Теплотехнічний розрахунок розпилювальної сушарки

CH ₄ ^вл

C ₂ H ₆ ^вл

C ₃ H ₈ ^вл

C ₄ H ₁₀ ^вл

C ₅ H ₁₂ ^вл

CO ₂ ^вл

N ₂ ^вл

H ₂ O ^вл

90,585

4

1,6

0,28

0,13

0,12

2,39

1,0

Прихід

Кг

%

витрата

Кг

%

Природний газ

Продукти горіння

64,949

4,033

208,129

12,91

5,424

0,336

Невязка балансу складає:

Тоді

Визначаємо дійсну температуру горіння при коефіцієнті η _п = 0,82

Розрахункове тепломісткість складе:

Визначаємо коефіцієнт надлишку повітря з рівняння теплового балансу процесу горіння газу

,

Звідки

2.4 Розрахунок конструктивних розмірів сушарки та режиму сушіння

Тиск розпилення шлікера розраховується за емпіричною формулою:

Де μ - коефіцієнт розпилення форсунки; d _с - діаметр сопла форсунки, мм; d - середній розмір часток порошку, мм; W _ш - відносна вологість шлікера.

Беручи для діаметра сопла d _з = 3,7 коефіцієнт розпилення μ = 0,7 знаходимо:

Для розпилення шлікера використовуємо механічні відцентрові форсунки, розроблені в НДІ Будкераміка.

Продуктивність однієї форсунки

Загальна кількість форсунок в сушарці

Приймаються N = 6.

Отримане число форсунок задовольняє рекомендаціями / 14 /, відповідно до якого загальна кількість форсунок не повинно бути більше 12 шт., Що забезпечує їх раціональне розміщення усередині сушарки і простоту обслуговування.

Висота факела форсунки, вище якої піднімається не більше 1% часток (крапель) шлікера,

Радіус кола розпилення, всередині якого випадає 99% всіх часток (крапель) шлікера,

Діаметр циліндричної частини сушильної камери

де l - відстань по колу між сусідніми форсунками.

Приймаються l = 0,15   м, отримуємо:

Тоді

Форсунки розташовуються по колу навколо вертикальної осі сушильної камери. Діаметр даної окружності

Висота сушильної камери Δ h _к, що дорівнює відстані від рівня установки форсунок до стелі сушарки, приймається на 0,5 м більше висоти факела:

Відповідно до рекомендацій / 14 / приймаємо відстань від рівня відбору відпрацьованого теплоносія до вигрузочного отвори Δ h _відб = 1,7 м.

Відстань від рівня установки форсунок до рівня установки пальників складе (0,5-0,8) H _99.

Визначивши основні габаритні розміри сушильної камери, розраховуємо початкові параметри процесу сушіння.

Вища теплота згоряння палива

тут g _п.в.г. - кількість які виникають при горінні палива парів води, кг / м ^3.

Величину g _п.в.г. знаходимо, використовуючи дані статті «витрата продуктів горіння»

g _п.в.г = .

Знаходимо

Максимальне тепломісткість продуктів горіння

,

де η _т - к.к.д. топки; g _возд - теоретичний витрата повітря на горіння, кг / м ^3; g _с.п.г. - теоретичне кількість сухих продуктів горіння, кг / м ^3.

У розпилювальної сушарці застосовуються вбудовані газові пальники. При такому розташуванні газових пальників η _т = 1.

Знаходимо величину g _возд:

Величину g _с.п.г. знаходимо використовуючи дані статті «витрата продуктів горіння»:

Отримуємо

Максимальна початкова вологовміст продуктів горіння

Тепломісткість зовнішнього повітря

Початкове тепломісткість теплоносія

де х - співвідношення між кількістю надлишкового повітря продуктів горіння і теоретичним кількістю сухих продуктів горіння, х = 0,3 - 6.

Для розпилювальних сушарок з вбудованими пальниками х рекомендується приймати ближче до значення 0,3.

Приймаються х = 0,35. Знаходимо

Початкове вологовміст теплоносія

За точці перетину I ₁ = 2188 кДж / кг = const і d ₁ = 118,704 р. / кг = const на I - d діаграмі знаходимо початкову температуру t _н рівну 1430 ^о С

Визначаємо кінцеві параметри процесу сушіння. Приймаються температуру порошку на виході з сушарки θ _до по точці перетину лінії теоретичного процесу сушіння I ₁ = const (лінія ВС) з лінією φ = 10 0% за I - d діаграмі. Звідки θ _до = 80 ^о С.

