Гранулирование минеральных удобрений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологической схемы производства

1.2 Теоретические основы процесса

1.3 Описание РКСГ

1.4 Технологические расчеты аппарата

1.4.1 Тепловой баланс

1.4.2 Материальный баланс

1.5 Конструктивные расчеты аппарата

1.6 Определение высоты кипящего слоя

1.7 Гидравлическое сопротивление сушилки

1.8 Выбор вспомогательного оборудования

2. Проектно-конструкторская часть

2.1 Выбор конструкционных материалов

2.2 Расчеты на прочность, стойкость, герметичность

2.2.1 Расчет толщины обечайки

2.2.2 Расчет и выбор опор

2.2.3 Укрепление отверстий

2.2.4 Выбор фланцевого соединения

Введение

Гранулирование методом распыливания жидкости на поверхность частиц псевдосжиженого или взвешенного слоя заключается в нанесении на частицы - центры гранулообразования - тонких пленок исходного вещества и кристаллизации его за счет тепла, подводимого извне или за счет тепла кристаллизации.

При гранулировании минеральных удобрений проявляются почти все известные виды физико-механических и физико-химических связей между частицами. Для формирования гранул из исходных частиц порошкового материала необходимо обеспечить их сближение на такое расстояние, при котором проявляется действие указанных сил.

В том случае, когда получение гранул может быть осуществлено без добавления жидкой фазы, применяют «сухое» гранулирование, например метод прессования. В этом случае силами сцепления являются ванн-дер-вальсовские и электростатические силы связи.

Одним из новых направлений в технике гранулирования является создание грануляторов с псевдосжиженным слоем. Эти аппараты привлекают внимание промышленности в связи с большой интенсивностью процессов гранулирования, а также благодаря возможности одновременного осуществления ряда технологических процессов в одном аппарате.

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологической схемы [2]

Технологическая схема промышленного производства сульфата аммония гранулированного состоит из следующих стадий (рисунок 1.1):

Прием гидролизной серной кислоты и подготовка рабочего раствора кислоты к нейтрализации;

Нейтрализация рабочего раствора гидролизной серной кислоты газообразным аммиаком с получением пульпы сульфата аммония;

Гранулирование и сушка сульфата аммония;

Классификация высушенного продукта с отделением товарной фракции;

Очистка отходящих газов;

Складирование и погрузка готового продукта потребителю.

Прием гидролизной серной кислоты и приготовление рабочего раствора серной кислоты

Гидролизная серная кислота плотностью 1,450 - 1,550 г/см3 и содержанием H2SО4 52- 55 % по трубопроводам из цеха концентрирования серной кислоты поступает в сборник поз. Сб1, Сб3 вместительностью 55 м3, расположенные в отделении нейтрализации цеха аммофоса. Из приемного сборника поз. Сб1, Сб3 насосами поз. Н1,2, Н5,6 с производительностью 280 м3/ч проводится передача серной кислоты в сборник поз. Сб2, вместимостью по 55 м3 для приготовления рабочего раствора серной кислоты и в баки поз. Б1 и Б2 для подпитки систем абсорбции.

Все сборники кислот снабжены перемешивающими устройствами.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Нейтрализация рабочего раствора серной кислоты аммиаком

Рабочий раствор серной кислоты с концентрацией 25-35 % H2SО4 активной, и до 3% NH3, плотностью 1,25-1.36 г/см3 из сборника поз. Сб2, насосами поз. Н3,4 через напорный бак поз. НБ подается в сатуратор поз.С1 вместимостью 32 м3.

Серная кислота нейтрализуется газообразным аммиаком, подаваемым через установленные внутри аппаратов барботеры до рН 1,5-2,5, температура пульпы при этом составляет 100-110°С.

После 1 ступени нейтрализации полученная пульпа самотеком поступает на стадию нейтрализации второй ступени, которую осуществляют в сатураторе поз. С2. Далее пульпа с регламентированными показателями по химическому составу поступает в сборник Сб4 откуда насосами поз Н11,12 производительностью по 45 м3/ч подается на форсунки аппаратов РКСГ.

С целью предупреждения расслоения пульпы в сатураторах и сборниках пульпы они оборудованы перемешивающими устройствами.

Под разрежением, создаваемым хвостовым вентилятором ВНЖ-13,5 поз. В1,2, парогазовая смесь, содержащая аммиак, из сатураторов и сборников пульпы и кислот протягивается через абсорбер поз А1. Очистка отходящих газов от аммиака проводится в абсорбере поз. А1, на форсунки которого насосами поз. Н7,8 подается циркулирующий абсорбент - ненасыщенный раствор смеси сульфата аммония и бисульфата аммония. Содержание бисульфата аммония в растворе должно быть порядка 30-50 г/дм3 в пересчете на активную серную кислоту. После абсорбера циркулирующая жидкость собирается в баке поз. Б1, откуда насосом поз.Н7,8 вновь направляется на абсорбер, а балансовое количество отработанного абсорбента выводится из бака поз Б1 в сборник поз Сб3 на приготовление рабочего раствора. Бак поз. Б1 предусматривается подпитывать водой и необходимым количеством исходной серной кислоты. Выходящие из абсорбера поз. А1 очищенные газы проходят брызгоуловитель поз. Бр1, где происходит отделение капель орошающей жидкости и вентилятором поз. В1,2 выбрасываются в атмосферу.

Содержание аммиака в выхлопных газах после абсорбера поз. А1 не должно превышать 0,16 г/м3

Контроль над работой абсорбции осуществляется по аналитическому контролю содержания активной серной кислоты в абсорбционной жидкости, ее плотности и расходу на орошение.

При кратковременных остановках процесса нейтрализации, чтобы избежать забивку барботеров пульпой, предусмотрена подача пара в барботеры сатуратора.

