =0,07 рад,

а ₁ -коэффициент зависящий от типа насадки, а₁ =0,7 (для подъемно-лопастной)

а ₂ — коэффициент зависящий от плоскости высушиваемого материала и направления движения газов и материалов, так как у нас тяжелый материал, то а₂ =0,2.

n _б =0,7*0,2*10м/0,07 рад*1,37 м*81,78 мин=0,15 мин^-1

Потребляемую мощность N _б на вращение барабана приближенно определяют по формуле:

N _б =78*у*с_нас *n_б * D_б ³ * L_б ,

у — коэффициент мощности

у=0,22*1,98*10 ^-5 +0,016 = 0,016

N _б =78*0,016*1200 кг/ м³ *0,15*(1,37 м)³ *10 м = 5776,29 Вт.

Массу металла барабанной сушилки G _б , допускается определять ориентировочно в зависимости от ее рабочего объема V_p .

G _б =7200+630*V_p ;

G _б =7200+630*8,88=12,79 т.

2.8 Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки

Разобьем сушильную установку на участки. 1 ^й участок от вентилятора до калорифера.

Определим исходные данные.

Найдем плотность газа на участке:

Р=1,293 кг/м ³ * 273/273-9,8=1,341 кг/м³

Коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе: ж _вх. =0,5; ж_вых. =1, на прямом участке ж₁₈₀ =0,25.

Найдем диаметр трубопровода на участке.

Потеря давления на трение Др _ТР на участке определим по уравнению

где л-коэффициент трения, л=0,02;

d _э =диаметр расчетного участка тракта.

Давление на преодоление местных сопротивлений Др _м находим по уравнению:

Полная потеря давление на первом участке:

Др ₁ = Др_ТР + Др_м =12,52 Па+226,29=238,81 Па

Аналогично проведем расчет для всех других участков.

2 ^й участок от калорифера до сушильного барабана:

• l=1,5 м;
• L=0,88 кг/с;
• v=15 м/с;
• ж _вх. =0,5;
• ж_вых. =1;
• ж₁₈₀ =0,25.

с=1,293кг/м ³ *273/(273+120)=0,9 кг/м³

Др ₂ = Др_ТР + Др_м =14,46 Па+151,88 Па=166,34 Па

3 ^й участок от сушильного барабана до циклона:

l=8м, v=12 м/с, L=0,88 кг/с, ж _вх. =0,5; ж_вых. =1; ж₉₀ =0,18; ж_вх. =0,5; ж_вых. =1; ж₁₈₀ =0,25.

с=1,341кг/м ³

Др ₃ =27 Па+84,65 Па=111,65 Па

4 ^й участок от циклона до рукавного фильтра.

l=12м, v=12 м/с, L=0,88 кг/с, ж _вх. =0,5; ж_вых. =1; ж₉₀ =0,18; ж_вх. =0,5; ж_вых. =1; ж₁₈₀ =0,25.

с=1,341кг/м ³

Др ₄ =36 Па+105,4 Па=141,4 Па

5 ^й участок от рукавного фильтра до дымососа:

l=10м, v=12 м/с, L=0,88 кг/с, ж _вх. =0,5; ж_вых. =1; ж₉₀ =0,18; ж_вх. =0,5; ж_вых. =1; ж₁₈₀ =0,25.

с=1,341кг/м ³

Др ₅ =27 Па+105,4Па = 132,4Па

Общее сопротивление тракта, находящегося под давлением определяют, суммируя потери давления на всех его участках и в аппаратах:

Др _дав. = Др_Т + Др_в — Др_общ ,

где Др _в — сопротивление воздушного тракта до топки или калорифера;

Др _Т — сопротивление калорифера;

Др _общ — минимальное раазряжение, которое обычно поддерживают в рабочем объеме сушилки (Др_общ ?10 Па)

Др _дав. =238,81+166,34+318-10 = 713,15 Па.

Общее сопротивление тракта, находящегося под разряжением рассчитывают, суммируя потери давления в сушильном аппарате, в пылеуловители и в соединительных газовоздухопроводах.

Др _раз. = Др_с + Др_ц +Др_общ + Др_пл + Др_г ,

где Др _с -сопротивление сушильного аппарата;

Др _ц — сопротивление циклонных аппаратов;

Др _г — сопротивление соединительных газовоздухопроводов;

Др _пл — сопротивление электрофильтра.