Рис. I - d діаграма

Величина питомих тепловтрат складе:

Δ = * [G _А.с. ^заг. * _C c * (θ _н - θ _к) + 4,19 * G _{вл. ш.} * θ _н - 4,19 * G _зуп. * θ _к] - q ^вл. _окр,

Де q ^вл _окр - відносна величина тепловтрат у навколишнє середовище.

Втрати тепла в навколишнє середовище приймають рівними 210 -250 кДж / кг испаренной вологи / 15 /.

Приймаються q ^вл. _Окр = 236 кДж / кг испаренной вологи. Знаходимо:

Δ = 1 / 5371 * [6250 * 0,921 * (37-80) + 4,19 * 5770 * 37 - 4,19 * 399 * 80] - 236 =

= - 140 кДж / кг.

Будуємо лінію дійсного процесу сушіння на I - d діаграмі.

У дійсному процесі сушіння мають місце теплові втрати. Отже, при дійсному процесі сушіння тепломісткість в точці С знизиться на величину тепловтрат Δ = 140 кДж / кг сухого газу. Лінія ВD показує напрям лінії дійсного процесу сушіння з урахуванням теплових втрат. Задаємося значенням температури газів, що відходять t _к = 150 ⁰ С. Точка Е знаходиться перетинанням лінії ВD з ізотермою t _к = const. Точка Е є кінцевою точкою дійсного процесу. Дійсний процес сушіння зображується лінією ВЕ.

За точці перетину лінії t _к = const з лінією дійсного процесу знаходимо значення d _к = 685 р. / кг сух. повітря.

Початкова кількість теплоносія

Початкова розрахункова температура теплоносія

Середня різниця температур

Знаходимо відстань Δ h від рівня установки форсунок до рівня відбору відпрацьованого теплоносія при подачі шлікера знизу вгору з формули

Тут r - теплота випаровування,

,

де r _o = 2493 кДж / кг - прихована теплота пароутворення водяної пари при 0 ^о С; з _п = 1,97 кДж / (кг * К) - питома теплоємність водяної пари; с _в = 4,19 кДж / (кг * К ) - питома теплоємність води.

Отримуємо

Звідки Δ h = 1,707 м.

Знайдене значення Δ h задовольняє вимогам [3], відповідно до яких величина Δ h повинна знаходитися в межах від 0,155 до 5,5 м.

Загальна висота сушильної камери

Відношення висоти циліндричної частини сушильної камери до її загальної висоті складає:

Приймаючи i _к = 0,62, знаходимо висоту циліндричної частини сушильної камери

Висота конусної частини сушильної камери

Сушильна камера зазвичай виготовляється з листової нержавіючої сталі типу Х13 або Х25Т товщиною 4-5 мм.

Зовні камера покривається теплоізоляцією, виконаної з мінераловатних плит, і обшивається дюралюмінієвими листами товщиною 1 мм.

Основні конструктивні розміри розпилювальної сушарки, отримані в результаті розрахунків, показані на рис. 2.

Рис. 2. Основні розміри розпилювальної сушарки

2.5 Визначення витрат тепла на процес сушіння

У реальному процесі сушіння матеріалу в розпилювальної сушарці мають місце втрати теплосодержания теплоносія. Для розрахунку дійсного процесу сушіння визначаємо витрату тепла в навколишнє середовище.

Витрата тепла на нагрів сухої маси матеріалу:

Витрата тепла на нагрів залишкової вологи в матеріалі:

Витрата тепла на нагрів готового порошку:

Витрата тепла на нагрів і випар вологи з матеріалу:

Тепло, яка йде з відпрацьованим теплоносієм:

Витрата тепла на сушку:

Питома витрата тепла на сушку, віднесений до 1 кг испаренной вологи:

Питома витрата тепла на сушку шлікера в розпилювальної сушарці знаходиться в межах 2900 - 4000 кДж / кг вл / 6 /. Знайдене значення питомої витрати тепла перебуває в зазначеному діапазоні.

Питома витрата повітря на сушіння дорівнює:

Потім визначаємо втрати тепла в навколишнє середовище через огороджувальні конструкції - стеля, циліндричну і конічну частини сушарки.

Тепловий потік через стелю. Приймаємо, що стеля сушарки виконаний з листової сталі товщиною δ ₁ = 5 мм. з теплоізоляційним шаром мінеральної вати товщиною δ ₂ = 120 мм і зовнішнім огорожею з дюралюмінієвих листів товщиною δ ₃ = 1 мм.