При длительных остановках процессов нейтрализации или в аварийных случаях промывка барботеров в сатураторах, сливных трубопроводов, выходов из сборников (кристаллизующейся пульпой), предусмотрены донный слив пульпы из сатуратора и подача пара в сливные трубопроводы.

Завершенность процесса нейтрализации контролируется по величине рН пульпы .которая определяется с помощью индикаторной бумаги “Рифан” и путем определения титрованием содержания свободного NH3.

Грануляция и сушка продукта

Получение сульфата аммония с необходимым соотношением всех питательных элементов, грануляция и сушка производится в аппарате РКСГ поз. КС, устройство которого позволяет проводить указанные процессы в едином комплексе.

По основному варианту технологии сульфатная пульпа из сборника поз.Сб4 насосом поз. Н11,12 производительностью 45м3/ч подается по циркуляционному трубопроводу на форсунку аппарата РКСГ поз. КС. Для распыления пульпы на форсунки аппаратов РКСГ постоянно подается сжатый технический воздух с давлением 1-3 кгс/см2. В целях очистки форсунки от выкристаллизовавшихся солей, к ней подведен пар для пропарки.

В аппарате РКСГ в качестве сушильного агента используют продукты сгорания природного газа. Для получения сушильного агента в топку поз. Т для сжигания подают природный газ в количестве до 500 м3/ч. Для обеспечения полноты процесса горения в газовую горелку подают первичный воздух вентилятором поз. В3 (производительность 11000 м3/ч, напор - 350 кгс/м2), а для разбавления топочных газов до температуры 400-550 ОС в топку поз.Т подают из атмосферы вентилятором поз. В4 (производительность - 45000 м3/ч, напор -390 кгс/м2 ) вторичный воздух.

В процессе сушки и грануляции при производстве сульфата аммония в аппаратах РКСГ помимо испарения влаги происходит выделение в газовую фазу аммиака. Выделение аммиака в газовую фазу связано с переаммонизацией пульпы на стадии нейтрализации. С отработанными сушильными газами из аппарата РКСГ выносятся также пылевидные частицы высушиваемого материала.

Для снижения содержания вредных примесей в газах, выбрасываемых в атмосферу, до нормируемого уровня технологической схемой производства предусматривается мокрая очистка отработанных сушильных газов и запыленного воздуха стадии классификации.

На линии подачи природного газа в топку поз.Т предусмотрена индивидуальная для каждой технологической линии автоматика безопасности, которая обеспечивает автоматическое прекращение подачи природного газа в следующих случаях:

Погасание факела.

Понижение давления газа перед горелкой менее 10 мм.вод.ст.

Повышение давления газа перед горелкой более 150 мм.вод.ст.

Понижение разрежения в топке менее (-1) мм вод.ст.

Понижение давления первичного воздуха перед горелкой менее 110 кгс/м2.

Остановка хвостового вентилятора.

Отсутствие напряжения.

Классификация высушенного продукта с отделением гранул товарной фракции

Высушенный материал из РКСГ поз.КС с влажностью не более 1% по течке поступает на элеватор поз. Э, которым подается на грохоты поз. Г1,2, где проводится его классификация на три фракции.

Грохота оборудованы двумя ситами, установленными одно над другим.

Производительность грохота 60 т/ч.

На грохотах происходит целевое выделение гранул продукта товарной фракции с размером гранул от 1 до 4 мм. Формируется также фракция мелких частиц, размер которых меньше 1 мм, и фракция крупных гранул, размер которых более 4 мм.

Размеры отверстий на ситах выбираются в зависимости от требований к гранулометрическому составу товарной части продукта.

Крупная фракция, частицы размером более 4 мм, с верхнего сита грохота поступает на молотковую дробилку поз. Д1,2. Под каждым грохотом установлена одна дробилка. Частицы, полученные в результате дробления крупной фракции, поступают на элеватор поз. Э и далее вновь возвращаются на грохот поз. Г1,2 для повторной классификации.

Мелкая фракция высушенного продукта, частицы размером менее 1 мм, из грохота поз. Г1,2 по течке поступает в РКСГ поз. КС в качестве внешнего ретура.

Товарная фракция, частицы размером от 1 до 4 мм, поступает на ленточный конвейер поз. ЛК, а затем в склад готового продукта.

Очистка отработанных сушильных газов.

Газы отходящие от аппаратов РКСГ содержащие пары воды, аммиак, пыль высушиваемого материала пыль и запыленный воздух отсасываемый oт оборудования узла классификации и мест пересыпки продукта на конвейерах перед выбросом в атмосферу проходят мокрую очистку в абсорберах поз. А2

Абсорбер представляет собой полый цилиндрический аппарат вместимостью 60 м3, высотой 6.1 м, диаметром 3.2 м, который предназначен для очистки газов от аммиака и пыли сульфата аммония

Внутри абсорбера имеется распыливающий механизм, который снабжен двумя корзинами и вращается со скоростью 1500 об/мин

Под разрежением, создаваемым хвостовым вентилятором ВНЖ-15,5 поз В5, газы от РКСГ протягиваются через абсорбер поз А2. Очистка отходящих газов происходит в двухступенчатом абсорбере, первая корзина которого по ходу газа орошается циркулирующим слабокислым абсорбентом из сборника поз. Б2 насосом поз. Н9,10. Вторая корзина абсорбера для лучшего завершения процесса очистки газов орошается водой.

Циркулирующий абсорбент представляет собой ненасыщенный pacтвop сульфата и бисульфата аммония. Концентрация бисульфата аммония поддерживается в пределах 30-50 г/дм3 в пересчете на активную H2SО4

Выходящие из абсорбера газы проходят бpызгoуловитель поз. Бр2 где происходит отделение капель орошающей жидкости и хвостовым вентилятором поз В5 через выхлопную трубу выбрасываются в атмосферу.