Др _раз. =111,65+141,4+132,4+544,5+1250+100+10 = 2289,95 Па

3. Вспомогательные и дополнительные расчеты

3.1 Расчет плотности влажного газа

Плотность влажного газа определяем по формуле:

с _вг. =с_сг. *(1+х₂ ),

где с _сг. — плотность абсолютного сухого газа, при давлении Р_сг. и температуре t, плотность абсолютного сухого газа равна:

с _сг. = с₀ * Р_сг. *T₀ / Р₀ *T,

с ₀ — плотность газа при нормальных условиях, с₀ =1,293 кг/м³ ,

Р ₀ — давление, соответствующее нормальным условиям, Р₀ =101,3 кПа,

T ₀ — температура, соответствующая нормальным условиям, T₀ =273 К,

Т — температура влажного газа, Т=273+t, t _ср =(120⁰ С+45⁰ С)/2=82,5⁰ С

Р _сг. — парциальное давление абсолютного сухого газа.

Р _сг. =Р- Р_п. ,

Р — общее давление Р=99,4 кПа,

Р _п. — парциальное давление пара, его можно найти на диаграмме I-x в зависимости от влагосодержания Р_п. =4,6 кПа,

Р _сг. =99,4 кПа-0,3 кПа=99,1 кПа,

с _сг. =1,293 кг/м³ *99,1 кПа*273 К/101,3 кПа*(273+82,5⁰ С)=0,97 кг/м³ ,

с _вг. = 0,97 кг/м³ *(1+0,0271 кг/кг сух в)=0,99 кг/ м³ .

3.2 Расчет потери теплоты в окружающую среду

Тепловой поток Q _п через поверхность S_ст стенок сушилки вычисляют по уравнению теплопередачи:

Q _п = к*Дt_ср *S_ст ,

Коэффициент теплопередачи к рассчитывается по формуле для многослойной стенки:

где д и л — соответственно толщина и коэффициент теплопроводности различных слоев футеровки и теплоизоляции.

Найдем значение критерия Re:

Re=v*l/х=2,5 м/с*10 м/25,52*10 ^-6 м² /с=97963,8,

Nu=0,037*Re ^0,8 *Pr^0,43 =0,037*692840,6^0,8 *0,7^0,43 =1951,9.

Коэффициент теплоотдачи б от сушильного агента к внутренней поверхности стенок:

Nu=б*l/л,

б ₁ =Nu* л/l=1951,9*3,32*10^-2 Вт/(м*К)/10 м=6,48 Вт/м² *К.

Суммарный коэффициент теплопередачи конвекций и излучением от наружной стенки к окружающему воздуху:

б ₂ =9,74+0,07*(t_ср -t_в ),

где t _ср — температура наружной стенки, t_ср =40⁰ С,

t _в — температура окружающего воздуха, t_в =20⁰ С,

б ₂ =9,74+0,07*(40⁰ С-20⁰ С)=11,14 Вт/ м² *К.

По температуре газов выбираем толщину футеровки

Толщина:

футеровки — 250 мм

шамота — 125 мм

стали — 15 мм

диатома — 125 мм

л:

шамота — 1,05 Вт/м*К

стали — 46,5 Вт/м*К

диатома — 0,15 Вт/м*К

Находим коэффициент теплопередачи:

Определяем поверхность стенки S _ст :

S _ст =р*d*l=3,14*1,6 м*10м=50,24 м² ,

Q _п =0,83 Вт/(м² *К)*45⁰ С*50,24 м² =1878,96 Вт.

Удельную потерю теплоты в окружающую среду определяют по формуле:

q _п =Q_п /W,

где W — масса влаги, удаляемая из высушенного материала за 1 с.

q _п =1878,96/0,0222 = 84637,8 Вт*с/кг.

3.3 Расчет калорифера при сушке воздухом

Общее количество теплоты Q ₀ рассчитывают по формуле:

Q ₀ =L*(I₁ -I₀ )

Q ₀ =0,88 кг/с *(126 кДж/кг +5,84 кДж/кг)=116,68 кВт

Вычислим средний температурный напор по формуле логарифмического уравнения:

где Дt _м =t₁ -t_2н

Дt _б =t₁ -t_2к

t ₁ — температура греющего пара (равное температуре насыщения пара при заданном давлении).

