Расчет сушильной установки барабанного типа

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ имени К.Г. РАЗУМОВСКОГО»

(ФГБОУ ВПО МГУТУ имени К.Г. РАЗУМОВСКОГО)

Институт «Управления и информатизации»

Кафедра «Пищевые машины»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Процессы и аппараты пищевых производств»

Тема: «Расчет сушильной установки барабанного типа»

2014 г.



Задание на проектирование

Спроектировать барабанную сушилку по следующим исходным данным: производительность сушилки по абсолютно сухому веществу Gсух = 15000 кг/ч; начальная и конечная влажность материала соответственно Wн= 20% вес. и Wк = 12% вес.;

начальная и конечная температуры материала соответственно tн= 16°С и tк= 45°С.

Сушка производится воздухом, нагретым до температуры t1= 135°С.

Температура сушильного агента на выходе из барабана t2= 58°C.

Температура наружного воздуха t0=19 0С.

Напряжение барабана по влаге Аv=20 кг/(м3ч).

Насыпная масса сн=700 кг/м3. коэффициент заполнения барабана в = 0.2.

барабан мощность сушилка



Введение

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов и проводится двумя основными способами:

путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом - конвективная сушка;

путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло, - контактная сушка.

Конвективная сушка осуществляется в таких аппаратах, как камерные сушилки, туннельные сушилки, барабанные, пневматические, распылительные сушилки и сушилки с кипящим слоем.

Контактная сушка проводится в вакуум-сушильных шкафах, в гребковых сушилках, в вальцовых сушилках и др.

Сушилки бывают как периодического действия, так и непрерывного. Сушилки периодического действия отличаются низкой производительностью, громоздки и в большинстве случаев не удовлетворяют требованиям современной промышленности. Поэтому вместо малопроизводительных сушилок периодического действия применяют сушилки непрерывного действия, в которых достигается сокращение продолжительности сушки и улучшается качество продукта. Сушилки периодического действия целесообразно использовать только в производствах небольших масштабов с разнообразным ассортиментом продукции.

Сушилки, работающие с использованием топочных газов, более производительны и экономичны, чем воздушные сушилки.

Важным фактором, влияющим на выбор сушилок, является характеристика материала, подлежащего сушке.

Например, для сушки кусковых и сыпучих материалов, малочувствительных к действию высоких температур, применяются главным образом барабанные и гребковые сушилки. Однако сушку многих сыпучих мелкоизмельченных материалов можно более эффективно проводить в сушилках с кипящим слоем, в которых достигается более высокая производительность при значительно меньших габаритных размерах, чем для барабанных сушилок.

Выбор типа сушилки зависит от химических свойств материала. Так, при сушке материалов с органическими растворителями используют герметичные аппараты и сушку обычно проводят под вакуумом; при сушке окисляющихся материалов применяют продувку инертными газами; при сушке жидких суспензий используют распыливание материала. Конструкции сушилок весьма разнообразны и выбор их определяется технологическими особенностями производства.

Наиболее широкое распространение получили барабанные сушилки. Эти сушилки отличаются высокой производительностью и относятся к конвективным сушилкам. В качестве сушильного агента в них используют воздух и дымовые газы. В этих аппаратах сушке подвергают соли, топливо, пасты; их используют в производствах соды, удобрений, ядохимикатов. Сушилка представляет собой цилиндрический барабан 1, к которому крепятся бандажи 9, опирающиеся на опорные 3 и опорно-упорные 6 ролики. Вращение барабану передается от электродвигателя через редуктор 4 и зубчатый венец 5, закрытый кожухом 10. Мощность двигателя от 1 до 40 кВт. Частота вращения барабана 1--8 об/мин. Размеры корпусов сушилки нормализованы. Так, по нормали машиностроения МН 2106--61 установлены следующие диаметры барабанов: 1000, 1200, (1400), 1600, (1800), (2000), 2200, 2500, 2800 мм. Длина барабана зависит от диаметра и составляет 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 м. Обычно отношение длины L барабана к диаметру D должно быть L/D = 3,5 -- 7,0.

Высушиваемый материал подается в приемную камеру 8 и поступает на приемно-винтовую насадку, а с нее -- на основную насадку. Лопасти насадки поднимают и сбрасывают материал при вращении барабана. Барабан установлен под углом а к горизонтали до 6°; высушиваемый продукт передвигается к выгрузочной камере 2 и при этом продувается сушильным агентом. Между вращающимся барабаном и неподвижной камерой установлено уплотнительное устройство 7. Выбор типа насадки зависит от материала. Для крупных кусков и налипающих материалов применяют лопастную систему насадки, для сыпучих материалов -- распределительную, для пылеобразующих материалов -- перевалочную с закрытыми ячейками. Барабан заполняют материалом обычно до 20%.