Орошающая жидкость из абсорбера поз А2 самотеком сливается опять в сборник поз. Б2, откуда насосом поз. Н9,10 возвращается на абсорбер, а в балансовых количествах отводится в сборник поз. Сб3 на приготовление рабочею раствора серной кислоты. В сборник поз. Б2 предусмотрен подвод свежей исходной серной кислоты.

Содержание вредной примеси - аммиака в выхлопных газах после абсорбера поз А2 не должно превышать 0,15 г/м3.

Контроль за работой абсорбции осуществляется по рН, плотности и расходу орошающей жидкости, концентрации в ней активной H2SО4 расходу воды и концентрации аммиака в газах на выхлопе.

Схемой предусмотрена подача исходной серной кислоты в необходимых количествах из приемного сборника поз. Сб3 в сборник поз. Б2 каждой технологической нитки.

1.2 Теоретические основы процесса

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

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины материала в окружающую среду. 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 массообмена.

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу в моем случае это конвективная сушка. Т.е. путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого я использую топочные газы в смеси с воздухом.

В данном проекте расчитывается гранулятор-сушилка с псевдоожиженым слоем. Грануляторы с псевдоожиженым слоем обладают рядом преимуществ: развитая поверхность фазового контакта; высокая интенсивность процессов тепло- и массобмена; высокая удельная производительность, небольшие размеры аппарата и капитальные затраты на его изготовление и монтаж; высокое качество гранулированого продукта; возможность непрерывного ведения процесса при его полной автоматизации и механизации; совмещение процессов обезвоживания и гранулирования, что упрощает схему производства.

К недостаткам аппаратов с псевдоожиженным слоем следует отнести: повышенные энергозатраты, свызанные с нагнетанием сушильного агента; необходимость точной дозировки жидкой фазы, что значительно затрудняет работу на многотонажных производствах; малый интервал режимов устойчивой работы, что приводит к полной остановке аппарата при нарушении технологического режима.

При конструировании аппарата мы использывали как основной конструкционный материал сталь Ст3пс, а для внутрених узлов и деталей 12Х18Н10Т. Выбор объясняется тем что сталь Ст3пс может выступить как как основной конструкционный материал из-за своей дешевизны и она удовлетворяет требованиям предъявляемые к аппарату. Сталь 12Х18Н10Т используется для внутренних узлов потому что внутри у нас идет непосредственное контактирование с влагой пульпы, которая может вызвать коррозию, а как нам известно сталь 12Х18Н10Т коррозионостойкая.

1.3 Описание РКСГ

Распылителъно-кипящая сушилка-гранулятор РКСГ представляет собой вертикальный аппарат с плоской крышкой и цилиндрической боковой поверхностью. На крышке аппарата установлено газоподводящее устройство, сблокированное с распылителем (газовые сопла и пневматические форсунки).

Установлено три пневматические форсунки с подачей сжатого воздуха по периферии и центру. Дисперсность распыла, в основном, регулируется центральным сжатым воздухом. Форсунка может выниматься для осмотра и чистки. Сжатый воздух подается из двух кольцевых воздуховодов. Пульпа подается через кольцевой трубопровод; на линии подачи пульпы к форсунке вместо вентиля должен быть установлен кран.

Для наблюдения за кипящим слоем и газовой струей в цилиндрической части корпуса аппарата имеется смотровое окно и светильник .

Корпус аппарата выполнен из углеродистой стали 3. Опорой для кипящего слоя служит газораспределительная решетка из листовой стали 12Х18Н10Т. Решетка провальная, перфорированная. Живое сечение решетки 7 %.

Для охлаждения нижнего днища газоподвода и экрана подается воздух через штуцер за счет эжекционного эффекта струй и разрежения в камере РКСГ.

Теплоноситель в аппарат вводится в двух местах: в газоподводящее устройство на крышке и в нижней части сушилки под решетку кипящего слоя.

Отработанный теплоноситель выводится из аппарата через два патрубка на крышке и на очистку. Внутри камеры в местах вывода отработанных газов установлены отражатели. Для чистки их от пыли продукта на корпусе аппарата сделаны люки.

Исходный раствор аммофоса подается насосом в распределительное кольцо и далее на форсунки.

Гранулированный продукт выводится с уровня решетки кипящего слоя через затвор-питатель - шлюзовый затвор. Выгрузка продукта регулируется по давлению под решеткой кипящего слоя.

В зоне кипящего слоя установлены три термопары на разных уровнях по высоте слоя. Кроме того, имеются штуцера ввода пыли продукта из циклона, мелкой фракции после рассева и дробления продукта, а также из бункера для подачи "подушки" (сухой продукт) перед пуском установки после ее остановки на ремонт или по другой причине.

Пневматические форсунки устанавливаются и центрируются в газовом сопле диаметром 190 мм.

При сборке аппарата необходимо обеспечить соосность форсунки, газового сопла и сушильной камеры.

При креплении газоподводящего устройства необходимо учитывать возможность перемещения его из-за термического расширения с нарушением соосности форсунок и сушильной камеры.

1.4 Технологические расчеты аппарата

1.4.1 Тепловой баланс

Теоретическое количество сухого воздуха L0, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, кг/кг [1]:

В качестве топлива используется природный сухой газ следующего состава (в объемн. %):

92,0% СН4; 0,5% С2Н6; 5% Н2; 1% СО; 1,5% N2.

где составы горючих газов выражены в объемных долях.



(1.1)

где: n, m - количество компонентов данного газа из газовой смеси природного газа;

CmHn - доля газа в смеси.

