Проект сушильной установки для сушки хлорида калия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Химическая промышленность - отрасль тяжелой промышленности, которая включает в себя производство продукции из различных видов сырья путем ее химической переработки. Химическая промышленность России одна из важнейших отраслей экономики, по количеству основных фондов химпром РФ уступает лишь топливно-энергетическому комплексу, машиностроению и металлургии. Химическая промышленность России 2015 считается одним из прогрессивных направлений производства государства. Ей отводится специальное место среди всех сегментов индустрии. [1]

Химическая промышленность России одна из базовых отраслей экономики страны. Предприятиями химпрома РФ выпускается более 70 тыс. наименований различной продукции. Основные потребители этих товаров - сельское хозяйство, металлургия, машиностроение, легкая промышленность. Химический комплекс страны сам потребляет более 25% производимой им продукции.[1]

Химическая промышленность имеет очень сложную структуру. На сегодняшний день не существует четкого разделения химических предприятий по отраслям, так как продукция из одной отрасли химической промышленности служит сырьем для других предприятий химпрома. Поэтому предприятия разделяют по виду производимой продукции. Основные виды продукции химической промышленности:

· Основные продукты органического синтеза (продукты для получения пластмасс, синтетических смол, волокон и каучуков, растворители, сырье для производства бытовой химии);

· Основные продукты неорганического синтеза (кислоты, щелочи и соли повсеместно используемые в промышленности);

· Агрохимия (производство удобрений и пестицидов);

· Производство пластмасс, синтетических каучуков и волокон;

· Производство полимеров и эластомеров (полиэтилен, полиэстер, резина, полиуретаны);

· Производство резино-технических изделий;

· Производство строительных смесей (цемент, шпаклевки и.т.д.)

· Фармацевтическое производство;

· Производство бытовой химии;

· Производство лако-красочной продукции.

Химическая индустрия РФ к концу 2015г включала 2 десятка подотраслей, производя при этом примерно 16 тыс. видов продукции. В общей сложности на территории государства на данный момент насчитывается около 7,6 тыс. предприятий тяжелой промышленности химического производства.

Стратегия развития химической промышленности в период до 2020 года подразумевает решение следующих задач:

- техническое перевооружение и модернизацию действующих и создание новых экономически эффективных и экологически безопасных производств;

- развитие экспортного потенциала и внутреннего рынка химической продукции;

- организационно-структурное развитие химического комплекса в направлении увеличения выпуска высокотехнологичной продукции;

Развитие ресурсно-сырьевого и топливно-энергетического обеспечения химического комплекса;

- совершенствование структуры отрасли, за счет стимулирования государством.[2]

Целью данной курсовой работы является спроектировать сушильную установку для сушки хлорида калия влажностью 4%, которая будет отвечает всем необходимым требованиям:

- конструкция барабанной сушилки не должна требовать значительных затрат металла, благодаря чему она будет, является экономичной;

- не требовать применения ручного труда, следовательно, являться удобной и безопасной в эксплуатации;

-на всех стадиях высушивания хлорида калия, минимизировать потери;

-разработать сушильную установку, которая будет, является ресурсосберегающей и экологически безопасной.

химический сушка влага барабанный

1. Технологическая часть

1.1 Сущность и назначение процесса

Сушка - удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей, напр. летучих орг. растворителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью т. наз. сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар). Сушке подвергают влажные тела: твердые-коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые и др.; пастообразные; жидкие-суспензии, эмульсии, растворы.[4]

Цель сушки, широко применяемой в производствах химико-лесного комплекса, сельском хозяйстве, пищевой, строительных материалов, кожевенной, легкой и других отраслях народного хозяйства, - улучшение качества веществ и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию и хранению. Данный процесс часто является последней технологической операцией, предшествующей выпуску готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно-тепловыми.[4]

Естественную сушку на открытом воздухе из-за значительной продолжительности используют крайне редко и главным образом в районах с теплым климатом. В химических производствах применяют, как правило, искусственную сушку, проводимую в специальных сушильных установках, в состав которых входят: сушильный аппарат, или сушилка, где непосредственно протекает процесс; вспомогательное оборудование - теплообменные аппараты (калориферы), тягодутьевое устройство (вентилятор, воздуходувка) и система пылеочистки соответственно для нагревания сушильного агента, пропускания его через сушилку и отделения от высушенного продукта. Механизм и скорость сушки в значительной степени зависят от формы связи с материалом: чем эта связь прочнее, тем труднее протекает процесс.[4]

Различают следующие формы связи влаги с материалом:

1. Химически связанная влага (гидратная или кристаллизационная влага). Соединена с материалом наиболее прочно и при сушке обычно удаляется частично или вообще не удаляется

2. Физико-химическая (адсорбционная и осмотическая влага). Адсорбционная влага прочно удерживается силами межмолекулярного взаимодействия на поверхности пор материала в виде моно слоя или несколько слоев. Осмотическая влага находится внутри и между клеток материала и менее прочно удерживается осмотическими силами. Влага этих видов связи с трудом удаляется при сушке.

