Проектный расчет барабанной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Курсовая работа

Проектный расчет барабанной сушилки

Содержание

1 Задание

2 Введение

3 Обзор литературных источников

4 Описание технологической схемы

5 Технологический расчет

6 Механический расчет

7 Расчет вспомогательного оборудования

сушка калорифер продукт рыбный жом

1. Задание

Спроектировать барабанную сушилку производительностью по влажному продукту G₁ (кг/с), который высушивается от начальной влажности щ₁(%) до конечной щ₂(%). Температура продукта на входе в сушилку t_н(єС), на выходе из нее t_к(єС). Напряжение барабана по влаге А(кг/(м³ч)). Температура воздуха после калорифера t₁, на выходе из сушилки t₂, относительная влажность равна ц₂(%). Процесс сушки рассчитать для летних и зимних условий указанных в приложении источника /3/. Рассчитать и подобрать калорифер для нагревания воздуха, приняв температуру греющего пара на 15-20 (єС) выше температуры t₁.

В качестве вспомогательного аппарата рассчитать калорифер.

Исходные данные занесены в таблицу 1.

Таблица 1

Продукт	G1; кг/с	щ1; %	щ2; %	tн; єС	tк; єС
Рыбный жом	1,15	30	10	45	55

t1; єС	t2; єС	ц2; %	А; кг/(м3ч)	Город
120	-	40	45	Владивосток

2. Введение

В производстве многих пищевых продуктов сушка является обязательной операцией и представляет достаточно энергоемкую технологическую стадию процесса.

Сушкой называется процесс удаления влаги из твердых влажных, пастообразных или жидких материалов (суспензий) путем ее испарения и отвода образовавшихся паров.

Сушка является сложным тепломассообменным процессом. Скорость сушки во многих случаях определяется скоростью внутридиффузионного переноса влаги в твердом теле.

Сушке подвергаются пищевые материалы, находящиеся в различном агрегатном состоянии, а именно: гранулированные, формованные и зернистые материалы; пастообразные; растворы и суспензии.

Выбор метода сушки и типа сушилки осуществляется на основе комплексного анализа свойств пищевых материалов как объектов сушки.

Наиболее важными отличительными свойствами пищевых материалов, которые следует учитывать при выборе метода сушки, являются низкая термостойкость, склонность к окислению и деструкции; склонность к короблению и потере товарного вида; неоднородность материала по начальному содержанию воды; наличие активных биохимических и химически активных веществ и ряд других особенностей.

Основными путями интенсификации процессов сушки и повышения экономичности работы сушилок являются:

· проведение процессов в условиях эффективной гидродинамической обстановки, что позволяет значительно увеличить коэффициенты тепломассоотдачи;

применение комбинированных способов подвода теплоты, что позволяет начительно увеличить коэффициенты тепломассоотдачи;

· создание комбинированных сушильных агрегатов, например первая ступень сушки - в разбавленном псевдоожиженном слое, вторая - сушка в псевдоожижающем слое; распылительная сушка в сочетании с сушкой в псевдоожиженном слое и др.;

· создание сушильных агрегатов с замкнутым циклом теплоносителя.

По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу применяются следующие методы сушки:

· конвективная, или воздушная, сушка -- подвод теплоты осуществляется при непосредственном контакте сушильного агента с высушиваемым материалом;

· контактная сушка -- путем передачи теплоты от теплоносителя (например, насыщенного водяного пара) к материалу через разделяющую их стенку;

· радиационная сушка -- путем передачи теплоты инфракрасными излучателями;

· диэлектрическая сушка (СВЧ-сушка) -- путем нагревания материала в поле токов высокой частоты;

· сублимационная сушка -- сушка в глубоком вакууме в замороженном состоянии.

Требования, предъявляемые к выбору рационального метода сушки и типа сушилки, заключаются в достижении наивыгоднейших технико-экономических показателей работы сушилки при получении продукта с заданными свойствами, обеспечении надежности работы, снижении или исключении газовых выбросов в атмосферу. Выбор метода сушки и типа сушилки для конкретного материала производится на основании анализа материала как объекта сушки. Для этого исследуются структура высушиваемого материала, тепловые и сорбционно-десорбционные характеристики, на основании которых определяются формы связи влаги с материалом, а также адгезионно-когезионные свойства материала.