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов [1]

Количество тепла Qv, выделяющееся при сжигании 1 м3 газа, кДж/м3:

(1.2)

где: Qi - тепловой эффект реакции;

Плотность газообразного топлива ст, кг/м3 [1]:

(1.3)

Где Mi-мольная масса топлива, кмоль/кг;

TТ-температура топлива, равная 20?C;

Vo-мольный объем, равный 22,4 м3/кмоль;

Количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива, кДж\кг [1]:



(1.4)

Q=33868/0.652=51945

Масса сухого газа, подаваемого в нижнюю камеру, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха б2, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси tcа2=163?C. Значение б2 находят из уравнений материального и теплового балансов [1]:

(1.5)

где з - общий коэффициент полезного действия (0,95);

ст- теплоемкость газообразного топлива при температуре 20?C, равная 1,34 кДж\кгК;

Io- энтальпия свежего воздуха, кДж\кг;

іc.г. - энтальпия сухих газов кДж\кг;

іc.г2.=сс.г.tc.г2.;

сс.г. ,tc.г2 - соответсвенно теплоемкость и температура сухих газов: сс.г. =1,05 кДж/кгК [1], tc.г2=163?C;

х0 - влагосодержание свежего воздуха, кг\кг сухого воздуха при t0=20?C и относительной влажности ц0=70%;

іп2 - энтальния водяних паров, кДж\кг;

іп2=r0+ спtп2 [1];



r0 - теплота испарения воды при температуре 0?C, равная 2500 кДж\кг;

сп - средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97 кДж\кгК [1];

tп2 - температура водяных паров;

tп2= tc.г2= tcа2=163?C [1].

Пересчитаем содержание компонентов топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые [1]:

СН4=0,92·16·273/22,4·0,652(273+20)=0,939

С2 Н6=0,005·30·273/22,4·0,652(273+20)=0,0096

СН4=0,05·2·273/22,4·0,652(273+20)=0,0064

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно [1]:

Коэффициент избытка воздуха [1]:

Общая удельная масса сухих газов, получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 163?C [1]:

(1.6)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива, кг/кг [1]:



(1.8)

Влагосодержание газов на входе в сушилку равно, кг\кг [1]:

(1.9)

Энтальпия газов на входе в сушилку, кДж/кг [1]:

(1.10)

Поскольку коэффициент избытка воздуха велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I-X.

1.4.2 Материальный баланс

Составляем уравнение материального баланса по потокам [1]:

GH=GK+W (1.11)

где: GH - производительность по влажному исходному материалу;

GK - производительность по конечному сухому продукту;

W- количество испаряемой влаги.

И по абсолютно сухому веществу [1]:

(1.12)

Секундная производительность по готовому продукту:

Секундная производительность по ретуру:

Количество исходной пульпы из (1.12):

(1.13)

где: UH и UK - начальная и конечная концентрация влажность материала, 40% и 1% соответственно.

Количество испаряемой влаги из (1.11):

W = GH - GK (1.14)

W= 2.75 - 1.67 =1,08 кг/с

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки [1]:

(1.15)

Д - разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере

с - теплоемкость влаги во влажном материале, кДж/кгК

с=4,19кДж/кг·К [3];

см=1,З8 кДж/кг·К [3];

qдоп - удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг

qт - удельный расход тепла в сушилке с транспортными устройствами, кДж/кг

qм - удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом [1]:

(1.16)

И2 - температура высушенного материала на выходе из сушилки, С

qп - удельные потери тепла в окружающую среду, 22.6 кДж/кг

qр- удельный расход тепла с возвращаемым ретуром.

Так как разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере со знаком «-», то сушка идёт с потерями тепла.

Запишем уравнение рабочей линии сушки [1]:

І = І1+Д(х - х1)(1.17)

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме необходимо знать координаты как минимум двух точек. Координаты одной известны х1=0,0248, І1=392. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующие значение І. Пусть х=0,1 кг/кг, тогда:

І=392 - 99.5(0,1 - 0,0248) = 385 кДж/кг.

Через две точки на диаграмме с координатами х1, І1, и х, І проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром 80 С. В точке пересечения линии сушки и изотермой находим параметры отработанного сушильного агента: х2=0,0113 кг/кг, І2=375 кДж/кг

АБ - процесс сгорания газов в топке; БВ' - процесс сушки материала в идеальной сушилке; БВ - процесс сушки материала в реальной сушилке; т.А - параметры атмосферного воздуха; т.Б - параметры сушильного агента на входе в сушилу; т.В' - параметры отработаного сушильного агента на выходе из теоретической сушки; т.В- параметры отработаного сушильного агента на выходе из реальной сушки.

Расход сухого газа Lс.г. рамен [1]:

(1.18)

Расход сухого воздуха [1]:

(1.19)

Расход тепла на сушку Qc [1]:

(1.20)

Qc = 12.24· (392 - 41.9) = 4285 кВт

Расход топлива на сушку [1]:

(1.21)

1.5 Конструктивные расчеты аппарата

Средняя температура tcp воздуха в сушилке [1]:

(1.22)

Среднее влагосодержание хср воздуха в сушилке [1]:

(1.23)

Средняя плотность воздуха сср и водяных паров св равна [1]:

(1.24)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из аппарата [1]:

(1.25)

Далее рассчитываем фиктивную (на полное сечение аппарата) скорость начала псевдоожижения щпс [1]:

(1.26)

где

- критерий Рейнольдса [1];(1.27)

- критерий Архимеда[1];(1.28)

- эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала [1].