3. Механическая (влага смачивания). Заполняет макропоры, наименее прочносвязана с материалом и может быть удалена не только при сушке, но и механически

Под интенсивностью сушки понимают ее скорость, которая по мере приближения к состоянию равновесия уменьшается. Скорость процесса является функцией ряда факторов, и в первую очередь внутренней структуры материала и его теплофизических свойств, размеров, формы и состояния внешней поверхности.

Существуют следующие виды сушки:

· конвективную сушку, проводимую путем непосредственного контакта материала и сушильного агента. Подвод теплоты осуществляется газовой фазой (воздух или смесь воздуха с продуктами сгорания топлива), которая в процессе сушки охлаждается с увеличением своего влагосодержания;

· контактную сушку, которая реализуется путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

· радиационную сушку - путем передачи теплоты инфракрасным излучением;

· сублимационную сушку, при которой влага удаляется из материала в замороженном состоянии (обычно в вакууме);

· диэлектрическую сушку, при которой материал высушивается в поле токов высокой частоты.[4]

При контакте материала с влажным воздухом возможны два процесса:

а) если парциальное давление пара над поверхностью материала Р_М, превышает его парциальное давление в воздухе или газе Р_П, т.е. Р_М>Р_П, то происходит высушивание влажного материала;

б) если Р_М<Р_П, то происходит адсорбция влаги из сушильного агента и увлажнение твёрдого материала. В процессе сушки величина Р_М уменьшается и приближается к пределу Р_М=Р_П. При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной. Равновесная влажность зависит от парциального давления водяного пара над материалом Р_М или пропорциональной ему величины относительной влажности воздуха ?, и определяется опытным путем. Поэтому с помощью такого сушильного агента, как воздух (с определенной относительной влажностью), из материала невозможно удалить всю влагу.[5]

Различают свободную и связанную влагу в материале. Под свободной понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности (Р_М=Р_Н), где Р_Н - давление насыщенного водяного пара. Скорость испарения связанной влаги из материала всегда меньше скорости испарения воды со свободной поверхности. При этом Р_М<Р_Н.[5]

Для характеристики содержания влаги в материале используются понятия: w - влажность материала, как содержание влаги выраженное в процентах от массы влажного материала:

 (1)

где m_вл - масса воды, кг;

m - общая масса материала, кг.

При конвективной сушке влажных материалов влага перемещается в материале по направлению от центра кусков материала к периферии, где материал омывается сушильным агентом. Это в основном диффузионный процесс, движущей силой которого является разность между концентрациями влаги в различных точках материала. Однако он усложняется тепловым воздействием на материал.[5]

Количество влаги m_W, прошедшей через поверхность F за время ф при

градиенте концентрации dc/dx:

m_WK_W (2)

где K_W - коэффициент, зависящий от характера связи влаги с материалом и от его характеристик.

В материале влага может перемещаться в виде жидкости и в виде пара.

При большой влажности материала преобладает миграция влаги в виде жидкости.

Перемещение влаги внутри продукта происходит также под действием температурного градиента и имеет направление теплового потока, при этом проявляется действие термовлагопроводности. Например, если нагрев продукта осуществляется с его поверхности, то влага под действием температурного градиента перемещается от периферии к центру.

Количество влаги, которое перемещается под действием температурного градиента dt/dx:

 (3)

где K_t - коэффициент, аналогичный K_W.

Таким образом, суммарное количество перемещаемой влаги при наличии разности её концентраций и температурного градиента будет равно:

(4)

где m - общее количество диффундируемой влаги, кг.

Для того чтобы уменьшить эффект термовлагопроводности, продукт при сушке необходимо по возможности измельчать. Сушка материала состоит из трех этапов:

1. перемещения влаги внутри высушиваемого материала по направлению к его поверхности;

2. парообразования;

3. перемещения пара от поверхности материала в окружающий воздух.[5]

Движущей силой диффузии влаги из поверхностной пленки в окружающую среду является разность парциальных давлений водяного пара:

(5)

где P_Н - парциальное давление насыщенного пара в пограничном паровом слое;

P_В - парциальное давление водяного пара в окружающей среде.

Количество продиффундировавшего пара:

 (6)

где В - коэффициент испарения;

F - площадь поверхности испарения.

