Расчет и проектирование барабанной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В барабанных сушилках сушат порошковые и кусковые материалы с размером кусков до 40 мм: каменный уголь, известняк, глину, песок и другие материалы, а также дегидратируют гипсовый камень.

Корпус сушилки выполнен в виде сварного стального цилиндра с двумя бандажами, каждый из которых опирается на пару роликов. Наклон барабана , частота вращения его вокруг оси об/мин. Барабан приводится в движение от электродвигателя через редуктор, подвенцовое и венцовое зубчатое колесо, насаженное на корпус барабана.

Высушиваемый материал загружается через одно торцовое отверстие барабана, а выгружается через другое. Перемещение материала по барабану осуществляется за счет его наклона и вращения. Движение материала и теплоносителя в барабане может быть прямоточным и противоточным.

При использовании прямоточной схемы сушильный агент поступает через загрузочное торцовое отверстие барабана и движется попутно с движением материала. При использовании противоточной схемы теплоноситель входит в барабан через загрузочное отверстие и направляется на встречу движущемуся материалу. Прямоточная схема по сравнению с противоточной обеспечивает более интенсивную сушку и максимальный удельный паросъём в следствие достижения высоких температурных напоров в начале, когда влажность материала максимальна и он легко сушится. С другой стороны, противоточная схема позволяет, по сравнению с прямоточной, достигать наиболее полного теплоиспользования и экономии топлива.

В качестве теплоносителя используют дымовые газы или нагретый воздух. Дымовые газы применяются для термостойких материалов. Чем выше температура газа, тем экономичнее процесс, но нельзя повышать температуру выше С, т.к. при большей температуре будет быстро прогорать стенка барабана и внутренние устройства. Кроме того, будут большие температурные напряжения и барабан будет деформироваться.

Если материал не допускает большой температуры нагрева, или не допустимо загрязнение его сажей, то применяют нагретый воздух. Скорость газа в барабане не более 3 м/с, иначе будет слишком большой унос твёрдых частиц. Если материал сильно пылит, то скорость газа должна быть ещё меньше. Барабан изготавливают сваркой из листов кательной стали толщиной мм.

1. Литературный обзор

1.1 Теоретические основы процесса

Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространённым способом удаления влаги из твёрдых и пастообразных материалов, а также в ряде случаев и из суспензий.

В промышленности строительных материалов сушке подвергают исходные материалы (песок, глину, известняк, мел и т.д.), топливо (уголь), керамические и меловые суспензии (шликер, шлам), а также отформованные керамические изделия.

По способу передачи тепла различают: конвективную, контактную, терморадиационную, высокочастотную и сублимационную сушку.

При конвективном способе сушки тепло для процесса передаётся от газообразного теплоносителя (нагретого воздуха, дымовых газов или их смеси) при непосредственном соприкосновении его с поверхностью высушиваемого материала. Пары влаги уносятся тем же теплоносителем. Механизм процесса конвективной сушки может быть представлен следующим образом. При непосредственном соприкосновении влажного материала с окружающей средой в следствие разности температур поверхности материала и среды происходит испарение влаги. Одновременно осуществляется перенос массы паров влаги в окружающую среду, обусловленный разностью парциальных давлений паров влаги над влажной поверхностью тела и в окружающей среде. В результате испарения влаги с поверхности и отвода образовавшихся паров возникает градиент концентрации влаги в материале, являющийся движущейся силой внутреннего перемещения её из глубинных слоёв к поверхности испарения.

При контактной сушке тепло передаётся материалу от нагретой плоской или цилиндрической поверхности. В большинстве случаев нагрев поверхности производится паром, а в некоторых случаях горячей водой, горячим маслом или высокотемпературными теплоносителями.

При терморадиационном способе сушки передача тепла осуществляется за счёт радиационного излучения, основную часть спектра которого (около 80%) занимают инфракрасные лучи. Через капилляры высушиваемого материала они проникают на глубину до 2 мм, где после многократного отражения энергия излучения превращается в тепловую и таким образом нагрев происходит в значительной степени изнутри материала. Скорость сушки в таких сушилках очень высока и может быть в десятки раз выше, чем в конвективных сушилках. Радиационное излучение в этих сушилках может осуществляться лампами инфракрасного излучения, металлическими или керамическими поверхностями, нагретыми до температуры С панельными горелками беспламенного горения. Этот способ сушки находит всё большее применение при сушке изделий тонкой керамики.

