Барабанна сушарка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Виділення вологи із твердих матеріалів дозволяє зменшити затрати на їх транспортування, повертає їм необхідні властивості, а також зменшує корозію апаратури і трубопроводу при зберіганні або наступній обробці цих матеріалів.

Вологу можна виділяти із матеріалу механічними способами (фільтрування, центригуванням, віджимом тощо). Але більш повне обезводнення досягається шляхом випаровування вологи і відводу утворених парів - з допомогою теплової сушарки.

Цей процес широко використовується в харчовій технології. Він часто являється останньою операцією на виробництві, випереджуючи випуск готової продукції. При цьому попередньо виділення вологи звичайно проводять більш дешевим механічним способом (наприклад фільтрування), а остаточно - сушінням. Такий комбінований спосіб виділення вологи дозволяє збільшити економічність процесу.

За своєю фізичною природою сушіння є тяжким дифузійним процесом, швидкість якого визначається швидкістю дифузії вологи висушеного матеріалу в навколишнє середовище.

За способом підведення тепла до висушуючого матеріалу розрізняють наступні види сушіння:

1) конвективне сушіння - шляхом безперервного зіткнення висушуючого матерілу з сушильним агентом, в якості якого використовують нагріте повітря або топкові гази (в суміші з повітрям);

2) контактне сушіння - шляхом передачі тепла від теплоносія до матеріалу через розділяючу їх стінку;

3) діелектричне сушіння - шляхом нагрівання в полі струму високої частоти;

4) радіаційне сушіння - шляхом передачі тепла інфрачервоними променями;

5) сублімаційне сушіння - сушіння у замороженому стані при глибокому вакуумі. За способом передачі цей вид сушіння аналогічний контактному, але своєрідність процесу заставляє сублімаційну сушку виділяти в особливу групу.

Висушуючий матеріал при любому методі сушки знаходиться в контакті з вологим газом (в більшості випадків повітрям). При конвективному сушінні вологому газу (є сушильним агентом) належить основна роль в процесі. Тому вивчення властивостей вологого газу необхідні при розгляді процесів сушіння і їх розрахунків.

Барабанна сушарка відноситься до конвективного виду сушіння, вона є однією з найкращих апаратів відповідного процесу. Ця сушарка широко використовується для безпосереднього сушіння при атмосферному тиску кускових, зернистих і сипучих матеріалів (мінеральних солей, фосфоритів, тощо).

Технологічна схема та її пояснення

Вологий матеріал з бункера 1 з допомогою дозатора 2 подається до обертового сушильного барабану 3. Паралельно матеріалу в сушарку подається сушильний агент, що утворюється при згоранні палива в топці 4 і змішування топкових газів з повітрям в змішувальній камері 5. Повітря в топку і в змішувальну камеру подається вентиляторами 6 і 7. Висушений матеріал з протилежного кінця сушильного барабану поступає в проміжковий бункер 8, а з нього на транспортуючий пристрій 9.

Відпрацьований сушильний агент перед викидом в атмосферу очищується від пилу в циклоні 10. При необхідності виконується додаткове мокре пиловловлювання.

Транспортування сушильного агенту через сушильну установку виконується за допомогою вентилятора 11. При цьому установка знаходиться під невеликим розрідженням, що виключає втрату сушильного агента через нещільності установки.

Барабан приводиться в обертовий рух електродвигуном через зубчату передачу.

Конструкція апарату та його робота

Барабанна сушарка має циліндричний барабан, встановлений з невеликим нахилом до горизонту (1/15 - 1/50) і який спирається з допомогою бандажів на ролики. Барабан приводиться в обертання електродвигуном через зубчасту передачу і редуктор. Число обертів барабану звичайно не перевищує 5 - 8 хв^-1; положення його в осьовому напрямку фіксується стійкими роликами. Матеріал подається в барабан дозатором, передчасно просушується, перемішується лопотнями приймально-гвинтової насадки, а потім поступає на внутрішню насадку, яка розташована вздовж майже всієї довжини барабана. Насадка забезпечує рівномірне розпреділення і хороше перемішування матеріалу в січенні барабану, а також його тісного дотикання при пересипанні з сушильним агентом - топковими газами. Гази і матеріал особливо часто рухаються прямотоком, що дозволяє уникнути перегріву матеріалу, так як в цьому випадку найбільш гарячі гази дотикаються з матеріалом, що має найбільшу вологість. Щоб уникнути підсиленого віднесення пилу з газами останні просмоктуються через барабан вентилятором із середньою швидкістю, що не перевищує 2 - 3 м/сек. Перед викидом в атмосферу відпрацьовані гази очищуються від пилу в циклоні. На кінцях барабану часто встановлюють ущільнювальні пристрої (наприклад, лабіринтні), що утруднюють втрати сушильного агенту.

