Расчет и проектирование барабанной сушилки

Курсовая работа

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.

8 стр., 3717 слов

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

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

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 -( qтр + qм + qп )

Удельный приход теплоты с влагой материала q вл равен:

q влвл1 ;

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 = G22 *( и2 — и1 )/W;

Удельная теплоемкость с 2 высушенного материала рассчитывают по формуле:

с 2 = с0 +( свл — 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 пп *(r0п *t2 ) ,

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

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

а п — коэффициент ап =0,005 — 0,05; для барабанной сушилки ап =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 =tм ; 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*ц0н /Р-Рн0 ,

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 0в *t0 +(r0п *t0 )*х0 ,

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

r 0 , св , сп — 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 10 =1,49*10-3 кг/кг сух. в.;

I 1 =128 кДж/кг;

Зима:

t 1 =1200 C.

х 10 =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 0л =0,81(147,5-45) = 102,5 кДж/с;

Зима:

Q 0з =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*qп. ;

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 *Дtср. ,

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. / Дtм >2, среднее арифметическое, если Дtб. / Дtм <2.

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

Дt б. =t1м ; Дtм. =t2м ;

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 cр. =( Дtб — Дtм )/(2,3lg(Дtб / Дtм )) = 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 cрм +Дtср

где и м — температура материала;

и м = (и1 + и2 )/2=(0+45)/2=22,50 С,

t cр =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

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 *Pr0,33 *Gu0,175 .

Принимаем Pr=0,7

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

Gu=(t ср -tм )/(273+tср ),

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 *0,6930,33 *0,190,175 =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 = с00 /( 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 Dб в пределах 4<Lб /Dб <8 и определяют диаметр барабана из формулы:

V p =р* Dб2 *Lб *(1-ш)/4,

Принимаем L б /Dб =6, тогда Lб =6*Dб ,

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 бнас *ш/ Gср ,

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 nб или угловую скорость wб , необходимую для перемещения заданного количества материала по длине Lб за время сушки ф.

n б12 *Lбб *Dб *ф.

где г б — угол наклона барабана, гб =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*снас *nб * Dб3 * Lб ,

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 Vp .

G б =7200+630*Vp ;

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; жвых. =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 = ДрТР + Дрм =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;
  • жвых. =1;
  • ж180 =0,25.

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

Др 2 = ДрТР + Дрм =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; жвых. =1; ж90 =0,18; жвх. =0,5; жвых. =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; жвых. =1; ж90 =0,18; жвх. =0,5; жвых. =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; жвых. =1; ж90 =0,18; жвх. =0,5; жвых. =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. = ДрТ + Дрв — Дробщ ,

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 (Дробщ ?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. = Дрс + Дрц +Дробщ + Дрпл + Дрг ,

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.сг. *(1+х2 ),

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

с сг. = с0 * Рсг. *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- Рп. ,

Р — общее давление Р=99,4 кПа,

Р п. — парциальное давление пара, его можно найти на диаграмме I-x в зависимости от влагосодержания Рп. =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 Sст стенок сушилки вычисляют по уравнению теплопередачи:

Q п = к*Дtср *Sст ,

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 *Pr0,43 =0,037*692840,60,8 *0,70,43 =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*(tср -tв ),

где t ср — температура наружной стенки, tср =400 С,

t в — температура окружающего воздуха, tв =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 =Qп /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

Дt б =t1 -t

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

При давлении 2,5 атм. t 1 =126,250 С

t , t — температура воздуха на входе в калориметр и выходе из него, t =1200 С; t =-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 Дtср.,

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. =Sт / Sс = 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 Dц 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 Dц =0,8м.

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

n?v г /qц

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 Pn. Вентиляторы выбирают с некоторым запасом по подаче и давлению.

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

V нIiI *L/с,

где в iI -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 нII1II *Vг ,

где V г — объемный расход газов в системе пылеулавливания;

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

в 1II ?1,1-1,2

V нII =1,1*0,9м3 /с=0,99 м3

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 (Дсраз. ).

  • 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 Рн поправочным множителем Кс , учитывающим различие плотностей газа в расчетных и заводских условиях:

Р н* = Кс * Рн ,

где с 0 — плотность воздуха при нормальных условиях;

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

t зав. — температура воздуха по заводской характеристики машины, tзав =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 Рн совпадают с расчетными значениями Vг и Рн* или несколько превышает эти значение, и определяют число оборотов вентилятора и к.п.д. зн при расчетной подаче Vн . 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, зпер =0,98;

з дв. — к.п.д. электродвигателя, здв. =0,95.

  • для вентилятора:
  • для дымососа:

Установочную мощность электродвигателя определяют по формуле:

N уст.уст. *Nдв. ,

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

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

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 Gуд. =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.