Количество влаги, прошедшее через пограничный слой в окружающую среду, должно быть равно количеству влаги, подведённой к нему из материала.

Скорость сушки может лимитироваться этими обоими процессами и зависит от свойств материала и режима сушки. Наблюдая за изменением массы материала в процессе сушки, строят кривую сушки (рис.1) в координатах: влажность материала в массовых процентах (w) - время в минутах или часах (ф). В начале сушки в течение небольшого промежутка времени линия сушки имеет вид кривой прогрева материала (отрезок АВ). Затем начинается первый период постоянной скорости сушки. В этот период линия сушки имеет вид прямой. Температура материала в этот период принимает значение, равное температуре мокрого термометра t_м (отрезок ВС). В первый период сушки происходит удаление свободной влаги. Когда свободная влага полностью удалена, наступает второй период - период удаления связанной влаги.

В точке С, соответствующей определенной влажности материала, характер линии сушки изменяется. Она становится кривой, асимптотически приближающейся к значению Wр - равновесной влажности при заданных условиях сушки. Во втором периоде скорость сушки непрерывно уменьшается. Форма линии сушки зависит от вида связи влаги с материалом и его структуры, т. е. от условий перемещения влаги внутри продукта. При достижении равновесной влажности прекращается удаление влаги из материала. Температура материала равна температуре окружающего его теплоносителя (точка Е). Однако для достижения равновесной влажности требуется значительное время.[5]



Рис. 1. Кривая сушки

В первый период сушки удаляется свободная влага, испарение которой можно рассматривать как испарение воды со свободной поверхности. При уменьшении влажности материала вплоть до первой критической точки парциальное давление пара в поверхностной пленке не изменяется. Поэтому движущей силой процесса в первый период сушки будет разность парциальных давлений насыщенного пара в пограничном паровом слое P_Н и окружающей среде P_В, т.е. (Р_Н-Р_В) тогда скорость сушки выражается уравнением:

(7)

Таким образом, в первый период скорость сушки, отнесенная к единице поверхности, зависит от (Р_Н-Р_В), плотности сушильного агента с и его скорости Vв. Следовательно, в первый период определяющими факторами являются параметры сушильного агента. Скорость диффузии влаги внутри материала не определяет интенсивности испарения.

Во втором периоде сушки кинетические закономерности более сложные, что видно из кривых скорости сушки. В этом периоде начинает удаляться связанная вода. При этом парциальное давление водяных паров на поверхности материала становится меньше давления паров чистой воды при той же температуре. В этот период давление водяного пара является функцией температуры материала и его влажности на поверхности. Последняя же зависит от скорости перемещения влаги в материале. Значит, скорость сушки в этот период зависит не только от диффузии влаги в окружающий воздух, но также от влагопроводности материала. Таким образом, во втором периоде скорость сушки определяется явлениями, связанными с перемещением влаги внутри материала. Допустим, что во втором периоде сушки движущей силой является разность между влажностью материала w и равновесной влажностью w_P. Тогда скорость сушки во втором периоде выразится следующим образом:

(8)

где К -- коэффициент сушки, характеризующий интенсивность влагообмена.

(9)

где R - определяющий геометрический размер высушиваемого тела; для пластины R равен Ѕ ее толщины;

в - коэффициент внешнего влагообмена, м/ч;

а_m - коэффициент потенциалопроводности массопереноса, м²/ч.

Коэффициент а_m аналогичен коэффициенту температуропроводности, зависит в основном от формы связи влаги с материалом, его температуры и определяет внутренний перенос влаги.[5]

1.2 Краткая характеристика существующих аппаратов

Аппараты, предназначенные для проведения процессов сушки, называют обычно сушилками. По способу сообщения тепла различают сушилки конвективные, контактные, терморадиационные, сублимационные и высокочастотные. Для сушки минеральных материалов в основном используют конвективные сушилки, в которых тепло для испарения влаги передается материалу от газообразного сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов или их смесью с воздухом) при непосредственном его соприкосновении с поверхностью материала. В простейшем виде сушильный процесс осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до температуры, предельно допускаемой высушиваемым материалом, однократно используется в сушильном аппарате. В процессе сушки тепло расходуется не только на испарение влаги, но и на нагревание высушенного материала, транспортных устройств, потери в окружающую среду и потери тепла с отработанным сушильным агентом (воздухом или дымовыми газами).

Конвективные сушилки широко применяются в промышленности и осуществляются в следующих наиболее типичных конструкциях: барабанные, распылительные, пневматические и ленточные сушилки.