У розвантажувального кінця барабану є підпірний пристрій у вигляді суцільного кільця або кільця, утвореного кільцеподібно розташованими поворотними лопатками (у вигляді жалюзей). Призначення цього кільця - підтримувати визначену степінь заповнення барабану матеріалом; як правило, степінь заповнення не перевищує 20 %. Час перебування звичайно регулюється швидкістю обертання барабану і рідше - зміною кута його нахилу. Висушений матеріал виводять з камери через розвантажувач, з допомогою якого герметизується камера і зупиняється поступлення в неї повітря ззовні Підсмоктувачі повітря привели б до безкорисливого збільшення продуктивності і енергії, що використовується вентилятором.

Будова внутрішньої насадки барабана залежить від розмірів кусків і властивостей матеріалу що висушується.

Під'ємно-лопотна насадка використовується для сушіння крупнокускових і схильних до злипання матеріалів, а секторна насадка - для малосипучих і крупнокускових матеріалів з великою густиною. Для мілкокускових, сильно сипучих матеріалів широко використовуються розпреділяючі насадки. Сушка тонкоподрібнених, пилових матеріалів проводиться в барабанах, що мають перевалочну насадку із закритими ячейками. Іноді використовують комбінуючі насадки, наприклад під'ємно-лопатну (в передній частині апарату) і розпреділяючу.

Типи промислових барабанних сушарок різноманітні: сушарки, що працюють при протитоці сушильного агента і матеріалу, з використанням повітря в якості сушильного агенту, контактні барабанні сушарки та інші.

Переваги барабанних сушарок:

1) інтенсивне і рівномірне сушіння внаслідок тісного контакту матеріалу і сушильного агенту;

2) велике напруження барабану по волозі, яке сягає 100 кг/(м³·год) і більше;

3) компактність установки.

Характеристика речовини що використовується в процесі

Сильвін-KCl в рудах має різноманітні відтінки: червоного, бурувато-червоного, рожевого кольору. Зустрічається молочно-білий сильвін, який містить пустоти з газами. Майже у всіх сильвінітових породах є домішки карбонатно глинистого матеріалу.У промисловості порошкоподібний KCl одержують галургічним і флотаційним методом розчинення і кристалізації у вигляді дрібно чи крупнодисперсного, дрібно чи крупнокристалічного продукту. Д ля зменшення ущільнення у готовий порошкоподібний продукт вводять гідрофільні добавки з вмістом 0,1-0,2%. Ефективні добавки аліфатичних жирних амінів, лужний розчин гексаціаноферату калію

барабанна сушарка

Визначення основних розмірів сушильного барабану

Основні розміри барабана вибирають по нормативах і каталогах-довідниках в відповідності до об'єму сушильного простору. Об'єм сушильного простору V складається з об'єму V_п, необхідного для прогріву вологого матеріалу до температури, при якій розпочинається інтенсивне випаровування вологи (до температури мокрого термометра сушильного агента), і об'єму V_с, який потрібен для процесу випаровування вологи, тобто V = V_п + V_с. Об'єм сушильно простору барабану може бути вирахуваний по модифікованому рівнянні масопередачі:

, (16)

де - середня рушійна сила процесу масопередачі, кг вологи/м³; - об'ємний коефіцієнт масопередачі, 1/с.

При сушінні кристалічних матеріалів проходить видалення поверхневої вологи, тобто процес протікає в першому періоді сушіння, тобто швидкість процесу визначається тільки зовнішнім дифузійним опором. При паралельному русі матеріалу і сушильного агенту температура вологого матеріалу рівна температурі мокрого термометра. В цьому випадку коефіцієнт масопередачі рівний коефіцієнту масовіддачі (=).

