Расчет сушилки кипящего слоя салициловой кислоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Реферат

Введение

1. Общие сведения

1.1 Основные параметры влажного газа

1.2 Теоретические основы процесса сушки

1.3 Описание установки

2. Технологический расчёт

2.1 Построение процесса сушки

2.2 Материальный баланс сушилки

2.3 Тепловой баланс процесса

2.4 Построение диаграммы действительного процесса сушки

3. Конструктивный расчет

4. Гидравлический расчет

Литература

Реферат

Ключевые слова: сушка, салициловая кислота, расчет, сушилка кипящего слоя, воздух.

В общей части приведены основные способы сушки материалов и выбрана технологическая схема сушилки кипящего слоя для сушки 0.8 т/час салициловой кислоты.

Определены основные технологические параметры процесса: расходы материалов, воздуха, влагосодержания, теплосодержания.

В конструктивном расчёте определены размеры сушилки кипящего слоя.

Выполнен гидравлический расчет сушилки кипящего слоя.

Введение

Салициловая кислота (от лат. salix - ива, из коры которой она была впервые выделена) - 2-гидроксибензойная кислота, С₆Н₄(OH)COOH; бесцветные кристаллы, хорошо растворима в этаноле, диэтиловом эфире и других полярных органических растворителях, плохо растворима в воде (1.8 г/л при 20 °С).

Химическая формула С₇Н₆О₃ Молярная масса 138.12 г/моль, Плотность 1.44 г/смі, Температура плавления 159 °С, Температура кипения 211 °С, Растворимость в воде 0.2 г/100 мл.

Выделена из ивовой коры итальянским химиком Рафаэлем Пириа и затем синтезирована им же.

В природе встречается в растениях в виде производных - главным образом в виде гликозида метилового эфира (в частности, салициловая кислота была впервые выделена из коры ивы Salix L., откуда и происходит название), свободная салициловая кислота наряду с салициловым альдегидом в небольших количествах содержится в эфирном масле, выделяемых из цветов некоторых видов спиреи (Spiraea ulmaria, Spiraea Digitata).

Физические свойства

Салициловая кислота легкорастворима в этаноле, диэтиловом эфире, малорастворима в сероуглероде. Растворимость в воде, г/л: 0. (0°С), 1.8 (20°С), 8.2 (60°С), 20.5 (80°С), а также горюча.

Получение

При нагревании салициловая кислота декарбоксилируется до фенола, в промышленности салициловую кислоту обычно получают обратной реакцией - карбоксилированием фенолята натрия углекислым газом при 150---180 °С и давлении 5 атм (реакция Кольбе - Шмитга).

Применение

Салициловая кислота - активный компонент ивовой коры. Ещё в XIX в. её использовали для лечения ревматизма и мочекислого диатеза, а сегодня это вещество синтезируют в больших количествах, так как оно служит основой для производства многих лекарств.

Салициловая кислота обладает слабыми антисептическими, раздражающими и кератолитическими (в больших концентрациях) свойствами и применяется в медицине наружно в мазях, пастах, присыпках и растворах при лечении кожных заболеваний; входит в состав пасты Лассара, присыпки "гальманин", препаратов "мозольная жидкость" и "мозольный пластырь".

Благодаря антисептическому действию салициловую кислоту употребляют при консервировании пищевых продуктов; её используют также в производстве азокрасителей, душистых веществ (сложных эфиров салициловой кислоты), для колориметрических определения Fe и Си, для отделения тория от других элементов.

Действие на человека и животных

Салициловая кислота и салицилаты, а также её сложные эфиры (метилсалицилат) и другие синтетические производные салициловой кислоты (например, ацетилсалициловая кислота - аспирин), обладают выраженым противовоспалительным действием.

Салициловая кислота токсична в больших дозах, для человека предполгаемая LD50 составляет 1.75 г/кг[1] Беременным советуют не употреблять продуктов, содержащих салицилаты, из-за повышения риска развития синдрома Рея.

1. Общие сведения

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений или улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при, хранении или последующей обработке этих материалов.

Влагу можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т. е. с помощью тепловой сушки.

Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием), а окончательное - сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.

В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе - процесс слишком длительный.

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Как будет показано ниже, удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массо-обмена (влагообмена).

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

1) конвективная сушка - путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала ссушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);

2) контактная сушка - путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3) радиационная сушка - путем передачи тепла инфракрасными лучами;

4) диэлектрическая сушка - путем нагревания в поле токов высокой частоты.

