Сушильная установка с псевдоожиженным слоем для высушивания кристаллов поваренной соли нагретым воздухом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Институт биотехнологии, пищевой и химической инженерии

Кафедра«Химическая техника и инженерная экология»

Направление«Химическая технология»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ ДЛЯ ВЫСУШИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ПОВАРЕННОЙ СОЛИ НАГРЕТЫМ ВОЗДУХОМ



План

Введение

1. Определение расхода воздуха, скорости газов и диаметра сушилки

2. Высота псевдоожиженного слоя

3. Гидравлическое сопротивление сушилки

Заключение

Список использованных источников



Введение

сушилка кипящий дисперсный псевдоожиженный

В химической промышленности сушка, как правило, определяет технико-экономические показатели всего производства в целом, что связано со значительными затратами тепловой энергии для проведения данных процессов. Процессы конвективной сушки широко применяются в производствах минеральных солей и удобрений, полимерных материалов и в других производствах.

Для сушки дисперсных материалов успешно используются сушилки с кипящим слоем. Проведение процесса сушки в кипящем слое позволяет значительно интенсифицировать удаление влаги из материала, поскольку при этом увеличивается поверхность контакта между частицами материала и сушильным агентом, выравниваются температура и влажность материала в объеме слоя. Вследствие этого аппараты псевдоожиженного слоя вытесняют барабанные сушилки, например, при сушке поваренной соли, каменного угля и пр. В установках с кипящим слоем можно одновременно проводить несколько процессов (сушку и обжиг, сушку и грануляцию и др.).

Таким образом, разработка и применение эффективных сушильных установок с псевдоожиженным слоем является одними из важнейших задач в сфере химического производства для повышения производительности, а также улучшения экономических показателей производственных процессов.



1. Определение расхода воздуха, скорости газов и диаметра сушилки

Уравнение материального баланса сушки:

По нему определим расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала в случае использования в качестве него поваренной соли:

На диаграмме I - xпо известным параметрам t0=20?и ц0=70% находим влагосодержание х0 и энтальпию I0свежего воздуха: х0=0,011 кг влаги/кг сухого воздуха;I0=47 кДж/кг сухого воздуха.

Рисунок 1 Диаграмма состояния влажного воздуха I - х

При нагревании сухого воздуха до температуры t1=150? его энтальпия увеличивается до I1=157 кДж/кг; так как нагрев сушильного агента осуществляется через стенку, влагосодержание остается постоянным: х0=х1. Для определения параметров отработанного воздуха необходимо на диаграмме I - x построить рабочую линию сушки. Находим значения энтальпии I1=I2=182 кДж/кг сухого воздуха и конечное влагосодержание отработанного воздуха х2=0,042 кг/кг.

Расход сухого воздуха на сушку:

Рассчитаем расход воздуха Lна сушку:

Определим расход тепла на сушку:

Средняя температура воздуха в сушилке:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

Средняя плотность воздуха и водяных паров:



Средняя объемная производительность по воздуху:

Далее рассчитываем фиктивную (на полное сечение аппарата) скорость начала псевдоожижения:

,

где - критерий Рейнольдса; - критерий Архимеда; - вязкость воздуха при средней температуре; - эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала; n-число фракций; mi- содержание i-й фракций, массовые доли; di- средний ситовый диаметр i-й фракции, м.

Рассчитаем :

Критерий Архимеда:

Критерий Рейнольдса:

Скорость начала псевдоожижения:

Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) наиболее мелких частиц.

Критерий Архимеда для частиц поваренной соли диаметром 1 мм равен:

Скорость свободного витания (уноса):

Рабочую скорость щ сушильного агента выбирают в пределах от до Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения ; при более 40-50 рабочее число псевдоожижения рекомендуется брать в интервале от 3 до 7; при меньше 20-30 значение можно выбирать в интервале от 1,5 до 3.

В данном расчете . Примем . Тогда рабочая скорость сушильного агента:

Определим диаметр сушилки:

2. Высота псевдоожиженного слоя

Высоту псевдоожиженного слоя высушиваемого материала можно определить на основании экспериментальных данных по кинетике как массообмена, так и теплообмена.

Решая совместно уравнения материального баланса и массоотдачи, получим:

где W - производительность сушилки по испарившейся влаге, кг/с; S - поперечное сечение сушилки, м2; xи x* - рабочее и равновесное влагосодержания воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха; F-поверхность высушиваемого материала, м2; ссв - плотность сухого воздуха при средней температуре в сушилке, кг/м3.

При условии шарообразности частиц, заменим поверхность высушиваемого материала dFна , где h-высота псевдоожиженного слоя, м. Разделяя переменные и интегрируя полученное выражение, при условии постоянства температур частиц по высоте слоя находим:

Равновесное содержание влаги в сушильном агенте определяем по I - x диаграмме как абсциссу точки пересечения рабочей линии сушки с линией постоянной относительной влажности ц = 100%. Величина .