При высокочастотном способе сушки высушиваемый материал подаётся в поле токов высокой частоты, где под воздействием этого поля полярные молекулы (особенно Н2О), стремясь ориентироваться вдоль направления поля,вынуждены совершать колебательные движения, в результате чего происходит разогрев материала. Нагрев происходит равномерно по всему слою. При этом в средней части материала устанавливается температура более высокая, чем на его поверхности. Под действием температурного градиента влага интенсивно перемещается к поверхности, благодаря чему скорость сушки материала увеличивается в сравнении с конвективной сушкой в несколько раз. Однако этот способ нашёл ограниченное применение в промышленности из-за значительного расхода электроэнергии и высокой стоимости самой установки.

При сублимационном способе сушки влагу удаляют из твёрдых материалов путём возгонки (сублимации), т.е. влагу переводят из твёрдой фазы в паровую, минуя жидкое состояние, для сушки материала этим способом необходимо создать достаточно большую разность температур между высушиваемым материалом и внешним источником тепла. Такую разность температур создают, высушивая материал в замороженном состоянии при глубоком вакууме. В таких условиях влага испаряется из материала, находящегося в замороженном состоянии. Тепло, необходимое для испарения влаги, передаётся из окружающей среды через стенки сушильной камеры или подводится от специальных подогревателей.

При сушке процесс передачи вещества из одной фазы в другую (испарение жидкости) сопровождается процессом теплопередачи. При этом температуры фаз не одинаковы. Количество тепла, передаваемого от газообразного сушильного агента жидкости путём конвекции при температуре газа tГ, превышающей температуру материала tМ, составит:

, (1.1)

где F - поверхность соприкосновения фаз; - коэффициент теплоотдачи.

Количество испаряющейся жидкости (М) определяется уравнением:

, (1.2)

где К - коэффициент массопередачи; - движущая сила процесса массопередачи.

Количество жидкости М переходит в виде пара в газовую фазу и передаёт от жидкости к газу тепло, соответствующее теплоте испарения этой жидкости:

, (1.3)

где r - теплота испарения; Р* - давление пара над жидкостью при температуре tМ.Т; РП - парциальное давление пара в газовой фазе.

Всего передаётся тепла от газа к влажному материалу: Q = Q1 - Q2. Всё это тепло расходуется на нагревание материала. По мере нагревания влажного материала его температура tM и давление пара над ним Р* возрастают. В соответствии с этим Q1 будет уменьшаться, а Q2 увеличиваться. Очевидно, наступит момент, когда Q1 будет равно Q2 и Q = 0, т.е. всё тепло, полученное влажным материалом от газа путём конвекции, будет возвращаться газу в виде теплоты испарения жидкости. После этого дальнейшее нагревание влажного материала станет невозможным и будет происходить испарение влаги при постоянной температуре, а, следовательно, и при постоянном Р*.

Температура, принимаемая влажным материалом при испарении из него жидкости после достижения теплового равновесия (Q = 0), называется температурой мокрого термометра и обозначается tМ.Т. Температура мокрого термометра определяется условием Q1 = Q2 или

(1.4)

Определение tМ.Т из этого уравнения возможно только путём подбора.

Для проведения сушки должно соблюдаться условие:

РМ.Т. > РП,

где РП - парциальное давление водяного пара в воздухе, или давление чистого пара.

Из этого выражения видно, что сушка облегчается с возрастанием давления пара РМ.Т., которое тем больше, чем выше влажность материала и температура сушки. Величина РМ.Т. зависит также от характера связи влаги с материалом.

Для расчёта сушилок необходимо знать скорость сушки, которая определяется количеством влаги W, испаряемой с единицы поверхности F высушиваемого материала за единицу времени . Таким образом, скорость сушки определяется следующей зависимостью:

(1.5)

Зная скорость сушки, определяют продолжительность периодического процесса сушки или поверхность высушиваемого материала при сушке непрерывным способом и устанавливают габаритные размеры сушильных аппаратов.

