Технологическая схема сушильной установки приведена на рисунке 1. Влажный материал из расходного бункера 4 питателем 5 подается в сушильный барабан 7. Сюда же подаются разбавленные воздухом в смесителе 2 топочные газы, полученные при сгорании топлива в топке 1. По сушильному барабану материал и сушильный агент движутся прямотоком. Барабан приводится во вращение электродвигателем 15 через редуктор 16 и зубчатую передачу 17. Для предотвращения подсоса воздуха или выброса в помещение дымовых газов в местах стыковки неподвижных обечаек 3 и барабана установлены уплотнители 6.

Рисунок 1 Технологическая схема сушильной установки

Высушенный материал через разгрузочную камеру 9 подается на ленточный транспортер 13. Отходящие газы поступают в батарейный циклон10, очищаются в нем от пыли и направляются на доочистку в мокрый гидропромыватель 12,после чего выбрасываются в атмосферу, а уловленный высушенный материал из циклона поступает на ленточный транспортер 13. Промывные воды из мокрого гидропромывателя направляются в технологический процесс.

Питание воздухом топки и камеры смешения осуществляют вентиляторы 18, протяжку газов на сушильной установке обеспечивает дымосос 11.

3. Технологический расчет

Технологический расчет включает в себя составление материального баланса процесса сушки, расчет основных размеров сушилки, расчет количества сушильного агента и определение основных его параметров.

Материальный баланс процесса сушки

Для случая, когда производительность сушилки задана по влажному или высушенному материалу, а влажность материала выражена в процентах от общей массы, количество влаги, удаляемой из материала в процессе сушки W_уд, кг/с, вычисляют по формулам:

W_уд = G = 0,556 = 0,0273 кг/с,

где G = 2 т/ч/3 600 с = 0,556 кг/с.

Количество абсолютно сухого материала G_а.с, кг/с, влаги, оставшейся в высушенном материале W_ост, кг/с, высушенного до заданной влажности материала G_к, кг/с, вычисляют по формулам:

G_к = G = 0,556 = 0,528 кг/с

G_а.с = G_к = 0,528 = 0,527 кг/с

W_ост = G_к = 0,528 = 0,00528 кг/с.

Полученные данные сводят в таблицу 1 материального баланса сушилки (без расхода сушильного агента)

Таблица 1

Материальный баланс сушилки

Невязку баланса, если она наблюдается, рассчитывают как отношение разности статей прихода и расхода к статьям прихода и выражают в процентах:

n = 100 = -0,640%.

Для материальных балансов допускается невязка баланса до 2 %.

3.1 Расчет материального баланса процесса горения топлива

Выбираем малосернистый мазут марки 40 и для него состав горючей массы: С^г = 87,4%; Н^г = 11,2%; О^г = 0,5%; N^г = 0,4%; S^г = 0,5%.

По заданным значениям зольности А^р = 0,2% и влажности W = 3,0% определяют состав рабочего топлива по приведенным ниже формулам, и полученные значения сводят в таблицу 2.

Таблица 2

Состав влажного рабочего топлива, %

С^р = С^г = 87.4 = 84.6%^

Н^р = Н^г0,968 = 11,20,968 = 10,8 %;

S^р = S^г0,968 = 0,50,968 = 0,5 %.

С учетом низкого содержания серы в низкосернистом мазуте S^р можно считать равным S^г.

Теплоту сгорания мазута находят по формуле

Q_р^н = 339 С^р+130Н^р-108,9(О^р-S^р)-25W^р = 339 84,6+13010,8-108,9(0,5-

- 0,5)-253,0 = 39 739 кДж/кг.

Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха находят по формуле

L₀ = 0,0889С^р+0,265Н^р-0,0333(О^р-S^р)-25W^р = 0,088984,6+0,26510,8 =

= 10,40 м³/кг.

Расход атмосферного воздуха, м /кг, при влагосодержании d (г/кг сухого воздуха) составит:

L₀' = (1+0,0016d)L₀.

Параметры наружного воздуха определяют по диаграмме J-x [7] с учетом места расположения сушильной установки. На диаграмме J-x по параметрам наружного воздуха (в задании) определяют положение точки А, связывающей все параметры наружного воздуха: влагосодержание х_о = 0,01 кг/кг сухого воздуха (d₀ = 10 г/кг сухого воздуха) и теплосодержание J₀ = 47,0 кДж/кг. Тогда

L₀' = (1+0,001610)10,40 = 10,57 м³/кг.

Действительный объемный расход сухого воздуха при коэффициенте его избытка = 1,2

L = L₀ = 1,210,40 = 12,48 м³/кг,

а объемный расход атмосферного воздуха составит

L' = L'₀ = 1,210,57 = 12,68 м³/кг.

Массовый расход атмосферного воздуха при = 1,2 и его плотности при нормальных условиях _о = 1,293 кг/м [8, прил. 2]:

М' = L'₀12,681,293 = 16,39 кг воздуха/кг топлива.