Приймаються температуру для внутрішньої поверхні стелі t _п = 400 ^о С. / 6 /

Площа стелі становить:

Коефіцієнт теплопередачі:

де α ₁ - коефіцієнт тепловіддачі від внутрішнього середовища до внутрішньої поверхні стелі, α ₁ = 23,2 Вт / (м ² * К); α ₂ - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стелі в навколишнє середовище, α ₂ = 17,4 Вт / (м ² * К); λ _1, λ _2, λ ₃ - коефіцієнти теплопровідності сталі, мінеральної вати і дюралюмінію відповідно, λ ₁ = 58 Вт / (м * К), λ ₂ = 0,08 Вт / (м * К ), λ ₃ = 200 Вт / (м * К).

Отримуємо

Тепловий потік через стелю:

Тепловий потік через циліндричну частину сушарки.

Приймаємо, що циліндрична частина сушарки виконана з листової сталі товщиною δ ₁ = 5 мм з теплоізоляційним шаром мінеральної вати товщиною δ ₂ = 120 мм і зовнішнім огорожею з дюралюмінієвих листів товщиною δ ₃ = 1 мм.

Приймаються температуру для внутрішньої поверхні циліндричної частини сушарки t _ц.ч. = 300 ^о С. / 6 /

Площа циліндричної частини сушарки становить:

Коефіцієнт теплопередачі:

де α ₁ - коефіцієнт тепловіддачі від внутрішнього середовища до внутрішньої поверхні стінки, α ₁ = 25,5 Вт / (м ² * К); α ₂ - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стелі в навколишнє середовище, α ₂ = 15,7 Вт / (м ² * К);.

Одержуємо:

Тепловий потік через циліндричну частину сушарки:

Тепловий потік через конічну частину сушарки.

Приймаємо, що циліндрична частина сушарки виконана з листової сталі товщиною δ ₁ = 5 мм з теплоізоляційним шаром мінеральної вати товщиною δ ₂ = 60 мм і зовнішнім огорожею з дюралюмінієвих листів товщиною δ ₃ = 1 мм.

Приймаються температуру для внутрішньої поверхні циліндричної частини сушарки t _к.ч. = 200 ^о С. / 6 /

Площа циліндричної частини сушарки становить:

Коефіцієнт теплопередачі:

де α ₁ - коефіцієнт тепловіддачі від внутрішнього середовища до внутрішньої поверхні стінки, α ₁ = 23,2 Вт / (м ² * К); α ₂ - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стелі в навколишнє середовище, α ₂ = 15,7 Вт / (м ² * К);.

Одержуємо:

Тепловий потік через конічну частину сушарки:

Сумарний тепловий потік в навколишнє середовище:

Q ^* = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ = 3819 +17910 +6781 = 28510 Вт

або

^*

Втрати тепла в навколишнє середовище, віднесені до 1 кг испаренной вологи,

Уточнюємо питома витрата тепла.

Витрата природного газу:

Розраховуємо ККД розпилового сушила:

За літературними даними ККД розпилювальних сушарок становить: 78%

2.6 Тепловий баланс

На підставі виконаних розрахунків складаємо тепловий баланс сушарки, який зведено у табл. 2.5

Таблиця 2.5. Тепловий баланс розпилювальної сушарки

3. Допоміжне обладнання до розпилювальної сушарці

3.1 Пальникові пристрої

З точки зору забезпечення симетричного обігріву встановлюють парне число пальників. Часовий витрата газоподібного палива перебуває з 15-20%-м запасом.

Тоді У _н.ч. = 1,2 В = 1,2 * 409,001 = 490,801 м ³ / ч.

Приймаються до установки пальники типу ГНП - 6 [3] продуктивністю Q _р = 55 м ³ / ч. Кількість пальників складе:

Кількість пальників складе:

Приймаються 10 пальників.

3.1 Вентилятор для відбору відпрацьованих газів

Кількість відпрацьованих газів V _ух складається їх обсягу пара, що вийшло в результаті сушіння суспензії, обсягу продуктів згоряння палива з урахуванням надлишкового повітря та обсягу пари, що міститься у вихідному повітрі.

Дійсний обсяг вологих газів, що йдуть з розпилювальної сушарки при температурі 125 ^о С,

Для відсмоктування димових газів з розпилювальної сушарки використовується відцентровий вентилятор.

Підбираємо вентилятор для подачі теплоносія в кількості V _газ = 17540 м ³ / год і створюваним повним тиском h ₂₀ = 900 н / м ^2.