При давлении 2,5 атм. t ₁ =126,25⁰ С

t _2н , t_2к — температура воздуха на входе в калориметр и выходе из него, t_2к =120⁰ С; t_2н =-9,8⁰ С.

Дt _б =126,25⁰ С+9,8⁰ С=136,05⁰ С,

Дt _м =126,25⁰ С-120⁰ С=6,25⁰ С,

Поверхность теплообмена S _т калорифера определяют по уравнению теплоотдачи:

S _т =Q₀ /к Дt_ср.,

где к- коэффициент теплоотдачи, который для оребренных калориферов применяется в зависимости от массовой скорости воздуха с*v. Пусть с*v =4 кг/м ² *с; тогда к=34 Вт/ м² *к.

Находим необходимое число n _к. секций калорифера:

n _к. =S_т / S_с = 89,32/26,68 = 3,35;

где S _с — поверхность теплообмена секции.

Примем оребренный калорифер:

Калорифер	Поверхность теплообмена S т , м2	Живое сечение для воздуха S в , м2	Размер секции, мм
	КФБО	КФБО	Длина, l 1	Ширина, l 2	Высота, l 3
5	26,68	0,182	230	640	750

Т. к. фактическое число секций выбирают с 15-20 %-ним запасом, то n _к. =3,35*0,15+3,35?4 секции.

Массовую скорость воздуха в калорифере рассчитывают:

с*v =L/S,

где L-расход абсолютно сухого воздуха,

S- площадь живого сечения секций, 0,167 м ² .

В калорифере устанавливают 2 ряда по 2 секции, параллельно по ходу воздуха так, чтобы получить в них рекомендуемую скорость воздуха. Потерю давления при проходе воздуха через секцию калорифера можно определить по формуле в оребренном калорифере большой модели.

Др=4,4*( с*v) ^1,85 ; Др=4,4*( 4,78)^1,85 =79,5 Па.

Для средней модели сопротивление секций в 1,2 раза меньше, значит:

Др _Т =79,5 Па*4 сек.=318 Па.

3.4 Выбор и расчет пылеуловителей

Объемный расход газов v _г в системе пылеулавливания (без учета подсосов воздуха).

Определяют по массовому расходу и параметрам сушильного газа на выходе из сушилки.

Рекомендуемый расход газа q _ц через одиночный циклон НИИОГАЗ или один элемент одиночный циклон НИИОГАЗ диаметром D_ц определяют из уравнения:

где Др _ц — гидравлическое сопротивление циклона;

• с- плотность газа.

В этом случае:

где ж- коэффициент гидравлического сопротивления циклона.

Ж=105(таб. 3.5) определенный по условной скорости газа в циклической части циклона ( циклон НИИОГАЗ типа ЦН-15).

D _ц =400ч800мм, принимаем D_ц =0,8м.

Число циклонов или элементов в батарейном циклоне должно соответствовать рекомендациям каталогов:

n?v _г /q_ц

Принимаем 1 циклон.

Для улавливания мелкодисперсной пыли необходимо учесть дополнительную ступень очистки газа.

Для выбора рукавного фильтра определяют расчетную площадь поверхности фильтрования:

где V _г — объемный расход газов через систему пылеулавливания;

х _ф — фиктивная скорость газа в фильтровальной ткани, т. е. Расход газа, приходящийся на 1м² ткани.

Для стекольной ткани:

принимаем

Т. к. фактическая поверхность рукавного фильтра должна быть на 15-20% превышать расчетную, то:

S _ф =0,15*S+ S=0.15*60м² +60м² =69м²

Принимаем рукавный фильтр типа: СМЦ-101 с рукавами из лавсана:

• Длина рукава — 2550мм;
• Площадь фильтрующей поверхности — 100 м ² ;

• производительность — 4 — 6,6 тыс. м ³ /ч.

3.5 Выбор вентиляторов и дымососов

Вентиляторы характеризуются V _н , м³ /ч и перепадом полных давлений между выходными и входными патрубками, называемыми давлением вентилятора P_{n .} Вентиляторы выбирают с некоторым запасом по подаче и давлению.