3. Обзор литературных источников

Сушилки, применяемые в пищевой промышленности, отличаются разнообразием конструкций и подразделяются по способу подвода теплоты (конвективные, контактные и др.); по виду используемого теплоносителя (воздух, газ, пар, топочные газы); по величине давления в сушилке (атмосферные и вакуумные); по способу организации процесса (периодического или непрерывного действия); по схеме взаимодействия потоков (прямоточные, противоточные, перекрестного и смешанного тока).

Конвективные сушилки, среди которых простейшими являются камерные (рис1), представляют собой корпус, внутри которого находятся вагонетки. На полках вагонеток помещается влажный материал. Теплоноситель нагнетается в сушилку вентилятором, нагревается в калорифере и проходит над поверхностью высушиваемого материала или пронизывает слой материала снизу вверх. Часть отработанного воздуха смешивается со свежим воздухом. Эти сушилки периодического действия работают при атмосферном давлении. Они применяются в малотоннажных производствах для сушки материалов при невысоких температурах в мягких условиях. Камерные сушилки имеют низкую производительность и отличаются неравномерностью сушки продукта.

Рис. 1

Туннельные сушилки (рис.2) применяются для сушки сухарей, овощей, фруктов, макарон и других продуктов. По организации процесса эти сушилки относятся к сушилкам непрерывного действия. Сушилки представляют собой удлиненный прямоугольный корпус, в котором перемещаются по рельсам тележки с высушиваемым материалом, расположенным на полках тележек. При этом время пребывания тележек в сушильной камере равняется продолжительности сушки. Сушка материала достигается за один проход тележек. Свежий воздух засасывается вентилятором и поступает, нагреваясь в калориферах, в сушилку. Перемещение тележек происходит с помощью толкателя. Сушилка имеет самоотворяющиеся двери.

Горячий воздух взаимодействует в сушилке с материалом в прямотоке либо в противотоке. В ряде случаев в туннельных сушилках возможно осуществить рециркуляцию воздуха и его промежуточный подогрев в сушильной камере. Калориферы и вентиляторы могут устанавливаться на крыше сушилки, сбоку или в туннеле под сушилкой. Отработанный воздух из сушилки выбрасывается через газоход.

Рис. 2

Ленточные многоярусные конвейерные сушилки применяют для сушки макаронных изделий, сухарей, фруктов, овощей, крахмала и др. Влажный материал загружается через верхний загрузочный бункер, как показано на рис. 3, или боковой и поступает на верхний перфорированный ленточный конвейер, на котором перемещается вдоль сушильной камеры, и затем пересыпается на нижерасположенный конвейер. С нижнего конвейера высушенный материал поступает в разгрузочный бункер или на приемный конвейер.

Рис.3

Воздух нагнетается вентилятором, проходит через калорифер и направляется в сушильную камеру, где пронизывает слой материала на каждой перфорированной ленте. Для промежуточного подогрева воздуха под лентами каждого конвейера находится калорифер, выполненный из оребренных труб.

Ленточные сушилки бывают прямоточными и противоточными. Такие сушилки могут изготавливаться с рециркуляцией воздуха. За счет промежуточного подогрева и рециркуляции воздуха в ленточных сушилках достигаются мягкие условия сушки.

Шахтные сушилки с движущимся слоем (рис.4) применяются для сушки зерновых сыпучих материалов. По оси сушилки расположены трубы для подачи теплоносителя. Трубы оканчиваются жалюзями для равномерного распределения теплоносителя по сечению сушилки. Система подвода и циркуляции теплоносителя разделяет объем сушилки на две зоны. В первой зоне используется теплота теплоносителя, выходящего из второй зоны. В первой зоне удаляется в основном поверхностная влага, во второй - внутренняя. Предварительно теплоноситель, поступающий во вторую зону, может подвергаться осушке в конденсаторе второй зоны. В верхней части сушилки оба потока объединяются и подаются газодувкой после подогрева в калорифере в первую зону сушилки. Выгрузка высушенного материала осуществляется непрерывно полочным дозатором.