Количество и состав продуктов полного сгорания мазута при = 1,2 при нормальных условиях находят по формулам:

V_CO2 = 0,01855С^р = 0,01855 84,6 = 1,5693 м³/кг;

М_CO2 = V_CO2⁰_СО2 = 1,5693 = 3,0825 кг/кг:

V_SO2 = 0,007S^р = 0,007 0,5 = 0,0035 м³/кг;

М_SO2 = V_SO2⁰_SО2 = 0,0035 = 0.010 кг/кг:

V^пар_Н2О = 0,112Н^р+0,0124(W^р+100W^пар)+0,0016dL,

где W^пар = массовое количество пара, вводимого для распыления жидкого топлива, кг/кг топлива. Принимаем распыление мазута без пара, т.е. W^пар = 0:

V^пар_Н2О = 0,11210,8+0,01243,0+0,00161012,48 = 1,447 м³/кг;

М^пар_Н2О = V^пар_Н2О^пар_Н2О = 1,447 = 1,1628 кг/кг:

V_N2 = 0,79L+0,008Н^р = 0,7912,48+0,0080,4 = 9,862 м³/кг;

М_N2 = V_N2⁰_N2 = 9,862 = 12,3275 кг/кг:

V_О2 = 0,21(-1)L₀ = 0,21(1,2-1)10,40 = 0,437 м³/кг;

М_О2 = V_О2⁰_О2 = 0,437 = 0,6243 кг/кг.

Общее количество продуктов горения при = 1,2

V = V_SO2+V_CO2+V^пар_Н2О+V_N2+V_О2 = 1,5693+0,0035+1,447+9,862+0,437 =

= 13,32 м³/кг.

Объемный процентный состав продуктов горения при = 1,2

СО₂ = V_CO2 = 1,5693 = 11,78 %;

СО₂ = V_SO2 = 0,0035 = 0,02 %;

Н₂О^пар = V^пар_Н2О = 1,447 = 10,86 %;

N₂ = V_N2 = 9,8621 = 74,04 %;

О₂ = V_O2 = 0,437 = 3,28 %.

= 99,98 %100 %.

Составляют материальный баланс процесса горения на 1 кг топлива при = 1,2 и сводят его в таблицу 3

Таблица 3

Невязка баланса составляет

100 = 1,03%, что допустимо.

Теплосодержание продуктов горения (без подогрева воздуха и топлива) вычисляют по формуле

i_общ = = = 2 983,41 кДж/м³.

По диаграмме J-x [7] находим теоретическую температуру горения мазута t_теор = 1 800 °С. С учетом потерь теплоты от факела на окружающие поверхности топки, характеризуемых пирометрическим коэффициентом _п = 0,8, теплосодержание продуктов горения и действительная температура горения мазута составляют:

i'_общ = i_общп = 2983,410,8 = 2386,73 кДж/м³;

t_г = 1 500°С.

Определение расходов и параметров материальных потоков сушильной установки

Для бикарбоната натрия температура сушильного агента на входе в сушилку t₁ = 200°С [8, табл. 2].

Количество воздуха, идущего на разбавление топочных газов L_в, м³/на 1 кг топлива, определяем из уравнения теплового баланса смесительной камеры:

i'_общ+i²²_возд = i²⁰⁰_дым.гi²⁰⁰_возд,

где i²⁰_возд = 950 кДж/м³ - теплосодержание воздуха при 200С;

i²⁰_дым.г = 1 070 кДж/м³ - теплосодержание разбавленных дымовых газов [8, рис. 21];

i²²_возд = с²²_воздt_возд = 1,323 = 29,9 кДж/м³ - теплосодержание атмосферного воздуха.

Из этого уравнения

2386,73+29,9 = 1070+920

где L_в = 19,48 м³/кг топлива.

Общее количество воздуха, идущего на горение топлива и разбавление топочных газов,

L" = L'+L_в = 12,68+19,48 32,16 м³/кг,

а общий коэффициент расхода воздуха

_общ = = = 3,04.

Состав дымовых газов на выходе из смесителя определяют с учетом водяных паров, азота и кислорода, вводимых с атмосферным воздухом разбавления.

Объем V_CO2 не зависит от коэффициента избытка воздуха:

V'_CO2 = V_CO2 = 1,5693 м³/кг;

М'_CO2 = V'_CO2⁰_CO2 = 1,5693 = 3,0825 кг/кг,

а объем остальных газов находят по формулам:

V'_Н2О = V_Н2О 0.0016d(_общ-1)L₀ = -1,447 + 0,001610(3,04-1)10,40 =

= 1,7865 м³/кг;

М'_Н2О = V'_Н2О^пар_Н2О = 1,7865 = 1,4356 кг/кг;

V'_N2 = V_N2+0,79(_общ-1)L₀ = 9,862+0,79(3,04-1)40,40 = 26,6226 м³/кг;

М'_N2 = V'_N2⁰_N2 = 26,06226 = 33,2782 кг/кг,

V'_O2 = 0,21(_общ-1)L₀ = 0,21(3,04-1)10,40 = 4,4554 м³/кг.