Для барабанної сушарки коефіцієнт масовіддачі може бути вирахуваний з емпіричного рівняння:

, (17)

де - середня густина сушильного агента, кг/м³; с - теплоємність сушильного агента при середній температурі в барабані, рівна 1 кДж/(кг·К) [2]; в - оптимальне заповнення барабану висушуваним матеріалом, %; - тиск, при якому здійснюється сушіння, Па; Р - середній парціальний тиск водяних парів в сушильному барабані, Па.

Рівняння (17) справедливе для значень = 0,6 - 1,8 кг/(м²·с), n = 1,5 - -5,0 об/хв, в = 10 - 25 %.

Робоча швидкість сушильного агента в барабані залежить від дисперсності і густини висушуваного метеріалу. Для вибору робочої швидкості (, м/с) при сушінні монодисперсних матеріалів можна використовувати дані, приведені в таблиці.

Розмір частинок, мм	Значення , м/с, при см, кг/м3
	350	1000	1400	1800	2200
0,3 - 2	0,5-1	2-5	3-7,5	4-8	5-10
більше 2	1-3	3-5	4-8	6-10	7-12

Для монодисперсної системи з частинками розміром 1,5 мм і насипною густиною с_м= 900 кг/м³ приймаємо швидкість газів в барабані =1,6 м/с. Густина сушильного агенту при середній температурі в барабані t_сер=(360+90)/2=225 єС практично відповідає густині повітря при цій температурі:

кг/м³.

При цьому w·с_сер=1,6·0,71=1,14 кг/(м²·с), що не порушує справедливості рівняння (17).

Частота обертів барабана звичайно не перевищує 5-8 об/хв; приймаємо n=5 об/хв.[6]

Оптимальне заповнення барабану висушуваним матеріалом в для різних конструкцій перевалочні пристроїв багато. З таблиці 9 (основні параметри сушки хімічних продуктів) в KCI розподільна перевалочна система з закритими ячейками.

Процес сушіння здійснюють при атмосферному тиску (Р₀=10⁵ Па). Парціальний тиск водяних парів в сушильному барабані визначимо як середнє арифметичне між парціальними тисками на вході газу в сушарку і на виході з неї.

Парціальний тиск водяних парів в газі визначаємо за рівнянням:

, (18)

Тоді на входів сушарку

Па

і на виході з сушарки

Па

Звідси Р = (р₁ + р₂)/2 = (3842+15233,4)/2 = 9537,7Па.

Таким чином, об'ємний коефіцієнт масовіддачі рівний:

с^-1.

Рушійна сила масопередачі Дх'_сер визначимо за рівнянням:

, (19)

де Дх?_б = х^*₁-х?₁ - середня рушійна сила на початку процесу сушіння, кг/м³; Дх?_м = х^*₂-х?₁ - рушійна сила в кінці процесу сушіння, кг/м³; х^*₁ і х^*₂ - рівноважний вміст вологи на вході в сушарку і на виході з неї, кг/м³.

Середня рушійна сила ДР_сер, виражена в одиницях тиску (Па), рівна:

. (20)

Для прямоточного руху сушильного агенту і висушуваного матеріалу маємо: ДР_б = р^*₁ - р₁ - рушійна сила на початку процесу сушіння, Па; ДР_м = р^*₂ - р₂ - рушійна сила в кінці процесу сушіння, Па; р^*₁, р^*₂ - тиски паничевих парів над вологим матеріалом на початку і в кінці процесу сушіння, Па.

Значення р^*₁ і р^*₂ визначають по температурі мокрого термометра сушильного агента на початку (t_м1) і в кінці (t_м2) процесу сушіння. По діаграмі І - х знайдемо:

t_м1=58 єС, t_м2=57 єС; при цьому р^*₁=18142 Па, р^*₂=17302 Па [2]. Тоді

Па

Виразимо рушійну силу в кг/м³ за рівнянням:

кг/м³.