5) сублимационная сушка - сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи тепла этот вид сушки аналогичен контактной, но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять в особую группу.

Последние три вида сушки применяются относительно редко и обычно называются специальными видами сушки.

Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным газом (в большинстве случаев воздухом). При конвективной сушке влажному газу (являющемуся сушильным агентом) принадлежит основная роль в процессе. Поэтому изучение свойств влажного газа необходимо при рассмотрении процессов сушки и их расчетах.

1.1 Основные параметры влажного газа

При конвективной сушке сушильный агент передает материалу тепло и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счет этого тепла. Таким образом, сушильный агент играет роль тепло- и влагоносителя. При прочих методах сушки находящийся в контакте с материалом влажный газ (обычно воздух) используется лишь для удаления испарившейся влаги, т. е. выполняет роль влагоносителя.

Влажный газ является смесью сухого газа и водяного пара. В дальнейшем под влажным газом будет подразумеваться только влажный воздух, учитывая, что физические свойства топочных газов и влажного воздуха отличаются лишь количественно. Влажный воздух как влаго- и теплоноситель, характеризуется следующими основными параметрами: абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (теплосодержанием).

Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в кг, содержащегося в 1 мі влажного воздуха. С достаточной для технических расчетов точностью можно считать, что влажный воздух подчиняется законам идеальных газов. Тогда водяной пар как компонент газовой смеси (влажного воздуха), находясь под парциальным давлением рп, должен занимать весь объем смеси (1мі). Поэтому абсолютная влажность равна массе 1 мі пара, или плотности водяного пара рп (в кг/мі) при температуре воздуха и парциальном давлении ра.

*Относительной влажностью, или степенью насыщения воздуха ф называется отношение массы водяного пара в 1 мі влажного воздуха рп при данных условиях, температуре и общем барометрическом давлении к максимально возможной массе водяного пара в 1 мі воздуха рн (плотности насыщенного пара) при тех же условиях:

В соответствии с уравнением состояния идеальных газов (уравнение Менделеева - Клапейрона)

и

где Т - абсолютная температура, °К; М" - масса 1 кмоль водяного пара, равная 18 кг/кмоль; R - универсальная газовая постоянная, равная 8314 док/(кмоль-град) = = 1,99 ккал 1 (кмоль-град); рн--давление насыщенного водяного пара при данной температуре (в Т°К) и общем барометрическом давлении, н/м.

1.2 Теоретические основы процесса сушки

Теоретическая сушилка. Диаграмма процесса (теоретической сушилки изображается следующим образом (рис.2.1).

По заданной начальной температуре воздуха t0 и начальной относительной влажности ц находят на диаграмме точку А. Состояние воздуха в этой точке характеризуется влагосодержанием х 0=х 1 и теплосодержанием I0.

Затем выше по линии постоянного влагооодержания x0=x1 на пересечении с заданной изотермой t1 температуры сушки находят точку В, характеризующую состояние воздуха на входе в сушилку.

В теоретической сушилке теплообмен протекает при постоянном теплосодержании воздуха. Поэтому в направлении точки В по линии постоянного теплосодержания I1=I2=const, в пересечении с заданной конечной температурой воздуха--изотермой t2 или с линией ц 2. (конечная относительная влажность воздуха), находят точку С конечного состояния воздуха. Для этой точки по диаграмме определяют параметры воздуха на выходе из сушилки хг и I1=I2

Подставляя найденные значения х 0, x2, I0 и I2 в приведенное выше уравнение, находят удельный расход тепла



Рис.2.1. Диаграмма процесса сушки в теоретической сушилке

ккал/кгс влаги

И удельный расход воздуха

кгс/кгс влаги

Действительная сушилка. В действительной сушилке в отличие от теоретической, возникают добавочные потери тепла и дополнительно может быть подведено тепло непосредственно в сушильную камеру (при установке в ней калориферов).

1.3 Описание установки

Принципиальная схема сушилки кипящего слоя приведена на рис. 2.1.

Влажный материал из бункера (1) с помощью питателя (2) подается в сушилку кипящего слоя (3). Параллельно материалу в сушилку подается воздух, подогретый в калорифере (4) до температуры t1.

Рис. 2.1. Принципиальная схема барабанной сушилки.

Воздух подается с помощью вентилятора (5). Высушенный материал с противоположного конца сушилки кипящего слоя поступает в промежуточный бункер (6), а из него - на транспортное устройство (7), отработанный воздух перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне (8). При необходимости производят дополнительное мокрое пылеулавливание.