Скорость сушки, как массообменного процесса, определяется из основного уравнения массопередачи, согласно которому:

, (1.6)

где - средняя движущая сила процесса.

Движущая сила процесса сушки определяется разностью давлений паров влаги у поверхности материала и парциального давления паров в воздухе. Тогда:

(1.7)



Рис. 1.1. График зависимости изменения абсолютной влажности материала за время сушки

Рис. 1.2. Кривая скорости сушки 1 - кривая температуры теплоносителя; 2 - кривая температуры материала



Рис. 1.3. Изменение температур теплоносителя и высушиваемого материала при прямоточной сушке

Различают два периода сушки: период постоянной скорости и период падающей скорости процесса. В течение первого периода влага испаряется со всей поверхности влажного материала также, как она испаряется с поверхности жидкости. В этот период скорость сушки постоянная и определяется лишь скоростью внешней диффузии, т.е. диффузии паров влаги с поверхности материала в окружающую среду.

Во втором периоде скорость сушки определяется внутренней диффузией - перемещением влаги изнутри материала и его поверхности. С этого периода постепенно увеличивается сопротивление внутренней диффузии, а, следовательно, скорость сушки падает.

Двум основным периодам предшествует некоторый период прогрева материала до температуры сушки. Кинетика сушки определяется обычно путём взвешивания образца материала в начале сушки и через определённые промежутки времени. По весу образца рассчитывают абсолютную влажность в различные моменты и строят кривую сушки (кривая АВК1К2С на рис. 1.1).

Скорость сушки характеризуется изменением абсолютной влажности и может быть найдена для каждого момента как тангенс угла наклона кривой сушки (см. рис. 1.1). Если найденные значения скорости сушки нанести на график как функцию абсолютной влажности, то получим кривую скорости сушки (рис. 1.2). Из графиков (рис. 1.1 и рис. 1.2) видны все периоды сушки материала в сушилке.

Период прогрева материала (отрезок АВ) является, как правило, кратковременным и характеризуется неустановившимся состоянием процесса. За этот период температура материала повышается до температуры мокрого термометра tМ.Т. (рис. 1.3), но его влажность снижается незначительно. Скорость сушки возрастает и к концу периода прогрева достигает максимальной величины.

Длительность сушки достаточно точно можно установить только опытным путём. Скорость сушки зависит также от направления движения теплоносителя относительно высушиваемого материала.

Рассчитать динамику сушки трудно, так как её необходимо сначала рассчитать для каждого периода. Очень сложно определить поверхность контакта фаз, поэтому на практике часто ограничиваются статическим расчётом по средним данным, принимая за исходную величину среднее количество влаги, испаряемой в единице объёма сушильной камеры, т.е. величину напряжения сушилки по влаге А в кг/м3с.

На рис. 1.3 кроме кривой изменения температуры материала в процессе сушки в зависимости от влажности, приведена кривая изменения температуры теплоносителя. Обе кривые построены для случая прямотока. Пользуясь этим графиком, можно найти средний температурный напор для каждого периода сушки в целом.

Материальный баланс по всему количеству вещества выразится равенством:

G1 = G2 + W, (1.8)

где G1 - количество влажного материала, поступающего в сушилку, кг/с; G2 - количество высушенного материала на выходе из сушилки, кг/с; W - влаги, испаряемой из материала в процессе сушки, кг/с.

Баланс по абсолютно сухому веществу, количество которого не изменяется в процессе сушки, имеет вид:

G1(100 - UН) = G2(100 - UК), (1.9)

Отсюда находим:

; , (1.10)

где UН - влажность материала, поступающего в сушилку, в весовых процентах; UК - влажность высушенного материала в весовых процентах.

Подставляя значения GН или GК в уравнение, определяем количество влаги W, подлежащее удалению в процессе сушки, при изменении влажности материала от UН до UК.