мср - вязкость воздуха при средней температуре, 2,27·10-5 [3];

n - число фракций;

mi - содержание i-й фракции;

di - средний ситовый размер i-й фракции;

е - порозность. Принимаем 0,6 [1];

сч - плотность частицы, 1770 кг/м3 [3];

Рассчитаем dе [1]:

Критерий Архимеда [1]:

Критерий Рейнольдса:

Скорость начала псевдоожижения:

Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженом слое определяется скоростью свободного витания (уноса) наиболее мелких частиц. Эта скорость определяется по уравнению [1]:

(1.29)

Критерий Архимеда для частиц диаметром 1мм равен:

Рабочая скорость щ сушильного агента выбирается в пределах от щпс до щсв. Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения [1]:

(1.30)

Согласно [1, с.306] примем Кw= 1.5

Тогда рабочая скорость сушильного агента равна из (1.30):

(1.31)

Диаметр сушилки d определяют из уравнения расхода:

(1.32)

Принимаем стандартный диаметр d = 2.2 м.

Уточняем рабочую скорость в аппарате из (1.32):

Тогда скорость псевдоожижения из (1.31):

Предельное число псевдоожижения:

1.6 Определение высоты кипящего слоя

Высоту псевдосжиженого слоя определяем по формуле [1]:

(1.33)

где ву - коэффициент массоотдачи;

h - высота псевдоожиженого слоя высушиваемого материала;

Равновесное содержание влаги в сушильном агенте х* определяем по I-X диаграмме как абсциссу точки пересечения рабочей линии сушки с линией постоянной относительной влажности ц=100%. Величина х*=0,125 кг\кг. При этом левая часть уравнения равна:

Порозность псевдоожиженного слоя [1]:

(1.34)

Критерий Рейнольдса [1]:

(1.35)

Коэффициент массотдачи ву определяют на основании эмпирических зависимостей; при испарении поверхностной влаги он может быть рассчитан с помощью уравнения [1]:

(1.36)

где D - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре в сушилке [1];

Pr'y - диффузионный критерий Прандтля [1];



(1.37)

Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при 20?C D20=21,9·10-6 м2\с [1]:

(1.38)

Определяем высоту псевдоожиженого слоя высушиваемого материала [1]:

Откуда h=67·10-3 м.

Рабочая высота псевдоожиженого слоя [1]:

(1.39)

Нст - высота зоны гидродинамической стабилизации слоя;

Нст= 20d0 [1];

d0 - диаметры отверстий распределительной решетки;

Тогда:



(1.40)

Диаметры отверстий распределительной решетки выбирают из ряда нормальных размеров, установленого ГОСТ 6636-69 . Выбираем d0=2.8 мм [1].

Тогда высота псевдоожиженого слоя равна:

224 м

Число отверстий n в распределительной решетке определяем по уравнению [1]:

(1.41)

Где d - диаметр решетки, равный диаметру нижней камеры сушилки;

Fc - доля живого сечения решетки. Принимаем 0,05 [1];

Применяем расположение отверстий в распределительной решетке по углам равносторонних треугольников. Поперечный шаг t/ и продольный шаг t// вычисляем по следующим соотношениям [1]:

(1.42)

(1.43)

Откуда:

Высоту сепарационного пространства сушилки принимают [1]:



(1.44)

Диаметры патрубков подводящих и отводящих сушильный агент.

Линейная скорость газа в патрубках 8 - 25 м/с, принимаем v = 20 м/с.

Диметр патрубка входного штуцера газа:

(1.45)

Принимаем 1 м

Диаметр патрубка выходного штуцера:

(1.46)

Высота газовой камеры:

(1.47)

где - высота от входа штуцера до газораспределительной решетки.

- высота от днища камеры до входного штуцера.



1.7 Гидравлическое сопротивление сушилки

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки ДР составляют гидравлическое сопротивление псевдоожиженого слоя ДРпс и решетки ДРр [1]:

ДР= ДРпс+ ДРр (1.48)

Величину ДРпс находим по уравнению [1]:

(1.49)

Минимально допустимое гидравлическое сопротивление решетки ДРрmin может быть вычислено по формуле [1]:

(1.50)

Порозность неподвижного слоя е0 для шарообразных частиц принимают равной 0,4:

Определим гидравлическое сопротивление выбранной решетки [1]:

(1.51)

Коэффициент сопротивления решетки о=1,5 [1]:

Значение ДРр=5541 Па превышает минимально допустимое гидравлическое сопротивление решетки ДРрmin, что удовлетворяет условие.

ДР = 1222 + 5541 = 6763 Па

1.8 Выбор вспомогательного оборудования

Выбор насоса

Определяем диаметр трубопровода по формуле [3]:

d = (1.52)

где Q - расход перекачиваемой пульпы, Q = 25 м/час;

- скорость движения раствора в трубопроводе, исходя из рекомендаций [3] принимаем = 1м/с.

d = =0,094(м)

принимаем диаметр трубопровода d = 100 мм

Примем, что трубопровод стальной, коррозия незначительна.

Находим критерий Рейнольдса [3]:

Re = (1.53)

где м - вязкость пульпы при 20С, согласно [2] .

Режим течения турбулентный. Определяем относительную шероховатость трубы [3]:

,

Так как , для зоны автомодельной по отношению к Re [3]:

(1.54)

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений

а) вход в трубу [3];

б) отводы 3 шт. [3];

в) выход из трубы [3].

Потери напора определяем по формуле [3]:

(1.55)

(м)

Напор рассчитывается по формуле [3]:



(1.56)

где - давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость;

- давление в аппарате, в который подается жидкость;

- геометрическая высота подъема жидкости,

Подобный напор при заданной производительности обеспечивается плунжерным насосом с регулируемой подачей.

Мощность насоса определяется по [3]:

(1.57)

где - полезная мощность, ,

к.п.д насоса и передачи от электродвигателя к насосу, принимая [3].

Выбираем насос Х45/21 с подачей , Н = 17,3 м вод. ст.

Электродвигатель АО2 - 51 - 2 N = 10 кВт

Выбор вентилятора

Определяем внутренний диаметр трубопровода [3]:

,

согласно рекомендациям [3] принимаем скорость газа в трубопроводе =12м/с.

м.