Распылительные сушилки. К достоинствам этих сушилок следует отнести высокое качество конечного продукта - высушеный материал получается в виде мелкогранулированного сыпучего порошка, который легко транспортируется, затаривается и имеет привлекательный товарный вид. Эти сушилки в основном используют для получения товарной продукции - керамических порошков, минеральных добавок в сухие строительные смеси и др. Недостаток - большие габариты всей установки и газоочистного оборудования, входящего в ее состав. В этих сушилках достигается высокая интенсивность испарения влаги за счет тонкого распыления высушиваемого материала в сушильной камере, через которую движется сушильный агент (нагретый воздух или топочные газы). При сушке в распыленном состоянии удельная поверхность испарения становится столь большой, что процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро (примерно за 15--30 сек). В условиях почти мгновенной сушки температура поверхности частиц материала, несмотря на высокую температуру сушильного агента, лишь немного превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. Таким образом, достигается быстрая сушка в мягких температурных условиях, позволяющая получить качественный порошкообразный продукт, не требующий дальнейшего измельчения. Возможна сушка и холодным теплоносителем, когда распыливаемый материал предварительно нагрет. Распыление осуществляется механическими и пневматическими форсунками, а также с помощью центробежных дисков, скорость вращения которых составляет 4000--20 000 оборотов в мин.

В распылительной сушилке (рис. 2) материал подается в камеру 1 через форсунку 2. Сушильный агент движется параллельным током с материалом. Мелкие твердые частицы высушенного материала осаждаются на дно камеры и отводятся шнеком 3. Средний размер частиц может регулироваться качеством распыла и скоростью газов в сушильной камере и составляет от нескольких милиметров до нескольких микрон. Отработанный сушильный агент после очистки от пыли в циклоне 4 и рукавном фильтре 5 выбрасывается в атмосферу.

Pис. 2. Распылительная сушилка

Распыление центробежными дисками (без давления) пригодно для диспергирования суспензий и вязких жидкостей, но требует значительно большего расхода энергии, чем механическое распыливание. Распыливание механическими форсунками, в которые жидкость подается насосом под давлением 30--200 aт, более экономично, но применяется только для жидкостей, не содержащих твердых взвесей, вследствие чувствительности этих форсунок к засорению. Распыление пневматическими форсунками, работающими с помощью сжатого воздуха под давлением около 6 aт, хотя и пригодно для загрязненных жидкостей, но наиболее дорого из-за большого расхода энергии; кроме того, его недостатком является неоднородность распыления. Распылительные сушилки работают по принципу противотока или смешанного тока. Однако прямоток особенно предпочтителен, так как позволяет производить сушку при высоких температурах без перегрева материала, причем скорость осаждения частиц складывается в этом случае из скорости их витания и скорости сушильного агента.

При противотоке скорость осаждения меньше и соответственно больше время пребывания частиц в камере. Это позволяет получать высушенный материал с большей плотностью. Для осаждения мелких частиц (средний размер капель обычно составляет 20--60 мкм) и уменьшения уноса скорость газов в камере, считая на ее полное сечение, обычно не превышает 0,3--0,5 м/сек. Но даже при таких скоростях унос значителен и требуется хорошее обеспыливание отработанных газов. Для более равномерного распределения сушильного агента по сечению камеры и хорошего смешивания с каплями высушиваемой жидкости используют ввод газа через штуцер, расположенный касательно к корпусу камеры, или через ряд щелей, по ее окружности. Производительность таких сушилок по испаренной влаге невелика и составляет примерно 10 -14 кг/(м3·час).

Вследствие относительно низкого напряжения камеры по влаге распылительные сушилки представляют собой довольно громоздкие аппараты. Кроме того, оборудование сушилок (распыливающие и пылеулавливающие устройства) является довольно сложным и дорогим в эксплуатации.

Пневматические сушилки. Сушилки этой конструкции используются в основном для удаления поверхностной влаги из сыпучих материалов, таких как песок, дробленые минералы, порошки. Сушка осуществляется в вертикальной трубе длиной до 20 м. Частицы материала движутся в потоке нагретого воздуха (или топочных газов), скорость которого превышает скорость витания частиц, и составляет 10--30 м/сек. В подобных трубах-сушилках процесс сушки длится секунды и за такое короткое время из материала удается испарить только часть свободной влаги. В пневматической сушилке (рис. 3) материал из бункера 1 подается питателем 2 в трубу 3 и увлекается потоком воздуха, который нагнетается вентилятором 4 и нагревается в калорифере 5. Воздух выносит высохший материал в сборник-амортизатор 6 и затем в циклон 7, где отделяется от частиц материала. Высушенный материал удаляется с помощью разгрузочного устройства 8. Отработанный воздух для окончательной очистки от пыли проходит через фильтр 9, после чего удаляется в атмосферу.