Враховуємо, що при подачі гарячого повітря з іншою густиною тиск його змінюється пропорційно його щільності

де h _p - розрахунковий тиск при даній щільності повітря; h ₂₀ - тиск, що створюється вентилятором при щільності повітря ρ _пов = 1,2 кг / м ^3; ρ _t - щільність гарячого повітря, кг / м ^3.

Щільність нагрітого повітря:

Розрахунковий тиск з урахуванням дійсної температури газу складе:

Вибираємо вентилятор середнього тиску серії ВРС № 8, для якого перетин лінії тиску 1400 Н / м ² у верхній частині номограми з вертикаллю 14319 м ³ / год дає ККД η = 0,56 і число обертів за хв n = 750, швидкість у вихідному отворі 23,5 м / с (υ _вих).

Потужність на валу електродвигуна розраховується за наступною формулою:

де η _п - ККД передачі, який в залежності від виду передачі має такі значення:

η _п = 0,98 - ККД передачі за допомогою еластичної муфти;

η _п = 0,95 - ККД клиноремінною передачі:

η _п = 0,90 - ККД плоскопасової передачі.

Приймаються з'єднання вентилятора з двигуном за допомогою еластичної муфти. Тоді

Настановна потужність вентилятора при значенні коефіцієнта запасу потужності κ = 1,15 дорівнює:

За значеннями N _вуст і n вибираємо електродвигун А71-6 / 9 /.

3.3 Циклон

Циклон для очищення запиленого газу після розпилювальної сушарки вибирається по дійсному обсягу газів, що відходять, рівному V _газ = 17540 м ³ / ч.

Для продуктивності одного циклону G _ц = 14319 м ² / год діаметр циклону ЦН-2 4, γ = 24 ^про складе 600 мм. вибираємо групу з чотирьох циклонів з висновком газу через равлика / 9 /.

Висновок

У теплотехнічному розрахунку розпилювальної сушарки визначили теплоту згоряння палива Q ^р _н = кДж / м ^3, тепломісткість продуктів горіння i _заг. кДж / м ^3, коефіцієнт надлишку повітря α = 1,5. Також розрахували тиск розпилення шлікера р = 1,88 МПа і кількість форсунок в сушарці: N = 6. Розрахували конструктивні розміри сушарки, на I - d - діаграмі побудували лінії теоретичного і дійсного процесів сушіння. Визначили витрата тепла на нагрів готового порошку q _г.п. = 319400 кДж / год і сумарний тепловий потік в навколишнє середовище q ^р _окр. = 102636 кДж / год Розрахували кількість пальників типу ГНП - 6 [3]: N _р = 10. Розрахували електродвигун А71-6 / 9 /, а також групу з чотирьох циклонів типу ЦН - 24 діаметром 600 мм.

Список використовуваних джерел науково-технічної літератури

1. Левченко, П.В. Розрахунок печей і сушив силікатної промисловості. - М.: Вищ. Шк., 1968. - 366 с.

2. Довідник хіміка. Том V. - М.: Хімія, 1968 - 972 с.

3. Нова технологія керамічних плиток / Под ред. В.І. Добужинського. - М.: Стройиздат, 1977. - 228 с.

4. Білопільський, М.С. Сушіння керамічних суспензій в розпилювальних сушарках. - М.: Изд-во літ. По стор-ву, 1972. - 128 с.

5. Комлєва Г.П., Комлєв В.Г., Основи проектування заводів з виробництва тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів: Учеб посібник / Іван. держ. хім. - Технолог. ун-т. Іваново, 2004. - 112 с.

6. Овчинников, Л.М., Овчинников Н.Л., Сушіння в силікатній промисловості: Учеб. Посібник / Іван. держ. хім.-технол. ун-т. Іваново, 2004. - 104 с.

7. Теплотехнічний розрахунок розпилювальної сушарки: Метод. вказівки / Укл.: С.В. Натареев, Н.Л. Овчинніков; Іван. держ. хім.-технол. ун-т. Іваново, 2004. - 104 с.

8. Кузнєцов, Ю.М. Розрахунок розпилювальної сушарки типу РФ (Матеріальний баланс сушарки. Розрахунок і вибір оптимальних розмірів сушильної камери): Метод. вказівки / Іван. хім.-технол. інститут. Іваново, 1983. - 28 с.

9. Рисін, С.А., Вентиляційні установки машинобудівних заводів: Довідник. - М.: Видавництво «Машинобудування», 1964. - 704 с.