Сушилки с псевдоожиженным слоем являются аппаратами непрерывного действия и применяются как для удаления поверхностной и слабосвязанной влаги, так и для удаления связанной влаги из мелкозернистых и зерновых материалов. Сушилки с псевдоожиженным слоем изготавливаются вертикальными и горизонтальными с одной или несколькими секциями. Схема односекционной сушилки представлена на рис. 5. Влажный материал непрерывно подается в сушилку. Теплоноситель, нагнетаемый вентилятором, нагревается в калорифере и поступает в сушилку под газораспределительную решетку. Сушка материала происходит в зоне сушилки, примыкающей к газораспределительной решетке. Высушенный материал удаляется из сушилки через патрубок. Рис 4. Отходящие из сушилки газы очищаются от пыли в циклоне и выбрасываются в атмосферу.

Недостатком односекционных сушилок является неравномерность сушки материала. Для повышения равномерности сушки применяют многосекционные сушилки. Секционирование аппаратов достигается делением с помощью перегородок всего объема аппарата, а значит, и слоя материала на ряд горизонтальных секций вертикальными перегородками или на вертикальные секции горизонтальными перфорированными перегородками.

Рис.5

Вибросушилки применяются для сушки плохоожижаемых материалов: влажных тонкодисперсных, полидисперсных, комкую- щихся и т. д., которых в промышленности большинство. Воздействие на слой дисперсного материала низкочастотных колебаний интенсифицирует тепломассообменные процессы в слое и открывает широкие возможности для создания высокоэффективных сушилок перекрестного тока, приближающихся по полю распределения температур и концентраций к аппаратам идеального вытеснения.

Виброаэропсевдоожиженный (виброкипящий) слой может быть создан в аппаратах разнообразных конструкций: вертикальных, горизонтальных и лотковых.

Наибольшее применение нашли лотковые сушилки, наклоненные под небольшим углом к горизонту (рис. 6). Привод сушилки состоит из маятникового двигателя -- вибратора направленного действия с регулируемым дебалансом.

Наибольшее практическое значение для проведения тепло- массообменных процессов имеет виброаэропсевдоожиженный слой, образуемый одновременно потоком газа через слой и низкочастотной вибрацией.

Вибрационные сушилки применяются для сушки картофельной крупки на картофелеперерабатывающих заводах.

Рис.6

Барабанные сушилки применяются для сушки свекловичного жома, зерно-картофельной барды, кукурузных ростков и мезги, зерна и сахара-песка. Сушка в барабанных сушилках происходит при атмосферном давлении. Теплоносителем являются воздух либо топочные газы. Барабанные сушилки (рис.7) имеют цилиндрический полый горизонтальный барабан, установленный под небольшим углом к горизонту.

Влажный материал поступает в сушилку через питатель. При вращении барабана высушиваемый материал пересыпается и движется к разгрузочному отверстию. За время пребывания материала в барабане происходит его высушивание при взаимодействии с теплоносителем - в данном случае топочными газами, которые поступают в барабан из топки. Для улучщения контакта материала с сушильным агентом в барабане устанавливают внутреннюю насадку, которая при вращении барабана способствует перемешиванию материала и улучшает обтекание его сушильным агентом. Тип насадки выбирается в зависимости от свойств материала.

Рис.7

Вальцовые сушилки (рис.8) предназначены для сушки жидких и пастообразных материалов: всевозможных паст, кормовых дрожжей и других материалов. Греющий пар поступает в вальцы, вращающиеся навстречу друг другу со скоростью 2--10 мин^-1, через полую цапфу, а конденсат выводится через сифонную трубу. Материал загружается сверху между вальцами и покрывает их тонкой пленкой, толщина которой определяется регулируемым зазором между вальцами. Высушивание материала происходит в тонком слое за полный оборот вальцов. Подсушенный материал снимается ножами вдоль образующей каждого вальца. В случае необходимости досушки материала вальцовая сушилка снабжается гребковыми досушивателями.

Рис.8

Распылительные сушилки предназначены для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов. Сушкой распылением получают сухое молоко, молочно-овощные концентраты, пищевые и кормовые дрожжи, яичный порошок и другие продукты.

Распылительные сушилки представляют собой в большинстве случаев коническо-цилиндрический аппарат, в котором происходит диспергирование материала при помощи специальных диспергаторов в поток теплоносителя. В качестве диспергаторов применяются центробежные распылители, пневматические и механические форсунки.

Достоинством распылительных сушилок является возможность ' использования теплоносителей с высокой температурой даже для сушки термолабильных материалов.