Pис. 3. Пневматическая сушилка

Расход энергии в пневматических сушилках значителен, причем он снижается с уменьшением размера частиц материала, который не должен превышать 8--10 мм. Для сушки материалов с крупными частицами, а также для удаления из материала связанной влаги пневматические сушилки комбинируют с сушилками других типов. Таким образом, несмотря на компактность и простоту устройства, область применения пневматических сушилок ограничена условиями, указанными выше. Тем не менее, пневматические трубы-сушилки используются часто из-за простоты конструкции, к тому же в них сушку продукта можно совмещать с пневмотранспортом. Используются также многотрубные сушилки, трубы-классификаторы для сушки и одновременного разделения материала на две фракции.

Ленточные сушилки. В этих сушилках сушка материалов производится непрерывно при атмосферном давлении. В камере 1 сушилки (рис. 3) слой высушиваемого материала движется на бесконечной ленте 2, натянутой между ведущим 3 и ведомым 4 барабанами. Влажный материал подается на один конец ленты, а подсушенный удаляется с другого конца. Сушка осуществляется горячим воздухом или топочными газами, которые движутся противотоком или перекрестным током к направлению движения материала. В одноленточных сушилках со сплошной лентой обычно наблюдается неравномерное высушивание материала: во внутренней части слоя, обращенной к ленте, конечная влажность выше, чем в его наружной части, омываемой газами или воздухом. Более эффективно применение многоленточных сушилок с лентами из металлической сетки. В них сушильный агент движется перпендикулярно плоскости ленты сквозь находящийся на ней слой материала (перекрестный ток). При пересыпании материала с ленты на ленту увеличивается поверхность его соприкосновения с сушильный агентом, что способствует возрастанию скорости и равномерности сушки. Ленточные сушилки могут работать по различным вариантам сушильного процесса.

Ленточные сушилки громоздки (подобно туннельным сушилкам) и сложны в обслуживании главным образом из-за перекосов и растяжения лент; их удельная производительность (на 1 м2 поверхности ленты) невелика, а удельные расходы тепла (на 1 кг испаренной влаги) довольно высоки. Кроме того, они непригодны для сушки пастообразных материалов, поэтому для этой цели их используют в комбинации с вальцовыми сушилками (см. ниже). В некоторых современных конструкциях ленточных сушилок применяется в качестве сушильного агента перегретый пар, иногда - в смеси с горячими инертными газами. Сушка перегретым паром (при отсутствии или очень малом содержании кислорода) представляет интерес для материалов, окисляющихся или загорающихся при повышенных температурах в присутствии кислорода воздуха. В конструктивном отношении эти сушилки сложны, так как во избежание попадания в них воздуха необходимо обеспечивать их герметичность.

Рис. 4. Ленточная сушилка

Простейшими контактными сушилками являются: вальцовые сушилки, гребковые вакуум-сушилки.

Вальцовые сушилки осуществляют непрерывную сушку жидкостей и текучих пастообразных материалов при разрежении или атмосферном давлении. Основной частью двухвальцовых сушилок, наиболее часто применяемых в фармацевтическом производстве, являются вальцы и медленно вращающиеся (п= 2ч10 об/мин) в кожухе навстречу друг другу.

Сверху между вальцами непрерывно подается высушиваемый материала. Греющий пар поступает через полую цапфу внутрь каждого из вальцов, паровой конденсат отводится через сифонную трубку. Материал покрывает вращающуюся поверхность вальцов тонкой пленкой, толщина которой регулируется величиной зазора между вальцами. Обычно зазор - 0,5ч1,0 мм. Высушивание материала происходит интенсивно в тонком слое в течение одного неполного оборота вальцов. Пленка подсушенного материала снимается ножами, расположенными вдоль образующей каждого вальца. Чем тоньше слой материала на вальцах, тем быстрей и равномернее он сушится.

Однако вследствие малой продолжительности сушки часто требуется досушивание материала. В сушилке материал после вальцов последовательно проходит сначала верхний досушиватель, затем - нижний. Одновальцовая сушилка представляет собой полый чугунный валец 5, вращающийся от электродвигателя. Пар, обогревающий валец, поступает через патрубок 2 и цапфу 3. Влажный материал подается в лоток 9, где перемешивается мешалкой. Конденсат отводится через сифонную трубку 1. Пленка материала, образующаяся на поверхности вальца, калибруется скребком, укрепленным на оси 11, и срезается ножом 10. Высушенный продукт по фартуку 8 через патрубок 7 поступает в ящик 6. Влажный воздух отсасывается через патрубок 4.