Находим левую часть вышеприведенного уравнения:

Вычисляем порозность псевдоожиженного слоя е при известном значении рабочей скорости:

Критерий Рейнольдса:



Критерий (см. выше). Тогда:

Коэффициент массоотдачи в yопределяют на основании эмпирических зависимостей; рассчитаем его значение при испарении поверхностной влаги:

(1)

где-диффузионный критерий Нуссельта, -диффузионный критерий Прандтля.

Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре в сушилке D (м2/с), равен:

(2)

Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при 20 ?[1]. Тогда:

,

Коэффициент массоотдачи из уравнения (1) равен:

Определим высоту псевдоожиженного слоя высушиваемого материала h.

Откуда

Проверим правильность определенной величины h по опытным данным для теплоотдачи в псевдоожиженных слоях. Приравняем уравнение теплового баланса и уравнение теплоотдачи:

(3)

где c - теплоемкость воздуха при средней температуре, равная ; ?? - коэффициент теплоотдачи, ; t-температура газа, ?; - температура материала, ?.

Сделав приведенные выше проеобразования, получим:

Сначала определим высоту псевдоожиженного слоя, необходимую для испарения поверхностной влаги материала. Принимая модель полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое, можно считать температуру материала равной температуре мокрого термометра. Последнюю находим по параметрам сушильного агента с помощью I - x диаграммы. Она равна tм = 42 ?.

Коэффициент теплоотдачи б определяют на основании экспериментальных данных. Можно воспользоваться следующими уравнениями [3]:

Для Re<200

, (4)



Для Re?200

, (5)

где - критерий Нуссельта; - критерий Прандтля; - коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре, [1].

Коэффициент теплоотдачи для рассматриваемого случая равен:

Определим высоту псевдоожиженного слоя, необходимого для испарения влаги:

откуда h = 2,8 • м.

Сравнивая величины, рассчитанные на основании опытных данных по массотдаче и по теплоотдаче (h = 2,8 • м), можно заключить, что они удовлетворительно совпадают.

Рабочую высоту псевдоожиженного слоя H путем сравнивания рассчитанных величин с высотой, необходимой для гидродинамически устойчивой работы слоя и предотвращения каналообразования в нем. Разница между этими высотами будет зависеть от того, каким (внешним или внутренним) диффузионным сопротивлением определяется скорость сушильного процесса и насколько велико это сопротивление.

В случае удаления поверхностной влаги (первый период сушки) гидродинамически стабильная высота обычно значительно превышает рассчитанную по кинетическим закономерностям. При этом высоту псевдоожиженного слоя H определяют, исходя из следующих предпосылок. На основании опыта эксплуатации аппаратов с псевдоожиженным слоем установлено, что высота слоя H должна быть приблизительно в 4 раза больше высоты зоны гидродинамической стабилизации слоя Hст, т.е. Высота связана с диаметром отверстий распределительной решетки соотношением .

Диаметр отверстий распределительной решетки выбирают из ряда нормальных размеров, установленных ГОСТ 6636-69 (в мм): 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,2; 3,6; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6.

Выберем диаметр отверстий распределительной решетки Тогда высота псевдоожиженного слоя

Число отверстий n в распределительной решетке определяют по уравнению:

(6)

где S - сечение распределительной решетки, численно равное сечению сушилки, ; - доля живого сечение решетки, принимаемая в интервале от 0,02 до 0,1.

Приняв долю живого сечения найдем число отверстий в распределительной решетке:

Расположение отверстий в распределительной решетке рекомендуется применять по углам равносторонних треугольников. При этом поперечный шаг и продольный шаг вычислим по следующим соотношениям:

(7)

(8)

Откуда:

Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем H принимают в 4-6 раз больше высоты псевдоожиженного слоя:

3. Гидравлическое сопротивление сушилки

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушки ДP составляют гидравлические сопротивления псевдоожиженного слоя ДPпс и решетки ДPр:

(9)

Величину находят по уравнению:

(10)

Для удовлетворительного распределения газового потока необходимо соблюдать определенное соотношение между гидравлическими сопротивлениями слоя и решетки. Минимально допустимое гидравлическое сопротивление решетки может быть вычислено по формуле:

(11)

Порозность неподвижного слоя для шарообразных частиц принимают равной 0,4. Подставив соответствующие значения в уравнение (11), получим:

Вычислим гидравлическое сопротивление выбранной решетки при коэффициенте сопротивления решетки

Тогда:

Значение превышает минимально допустимое

гидравлическое сопротивление решетки .

Общее гидравлическое сопротивление сушилки в соответствии с уравнением (9) равно:



Заключение

В данной курсовой работе была спроектирована сушильная установка для высушивания кристаллов поваренной соли.

В первом разделе описаны достоинства и недостатки сушильных установок с кипящим слоем.

В технологическом разделе приведены расчеты, необходимые для проектирования промышленного объекта. Определен расход воздуха на сушку L = 4,35 кг/с при средней температуре 110 °С, рассчитан диаметр сушилки D = 2,6 м.

Рассчитанная сушильная установка удовлетворяет техническому заданию и может быть использована в производстве.



Список использованных источников

1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессор и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1981. - 560 с.

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

3. Ю. И. Дытнерский, Г. С. Борисов, В. П. Брыков и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru

...