Расчетную подачу V _н вентилятора, установленного на воздушной стороне тракта, находят по сушке воздухом:

V _н ^I =в_i ^I *L/с,

где в _i ^I -коэффициент запаса, равный 1,05;

• L-расход абсолютно сухого воздуха;

с-плотность воздуха, с=1,293 кг/м ³ ,

Расчетная подача вентилятора (дымососа), установленного на газовой стороне тракта, равна:

V _н ^II =в₁ ^II *V_г ,

где V _г — объемный расход газов в системе пылеулавливания;

в ₁ ^II — коэффициент запаса, учитывающий также подсосы воздуха в системе пылеулавливания.

в ₁ ^II ?1,1-1,2

V _н ^II =1,1*0,9м³ /с=0,99 м³ /с

Расчетное давление вентилятора определяют по уравнению:

P _{n .} = в₂ *Дс,

где в ₂ -коэффициент запаса, равный 1,1;

Дс- суммарное гидравлическое сопротивление участка тракта, находящегося под давлением (Дс _дав. ) или под разряжением (Дс_раз. ).

• для вентилятора:

Р _н =1,1*713,15Па=784,47 Па

• для дымососа:

Р _н =1,1*2289,95 Па=2518,95 Па

Заводская характеристика вентилятора дается, обычно для воздуха при t, отличной от расчетной, поэтому при выборе вентилятора используют величину приведенного расчетного давления Р _н ^* , отличающуюся от величины Р_н поправочным множителем К_с , учитывающим различие плотностей газа в расчетных и заводских условиях:

Р _н ^* = К_с * Р_н ,

где с ₀ — плотность воздуха при нормальных условиях;

с _г — плотность газа (воздуха) у вентилятора (приблизительно равная плотности сушильного газа с_г на выходе из сушилки);

t _зав. — температура воздуха по заводской характеристики машины, t_зав =30⁰ С

• для вентилятора:

Р _н ^* =1,18*784,47 Па=925,67 Па

• для дымососа:

Р _н ^* =1,18*2518,95Па=2972,36 Па

По заводским характеристикам подбираем вентиляторы, у которых подача V _н и давление Р_н совпадают с расчетными значениями V_г и Р_н ^* или несколько превышает эти значение, и определяют число оборотов вентилятора и к.п.д. з_н при расчетной подаче V_н . Расчетные значения к.п.д., как правило, должно составлять не менее 90% от максимальной величины к.п.д., определяют по характеристике вентилятора.

Мощность расходующего вентилятором (мощность на валу), рассчитывают по формуле:

Принимаем з _н =0,85

• для вентилятора:
• для дымососа:

Мощность электродвигателя:

где з _пер. — к.п.д. передач, з_пер =0,98;

з _дв. — к.п.д. электродвигателя, з_дв. =0,95.

• для вентилятора:
• для дымососа:

Установочную мощность электродвигателя определяют по формуле:

N _уст. =в_уст. *N_дв. ,

где в _уст. -коэффициент запаса (принимают равным, 1,1).

• для вентилятора:

N _уст. =1,1*818,82=900,70 Вт

• для дымососа:

N _уст. =1,1*3718,49=4090,34 Вт

Выбираем вентилятор (дымосос) по таб.3.9. и таб.3.10.

Принимаем вентилятор:

Тип машины	Диаметр колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД (з н =82-85%) при t=300 С
			Подача тыс. м 3 /ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт
ВДН-9	900	750	9,5	940	3,2

Принимаем дымосос:

Тип машины	Диаметр рабочего колеса, мм	Частота вращения, об/мин	Параметры на режиме максимального КПД
			Подача тыс. м 3 /ч	Полное давление, Па	Потребляемая мощность, кВт	Температура расчетная, 0 С
ДН-17	1700	1000	76	3000	73	200

3.6 Расчет питателя

Внутренний диаметр входного патрубка клапана-мешалки определяют:

• где G-расход материала через мешалку;

G _уд. — удельная производительность мешалки, принимают равной G_уд. =15-80 кг/м² *с.

D принимаем по ГОСТу, D=100 мм.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/barabannaya-sushilka/

1. Шахова, Л.Д. Расчет и проектирование сушильных установок: учеб. пособие / Л.Д. Шахова, Л.И. Яшуркаева, О.В. Луценко. — Б: изд-во БГТУ, 2010. — 128с.

2. Гельперин, Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии / Н.И. Гельперин. — М.: Химия, 1981. — Кн.2. — 812 с.

3. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. — М.: Альянс, 2004. — 753с.