Об'єм сушильного барабана, необхідний для проведення процесу випаровування вологи, без врахування об'єму апарату, який необхідний для прогріву вологого матеріалу, знаходимо за рівнянням (17):

м³.

Об'єм сушарки, необхідний для прогріву вологого матеріалу, знаходять за модифікованим рівнянням теплопередачі:

, (21)

де - витрата тепла на прогрів матеріалу до температури t_м1, кВт; - об'ємний коефіцієнт теплопередачі, кВт/(м³·К); Дt_сер - середня різниця температур, град.

Витрата тепла рівна:

, (22)

кВт.

Об'ємний коефіцієнт теплопередачі визначають за емпіричним рівнянням:

, (23)

Вт/(м³·К) або 0,35118 кВт/(м³·К).

Для обчислення Дt_сер необхідно знайти температуру сушильного агенту t_x, до якої він охолодиться, віддаючи тепло на нагрів висушуваного матеріалу до t_м1. Цю температуру можна визначити з рівняння теплового балансу:

, (24)

звідки t_x=291 єС. Середня різниця температур рівна:

, (25)

єС.

Підставляємо отримані значення в рівняння (21):

м³.

Загальний об'єм сушильного барабана V=3,873+0,41=4,28 м³.

Далі за довідниковими даними знаходимо основні характеристики барабанної сушарки - довжину і діаметр.

Вибираємо барабанну сушарку з наступними характеристиками [7]:

об'єм V = 6,5 м³;

діаметр d = 1,2 м;

довжина l = 6 м;

товщина стінок зовнішнього циліндра 6 мм;

навантаження на бандаж 16 тс

частота обертів барабана 5 об/хв;

маса барабанної сушарки в залежності від типу насадки -

з комплектуючими виробами 9220 кг

без комплектуючих виробів 8460 кг

потужність двигуна 4,8 кВт.

Визначимо дійсну швидкість газів у барабані:

, (26)

Об'ємна витрата вологого сушильного агента на виході з барабану (в м³/с) рівна:

, (27)

де х_сер - середній вміст вологи в сушильному агенті, кг/кг сухого повітря.[2] Підставивши, отримаємо:

м³/с.

Тоді м/с.

Дійсна швидкість газів (=1,424м/с) відрізняється від прийнятої в розрахунках (= 1,6 м/с) менше ніж на 15%.

Визначимо середній час перебування матеріалу в сушарці:

. (28)

Кількість матеріалу, що знаходиться в сушарці рівна:

(29)

кг.

Отже с.

Знаючи час перебування, розрахуємо кут нахилу барабану:

(30)

є.

Далі необхідно перевірити допустиму швидкість газів, виходячи з умови, частинки висушеного матеріалу найменшого діаметра не повинні виноситись потоком сушильного агента з барабана. Швидкість виносу, рівну швидкості вільного витання щ _в.в., визначають за рівнянням:

(31)

де с_сер і м_сер - густина і в'язкість сушильного агента при середній температурі; d - найменший діаметр частинок матеріалу, рівний 1,5 мм; Ar ? d³·с_ч·с_сер·g/м²_сер - критерій Архімеда; с_ч - густина частинок висушуваного матеріалу, для піску с_ч= 1000 кг/м³_.

Середня густина сушильного агента рівна:

(32)

кг/м³.

м_сер = 2,043·10^-5 Па·с [2].

Критерій Архімеда:

Тоді швидкість виносу:

м/с.

Робоча швидкість сушильного агента в сушарці (щ_Д=1,424 м/с) менша за швидкість виносу частинок найменшого розміру з сушарки (щ_в.в.= 6,95 м/с), тому розрахунок основних розмірів сушильного барабану є правильним.

Прогин від рівномірно розприділеного навантаження визначають по формулі:

(40)

де Е - модуль пружності матеріалу барабана, МН/м²; І - осьовий момент інерції кільцевого січення барабана, м⁴, визначається за формулою:

. (41)

м⁴.

Оскільки 0,9·10^-5 ? 0,0011 барабан буде працювати в нормальному режимі (не буде прогинатися).

Висновок

Сушіння - це процес виділення вологи з матеріалу шляхом її випаровування. Розрізняють природне і штучне сушіння. Процес сушіння складається з двох взаємозв'язаних і взаємообумовлених процесів тепло- і масопередачі.