Принимаем d = 1000 мм

Определяем критерий Рейнольдса для газа в трубопроводе [3]:

,

где =1.057 кг/м;

Принимаем, что трубы стальные и были в эксплуатации. Тогда =0,15 мм, далее получим [3]:

;

66667 < Re < 3733333

Определяем коэффициенты местных сопротивлений:

вход в трубу =0,5 [3];

задвижка для d = 1 м, = 0,15 [3];

выход из трубы =1 [3];

Сумма коэффициентов местных сопротивлений = 0,5+0,15+1 = 1,65

Гидравлическое сопротивление трубопровода по [3]:

(1.58)

принимаем l = 32 м;

где - коэффициент трения для зоны смешанного трения по [3]

(1.59)

Избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления и трубопровода, равно [3]:

(1.60)

где - гидравлическое сопротивление аппарата,

6763+166 = 6929

Полезную мощность вентилятора находим по формуле:

(1.57)

где - полезная мощность, ,

к.п.д вентилятора и передачи от электродвигателя, принимая [3].

Выбираем вентилятор ВНЖ-15,5 с производительностью 60000 м3/ч, напор 470 мм.вод.ст. Электродвигатель АО3-315-М. Мощность 132 кВт. Число оборотов 980 об/мин

прочность стойкость герметичность конструктивный

2. Проектно-конструкторская часть

2.1 Выбор конструкционных материалов

Основным требованием для материалов предназначенных для изготовления химических аппаратов, в большинстве случаев является коррозионная стойкость, так как от нее зависит долговечность аппарата.

Конструкционный материал должен обладать высокой химической стойкостью не только для того, чтобы обеспечить необходимую долговечность. Материал может оказаться катализатором, способствующим течению побочных реакций. Растворившийся металл, загрязняя продукт, может снизить его качество, испортить цвет, ухудшить вкус. Одним из критериев при выборе материала является расчетная температура стенок аппарата, а также, если эта температура является положительной, для аппаратов, устанавливаемых на открытой площадке или в неотапливаемых помещениях, необходимо учитывать абсолютную минимальную зимнюю температуру наружного воздуха, при которой аппарат может находиться под давлением или под вакуумом. Аппарат должен быть выполнен из материалов коррозионно-стойких и кислотоупорных в данной среде, а так же не образующих при проведении соответствующих технологических процессов никаких побочных веществ и соединений, ухудшающих качество производимого продукта.

Поэтому для изготовления деталей и узлов, соприкасающихся с рабочей средой, выбираем коррозионно-стойкую сталь 08Х18Н10Т, а для остальных деталей и узлов, не, соприкасающихся с рабочей средой, (опоры и т.д.) - выбираем сталь Ст3

Характеристика стали 08Х18Н10Т

Назначение - детали, работающие до 600С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей, и другие детали, работающие под давлением при температуре от -196 до +600С, а при наличии агрессивных сред до +350С. Это сталь коррозионно-стойкая аустенитного класса.

Заменители - стали: 08Х18Г8Н2Т, 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4, 08Х22Н6Т, 08Х17Т, 15Х25Т, 12Х18Н9Т.

Химический состав, % (ГОСТ 5632-72): С<0,08; Si<0,8; Mn<2,0; Cr=17,0-19,0; Ni=9,0-11,0; Ti=5C-0,8; S<0,020; P<0,035.

Механический свойства (листы горячекатаные или холоднокатаные по ГОСТ 7350-77, с закалкой 1000-1080С, вода или воздух ): 0,2=236 (МПа), В=530 (МПа), 5=38 %, =55 %.

Предел выносливости -1=279 (МПа), n=107.

Технологические свойства: температура ковки tн=1200С и tк=850С. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость - сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС (электроды ЦТ-26), ЭШС и КТС. Рекомендуется последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием - в закаленном состоянии при

НВ 169 и В=610 (МПа), Кv тв. спл.=0,85, Кv б. ст.=0,35.

Флокеночувствительность- не чувствительна.

Характеристика стали Ст3сп2

Назначение - несущие элементы сварных и не сварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-ой категории) - для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках: при толщине проката до 25 мм - t=-40 - +4250Спри толщине проката свыше 25 мм - t=-20 - +4250С, при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

Заменители - сталь Ст3пс.

Вид поставки - лист толстый по ГОСТ 19903-74 и лист тонкий по ГОСТ 19903-74.

Химический состав, % (ГОСТ 380-71): С=0,14-0,22; Si=0,12-0,30; Mn=0,40-0,65; Cr<0,30; Ni<0,30; S<0,05; P<0,04.

Механический свойства (листы нормализованные по ГОСТ 8479-70): 0,2=195 (МПа), В=392 (МПа), 5=26 %, =55 %.

Предел выносливости -1=191 (МПа), n=107.

Технологические свойства: Температура ковки, °С: начала 1300, конца 750. Охлаждение на воздухе.

Свариваемость -- сваривается без ограничений; способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС и КТС. Для толщины свыше 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием -- в горячекатаном состоянии при

НВ 124 и В = 400 Мпа, Кv тв. спл = 1,8, Кv б. ст = 1,6.

Флокеночувствительность -- не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости -- не склонна.

2.2 Расчеты на прочность, стойкость, герметичность

2.2.1 Расчет толщины обечайки

Находим величину нормативного допускаемого напряжения для стали Ст3пс при расчётной температуре 1630С: по таблице у* = 130 МПа [5]:

(2.1)

где у* = 130 МПа - номинальное напряжение;

з = 1 - поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации аппарата [5]:



Допускаемое напряжение на краю сопряжённых элементов [5]:

(2.2)

Допускаемое напряжение при гидравлических испытаниях [5]:

МПа (2.3)

где - предел текучести материала при 20 0С.