Однако распылительные сушилки имеют сравнительно небольшой удельный съем влаги в пределах до 20 кг/м³, большой расход теплоносителя и, как следствие, значительную материало- и энергоемкость.

При механическом методе распыления используются форсунки (рис.9), в которые жидкость подается при давлениях 2,5--20 МПа. Качество распыления зависит от степени турбулентности струи, выходящей из сопла форсунки. Для создания турбулентности в форсунке имеется насадка с тангенциальными канавками для закручивания потока.

Механические форсунки делятся на струйные и центробежные. Механические форсунки в основном применяются для грубого и тонкого распыления раствора. Для этих форсунок характерна сложность регулирования производительности, но они просты по конструкции и имеют низкие энергозатраты при эксплуатации.

Широкое распространение получило распыление центробежными дисками, вращающимися с частотой до 40000 мин^-1, в поток теплоносителя.

Центробежное распыление суспензий имеет ряд преимуществ, а именно: позволяет распылять суспензии с широким распределением частиц по размерам, при этом качество распыления не зависит от расхода суспензии.

Существенными особенностями конструкции распылительных сушилок являются число и способ установки распылителей, места ввода и вывода теплоносителя.

Рис. 9

Двухступенчатая сушильная установка, первая ступень которой -- распылительная сушилка, а вторая -- сушилка с псевдоожиженным слоем, представлена на рис.10. Высушиваемый материал подается насосом в распылительную сушилку с центробежным распылителем. Подсушенный твердый материал из конической части сушилки подается секторным дозатором в сушилку с псевдоожиженным слоем на досушку. Выходящий из сушилок воздух очищается в циклонах и мешочном фильтре и либо выбрасывается в атмосферу, либо нагревается в теплообменнике и вновь поступает в распылительную сушилку. Отделенная в циклонах пыль может подаваться в сушилку с псевдоожиженным слоем.

Рис.10

Сушильная установка с разбрызгивающим диском, предназначенная для сушки пастообразных продуктов, например отфильтрованных осадков, показана на рис. 11. Загрузка влажного материала происходит в коническую часть сушилки шне- ковым дозатором. Материал перемешивается в конической части сушилки рамной мешалкой и попадает на разбрызгивающий диск, который отбрасывает материал к стенкам сушилки. Горячий газ подается в нижнюю часть конуса под разбрызгивающий диск и через кольцевую щель, образуемую диском и корпусом, поступает в сушилку, образуя псевдоожиженный слой в конической части сушилки. По мере высыхания частицы материала выносятся из сушилки и улавливаются в циклоне.

Такие сушилки используются в агрегатах с распылительной сушилкой или самостоятельно. Разработаны схемы с замкнутым контуром для сушки материалов, окисляющихся кислородом воздуха, а также для сушки взрывоопасных материалов.

Рис.11 Рис.12

Сублимационные сушилки применяются для сушки ценных пищевых продуктов, когда к высушенному продукту предъявляются высокие требования в отношении сохранения его биологических свойств при длительном хранении, например мяса в замороженном состоянии, овощей, фруктов и других продуктов. Сублимационная сушка проводится в глубоком вакууме при остаточном давлении 133,3--13,3 Па (1,0--0,1 мм рт. ст.) и при низких температурах.

При сублимационной сушке замороженных продуктов находящаяся в них влага в виде льда переходит непосредственно в пар, минуя жидкое состояние.

Перенос влаги в виде пара от поверхности испарения происходит путем эффузии, т. е. свободного движения молекул пара без взаимных столкновений друг с другом. Удаление влаги из материала протекает в три стадии. На первой стадии при снижении давления в сушильной камере происходят самозамораживание влаги и сублимация льда за счет теплоты, отдаваемой материалом. При этом удаляется до 15 % всей влаги. Во второй стадии -- сублимация, при которой удаляется основная часть влаги. На третьей стадии -- тепловой сушки удаляется оставшаяся влага.(Рис. 12).

Терморадиационная сушилка применяется, например, для термообработки зерновых материалов, таких, как фасоль, горох, ячмень и др. При сушке инфракрасными лучами теплота для испарения влаги подводится .термоизлучением. Генератором, излучающим теплоту, являются специальные лампы или нагретые керамические или металлические поверхности.