В промисловості процесу сушіння підлягають багато матеріалів, які різняться за хімічним складом, дисперсністю і структурою, адгезійними і термодинамічними властивостями, вмістом і формою зв'язку вологи з матеріалом.

Технологічна схема приведена на листі 1, а загальний вигляд апарату на листі 2.

Підібране додаткове обладнання для сушарки:

-вентилятор, який забезпечує рух сушильного агента через сушарку;

- пічку;

-електродвигун.

Література

1. Свойства неорганических соединений. Справочник / Ефимов и др. - Л.: Химия, 1983, - 392 с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987, - 540 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию./ Под редакцией д.х.н., проф. Дытнерского Ю.И. - М.: Химия, 1991, - 496 с.

4. Чернин И.М. и др. Расчеты деталей машин. - Минск: «Вышэйш школа», 1974, - 592 с.

5. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1970, - 408 с.

6. Чернобыльский Й.И., Танайко Ю.М. Сушильные установки химической промышленности. -К.: «Техника»,1969, - 279 c.

7. Сушильные процессы и аппаратура [ Сборник статей] / Под редакцией инж. Р.В. Большиня.-М.: Информ. изд,1959, - 112c.

8. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, 784 с.

Додаток

Сушка барабанна АВМ-0,65 (в доревізійному стані)

ПРИЗНАЧЕННЯ СУШКИ АВМ-0,65

Сушка АВМ-0,65 призначена для сушіння тирси, дрібнофракційних трісок, фуражного зерна, жому цукрового буряка, вичавок винограду та інших продуктів.

Всі продукти повинні володіти достатньою сипучістю і попередньо бути подрібнені по довжині і товщині не більше ніж до 6 мм. Частинки з таким розміром повинні становити не менше 80 % всієї маси. Максимальний розмір частинок - 30мм.

Сушка АВМ-0,65 може бути використана як індивідуально, так і в комплекті з устаткуванням для гранулювання або брикетування.

КОРОТКИЙ ОПИС КОНСТРУКЦІЇ

Сушка АВМ-0,65 об'єднує в собі живильник маси, високотемпературну сушилку барабанного типу, дробарку молоткового типу і необхідні допоміжні пристрої для виконання технологічного процесу.

Сушка складається з наступних основних вузлів (див. мал.): Живильника маси 1, транспортера 2, теплогенератора 3, сушильного барабана 4, системи відводу сухої маси 5, дробарки 6, електрошафи 7.

Управління електроприводом здійснюється від електрошафи, а підйом і опускання лотка - перемиканням рукоятки розподільника на конвеєрі.

ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС

Гарячі гази, що утворюються при згорянні палива в теплогенераторі 3, перемішавшись з повітрям, яке засмоктує вентилятор циклона системи відводу сухої маси 5, утворюють теплоносій, температура якого може досягати 250-900°С.

Подрібнена маса завантажується в лоток 1. За допомогою двох гідроциліндрів вільний кінець лотка піднімається вгору. Маса під власною вагою прямує на конвеєр. Рухоме полотно конвеєра, що рухається із заданою швидкістю, подає масу на гвинтовий транспортер, який переміщує масу на транспортер 2, який подає її в барабан 4.

Пересуваючись в потоці теплоносія і перемішуючись з ним, маса поступово висихає. Сухі частки потоком теплоносія виносяться в циклон системи відводу сухої маси 5, в якому відокремлюються від теплоносія і через дозатор надходять в дробарку 6.

Теплоносій через вихлопну трубу вентилятора циклону системи відводу сухої маси викидається в атмосферу. Важкі частки і сторонні предмети відокремлюються спеціально призначеною для цього пасткою.

Така організація процесу дозволяє домогтися рівномірного сушіння продукту за рахунок швидкого винесення частинок що висохли із зони високої температури.

Подрібнена в дробарці 6 суха маса через решето потоком повітря вентилятора циклона системи подачі гранулятора (брикетувальника) відводиться в бункер-накопичувач гранулятора (брикетувальника).

Размещено на Allbest.ru

...