Пробное давление при гидравлическом испытании [5]:

МПа. (2.4)

Определим толщину стенки цилиндрической оболочки [5]:

(м) (2.5)

Исполнительная толщина цилиндрической оболочки [5]:

(мм) (2.6)

С учетом ослаблении стенки отверстиями принимаем 8 мм.

Расчётная толщина конической оболочки [5]:

(2.7)

Исполнительная толщина конической оболочки [5]:

(2.8)

С учетом ослаблении стенки отверстиями принимаем 8 мм.

Находим толщину стенки плоской крышки [5]:

(2.9)

где К = 0.4 [5] - коэффициент учитывающий форму днища

К0 - коэффициент ослабления крышки отверстиями [5]:

(2.10)

где di = 1500 мм - максимальная сумма длин хорд в наиболее ослабленном диаметральном сечении.

DR = 2850 мм - диаметр плоской крышки.

Исполнительная толщина стенки крышки:

Принимаем 12 мм.

Толщина стенки днища находится по формуле [5]:

(2.11)

где DP - диаметр линии перехода между конической и отбортованной частью [5]:

(2.12)

где r = 0.15D - радиус отбортовки.

Исполнительная толщина стенки днища:

С учетом прибавок принимаем толщину стенки днища 10 мм.

2.2.2 Расчет и выбор опор

Вертикальные аппараты, как правило, устанавливают на стойках, когда их размещают внизу помещения, или на подвесных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на специальных металлических конструкциях.

Принимаем тип опор - лапы.

Количество опор определяется расчетом и конструктивными соображениями.

Определяем вес аппарата с учетом жидкости при гидравлическом испытании [5]:

(2.12)

Моб - масса обечайки [5];

Мкр = 600 кг - масса крышки;

Мг = 300 кг - масса гозоподводящего устройства;

Мв 18500 кг - масса воды при гидроиспытании;

Мдн = 115 кг - масса днища.

(2.13)

с -плотность стали, 7820 кг\м3;

V1, V2, V3 - объемы фигур образованные обечайкой;

Примем массу аппарата с учетом массы штуцеров, форсунок, решетки равную 22000 кг.

Вес аппарата [5]:

(2.14)

g - ускорение свободного падения, 9,81 м\с2;

Найдем вес на одну опору аппарата [5]:

(2.15)

Где

[5];

, - коэффициенты, зависящие от числа опор ;

, - внешние сжимающие сила и изгибающий момент.

Принимаем изгибающий момент равный нулю, тогда:

Выбираем опоры (лапы) для вертикальных цилиндрических аппаратов по [5] тип Опора 1-6300 ОСТ 26-665-79.

2.2.3 Укрепление отверстий

Укрепление отверстий цилиндрической обечайки.

Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления [5]:



(2.16)

Поскольку диаметр штуцера входа сушильного агента, Ду=1000 мм, то отверстие необходимо укреплять.

Расчётная длина внешней и внутренней частей стенки патрубка, участвующих в укреплении отверстия [5]:

(2.17)

(2.18)

где l1 и l2 - фактическая длина соответственно внешней и внутренней частей патрубка.

мм - конструктивно принимаем мм

мм

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера определяется по формуле [5]:

(2.19)

где SШТ.Р - расчетная толщина стенки штуцера

(2.20)

Принимаем толщину стенки штуцера SШТ=10 мм, тогда:

Условие укрепления отверстия утолщением стенки патрубка имеет следующий вид [5]:

(2.21)

1480 > 810 - условие выполняется

Укрепление отверстий конического днища.

Определяем расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления:

где - расчетный диаметр укрепляемого элемента [5]:

(2.22)

где - растояние от центра укрепляемого отверстия, к оси конического днища, мм.

Поскольку диаметр штуцера нижнего спуска Ду=150 мм, то укрепление отверстия не требуется.

Укрепление отверстий плоской крышки корпуса.

Принимаем два штуцера для выхода отработанного газа Dу=500 мм.

Определяем расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления:

Поскольку диаметр штуцера выхода сушильного агента, Ду=500 мм, то отверстия необходимо укреплять.

Расчётная длина внешней и внутренней частей стенки патрубка, участвующих в укреплении отверстия [5]:

где l1 и l2 - фактическая длина соответственно внешней и внутренней частей патрубка.

мм - конструктивно принимаем мм

мм

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера определяется по формуле [5]:

(2.23)

где SШТ.Р - расчетная толщина стенки штуцера

Принимаем толщину стенки штуцера SШТ=10 мм, тогда:

Условие укрепления отверстия утолщением стенки патрубка имеет следующий вид [5]:

(2.24)

1480 > 358 - условие выполняется



2.2.4 Выбор фланцевого соединения

Рассчитаем фланцевое соединение на прочность и герметичность [5].

Исходные данные:

внутренний диаметр D = 2800 мм;

толщина обечайки S = 8 мм;

внутреннее давление P = 0,1 МПа;

температура 800С;

материал фланца - 08Х18Н10Т;

материал болтов (шпилек) - сталь 45;

коэффициент прочности сварных швов = 1.

Рисунок 3.2 - Плоский приварной фланец

1) Конструктивные размеры фланца.

Толщину втулки фланца принимаем S0 = 12 мм, что удовлетворяет условию S0 > S (12 мм > 8 мм).

Определяем высоту втулки фланца [5]:



(2.25)

принимаем hB = 150 мм.

Определяем диаметр болтовой окружности [5]:

Dб = D + 2(2So + dшп + U) , (2.26)

где dшп = 27 мм - наружный диаметр шпильки;

U - нормативный зазор U = 5 мм.

Dб = 2800 + 2 (2 12 + 27 + 1.5) = 2905 мм.

Наружный диаметр фланца [5]:

Dн = Dб + а (2.27)

где а = 45 мм - для шестигранных гаек при dшп = 27 мм;

Dн = 2905 + 45 = 2950 мм.