При сушке термоизлучением на единицу поверхности материала в единицу времени приходится значительно больше теплоты, чем при сушке нагретыми газами или при контактной сушке. Процесс сушки значительно ускоряется. На рис.13 представлена схема радиационной сушилки с излучателями, обогреваемыми газами.

Газовые радиационные сушилки проще по конструкции и дешевле сушилок, оборудованных лампами. Излучатели нагреваются газом, сжигаемым непосредственно под излучателями, или же топочными газами, поступающими внутрь излучателей. Выбор излучателей определяется свойствами высушиваемого материала.

Рис.13

Высокочастотные сушилки в последнее время нашли применение для выпечки толстослойных изделий, например тортом При высокочастотной сушке возможно регулировать температуру и влажность не только на поверхности, но и по толщине материала. СВЧ-сушилка (рис. 14) состоит из лампового высокочастотного генератора и сушильной камеры, внутри которой находится ленточный конвейер. Переменный ток из сети 50 Гц поступает в выпрямитель, а затем в генератор, где преобразуется м переменный ток высокой частоты. За счет этого процесса в материале выделитi. и теплота и материал нагревается. Изменяя напряженность электрического поля, можно регулировать скорость сушки.

При высокочастотной сушке требуются высокие удельные расходы энергии. Конструкция сушилок является более сложной и дорогой, чем конвективных и контактных. Поэтому высокочастотные сушилки целесообразно применять для термообработки дорогостоящих пищевых продуктов.

Рис.14

4. Описание схемы технологического процесса

Влажный рыбный жом по коммуникации 31 из бункера Б1 с помощью дозатора Д подаётся во вращающийся сушильный барабан БС. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке Т и смещения топочных газов с воздухом в смесительной камере СК. Воздух в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами В1 и В2 по коммуникациям 3. Высушенный рыбный жом с противоположного конца сушильного барабана поступает в бункер высушенного материала Б2, а из него на ленточный транспортёр ЛТ.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне Ц, где происходит осаждение сухих частиц, поступающих потом на транспортер ЛT. Остаток отработанного воздуха из циклона поступает в мокрый пылеуловитель МП, из которого осажденный материал поступает в отстойник О. Из отстойника О с помощью шнека Ш по трубопроводу 31 мокрый материал вновь поступает в сушилку. - Работа мокрого пылеуловителя МП и отстойника О реализуется за счёт подвода к ним воздуха. Из мокрого пылеуловителя МП остаток отработанного воздуха отводится по трубопроводу 33.

Транспортировка сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора В3. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки.

5.Технологический расчет

В начале расчета определяем по таблице 23 приложения 1 параметры воздуха города Еревана для лета и зимы.

Январь:

- средняя температура воздуха t₀ = -13,7°C;

- относительная влажность воздуха ц₀ = 74%.

Июль:

- средняя температура воздуха t₀ = 20,6°C;

- относительная влажность воздуха ц₀ = 77%.

Определяем влагу W кг/c, удаляемой в процессе сушки по формуле:

.

На I-d диаграмме (рис.15) строим теоретический процесс сушки для зимних условий. По значениям температуры t₀ и начальной относительной влажности ц₀ определяем положение точки А соответствующей состоянию воздуха при его входе в подогреватель. Процесс подогрева воздуха в подогревателе изобразится линией АВ при х₁=х₀, так как его влагосодержание остается постоянным. Точка В соответствует состоянию воздуха при выходе его из подогревателя, находится на линии х₀=Сonst и t₁= Сonst . Теоретический процесс сушки изобразится линией ВС', которая параллельна линии постоянной энтальпии, т.е. I = Const (I₁=I₂). Точка C' характеризует воздух при выходе его из сушильной камеры и находится на пересечении линий I=Const и t₂= Сonst.

По I-d диаграмме находим недостающие параметры воздуха.

Точка А:

-влагосодержание d₀ = 0,002 кг/кг;

-энтальпия I₀ = -10 кДж/кг;

Точка В:

-влагосодержание d₁ = 0,002 кг/кг;

-энтальпия I₁ = 125 кДж/кг;

Точка С?:

-влагосодержание d?₂ =0,0 29 кг/кг;

-энтальпия I ?₂ = 128 кДж/кг.

Аналогично на I-d диаграмме (рис.16) строим теоретический процесс сушки для летних условий и определяем недостающие параметры воздуха.

