МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
«РАСЧЁТ БАРАБАННОЙ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ»
ВВЕДЕНИЕ
Барабанные сушильные установки непрерывного действия применяются для сушки кусковых, кристаллических и зерновых материалов сушильным агентом. Последним могут служить топочные газы, получаемые от сжигания твёрдого, жидкого и газообразного топлива в смеси с воздухом, или воздух, предварительно нагретый в калорифере.
Принципиальная схема противоточной барабанной сушильной установки представлена на рис.1.
Основным аппаратом является наклонно установленный вращающийся цилиндрический барабан БС, на корпус которого надеты два бандажа и зубчатый венец. Наклонное положение его – (0,5-6º к горизонту) – необходимо для облегчения перемещения материала по барабану. Бандажами барабан опирается на свободно вращающиеся ролики, установленные на рамках опорной и опорно-упорной станций. Два упорных ролика, установленные на раме опорно-упорной станции, ограничивают осевое смещение барабана.
Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 1-8 об/мин. Внутри корпуса в зависимости от свойств высушиваемого материала устанавливаются различные насадки, способствующие равномерному распределению материала по сечению барабана и интенсивному перемешиванию его в процессе сушки. Благодаря развитой поверхности соприкосновения сушильного агента с материалом, обеспечивается интенсивный тепло- и массообмен.
Влажный материал из бункера Б1 с помощью дозатора Д подаётся во вращающийся сушильный барабан БС. Противотоком материалу в сушилку подаётся сушильный агент – воздух, нагретый предварительно в паровом пластинчатом калорифере К. Со стороны выхода воздуха располагают циклон Ц для очистки воздуха от пыли и вентилятор В, с помощью которого осуществляется транспортировка сушильного агента через сушильную установку. Вытяжной вентилятор, обычно, устанавливают за циклоном, так как при этом его ротор защищается от износа частицами высушенного материала. После циклона производится дополнительное мокрое пылеулавливание в аппарате мокрой очистки МП. Водная суспензия из аппарата мокрой очистки поступает в отстойник О, где отстаивается. Осадок из отстойника направляется в сушильный барабан. Высушенный материал из барабана поступает в промежуточный бункер Б2, а из него на ленточный транспортёр ЛТ.
Целью расчёта сушильной установки является определение размеров сушильного барабана, расчёт и выбор вспомогательного оборудования, входящего в технологическую схему установки, расчёт материальных потоков, затрат тепла и энергии.
Рисунок 1 – Принципиальная схема
противоточной барабанной сушильной установки
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Рассчитать барабанную сушильную установку непрерывного действия с подъёмно-лопастными перевалочными устройствами для сушки сернокислого аммония воздухом, подогретым в калорифере, при следующих условиях:
1. Производительность установки по влажному материалу
G1 = 3000 кг/час;
2. Начальная влажность материала W1 = 4 %;
3. Конечная влажность материала W2 = 0,5 %;
4. Размер кусков материала d= 0–3 мм;
5. Температура воздуха на входе в сушилку t1 = 120C;
6. Температура воздуха на выходе из сушилки t2 = 60C;
7. Температура материала до сушки 1 = 18С;
8. Температура материала после сушки 2 = 60С;
9. Уд. потери тепла в окружающую среду qn = 22,6 кДж/кг;
10. Давление греющего пара, обогревающего калорифер
Рг. п. = 6 ат (изб.);
11. Место строительства – г. Одесса;
12. Сушилка противоточная;
13. Давление в сушилке атмосферное.
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СУШИЛКИ
Определяем количество влаги W, испаряемой в сушилке 1:
Производительность сушилки по высушенному материалу, G2, составляет:
Удельный расход тепла на нагревание высушенного материала, qм, равен:
где С2 – теплоёмкость высушенного материала, Дж/(кгК) (прил. 1); С2 = 1469 Дж/(кгК); 1 и 2 – начальная и конечная температура материала, С.
Удельную теплоёмкость химического соединения при отсутствии экспериментальных данных можно ориентировочно рассчитать по уравнению:
где М – молекулярная масса химического соединения; С – его массовая удельная теплоёмкость, Дж/(кгК); n1 , n2 , … – число атомов элементов, входящих в соединение;
С1, С2, … - атомные теплоёмкости, Дж/(кг-атомК), значения которых приведены в табл. 1.1 2.
Таблица 1.1. –
| Элемент | Атомная теплоёмкость элементов для химических соединений кДж/(кг–атомК) | |
| В твёрдом состоянии | В жидком состоянии | |
| С | 7,5 | 11,7 |
| H | 9,6 | 18,0 |
| B | 11,3 | 19,7 |
| Si | 15,9 | 24,3 |
| O | 16,8 | 25,1 |
| F | 20,95 | 29,3 |
| P | 22,6 | 31,0 |
| S | 22,6 | 31,0 |
| Остальные | 26,0 | 33,5 |
Определяем величину внутреннего баланса сушильной камеры, , учитывая, что в сушилке отсутствуют транспортные устройства и не производится дополнительный подвод тепла в сушилку:
где СВ – удельная теплоёмкость влаги, удаляемой из материала, Дж/(кгК) (т.е. это теплоемкость воды при температуре 1).