; , (1.11)

Для теплового расчёта сушилки необходимо знать расход воздуха на сушку, который определяется из баланса влаги. Если на сушку расходуется L кг абсолютно сухого воздуха, причём, влагосодержание воздуха на входе в сушилку хо кг/кг сухого воздуха, а на выходе из сушилки х2 кг/кг сухого воздуха, то с воздухом поступает Lхо кг влаги. Из материала испаряется W кг влаги, с отработанным воздухом уходит Lх2 кг влаги. Следовательно, баланс влаги в сушилке выражается равенством:

Lх2 = Lхо + W, (1.12)

Откуда расход воздуха составляет:

, (1.13)

Удельный расход воздуха составит:

, (1.14)

Из выражения видно, что удельный расход воздуха зависит только от разности влагосодержания отработанного и свежего воздуха. Расход воздуха будет тем больше, чем выше его начальное влагосодержание хо, которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха.

1.2 Основные технологические схемы

В пневматической трубе - сушилке осуществляют сушку зернистых материалов с размерами частиц не более 10 мм. Схема такой сушилки со вспомогательным оборудованием приведена на рис.1.4. Сушка материала осуществляется в трубе, диаметр которой обычно не превышает 1 м, а длина не более 40 м. Влажный материал питателем подаётся в нижнюю часть трубы, ещё ниже подаётся горячий воздух или дымовые газы. Поскольку теплоноситель подхватывает и уносит с собой вверх влажные частицы материала, то скорость его должна превышать скорость витания самых крупных частиц. В процессе транспортировки происходит интенсивная сушка материала. Далее газы и высушенный материал поступают в циклон - пылеотделитель, где продукт улавливается, а очищенные в фильтре газы выбрасываются в атмосферу. Благодаря хорошему перемешиванию материала в газовом потоке и большой скорости испарения, материал высушивается во время перемещения по трубе в течение с. Перед подачей материала в сушилку его размалывают до расчётного размера в барабанной, молотковой или другой мельнице. Интенсивность сушки мелкозернистых материалов в пневматической трубе - сушилке характеризуется высокой напряжённостью объёма сушильного пространства, и влагосъём составляет кг/м3с. В большинстве случаев сушка производится дымовыми газами, температура которых составляет и скорость их в трубе м/с. Оптимальная концентрация материала в пневматической сушилке составляет кг/кг газа. К недостаткам пневматических сушилок относят большой расход электроэнергии для получения необходимой скорости движения газов, большой износ газопроводов, особенно в местах поворота движущегося с газами материала, а также громоздкость газоочистительных пылеулавливающих устройств.

Высокой интенсивности процесса сушки можно достигнуть в сушилках кипящего (псевдоожиженного) слоя. В кипящем слое высушиваются не только зернистые материалы, но также пасты, суспензии, растворы, расплавы. Осуществимость и эффективность сушки в кипящем слое в значительной мере зависит от конструкции аппарата. Следовательно, аппаратурное оформление должно наилучшим образом соответствовать агрегатному состоянию исходного материала, его физико-химическим свойствам, а также требуемой производительности.

Принципиальная схема сушилки кипящего слоя со вспомогательным оборудованием показана на рис. 1.5. Сушилка представляет собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, в нижней части которого расположена газораспределительная решётка. Если в качестве теплоносителя используются дымовые газы, то решётка изготавливается из жаропрочной стали, а корпус аппарата ниже решётки футеруется огнеупорным материалом. Под решётку из топки подаются дымовые газы, которые при необходимости разбавляются воздухом для снижения температуры. Влажный материал из бункера питателем подаётся на решётку. Газ пройдя через отверстия решётки, проходит через слой зернистого материала и при оптимально выбранной скорости поддерживает его в псевдоожиженном состоянии. Выгрузка высушенного материала осуществляется через окно с противоположной загрузке стороны. Отработанные дымовые газы проходят очистку в циклонах и далее в фильтрах или скрубберах мокрой очистки и выбрасываются в атмосферу.

В сушилках кипящего слоя происходит интенсивное перемешивание зернистого материала, в результате чего влажность его в различных местах практически одинаковая. Благодаря развитой поверхности контакта фаз процесс сушки идёт очень интенсивно и достигает высоких значений коэффициентов массоотдачи.

К недостаткам сушилок кипящего слоя следует отнести неустойчивость псевдоожижения при значительном различии в размере частиц высушиваемого материала. В тех местах, где будут крупные частицы, могут образовываться заторы, а, где мелкие, - будет наблюдаться фонтанирование и унос материала с газовым потоком.