Точка А:

-влагосодержание d₀ = 0,013 кг/кг;

-энтальпия I₀ = 35 кДж/кг;

Точка В:

-влагосодержание d₁ = 0,013 кг/кг;

-энтальпия I₁ = 155 кДж/кг;

Точка С?:

-влагосодержание d?2 = 0,036 кг/кг;

-энтальпия I ?₂ = 155 кДж/кг.

Далее определяем удельные тепловые потери на нагрев материала qm

Дж/кг, по формуле:

где G₂ - количество высушенного материала, кг/с;

с - удельная теплоемкость высушенного материала, Дж/(кг °К);

t₂ - максимальная температура нагрева материала, °С.

Рис.15



Рис.16

.

где с_в - удельная теплоемкость воды, с_в = 4180 Дж/(кг?°К);

с_см - удельная теплоемкость абсолютно сухого материала,

с_см = 1600 Дж/(кг?°К).

Тогда



Удельные тепловые потери в окружающую среду qпот Дж/кг, находим по формуле.

Для зимних условий:

где q_m -удельный расход тепла в теоретической сушилке, Дж/кг.

Принимаем

Для летних условий:

Принимаем

Далее построим действительный процесс сушки на I-d диаграмме для зимних условий.

Положение линии ВС (рис.15), изображающей процесс сушки в реальной сушильной установке определяется уравнением:

где Д - внутренний баланс сушильной камеры, Дж/кг.

При этом линия реального процесса сушки, начинаясь из точки В, будет

проходить выше линии I=Const при Д > 0 или ниже нее при Д < 0.

Через произвольную точку е на линии ВС проводим линию еF

параллельно оси х и линию еЕ параллельно оси I. Линию еF измеряем в мм (Ef

= 30 мм). Длину отрезка еЕ определяем по формуле:

где m - отношение масштабов диаграммы,

МI - число единиц энтальпии на 1 мм диаграммы, Дж/кг;

Мх - число единиц влагосодержания в 1 мм диаграммы, кг/кг.

Так как Д < 0 отрезок еЕ откладываем вниз от точки е. Через точки В и Е проводим линию характеризующую реальный процесс сушки, до пересечения с линией температурой на выходе из сушильной камеры t2.

Аналогично построим действительный процесс сушки на I-d диаграмме для летних условий, воспользовавшись рисунком 2.

При Ef = 35 мм получим:

Далее определяем расход воздуха и тепла.

Для зимних условий.

Удельный расход воздуха l кг/кг, определяем по формуле:

где d₂ - влагосодержание воздуха на выходе из сушильной камеры

(точка С, рис.15), d₂ = 0,027к г/кг.

Полный расход воздуха L кг/с, определяем по формуле:



Удельный расход тепла q Дж/кг, определяем по формуле:

где I2 - энтальпия воздуха на выходе из сушильной камеры

(точка С, рис.15), I2=118 кДж.

Полный расход тепла Q, Вт определяем по формуле:

Аналогично определяем полный расход воздуха и тепла для летних условий.

Параметры воздуха на выходе из сушильной камеры (точка С, рис.16), d2 = 0,037 г/кг и I2=150 кДж.

Далее определим основные размеры барабана.

Диаметр барабана Дб м, определяем по формуле:



где Vc - секундный объем воздуха на выходе из сушилки, м³/с;

Wв - допустимая скорость воздуха на выходе из сушилки,

Wв=3 м/с

где V0 - удельный объем воздуха на выходе из сушилки,

V0 = 0,983 м3/кг

Для окончательного выбора диаметра барабана рекомендуется пользоваться следующими нормалями D_б = 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,4; 2,8.

Принимаем D_б = 2 м. Длину барабана L_б м, определяем по формуле:

где V_б - объем барабана, м³;

F - площадь сечения барабана, м².

где А - напряжение объема барабана по влаге, А = 45 кг/(м³ч).



м

Принимаем

По нормам отношение длины барабана к диаметру должно находится в пределах 3,5ч7,0.

D_б=8/2=4

Размеры барабана подобраны правильно.

Уточняем объем барабана

Затем определяем продолжительность сушки ф с.

где с - средняя насыпная плотность материала, с = 650 кг/м³

в - степень заполнения барабана, в = 0,15

Gср - средняя масса материала, проходящего через барабан, кг/с.

Определяем число оборотов барабана n об/мин.