Гребковые вакуум-сушилки. В этих контактных сушилках периодического действия скорость сушки несколько увеличивается за счет перемешивания материала медленно вращающейся горизонтальной мешалкой с гребками; вместе с тем, они не требуют ручной загрузки и выгрузки материала подобно вакуум-сушильным шкафам.



Рис.5. Вальцовая сушилка

Гребковая сушилка (рис. 5) состоит из цилиндрического корпуса с паровой рубашкой 2 и мешалки 3. Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно; на одной половине длины барабана гребки мешалки изогнуты в одну сторону, на другой половине - в противоположную. Кроме того, мешалка имеет реверсивный привод, автоматически меняющий каждые 5--8 мин направление ее вращения. Поэтому при работе мешалки материал (загруженный через люк 4) периодически перемещается от периферии к середине барабана и в обратном направлении. Вал мешалки может быть полым и через него можно также осуществлять нагрев высушиваемого материала.

Свободно перекатывающиеся между гребками трубы 5 способствуют разрушению комков и дополнительно перемешивают материал. Разгрузка высушенного материала производится через люк 6. Корпус сушилки соединен с поверхностным или барометрическим конденсатором и вакуум-насосом.

Производительность сушилки зависит от температуры греющего пара, величины разрежения и начальной влажности материала. В анилинокрасочной промышленности, где главным образом применяются эти сушилки, напряжение их поверхности по влаге колеблется в пределах 6-8 кг/(м² ч), т. е. выше, чем для вакуум-сушильных шкафов, но сушильный агрегат более сложен и требует больших эксплуатационных расходов.

Рис. 6. Гребковая ваккум-сушилка

Следует отметить, что применение вакуумных сушилок в химической промышленности, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атмосферными сушилками, диктуется технологическими соображениями: они пригодны для сушки чувствительных к высоким температурам, а также токсичных и взрывоопасных веществ, для получения высушенных продуктов повышенной чистоты, а также в тех случаях, когда необходимо улавливание (конденсация) паров неводных растворителей, удаляемых из материалов.

1.3 Физико-химическая характеристика сырья

Хлорид калия - химическое соединение KCl, калиевая соль соляной кислоты. Растворим в воде (1:3), нерастворим в спирте. Кристаллическая решетка NaCl. t_пл=776°С, t_кип=1407°С, плотность равна 1,984 г/см³.Бесцветные кристаллы или белый гранулированный порошок без запаха, соленый на вкус.

В природе встречается в виде минералов сильвина и карналлита, а также входит в состав сильвинита.

В лабораторных условиях хлорид калия можно получить

Взаимодействием хлорида калия с кислотами:

2KCl + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2HCl

Взаимодействием с солями. Необходимое условие протекания реакции: выпадение осадка нерастворимой соли:

KCl + AgNO₃ = KNO₃ + AgClv

Взаимодействием гидроксида калия с соляной кислотой:

KOH + HCl = KCl + H₂O

Хлорида калия можно получить реакцией обмена:

K₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄v + 2KCl

При действии соляной кислоты на металлический калий:

2K + 2HCl = 2KCl + 2H^

В промышленности получают из природных минералов - сильвина (KCl), сильвинита(nNaCl + mKCl) и карналлита (KCl·MgCl₂·6H₂O).

Из сильвинита nNaCl + mKCl хлорид калия получают из сильвинита методами галургии и флотации.

Галургический метод основан на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных температурах. При нормальной температуре растворимость хлоридов калия и натрия почти одинакова. С повышением температуры растворимость хлорида натрия почти не меняется, а растворимость хлорида калия резко возрастает. На холоде готовится насыщенный раствор обеих солей, затем он нагревается, и сильвинит обрабатывается полученным раствором. В процессе обработки раствор дополнительно насыщается хлоридом калия, а часть хлорида натрия вытесняется из раствора, выпадает в осадок и отделяется фильтрованием. Кристаллы отделятся на центрифугах и сушатся, а маточный раствор идет на обработку новой порции сильвинита.

Флотационный метод заключается в разделении минералов измельченной руды на основе различной их способности удерживаться на границе раздела фаз в жидкой среде.

Фармакологическое действие хлорида калия. Нормализующее кислотно-щелочное состояние, восполняющее дефицит калия. Активирует многие цитоплазматические ферменты, регулирует внутриклеточное осмотическое давление, синтез белка, транспорт аминокислот, проведение нервных импульсов, сокращение скелетных мышц. Ионы калия понижают частоту сердечных сокращений, сократительную активность, проводимость, автоматизм и возбудимость миокарда. В малых дозах они расширяют коронарные сосуды, в больших -- сужают. Калий способствует повышению содержания ацетилхолина и возбуждению симпатического отдела ЦНС. Оказывает умеренное диуретическое действие. Увеличение уровня калия снижает риск развития токсического действия сердечных гликозидов на сердце. Калия хлорид после приема внутрь легко и практически в любом количестве пассивно абсорбируется. В подвздошной и толстой кишках калий выделяется в просвет кишок по принципу сопряженного обмена с ионами натрия и выводится с фекалиями (10 %). Распределение калия в организме продолжается около 8 часов с момента приема: период полувыведения в фазе абсорбции -- 1,31 часа; время высвобождения из таблеток (ретард) составляет 6 часов.