Рис. 1.4. Схема пневматической трубы - сушилки: 1 - сушильная пневмотранспортная труба; 2 - топка; 3 - вентилятор; 4 - регулировочный дроссель подсоса холодного воздуха; 5 - бункер влажного материала; 6 - питатель; 7 - циклон; 8 - рукавный фильтр; 9 - дымосос

Рис. 1.5. Схема сушилки кипящего слоя: 1 - сушильная камера; 2 - бункер влажного материала с питателем; 3 - топка; 4 - дутьевой вентилятор; 5 - циклон; 6 - батарейный циклон; 7 - дымосос; 8 - ленточный конвейер сухого материала

2. Описание технологической схемы установки

Рис. 2.1. Барабанная сушилка: 1 - металлический барабан; 2 - венцовая шестерня; 3 - подвенцовая шестерня; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель; 6 - опорные бандажные кольца; 7 - опорные ролики; 8 - загрузочная насадка; 9 - разгрузочный бункер; 10 - циклон; 11 - дымосос; 12 - бункер сырья; 13 - топка; 14 - форсунка; 15 - окно для подачи холодного воздуха; 16 - вентилятор подачи воздуха

Барабанные сушилки относятся к конвективным сушилкам с перемешиванием слоя материала. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.).

Барабанная сушилка (рис. 2.1) состоит из цилиндрического барабана 1, установленного с небольшим наклоном к горизонту и опирающегося с помощью бандажей 6 на ролики 7. Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор 4 и шестерни 2 и 3. Число оборотов барабана обычно не превышает об/мин. Со стороны загрузочного конца барабана установлена топочная камера, бункер и питатель сырья, а со стороны разгрузочного конца - циклон и за ним дымосос, при помощи которого создаётся искусственная тяга греющих газов. На обоих концах вращающегося барабана монтируют скользящие газоуплотнительные устройства, значительно сокращающие подсосы в систему воздуха. Прямоточная схема движения газов и материала помогает избежать перегрева материала, так как в этом случае наиболее горячие газы соприкасаются с материалом, имеющим наибольшую влажность.

Материал из бункера 12 подаётся в загрузочную насадку 8. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом - дымовыми газами. У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца - поддерживать определённую степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже - изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется через разгрузочный бункер 9.

Внутри барабана для интенсификации процесса сушки устанавливают различные насадки, способствующие увеличению контакта материала с теплоносителем. В загрузочном конце устанавливают спиралеобразные лопасти, основное назначение которых - предотвратить пересыпание материала в газовую камеру. При сушке материалов, склонных к налипанию на внутренней стенке барабана, целесообразно применять навеску цепей или подъёмно - лопастную насадку. При сушке хорошо сыпучих материалов находит успешное применение ячейково - секторная насадка. Можно использовать и комбинацию перечисленных насадок, применяя в начальной стадии спиралеобразные лопасти, потом цепи и в конце подъёмно - лопастную или ячейково - секторную насадку.

3. Расчёт барабанной сушилки

3.1 Определение размеров сушильного барабана

Количество удаляемой влаги при сушке определяем по формуле:

кг/ч (3.1)

Принимаем напряжённость барабана по влаге А = 50 кг/м3ч, тогда необходимый внутренний объём барабана будет равен:

м3 (3.2)

Подбираем барабан СБ 2 - 8. Его диаметр равен 2м, длина 8м, а объём составляет 25,1м3. Проверим объём барабана по формуле:

, (3.3)

где КБ - коэффициент, учитывающий объём барабана, занятого насадкой (); Q - количество тепла, которое передаётся от газов к материалу и расходуется на испарение влаги и нагрев материала; W - количество испаряемой влаги, кг/ч; - средняя логарифмическая разность температур между газами и материалом в начале и в конце сушки; - объёмный коэффициент теплоотдачи, Вт/м3град (принимаем объёмный коэффициент теплоотдачи Вт/м3град).

Определяем тепло на нагрев материала по формуле:

, (3.4)

где t2M и t1M - температура материала на входе и выходе из сушилки.

G2 = G1 - W = 8000 - 1263,1 = 6736,9 т/ч. (3.5)

Теплоёмкость высушенного материала при конечной влажности UK = 5%:

(3.6)

Находим СС для сухой глины:

.