где а - коэффициент, зависящий от диаметра и конструкции барабана,

а = 0,43;

б - угол наклона барабана, б = 3 град

Значения коэффициента а от D_б

Определение мощности

6. Механический расчет

Механические расчеты вращающихся барабанов включают определение толщины стенки барабана, обеспечивающей прочность и жесткость конструкции, расчет на прочность бандажей, а также опорных и упорных роликов.

Толщину стенки барабана предварительно определяют по нормалям или, в зависимости от диаметра барабана D, по эмпирической формуле

и затем проверяют на прочность по допускаемому напряжению на изгиб как балку кольцевого сечения.

Рис.17 - Расчетная схема

Толщина стенки барабана

S_б = (0,007 ч 0,01)Dн,

S_б = (0,007 ч 0,01)2000=14ч20

Примем S_б =15мм

Вес

Изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки (Н·м):

, Н·м,

де q - нагрузка, приходящаяся на единицу длины между бандажами, Мпа , Н; - расстояние между бандажами, (L_бар = 0,585 L=0,585•8=4,68 м.)

Для того, чтобы определить q найдем суммарную нагрузку (Н):

, Н.

где - сила тяжести барабана, Н:

- вес влажного материала, Н;

- удельный вес высушиваемого материала, Н/мі:

Тогда:

Значит:

Определим :

Определение изгибающего момента от сосредоточенной нагрузки венцовой шестерни Силу тяжести насадки, накладок и колец жесткости определяют из следующих соотношений: при наружном диаметре барабана D = 2 вес 1,м лопастной насадки принимаем = 1960, Н, и вес венцовой шестерни при этом же диаметре = 8860, Н

Изгибающий момент от сосредоточенной нагрузки венцовой шестерни:

Н·м.

Н·м.

Определение суммарного изгибающего момента

Н·м.

Н·м.

Определение крутящего момента

Н·м.

Определение расчетного (приведенного) момента

Н·м

34133 Н·м

Определение напряжения в стенке барабана:

Напряжение в стенке барабана должно быть меньше допускаемого:

, МПа, (30)

где - момент сопротивления сечения кольцевой стенки барабана, мі;

, м.

Тогда:

Наприяжение:

Допускаемое напряжение принимаем по ГОСТ 14249-73 ([уи] =131 МПа). Следовательно, умакс < [удоп], т.е. условие прочности барабана на изгиб выполняется.

Проверка барабана на допускаемый прогиб проводим следующим образом: для нормальной работы барабана допускается прогиб на 1,м длины не более 1/3, мм, т.е:

где - общий прогиб, м;

- прогиб под действием равномерно распределенной силы q, м;

Е =1,86?105 - модуль продольной упругости материала, МПа;

- осевой момент инерции для поперечного сечения барабана;

- прогиб под действием силы веса венцовой шестерни.

Тогда:

Тогда, подставив полученные значения в условие получим:

+

Условие выполняется .

Расчет бандажей

Рис. 18 - Расчетная схема бандажей

Определение реакции опорного ролика

Реакция опорного ролика:



где - нагрузка на один бандаж;

- угол между опорными роликами ( = 60є);

z - количество бандажей (z = 2);

б - угол наклона барабана к горизонтали, б = 3є (cos 3є 0,998).

- вес всего барабана;

= 11200 - вес бандажа, H

Тогда:

48828 Н

Определение расстояние между двумя соседними башмаками:

, м,

где m - число башмаков для данного диаметра барабана (принимаем m = 12)

Определение максимального изгибающего момента в месте контакта опорного ролика и бандажа

Определим по формуле:

, Н?м

По каталогу выбираем бандаж прямоугольного сечения с размерами:

= 0,155, м; = 0,135м.

Определение момента сопротивления сечения бандажа

м³

Определение напряжения, возникающее в бандаже

,Па

Наружный диаметр бандажа принимаем следуя соображениям, что т.е.

Определение диаметра опорного ролика

Определяем из следующего соотношения:

, м



Проверка условия контактной прочности в месте касания ролика и бандажа

, Мпа

Для бандажа изготовленного из чугуна , МПа, следовательно условие контактной прочности соблюдается.

Расчет изоляции аппарата

Толщину изоляционного слоя д_из м, определяем по формуле:

где лиз - коэффициент теплопроводности изоляционного материала,

принимаем из справочной литературы

лиз=0,151 Вт/(мЧК);

Кn - коэффициент теплопередачи в окружающую среду, Вт/(м2ЧК).