Дальнейший расчёт производится раздельно для летних и зимних условий.
1.5 Летние условия.
Средние параметры наружного воздуха для Одессы (в летнее время): температура t0 = 22,6C и относительная влажность 0 = 61% (прил. 2).
На I-x – диаграмме (рис. 2) находим точку А, характеризующую состояние наружного воздуха, и определяем его параметры – влагосодержание, xo, и энтальпию, Io:
xo = 0,0104 кг/кг сухого воздуха;
Io = 48482 Дж/кг сухого воздуха.
Проводим из точки А вертикаль xo = const до пересечения с изотермой t1 = 120C в точке В, определяющей состояние воздуха на входе в сушилку:
x1 = xo = 0,0104 кг/кг сухого воздуха;
I1 = 148,5103 Дж/кг сухого воздуха.
Из точки В проводим линию теоретического процесса сушки I1 = const. На этой линии берём произвольную точку е и проводим из неё горизонталь до пересечения в точке f c линией xo = x1 = const. Длина отрезка ef = 66 мм.
Определяем отношение масштабов I-x – диаграммы:
и находим длину отрезка еЕ:
Рисунок 2 – Изображение процесса сушки на I – x диаграмме
(летние условия).
Откладываем отрезок еЕ из точки е вниз (так как он отрицателен) и через точки В и Е проводим прямую до пересечения с изотермой t2 = 60C в точке D, характеризующей состояние воздуха на выходе из сушилки:
x2 = 0,0245 кг/кг сухого воздуха;
I2 = 127,4103 Дж/кг сухого воздуха.
Определяем удельный расход воздуха, l, по формуле:
(7)
Расход сухого воздуха на сушку, L, составляет:
(8)
Расход влажного воздуха, поступающего в калорифер, Lвл. о:
(9)
Расход влажного воздуха, выходящего из сушилки, Lвл. 2:
(10)
Находим объемный расход воздуха:
где вл. – плотность влажного воздуха определяем по формуле 1:
где Р – общее давление, Па; – относительная влажность; РН – давление насыщенного водяного пара при данной температуре, Па. Нужно учесть, что если температура влажного воздуха выше температуры насыщения водяного пара при общем давлении Р, то РН = Р; Т – температура воздуха, К.
Объёмный расход влажного наружного воздуха, поступающего в калорифер, Vвл. о:
(11)где вл. о – плотность влажного наружного воздуха, поступающего в калорифер, кг/м3,
вл. о определяем:
(12), где Р – общее давление, Па (Р = 745 мм рт. ст., переводим в Па); 0 – относительная влажность наружного воздуха; РН0 – давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха t0, Па. Значение РН0 можно найти в литературе 2; табл. LVI; РН0 = 0,0282 кгс/см2 = 2766 Па; Т0 – температура наружного воздуха, К.
Тогда
Объёмный расход влажного воздуха на выходе из калорифера Vвл.1, рассчитываем аналогично, принимая температуру воздуха равной t1, а относительную влажность 1 определяем по формуле:
(13)где Рmax – барометрические давление, равное 745 мм рт. ст., т.к.
t1 = 120 tнас. = 99,4С.
где вл. 1 – плотность воздуха на выходе из калорифера. Рассчитываем аналогично ρвл.о, но в этом случае, поскольку температура влажного воздуха выше температуры насыщения водяного пара при общем барометрическом давлении Р = 745 мм.рт.ст. (т.е. t1 = 120С > tнас = 99,4С), то давление насыщенного водяного пара при температуре 120С равно общему барометрическому давлению.
Тогда
Объёмный расход влажного воздуха на выходе из сушильного барабана, Vвл.2, рассчитываем при температуре воздуха t2 = 60C и относительной влажности 2 = 21%.
где вл. 2 = 1,037 кг/м3 при t2 = 60С, рассчитываем аналогично ρвл.о.
Удельный расход тепла на нагревание на нагревание воздуха в калорифере, q, равен:
(14)
Расход тепла на сушку, Q, составляет:
(15)
1.6 Зимние условия.
Находим параметры наружного воздуха для зимних условий (прил. 2): t0 = -3,1C, 0 = 88%. Влагосодержание и теплосодержание наружного воздуха в точке А лучше определить аналитически, так как при отрицательных температурах воздуха определение их по диаграмме затруднительно и ошибочно.
Влагосодержание наружного воздуха x0, определим по формуле:
(16)где РН0 – давление насыщенного водяного пара при температуре t0, Па; Р – общее давление, Па (Р = 745 мм рт. ст.)