Принимаем температуру глины на входе в сушилку , а на выходе , а также температуру газов на выходе из сушилки . Тогда: .

Определяем полезный расход тепла на сушку по формуле:

(3.7)

Вт

Среднюю логарифмическую разность температур находим по формуле:

 (3.8)

Тогда по формуле определяем объём барабана:

Следовательно, выбранный барабан не подходит. Принимаем барабан СБ 2 - 10, с V = 31,4 м3, ДБ = 2 м, lБ = 10 м. Следовательно, реальная напряжённость барабана по влаге составит:

Производительность по абсолютно сухой глине составит:

(3.9)

Количество остаточной влаги:

(3.10)

Для определения количества воздуха, подаваемого в топку и на разбавление дымовых газов, а также необходимого количества дымовых газов, подаваемых в сушилку, произведём расчёт горения топлива. В задании в качестве топлива принят мазут марки М - 20. Элементарный состав мазута и его теплотворная способность .

Определим состав рабочего топлива, используя формулу:

, (3.11)

где СР - составляющие рабочего топлива, %; СГ - отдельная составляющая горючей массы топлива, %; WP - содержание влаги в топливе, %; АР - содержание золы, %.

Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха Lo находим по формуле:

(3.12)

Количество атмосферного воздуха при его влагосодержании х = 0,01 кг/кг равно:

(3.13)

Процесс горения производят при избытке воздуха. Так как нам для понижения температуры дымовых газов перед подачей в сушилку нужно их разбавлять холодным воздухом, то его мы будем подавать в топку с явным избытком, и коэффициент избытка воздуха принимаем . Тогда действительное количество воздуха при :

Сухого:

Атмосферного:

Количество и состав продуктов полного горения при находим по формулам (3.14 - 3.18):

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)

(3.18)

Общее количество продуктов горения Va при :

Va = 1,584 + 0,0035 + 1,61 + 15,092 + 1,782 = 20,072 нм3/кг

Процентный состав продуктов горения при :

.

Для определения влагосодержания дымовых газов переведём нм3 в кг, для чего производим умножение на плотность . Находим плотность каждого компонента дымовых газов:

Влагосодержание определяем по формуле (3.19):

(3.19)

По формуле (3.20) определяем температуру дымовых газов:

, (3.20)

где - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг.

Пирометрический коэффициент для топок, устроенных в агрегаты, принимаем равным . Температуру топлива и воздуха принимаем .

Так как теплоёмкость зависит от температуры, а мы её хотим определить, то при расчёте теплоёмкости зададимся температурой дымовых газов . Если расчётная величина температуры получится близкой, то решение выполнено верно, если расхождение заданной и расчётной температуры получилось более , то расчёт повторяется при новых заданных значениях температуры и теплоёмкости.

(3.21)

Температура дымовых газов:

Расхождение между заданной и расчётной составляет , что вполне приемлемо, и пересчёт tP производить не следует.

3.2 Расчёт процесса сушки

Закончив расчёт горения топлива и получив все необходимые параметры дымовых газов, переходим к расчёту процесса сушки с целью определения количества дымовых газов, поступающих в сушилку, и расход топлива. Так как температура дымовых газов в топке , а в сушилку, согласно условию задачи, газы должны поступать с температурой , то их необходимо разбавить холодным воздухом. Для определения влагосодержания и энтальпии разбавленных дымовых газов воспользуемся диаграммой “I - x” (рис. 3.1). Точка А на диаграмме характеризует состояние воздуха, поступающего в топку на горение и на разбавление дымовых газов. Её мы находим по следующим параметрам: , хВ = 0,01 кг/кг сухого воздуха. Точка В характеризует состояние дымовых газов в топке и находится по следующим параметрам: , хВ = 0,0527 кг/кг сухих газов. Энтальпия дымовых газов в точке В равна: IД.Г. = 1520 кДж/кг. Соединяем прямой линией точку А с В и, опускаясь по этой линии вниз из точки В до пересечения с изотермой , находим точку В|, характеризующую состояние разбавленных воздухом дымовых газов до температуры . Для точки В| находим: влагосодержание равно хСМ = 0,035 кг/кг сухих газов, энтальпия IСМ = 810 кДж/кг. Зная параметры смеси дымовых газов и воздуха (хСМ, ICM,tCM), можем составить уравнение баланса тепла и определить количество воздуха, подаваемого на с IД.Г. = 1520 кДж/кг смешение:

(3.22)

(3.23)

(3.24)

Значение СВОЗ

(3.25)

Значения для каждого компонента:

Общее количество воздуха, идущее для горения и разбавления дымовых газов:

(3.26)

Общий коэффициент избытка воздуха:

(3.27)

Теоретический процесс сушки на “I - x” диаграмме изображается линией В|С. Параметрами точки С являются постоянное теплосодержание I = 820 кДж/кг и конечная температура газов, которую принимаем по практическим данным . По “I - x” диаграмме (рис.3.1) находим для точки С х2 = 0,317 кг/кг. Расход сухих газов для теоретического процесса сушки:

Для того, чтобы рассчитать расход газов в реальной сушилке, необходимо рассчитать потери тепла в сушилке , которые будут состоять из потерь тепла на нагрев материала и потерь тепла в окружающую среду через стенку сушильного барабана:

(3.28)

Потери на нагрев материала определены в начале расчёта, и они составляют .

Потери тепла через стенку барабана можно рассчитать по уравнениям теплопередачи, однако согласно результатам исследований и выполненным нами расчётов эти потери составляют около 5% от общего расхода тепла на сушку.

Расход тепла на сушку, согласно предыдущим расчётам, составляет Q = 1046512 Вт или Q = 3764431,7 кДж/кг. Тогда потери тепла через стенку барабана составят:

Общие потери:

Потери теплосодержания газов будут равны:

(3.29)

Переходим к построению на диаграмме “I - x” (рис.3.1) реального процесса сушки. Из точки С вниз (при х = const) откладываем величину и получаем точку Д. Соединяем точку Д с точкой В| и получаем линию В|Д, по которой пойдёт процесс реальной сушки. Конечная температура сушки нами установлена ранее: . Точка Е пересечения линии В|Д действительной сушки с изотермой характеризует состояние газов на выходе из реальной сушилки. Для этой точки хК = 0,185 кг/кг.

Действительный расход газов на сушку будет равен:

Расход тепла на сушку находим по формуле:

(3.30)

IH = 680 кДж/кг находим по диаграмме “I - x” (рис.3.1) для точки В||, как для воздуха при . IВОЗ. = 20,2 кДж/кг находим для точки А, в которой .

Расход тепла в топке:

Расход мазута:

Удельный расход тепла на сушку, отнесённый к 1 кг испаряемой влаги, будет равен:

Определим расход воздуха и объём отходящих газов. Количество воздуха, необходимое на горение:

(3.31)

Количество воздуха, необходимое для разбавления дымовых газов в камере смешения:

(3.32)

Определим объём отходящих газов при выходе из сушильного барабана по формуле:

(3.33)

Количество влажных газов, выходящих из сушильного барабана, равно:

(3.34)

Плотность отходящих газов при определим по формуле:

(3.35)

Парциальное давление РП водяного пара в отходящих газах определим по “I - x” диаграмме (рис. 3.1). При конечных параметрах и хК = 0,185 кг/кг, РП = 10 000 Н/м2. Тогда:

Действительный объём влажных газов, уходящих из сушильного барабана, будет равен:

Скорость газов при выходе из барабана:

, (3.36)

где - коэффициент заполнения барабана материалом; - диаметр барабана.

4. Выбор вспомогательного оборудования

4.1 Расчет циклона

теплоноситель сушильный барабан

Рис. 4.1. Схема циклона

Промышленная очистка газов от взвешенных в них твёрдых частиц является одной из важных технологических задач большинства предприятий промышленности строительных материалов. Из большого количества пылеулавливающего оборудования в промышленности наибольшее распространение получили циклоны, как аппараты первой ступени очистки газов. Правильно выбранный циклон может обеспечить высокую степень очистки газов от пыли.

Основной задачей расчёта является подбор типа циклона, определение его диаметра, а также условий его работы, обеспечивающих достижение необходимой степени очистки твёрдой фазы при допустимом перепаде давления газового потока в циклоне.