где бn - коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к

окружающему воздуху, Вт/(м2ЧК). бn=9,3+0,06 tиз;

tиз - допустимая температура поверхности изоляции. tиз= 40ч60°C;

tвоз - температура окружающей среды. tвоз= 15 ч 25°C.

ts - температура пара. ts = 140°C.

Тогда

бn=9,3+0,06Ч60=12,9 Вт/(м2ЧК).

=0,023 м =23мм

Толщина изоляции теплообменного аппарата в нашем случае составляет диз=23 мм.

7. Расчёт вспомогательного оборудования

Расчет циклона

Для улавливания частиц материала выбираем циклон типа ЦН-15.

Принимая , диаметр циклона найдём по формуле:

,

где - скорость газового потока,м/с

Предварительно определив условную скорость газа в цилиндрической части циклона из уравнения , где :

.

Где - коэффициент сопротивления

Плотность воздуха:



Где -1,29 кг/м³ -плотность воздуха при нормальных условиях;

=323⁰ С абсолютная температура воздуха на выхоже из сушилки

.

Следовательно:

Округлям полученное значение диаметра до ближайшей величины по ГОСТ 9617-67, D = 2,4 м

Гидравлическое сопротивление циклона:

Зная диаметр циклона, мы можем рассчитать основные размеры циклона ЦН-15: Диаметр выходной трубы ;

Ширина выходного патрубка ;

Высота входного патрубка

Высота выходной трубы ;

Высота цилиндрической части ;

Высота конической части ;

Общая высота циклона



Рис. 19 - Основные размеры циклона ЦН-15

Расчет вентилятора

Фиктивную скорость воздуха в аппарате щ м/с, определяем по формуле:

Далее определяем критерий Рейнольдса по формуле:

Общий коэффициент сопротивления л, определяем по формуле:



Перепад давлений, обусловленный сушильной установкой Др Па,

определяем по формуле:

где Уж - сумма коэффициентов местных сопротивлений, Уж=5ч15.

Мощность, потребляемую вентилятором N кВт, определяем по формуле:

где з_В - КПД вентилятора, зВ = 0,5ч 0,7;

з_П - КПД передачи, зП = 0,95ч0,99

Расчет и подбор калорифера

Для подогрева воздуха, поступающего в сушилку, применяются воздухоподогреватели: паровые, водяные, газовые, с промежуточным жидким или твердым теплоносителем.

Паровые калориферы (трубчатые, пластинчатые) применяют для нагревания воздуха до 150°С, газовые (трубчатые, пластинчатые, игольчатые и ребристые) -- до 200--300°С, с промежуточным теплоносителем -- до 200--350 °С.

Для получения требуемой тепловой нагрузки калорифер набирают по шиоине из нескольких секций. В каждой секции два продольных ряда стальных труб.

Основной величиной, по которой выбирается калориферная установка, является необходимая площадь поверхности нагрева, определяемая по формуле:

где k - коэффициент теплопередачи

- средний тепловой напор;

Q - тепловая нагрузка теплообменного аппарата, определяемая из теплового балланса.

Количество тепла, передаваемого воздуху в калорифере равно:

где d₀ = 2 г/кг -влагосодержание атмосферного воздуха;

t₂ = 120°С - температура воздуха на выходе из калорифера;

t₀ = -13,7°С - температура атмосферного воздуха для зимних условий
- полный расход воздуха,

Коэффициент теплопередачи для калорифера к при живом сечении калорифера, равном примерно 40%, от всей общей площади всего сечения, определяется по формуле:

;

где щ_возд = 10 м/с - скорость движения воздуха. Средняя разность температур между греющим агентом и воздухом равна:

Сопротивление калорифера равно:

где e = 0.175, m = 1 ,72 - опытные коэффициенты;

f_k = 0,558 м²- живое селение калорифера;

L- расход воздуха на сушку в час. h_k = e(pщ)^m = 0,175 *3,7^0,175 = 0,22 мм.вод.ст. Сопротивленеи калориферной станции равно :

По каталогу выбираем калорифер КФБ-10, у которого F=61,2 м², тогда необходимое количество калориферов для процесса сушки принимаем 11.

Размещено на Allbest.ru

...