Наружный диаметр прокладки [5]:

Dн.п. = Dб - с, (2.28)

где с = 50 мм - для плоских прокладок.

Dн.п. = 2905 - 50 = 2855 мм.

Средний диаметр прокладки [5]:

Dс.п. = Dн.п. - в, (2.29)

где в = 20 мм - ширина прокладки.

Dс.п. = 2855 - 20 = 2835 мм.

Количество болтов, необходимых для обеспечения герметичности соединения [5]:

n = Dб/tшdшп (2.30)

где tш = 4 мм - шаг размещения болтов М27 на болтовой окружности

n = 3,14 2905/4•27 = 88 штук.

Высота (толщина) фланца [5]:

, (2.31)

где ф = 0,38 - для плоских фланцев;

Sэк = Sо = 12 мм, т.к. для плоских фланцев 1 = S1/S0 = 1.

Расчетная длина болта [5]:

Lб = lб.о + 0,28 dб , (2.32)

где lб.о. = 2(hф + hп ) = 2(65 + 3) = 136 мм - расстояние между опорными поверхностями болтов при толщине прокладки 3 мм

lб = 136 + 0,28 27 = 144 мм.

Принимаем болт М27х150 по ГОСТ 9066-75.

2) Нагрузки, действующие на фланец

Равнодействующая внутреннего давления [5]:

Fg = Рр D2с.п./4, (2.33)

Fg = 0,1 3,14 2.8352./4 = 0,63 МН.

Реакция прокладки [5]:

Rn = Dсп во Кпр Рр. (2.34)

где Кпр = 2,5 - для фторопласта.

во = в = 12 мм.

Rп = 3,14 2.835 0,012 2,5 0,1 = 0,027 МН

Усилие, возникающее от температурных деформаций [5]:

, (2.35)

где б = 13,1 10-6 1/С и ф = 13,5 10-6 1/С - соответственно коэффициенты линейного расширения,

tб = 0,95 40 = 380С - расчетная температура болта,

Еб = 1,9 105 МПа - для болтов,

Еф = 1,91 105 МПа - для фланца,

fф = 2,35 10-4 м2 для болтов М27,

nб = 88 количество болтов,

уб, уп , уф - податливости, соответственно болтов, прокладки, фланцев [5]:

Уб = lб/(Еб fб n), (2.36)

Уб = 0,15/ 1,9 105 2,35 10-4 88 = 38,2 10-6 м/МН.

уп = hп/(Еп Dсп в) , (2.37)

где Еп = 2000 МПа - для фторопласта, [5];

уп = 3 10-3/ 2000 3.14 2.835 12 10-3 = 14 10-6 м/МН,

(2.38)

где (2.39)

(2.40)

(2.41)

(2.42)

где 1 = 1,28 lg(DH/D) = 1,28 lg(2.95/2.8) = 0,03.

Е = 2 105 - для материала фланца [5];

Тогда

Окончательно подставляем в формулу (2.35):

Коэффициент жесткости фланцевого соединения [5]:

(2.43)



Болтовая нагрузка в условиях монтажа [5]:

(2.44)

где Рпр = 10 МПа - для фторопласта.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях [5]:

F2 = F 1 + (1 - Кж) Fg + Ft, (2.45)

F2 = 0,72 + (1 - 1,1) 0,63 + 0,158 = 0,815 МН.

Приведенный изгибающий момент [5]:

(2.46)

где []20 = 168 МПа

[] = 156 МПа - для материала фланца.

3) Проверка прочности и герметичности соединения

Условие прочности шпилек [5]:

F1/ (nб fб ) < []б20 , (2.47)

F2/ (nб fб ) < []б ,

где []б20 = 230 МПа, []б = 230 МПа.

Условие прочности болтов выполняется [5]:

F max / ( Dс.п. в) < [P]пр, (2.48)

где [P]пр = 40 МПа - для фторопласта [5]

Условие прочности для прокладки выполняется.

Максимальное напряжение в сечение, ограниченном размером So [5]:

(2.49)

где S1 = S0 , т.к. у плоского приварного фланца втулка цилиндрическая, fф = 1, т.к. S1/S0 = 1; D* = D = 2.8

Безразмерный коэффициент [5]:

(2.50)

Напряжение во втулке от внутреннего давления:

a) тангенциальное [5]

(2.51)

б) меридиональное [5]

, (2.52)

Условие прочности для сечения, ограниченного размером S0 [5]:

(2.53)

где [0] = 0,003E = 0,003 200000 = 600 МПа.

Условие прочности выполняется.

Окружное напряжение в кольце фланца [5]:

(2.54)



Условие герметичности фланцевого соединения выполняется [5]

, (2.55)

где - 0,013 раз - допускаемый угол поворота плоского фланца.

Условие герметичности фланцевого соединения выполняется.



Список литературы

1. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия,1983. 272с.

2. Постоянный технологический регламент поизводства аммофоса.

3. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., Химия, 1981. 560с.

4. Врагов А.П. Классифицирующие кристализаторы. Киев, ИСМО, 1998. 203с.

5. А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. Основы кокнструирования и расчета химической аппартуры. Изд. 2-е, Л., Машиностроение, 1970.752с

6. Классен П.В.., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. М., Химия, 1982. - 272с

7. Генералов М.Б., Классен П.В. Расчет оборудования для гранулирования минеральных удобрений. М., Машиностроение, 1984. - 192 с., ил.

8. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд., перераб. и доп. - М.; Машиностроение, 1970. 754 с.

9. Чернобыльский И.И. и др. Машины и аппараты химических производств. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.; Машиностроение, 1975. - 456 с.

10. Журнал «Химическая промышленность Украины»,№3/2003.

11. «Производство гранулированного суперфосфата. Защита окружающей среды от пылегазовых выбросов»

Размещено на Allbest.ru

...