Хлорид калия является наиболее распространённым калийным удобрением. Согласно ГОСТ 4568-95 1-й сорт содержит не менее 60 % K2O, 2-й сорт -- не менее 58 % K2O и воды не более 0,5 %.

Применяется для производства гидроксида калия методом электролиза. Иногда применяется в качестве добавки (E508) к поваренной соли (так называемая «соль с пониженным содержанием натрия»).

1.4 Выбор и обоснование проектируемого оборудования

Данным курсовым проектом для сушки хлорида калия предлагается барабанная сушилка, обеспечивающая заданную производительность, возможную гибкость регулирования процесса и соблюдения оптимального режима сушки, для получения наилучшего качества KCl при наименьших затратах. Барабанные сушилки (рис. 7.) получили распространение в химической промышленности для сушки сыпучих и мелкокусковых материалов размером кусков до 50 мм. Барабан сушилки установлен под углом 3-6⁰ к горизонту и вращается со скоростью 0,5 - 8 об/мин. Основным узлом этих сушилок является полый барабан, установленный под небольшим углом а к горизонту. Барабан снабжен бандажами , каждый из которых катится по двум опорным роликам и фиксируется упорными роликами. Барабан приводится во вращение с помощью зубчатого колеса насаженного на барабан. За время пребывания материала в барабане происходит его высушивание при взаимодействии с газообразным теплоносителем.

Данным курсовым проектом движение KCl и нагретого воздуха внутри сушилки предлагаю прямоточное. Прямоток обеспечивает меньшее пыление и унос.

Большое значение имеет равномерность сушки хлорида калия по всему объёму рабочего пространства сушилки. Внутренняя полость барабана в целях улучшения процессов теплообмена и сушки заполняется различными насадками или разделяется на ячейки.



Рис. 7. Схема барабанной сушилки: 1 - барабан; 2-бандаж; 3-зубчатое колесо; 4-упорный ролик; 5-опорный ролик

Данным курсовым проектом предлагается использовать подъемно-лопастную насадку (Рис. 8). При помощи такой насадки обеспечивается многократное пересыпание KCl и его тесный контакт с горячим воздухом.

Рис. 8. Подъемно-лопастная насадка

Данным курсовым проектом нагревание воздуха предлагается производить пластинчатым теплообменником (Рис. 9.). Так как пластинчатый теплообменник имеет ряд преимуществ высокоэффективная теплопередача, низкие инвестиционные и производственные затраты, а также незначительные издержки на обслуживание аппаратов.



Рис. 9. Пластинчатый теплообменник

В качестве теплоносителя данным курсовым проектом предлагается предварительно нагретый воздух, что является экономически выгодным ввиду его доступности и позволяет достигать необходимой производительности, так как горячий воздух обладает высоким коэффициентом теплопередачи.

Данным курсовым проектом предлагается по первой системе пропускать водяной пар. Достоинства водяного пара - постоянство температуры его конденсации при данном давлении, что позволяет поддерживать температуру нагревания, а так же в случае необходимости её регулировать, изменяя давление греющего пара. Коэффициент теплоотдачи очень высокий, водяной пар дешев, доступен, нетоксичен и пожаробезопасен. А по второй системе пропускать холодный воздух. [7]

Данным курсовым проектом предлагается изготавливать барабан из стали марки 12Х18Н10Т. Эта сталь устойчива к коррозии, при высоких температурах, обладает хорошими механическими свойствами. [6]

Передача вращающего момента от мотора через редуктор к барабану в барабанных сушилках осуществляется цилиндрической зубчатой парой шестерен. Вращение передается от малой шестерни, сидящей на выходном валу редуктора, к венцовой шестерне, смонтированной на барабане. Венцовая шестерня работает при высоких напряжениях. Для средних вращающихся барабанов шестерни производят из чугуна СЧ 21--40 с литыми зубьями, а для тяжелых барабанов -- из стали и зубья их фрезеруются. Шестерни отливаются из двух половин и соединяются специальными болтами или стяжными кольцами. Венцовая шестерня крепится к барабану гибким креплением [9].