Значения РН0 приведены в табл. 1.2 6
Таблица 1.2. –
| t, C | РН, мм рт. ст. | t, C | РН, мм рт. ст. | t, C | РН, мм рт. ст. |
| -1 | 4,216 | -8 | 2,321 | -15 | 1,238 |
| -2 | 3,879 | -9 | 2,125 | -16 | 1,128 |
| -3 | 3,566 | -10 | 1,946 | -17 | 1,027 |
| -4 | 3,276 | -11 | 1,78 | -18 | 0,935 |
| -5 | 3,008 | -12 | 1,627 | -19 | 0,85 |
| -6 | 2,761 | -13 | 1,486 | -20 | 0,772 |
| -7 | 2,532 | -14 | 1,357 | -30 | 0,284 |
При t’0 = -3,1C P’H0 = 3,537 мм рт. ст. = 471,48 Па
Энтальпию наружного воздуха, I’0, определяем по формуле 1:
(17)
Произведя аналогичное предыдущему построение процесса на I-x диаграмме, получим: x’1 = x’0 = 0,0026 кг/кг сухого воздуха.
I’1 = 130000 Дж/кг сухого воздуха,
x2 = 0,0175 кг/кг сухого воздуха,
I’2 = 108400 Дж/кг сухого воздуха.
Соответственно удельный и общий расходы сухого воздуха на сушку в зимних условиях составит:
l’ = 67,11 кг/кг L’ = 1,949 кг/кг
Расход влажного воздуха, поступающего в калорифер, L’вл.0 = = 1,951 кг/с.
Расход влажного воздуха, выходящего из сушилки, L’вл.2 =
= 1,983 кг/с.
Объёмные расходы влажного воздуха: V’вл.0 = 1,52 м3/с; V’вл.1 = = 2,217 м3/с; V’вл.2 = 1,909 м3/с.
Удельный и общий расходы тепла в этих условиях будут: q’ =
= 8498414 Дж/кг и Q’ = 246454 Вт.
Сопоставляя полученные значения для летних и зимних условий заметим, что в зимних условиях расход тепла больше, чем в летних, а расход воздуха несколько больше в летних условиях, чем в зимних.
1.7 Расчёт размеров барабана и мощности, необходимой на вращение барабанной сушилки.
Определяем объём барабана, Vб, по формуле:
(18)где А – напряжение барабана по влаге, кг/(м3ч) (прил. 1); W – количество влаги, испаряемой в сушилке, кг/ч.
Приняв А = 11кг/(м3ч), получаем:
Отношение длины барабана к его диаметру обычно принимается Lб:Dб = (5-7) [1,12].
Принимая отношение длины барабана к его диаметру Lб:Dб = 6, определяем диаметр барабана Dб:
(19)Откуда:
Принимаем диаметр барабана Dб = 1,6 м (прил. 7). Наружный диаметр барабана
(20)где б – толщина стенки барабана, м;б = 0,008 м (прил.7). Тогда
Уточняем объём барабана:
Площадь его сечения:
(21)
Длина барабана, Lб , составляет:
(22)
Принимаем Lб = 10 м (прил. 7).
Находим среднюю массу материала, проходящую через барабан, Gср:
(23)
Определяем время пребывания материала в барабане, :
(24)где н – насыпная масса материала, кг/м3 (прил. 1); н = 820 кг/м3; – степень заполнения барабана; = 0,10,25 [12].
Принимаем = 0,2, тогда:
Угол наклона барабана к горизонту, , не должен превышать 6 [12].
Принимаем угол наклона = 3 (tg 0,052) и определяем число оборотов барабана, n, по формуле:
(25)где а – коэффициент, зависящий от вида насадки и диаметра барабана (табл. 1.3 12).
Таблица 1.3. –
| Насадка | Значения а при диаметре барабана, мм | ||||
| 1200 | 1600 | 2000 | 2400 | 2800 | |
| Подъёмно-лопастная | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| Полочная | 0,6 | 0,5 | 0,43 | 0,375 | 0,336 |
| Секторная с 4 секторами | 0,741 | 0,737 | 0,739 | 0,739 | 0,715 |
| Секторная с 5 секторами | 0,95 | 0,937 | 0,935 | 0,936 | 0,911 |
| Ячейковая | 0,656 | 0,437 | 0,332 | 0,328 | 0,325 |
Таблица 1.4. –
| Насадка | Значения при степени заполнения барабана | |||
| 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,25 | |
| Подъёмно-лопастная | 0,038 | 0,053 | 0,063 | 0,071 |
| Полочная | 0,013 | 0,026 | 0,038 | 0,044 |
| Ячейковая | 0,006 | 0,008 | 0,01 | 0,011 |
Мощность, потребляемая на вращение барабана,N[12]:
(26)где n – число оборотов барабана, с;
- коэффициент, зависящий от вида насадки и степени заполнения барабана (табл. 1.4 12).
Принимаем = 0,063
1 2 3 4 5 6