2. Технологический расчёт

2.1 Построение процесса сушки

G1 = 0,8 т/ч -производительность установки;

щ1 = 12 % -начальная влажность материала,

щ 2 = 4 % -конечная влажность материала,

Свежий воздух имеет следующие параметры

Для Днепропетровска, зимой t= -6°С, ц = 88 %

В соответствии с t и ц определяем точку А характеризующую состояние воздуха

I0= -8 кДж/кг и xо=0,002 кг/кг

Состояние нагретого воздуха точки В определяется из условия его нагрева в калорифере

X0= X2 =0.002 кг/кг, t2=90°С I=98Дж/кг

Состояние отработанного воздуха теоретического цикла точки С, I=const и для этого состояния

X2 =0.018 кг/кг, t2=50°С I=98Дж/кг

х 0=х 1= 0,002 кг/кг, х 2= 0,018

По параметрам атмосферного воздуха строим точку А. Далее воздух поступает на подогрев в калорифер

Проводим вертикальную прямую АВ до t = 90 °С, поскольку нагрев воздуха происходит при постоянном влагосодержании то х 0=х 1= 0,002 кг/кг,

Процесс сушки происходит при постоянном теплосодержании I =const и параметры воздуха на выходе из суш ил ки соответствует точке С'.



Рис 3.1 Диаграмма теоретического процесса сушки

2.2 Материальный баланс сушилки

салициловый кислота сушка влагосодержание

Массовый расход влажного материала

Массовый расход сухого материала

Массовый расход удаляемой влаги

W=G1 -G2= 0,222 - 0,204 = 0,019 кг/с

Удельный расход воздуха



Общий расход свежего воздуха

L=l*W = 62,50 * 0,019 - 1,16 кг/с

Массовый расход влажного сушильного агента

Lb =L(1+xb) = 1,16 *(1+ 0,002)= 1,160 кг/с

Массовый расход отработанного влажного сушильного агента

Lb =L(1+xc) = 1,16 *(1+ 0,018)= 1,178 кг/с

Количество влаги угодящее с сушильным агентом

W =1,1782 - 1,1597=0,019 кг/с

2.3 Тепловой баланс процесса

Приход теплоты с воздухом

q1=l*I0= 62,50 *(-8) = -500,00 кДж/кг

Приход теплоты с влагой материала

q2=cB*t0= 4,19*20=83,8 кДж/кг

Приход теплоты с материалом



См = 1,2 кДж/кг темпоемкость материала

Температуру материала принимаем равной температуре помещения

Приход теплоты в калорифере

qк = l* (Iв -Ia)= 62,50 *(98 -(-8))= 6625,0 кДж/кг

Общий удельный приход теплоты

Расход теплоты с отходящим воздухом

q4=l*Ic =62,50 * 98 = 6125,0 кДж/кг

Расход теплоты с материалом

где tM =35 °С - температура нагретого материала по мокрому термометру тепловые потери принимаем равными в размере 10% от количества тепла вносимого материалом

qпот=0,1 * q3= 0,1 *264,0 = 26,40 кДж/кг

Общие удельные потери теплоты

=6125,0 + 462,00 +26,40 =6613,4 кДж/кг

Дебаланс расхода тепла

Внутренний тепловой баланс

?1= 198+26,40 - 4,19*20 = 140,6 кДж/кг

qq=0, дополнительный расход тепла

qq =0 - расход на нагрев транспортных устройств

qM-расход тепла на нагрев материала.

qM = q5 - q3 = 462,00 - 264,00 = 198,00 кДж/кг

Тогда

?1= 198,00 + 26,40 -4Д 9* 20 =140,6 кДж/кг

2.4 Построение диаграммы действительного процесса сушки

В действительной сушилке конечное влагосодержание воздуха х 2', будет значения х 2. Его значение находим следующим путем:

Из уравнения линии реального процеса сушки ВС

I = I1 - А(x - х 0)

задаваясь произвольным значением х, находим

I= 98 -140,6 *(0,02 -0,002)= меньше 95,469 кДж/кг

Строим диаграмму действительного процесса сушки



Рис 3.2 Диаграмма действительного процесса сушки

3. Конструктивный расчет

Средняя плотность сушильного агента в камере:

ссм = (L+W)/V= (1,16+0,019)/1,144= 1,028 кг/мі.