Рис. 10. Схема весового ленточного питателя

Данным курсовым проектом предлагается для подачи вещества на сушку использовать ленточный весовой дозатор. Весовые дозаторы (питатели)включают устройства для взвешивания материала и для автоматического поддерживания заданной подачи. Взвешивание обычно производится на ленточных весах (рис. 10). На ленточном транспортере 8 между двумя опорами ленты расположен весовой рычаг 5, шарнирно укрепленный на стойке 2. Этот участок ленты является весовой платформой. На одном плече рычага смонтирован весовой ролик 1, на который действует вес ленты и материала, находящегося на весовой платформе. Второе плечо рычага тягой 5 соединено с коромыслом 6. Находящийся на весовой платформе материал уравновешивается передвигающейся по коромыслу гирей 7 в соответствии с требуемой подачей материала. [8]

Для обеспечения постоянства заданной подачи коромысло должно быть соединено с регулятором подачи того или иного питателя.Если коромысло весов связано с шибером 4 питающей воронки этого же транспортера непосредственно или с помощью передаточного механизма и мотора, то это будет уже ленточный весовой дозатор. При подаче питателем материала, превышающего по весу заданную подачу, коромысло б изменит свое положение, что явится импульсом для изменения положения регулирующего шибера 4, который уменьшит подачу.

При уменьшении подачи шибер откроется и увеличит слой материала на ленте. [8]

Подачу горячего воздуха в барабанную сушилку предлагается осуществлять посредством центробежного вентилятора (Рис. 11). Такой же вентилятор устанавливается для отсасывания отработанного воздуха через систему очистки. Использование данного вентилятора обусловлено тем, что он обладает достаточным КПД, не сложен в конструктивном исполнении, не требует направляющих аппаратов [7].

Рис. 11. Схема центробежного насоса: 1 - рабочее колесо; 2 - лопатка; 3 - кожух; 4,5 - патрубки; 6 - вал.

Поскольку хлорид калия - сыпучее вещество, способное при высушивании распылятся, требуется система очистки отработанного воздуха. Данным курсовым проектом предлагается система очистки включающую в себя следующие аппараты: циклон - для грубой очистки и электрофильтр пластинчатый - для более тщательной очистки.

Циклоны характеризуются простотой и компактностью конструкции, высокой производительностью и качеством разделения, низким гидравлическим сопротивлением.



Рис. 12. Схема циклона конструкции НИИОГАЗ: 1, 5 - цилиндрическая и коническая части корпуса; 2 - крышка; 3 - патрубок; 4 - выхлопная труба; 6 - бункер.

В циклонах (рис. 9) конструкции НИИОГАЗ пыль поступает со значительной скоростью (20 - 30 м/с) в корпус, состоящий из цилиндрической 1 и конической 5 частей с крышкой 2, через тангенциально установленный патрубок 3.

Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам корпуса, по спиральной траектории опускаются вниз и собираются в бункере 6. Очищенный газ поднимается вверх и отводится из циклона через выхлопную трубу 4. Очищенный воздух из циклона попадает в пластинчатый электрофильтр (Рис. 13). Он обладает лучшей способностью осаждения мелких частиц, которые проходят через циклон.

Принцип электроосаждения заключается в ионизации газового потока, содержащего твердые частицы или мелкие капли. Последние при этом приобретают отрицательный электрический заряд, перемещаются к положительно заряженному электроду и оседают на нем. Ионизация газа осуществляется самостоятельно под действием высокой разницы потенциалов на электродах.

Рис. 13. Схема пластинчатого электрофильтра: 1 - бункер; 2, 5 - камеры подачи и отвода очищенного газа; 3 - осадительный электрод; 4-коронирующие электроды; 6 - рама; 7 - изолятор; 8 - приспособление для встряхивания; 9 - заземление; 10 - решетка; 11 - груз.

В плостинчатом электрофильтре осадительные электроды 5 выполнены в виде цилиндрических или шестигранных (сотовых) труб и соединены внизу с камерой подачи 2, а вверху с камерой 5 отвода очищенного газа. Отрицательно заряженные (коронирующие) электроды 4 в виде проволоки, с грузом 11 расположены по осям труб и закреплены в нижней части в решетки 10, препятствующей их колебанию, а в верхней -- присоединены к раме 6, подвешенной через изоляторы 7. Осадительные электроды заземлены с помощью устройства 9. Уловленная в сухих электрофильтрах пыль удаляется путем встряхивания с помощью приспособлений 8 и удаляется из бункера 1.

Достоинства скребкового транспортёра (Рис. 14) - простота и дешевизна устройства, удобства разгрузки и загрузки материала. [8]



Рис. 14. Скребковый транспортер

Все выше перечисленные аппараты предлагается объединить в технологическую схему.

Размещено на Allbest.ru

...