Предварительно выбираем циклон ЦН - 15, для которого:

- оптимальная скорость на сечение циклона ;

- коэффициент сопротивления ;

- расход газа V = 11240,3 м3/ч = 3,12 м3/с.

Определяем диаметр циклона:

(4.1)

Принимаем стандартный диаметр ДСТ = 1,1 м.

Площадь сечения циклона диаметром Д = 1,1 м:

(4.2)

Действительная скорость в циклоне:

(4.3)

Рабочая скорость не отклоняется от оптимальной более, чем на .

Определяем гидравлическое сопротивление циклона:

, (4.4)

где - плотность газа при рабочих условиях на входе в аппарат.

(4.5)

где - плотность газа при нормальных условиях, ; tГ - температура газов на входе в циклон, С.

Далее переходим к расчётам по определению степени очистки газов.

Таблица 4.1. Фракционный состав пыли

Ф, %	5	15	40	40
dЧАСТ.
	70	91	96	98

Общая степень улавливания в циклоне:

(4.6)

где А, В, … - процентное содержание каждой фракции в пыли.

Полученная эффективность больше требуемой. Требуемая эффективность .

Приступаем к расчёту геометрических размеров циклона: 1) диаметр выхлопной трубы: ;

2) диаметр пылевыпускного отверстия: ;

3) ширина входного патрубка: ;

4) высота входного патрубка: ;

5) высота цилиндрической части: ;

6) высота конической части: ;

7) общая высота циклона: ;

8) высота установки фланца: ;

9) коэффициент сопротивления: ;

10) оптимальная скорость газа на сечении цилиндрической части циклона:

;

11) действительная скорость газа на сечении цилиндрической части циклона:

;

12) гидравлическое сопротивление циклона: ;

13) эффективность улавливания пыли в циклоне: .

4.2 Выбор дымососа

Определяющими параметрами для дымососа являются объёмный расход газов и гидравлическое сопротивление технологической линии.

Сопротивление технологической линии определяется как сумма сопротивлений аппаратов и трубопроводов данной линии:

(4.7)

Сопротивление аппаратов в нашем случае равно сопротивлению циклона: . Сопротивление трубопровода складывается из потерь по длине и местных сопротивлений:

, (4.8)

где - потери по длине; - потери на местные сопротивления.

, (4.9)

где - скорость газа (принимаем скорость газа, поступающего в циклон, , а скорость газа, выходящего из циклона, ); - плотность газа; - коэффициент местного сопротивления, значения которого приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Тип местного сопротивления	Значение
Плавные перегибы труб на угол 900
Вход в трубу	0,5
Выход из трубы	1,0
Штуцера и переходники для труб

В нашем случае, присутствуют 2 плавных перегиба труб на угол 900, 2 входа в трубу, 2 выхода из трубы и 3 штуцера.

, (4.10)

где - коэффициент гидравлических сопротивлений; - длина участка трубопровода (принимаем , ); d - диаметр трубопровода.

Чтобы найти необходимо знать режим движения газа в трубопроводе, т.е. найти критерий Рейнольдса (Re):

, (4.11)

где - вязкость воздуха ().

Таким образом режим движения газа турбулентный:

, (4.12)

где - коэффициент, зависящий от диаметра трубы и шероховатости;

, (4.13)

где - шероховатость трубы; - диаметр трубы.

Для воздухопроводов , тогда:

Потери по длине:

Суммарные потери:

Полное давление, создаваемое вентилятором, должно быть на больше сопротивления технологической линии при заданном расходе среды:

По найденному значению давления вентилятора производим его подбор. Выбираем вентилятор центробежный Ц 8 - 23 №12,5 со следующими характеристиками:

- частота вращения n = 1000 об/мин;

- полное давление Р = 2000 Па;

- расход воздуха Q = 3,2 м3/с;

- общий КПД .

Находим мощность привода вентилятора:

, (4.14)

где Р - полное давление, Па; Q - расход воздуха, м3/с; - КПД вентилятора.

Мощность увеличиваем на 20% с учётом пуска вентилятора:

Полная мощность привода составляет: .

Размещено на Allbest.ru

...