Барабанная сушилка

Туннельные сушилки применяют для сушки долго сохнущих материалов. Высушиваемый материал помещают на вагонетки (тележки), которые проталкиваются специальным толкателем через туннель. Длина туннеля составляет 25--60 м. Воздух проходит через весь туннель; во избежание расслаивания потока воздуха по высоте и неравномерности сушки аппарат разбивают на ряд зон, на перекрытиях которых устанавливают отопительно-вентиляционные агрегаты, создающие вертикальную циркуляцию воздуха. Скорость теплоносителя 2--3 м/с.

Время сушки в обычных сушилках может достигать 200 ч. В сушилке, показанной на рисунке, время сушки сокращено до 20 ч за счет интенсификации процесса и изменения режима (использование воздуха с повышенными влажностью и температурой). Основные размеры таких сушилок определяются продолжительностью сушки. Длина сушилки зависит от размеров тележек, емкости туннеля и определяется производительностью и временем сушки.

Сушилка с кипящим слоем

В сушилках с кипящим слоем обычно сушат продукты с размерами зерен от 0,1 до 5,0 мм. Эти аппараты отличаются высокой надежностью, сокращением времени сушки за счет усиленного перемешивания материала в сушильной камере. Такие сушилки используют для сушки сульфата аммония, хлористого калия, винифлекса и целого ряда сыпучих и даже пастообразных материалов. Сушилки просты по конструкции. Материал через бункер подается на наклонную решетку , которая может получать колебания от вибратора . На сетке происходит псевдоожижение материала воздухом, поступающим снизу. Отработанный воздух проходит две параллельные щели в верхней части камеры и отводится через патрубок, а материал выгружается через патрубок и частично через патрубок. В промышленности используют сушилки и с несколькими камерами. Разновидностью этих сушилок являются вихревые сушилки.

Распылительные сушилки. Распылительные сушилки применяют для обезвоживания концентрированных растворов веществ, суспензий, эмульсий, подвижных паст. Материал, подлежащий высушиванию, распыливается механическими форсунками (производство уксусно-кислого кальция), пневматическими форсунками, центробежными дисковыми распылителями (производство антибиотиков). При этом площадь поверхности материала резко возрастает. Горячий воздух или дымовые газы подаются в сушильную камеру по прямоточной или противоточной схеме и отводятся из камеры через пылеулавливающее устройство. Высушенный материал (сушка происходит мгновенно) падает вниз и гребковым устройством выводится из камеры. Такие сушилки используют для сушки хлористого винила, меламина, триполифосфата натрия, глинозема. Для сушки применяют горячие газы, но вследствие малого времени контакта поверхность материала прогревается только до 60--70° С и не пересыхает. Здесь можно совмещать сушку с одновременным прокаливанием и охлаждением материала.

Высушенный материал попадает на прокалочные тарелки, которые обогреваются дымовыми газами. Материал перемешивается гребками и пересыпается с тарелки на тарелку, а затем, после прохождения охлаждающей тарелки, выводится из сушилки.

Помимо рассмотренных типов конвективных сушилок в химической промышленности применяют и другие конструкции: ленточные, камерные, аэрофонтанные сушилки, пневмосушилки, сушилки с виброкипящим слоем и т. д.

Контактные сушилки. В контактных сушилках тепло высушиваемому материалу передается через металлическую стенку, обогреваемую паром или водой. Поверхность контакта может быть либо цилиндрической, когда паста или густой раствор высушиваемого продукта подаются на поверхность обогреваемого цилиндра (одно- и двухвальцовые сушилки), либо плоской, когда влажный продукт насыпается на горизонтальные плиты, обогреваемые изнутри паром, водой, электронагревателями. Применяют цилиндрические поверхности с наружным обогревом цилиндров и подачей материала внутрь (гребковые, центробежно-щеточные сушилки).

Одновальцовая сушилка представляет собой полый чугунный валец 5, вращающийся от электродвигателя. Пар, обогревающий валец, поступает через патрубок 2 и цапфу 3. Влажный материал подается в лоток 9, где перемешивается мешалкой. Конденсат отводится через сифонную трубку 1. Пленка материала, образующаяся на поверхности вальца, калибруется скребком, укрепленным на оси 11, и срезается ножом 10. Высушенный продукт по фартуку 8 через патрубок 7 поступает в ящик 6. Влажный воздух отсасывается через патрубок 4.