Критерий Архимеда:

где g = 9,81 м/сІ - ускорения свободного падения;

сТ = 1440 кг/м - плотность твердого вещества

х = 23,5 *10^-6 мІ/с - кинематическая вязкость воздуха;

dТ =0,001 м - максимальный диаметр кристаллов аммонию в полидисперсной среде;

сТ = 1440 кг/мі - насыпная плотность

е - порозность кипящего слоя:

для неподвижной слоя:

е = 1 - (сн / сТ)

для условий выноса кристаллов е = 1 ; для оптимальных условий псевдоожижения е = 0,65 / 0,75. Критерий Рейнольдса:

=78,0

Скорость псевдоожижения определяется за числом Рейнольдса, выходя из уравнения

v = Re*v/dт= 78,0 * 23,5 *10-6/0,001 = 1,83 м/с.

Объемную секундную затрату сушильного агента определяют при средней температуре (90 + 50) * 0,5 = 70 °С, и его давлению под

решеткой. Согласно опыту работы таких сушилок, избыточное давление под решеткой находится в интервале 60 -100 мм вод. ст. Тогда абсолютное давление:

Р = 760 +100 / 13,6 *767 мм рт. ст.

Вологосодержание сушильного агента на входе в сушилку х= 0,002 кг/кг, а массовая затрата его - L = 1,16 кг/с. Тогда количество влаги, что. поступает в сушилку с сушильным агентом:

Wa = L -Хн = 1,157 * 0,002 = 0,0023 кг/с.

Средняя массовая затрата влаги с сушильным агентом в сушильной камере:

Wcep=W+0,5*W= 0,0023+0,5* 0,0185= 0,0116 кг/с.

Объемная затрата влажного сушильного агента в зоне сушения:

Необходимая площадь решетки

F = V/v= 1,14/1,83= 0,62 м 2

Тогда диаметр

 =0,89м

Принимая соотношение между длиной и шириной решетки ровным 7:1

l=0,62/0,30=2,09м

Количество теплоты, которая передается высушиваемому материалу, кДж/с

Q= QM +Qвип +Qв

где QM количество теплоты, потраченной на нагревание материала

QM = qм * W = 2240 * 0,019 = 41,48148 кДж/с

Qвип количество теплоты, потраченной на испарение воды,:

Qвип =W*(r+c*?tсм) = 0,019 *(2490 +4,19(20+50)/2) = 48,8 кДж/с

Qв потери теплоты в окружающую среду: ^

Qв = qв*W =224 *0,019 =4,15 кДж/с

Суммарное количество теплоты

Q = 41,5 + 48,8 +4,1 *94,5 кДж/с

Число Рейнольдса рассчитывается по среднему диаметру частиц

Re =0,0005 * 1,83 /(23,5 *10-6)= 39,02

Критерий Архимеда:

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к материалу для псевдоожиженного слоя

Nu=0,01*Re*Ar0,175 *(dcep/H0)0,45

где dcep = 0,001 м, средний диаметр частиц высушиваемого материала;

H0 =0,20 м принятая высота неподвижного слоя материала на решетке

Nu=0,01*39,02* 3109,49 0,175*(0,001/0,20)0,45=0,098

a = Nu-л/dcep= 0,098* 0,0335/0,001= 3,29 Вт/(м 2*К)

Середньологарифмическая разница температур

Необходимая поверхность контакта материала и теплоносителя

F = Q/б?tcep=94456,48/(3,3*43,5)= 660,2 мІ

Масса материала, который имеет такую поверхность, определится по формуле:

G0=F*Dcep*сM/6=660,2 *0,001 *1440 /6=158,45 кг

Ширина камери в верхней части

bв=bн-V/Vвип= 0,30* 1,83/ 0,50 = 1,09 м

Длительность сушки:

ф = G0/Gсер = 158,45 /0,213 =744,05 с

средняя масса материала, который проходит сушилку,:

Gсер = (0,22 +0,204)/2= 0,213 кг/с

4. Гидравлический расчет

Высота неподвижного слоя для камеры призматического сечения определится из уравнения:

Vм объем неподвижного слоя материала, м;

Vм=Go/сH= 158,45/1440 =0,110 M^j;

Гидравлическое сопротивление кипящего слоя:

?Р = H1 * си =1,01 * 1440 =1455,0 мм.рт.ст

Литература

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. "Примеры и задачи по курсу

процессов и аппаратов химических технологии" - П.: Химия, 1976 - 552 с.

2. Касаткин А,Г,Основные процессы и аппараты химической технологии. М:Химия,1973-754с.

3. Дытнерский Ю.И. "Основные процессы и аппараты химических технологий", Пособие по проектированию. - М.. Химия, 1991-496 стр.

Размещено на Allbest.ru

...