1. Описание технологической схемы

Принципиальная схема прямоточной барабанной сушильной установки показана на рис. 1.

Рис. 1 Сушка подогретым воздухом: 1 - вентилятор; 2 - генератор тепла; 3 - сушилка; 4 - пылеулавливающее устройство; 5 - отсасывающее устройство

Влажный материал из бункера с помощью питателя подается во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку вентилятором 1 подается сушильный агент (воздух), подогретый в калорифере 2. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер, а из него - на транспортирующее устройство.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 4.

Транспортировка сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора 5. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу.



2. Аналитический расчет сушильной установки

2.1 Материальный баланс сушилки

Количество влажного материала, поступающего на сушку:

, (1)

где Gсух - производительность сушилки по абсолютно сухому продукту, кг/с; щ1- начальная влажность материала, %.

(2)

Количество высушенного материала:

, (3)

Подставим формулу (2) в формулу (3)

щк - конечная влажность материала, %.

Количество влаги, удаляемой в сушилке:

=4,2-3,7=0,5 кг/с.

По газовой фазе (влажному воздуху)

а) по влаге

( 3 )

Уравнение (3) используется для определения расхода сухого воздуха на сушку



, ( 4 )

При расчете сушилок важно знать удельный расход воздуха на 1 кг испаренной влаги, а именно:

, ( 5 )

где - удельный расход сухого воздуха, кг сух. возд./кг исп. влаги.

2.2 Предварительный выбор основных габаритных размеров барабана

Объем сушильного барабана Vб (м3) может быть ориентировочно определен по формуле:

,

где Av - объемное напряжение барабана по влаге, кг/(м3ч).

Vб=3600·0,5/20=90 м3.

,

где - длина барабана, принимается в пределах .

Подбор диаметра барабана осуществляется по нормализованным размерам:

(через 200 мм) и .

Тогда Dб = 2800 мм

После подбора диаметра барабана уточняется объем барабана и площадь его сечения :

,

а также длина барабана , (принимать округленно):

.

Тогда объем сушильного пространства составит

Vб=0,785=0,785·2,82·15=93 м3.



2.3 Расчет времени пребывания материала в барабане

временя пребывания материала в барабане

,

где - насыпная масса материала, кг/м3;

- степень заполнения барабана (можно принять равной 0,1 0,25);

- средняя масса материала, проходящего через барабан

.

2.4 Расчет числа оборотов барабана

Число оборотов барабана определяется по формуле:

,



где - коэффициент, зависящий от диаметра барабана и устройства насадки, выбирается из таблицы 1;

Таблица 1

Насадка	Значение коэффициента при диаметре барабана, мм
	1200	1600	2000	2400	2800
Распределительная	0,6	0,5	0,43	0,375	0,336
Подъемнолопастная	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2

- тангенс угла наклона барабана. Можно принять равным , тогда .

Тогда

2.5 Расчет мощности затрачиваемой на вращение барабана

Мощность, затрачиваемая на вращение барабана, рассчитывается по формуле:

, ,

где - коэффициент, зависящий от вида насадки и степени заполнения барабана (таблица 2).



Таблица 2

Насадка	Значение при степени заполнения барабана
	0,1	0,15	0,2	0,25
Распределительная	0,013	0,026	0,038	0,044
Подъемнолопастная	0,038	0,053	0,063	0,071



Литература

1. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. - М.: Колос, 1997, 2000.

2. Куркин П.П., Лапин В.Л. Безопасность технологических процессов производств. Охрана труда. - М.: Высшая школа, 1999.

3. Сушильные аппараты и установки. Каталог ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. Изд. 3-е. М., 1975. 64 с.

4. Аппараты с вращающимися барабанами общего назначения. Основные параметры и размеры. ГОСТ 11875-79.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. 496 с.

6. Машины и аппараты химических производств/ И.И. Чернобыльский, А.Г. Бондарь, Б.А. Гаевский и др. Под ред. И.И. Чернобыльского, 3-е изд., перераб. и дополн. М.: Машиностроение, 1975. 456 с.

7. Кувшинский М.Н. , Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету "Процессы и аппараты химической промышленности". М.: Высшая школа, 1980. 224 с.

8. Справочник машиностроителя. Т. 2. М.: Машгиз, 1954, 559 с.

9. Романков П.Г., Носков А.А. Сборник расчетных диаграмм по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1977, 24 с.

Размещено на Allbest.ru

...