М'_О2 = V'_O2⁰_О2 = 4,4554 = 6,3649 кг/кг.

Значения V'_SO2 и M'_S02не учитываются ввиду их малой величины в составе продуктов горения. Общие объем и масса разбавленных дымовых газов на выходе из смесительной камеры составляют:

V' = V'_CO2+V'_H2O+V'_N2+V'_O2 = 1,5693+1,7865+26,6226+4,4554 =

= 34,44м³/кг.

М' = М'_СО2+М'_Н2О+М'_N2+М'_О2 = 3,0826+1,4356+33,2783+6,3649 =

= 44,1614кг/кг.

Влагосодержание этих газов определяют по формуле

d₁ = = =

= = 33,58 г/кг или х₁ = 0,0336 кг/кг сухого газа.

Дальнейший расчет ведем по диаграмме J-x [7].

Для влажного материала удельную теплоемкость рассчитывают по формуле

с_м = с_а.с+,

где с_а.с удельная массовая теплоемкость абсолютно сухого высушиваемого вещества, кДж/(кгК), определяют по молярной теплоемкости с_мол, кДж/(мольК) [9] и молярной массе М, кг/кмоль.

Для бикарбоната натрия

с_мол = 52,45 Дж/(мольК);

М = 58,5 г/моль;

с_а.с = = 0,897 кДж/(кгК).

Тогда

с_н = с_в.с+ = 0,897+ = 1,06 кДж/(кгК);

с_к = с_в.с+ = 0,897+ = 0,903 кДж/(кгК);

Удельные потери теплоты с высушенным материалом

q_м = = = 1 170 кДж/кг влаги.

Потери теплоты в окружающую среду можно принять на основании опытных данных q_окр = (0,10,3)q_м.

При q_окр = 0,2q_м = 0,21 170 = 234 кДж/кг влаги потери теплоты на нагрев подсасываемого воздуха составят:

q_в = 0,05(q_м+q_окр) = 0,05(1 170+234) = 70,2 кДж/кг влаги,

а общие потери:

= с₁-q_м-q_окр-q_в = 4,1920-1 170-234-70,2 = -1 390 кДж/кг влаги.

Зная и задавшись любым значением х, кг/кг сухого воздуха, рассчитываем соответствующее значение J, кДж/кг. Пусть х = 0,2000 кг/кг.

Тогда J = J₁+(х-х₁) = 890-988,5728(0,2000-0,0336) = 725,5 кДж/кг.

По диаграмме J-x [7] определяем все параметры сушильного агента на выходе из сушилки: t₂ = 150°С; ₂ = 0,24; J₁ = 720 кДж/кг; х₂ = 0,2050 кг/кг сухого воздуха.

Исход на сушку разбавленных дымовых газов составит:

G₁ = = = 1,56 кг/с.

Расход теплоты на сушку:

Q_с = G₁(J₁-J₀)-Wc₁,

где Wc₁ - количество теплоты, внесенной влагой поступающего в сушилку материала, кВт. При этом W = W_yд+W_ост;

Q_с = 1,56(890-47)-(0,267+0,0106)4,1920 = 1 290 кВт.

Расход топлива (мазута) на сушку:

В = = = 0,0361 кг/с.

где _{т -} КПД топки, обычно принимают равным 0,9.

3.2 Тепловой баланс сушилки

материальный тепловой баланс барабанный сушилка

Для проверки правильности выполненного расчета составляют тепловой баланс сушилки.

Рассчитывают статьи прихода баланса.

1. Количество теплоты, вносимой в сушилку абсолютно сухим материалом

Q₁ = G_a.cc_a.c1 = 0,5280,89720 = 9,47 кВт.

2. Количество теплоты, вносимой влагой материала:

Q₂ = Wc₁ = (W_yд+W_ост)c₁ = (0,267+0,0106)4,1920 = 23,3 кВт.

3. Количество теплоты, вносимой в сушилку сухими дымовыми газами и влагой, содержащейся в дымовых газах, с учетом их массового выхода на 1 кг мазута и секундного расхода мазута

Q₃ = М'_сухВс_1сухt₁+М'_Н2ОВс_1Н2Оt₁

Здесь М'_сух = М'_СО2+М'_О2+M'_N2 = 3,0826+6,3649+33,2783 = 42,7258 кг/кг мазута;

с_{1сух -} доля теплоемкости сухих компонентов дымовых газов, кДж/(кгК);

с_{1Н2О -} доля теплоемкости водяных паров, содержащихся в дымовых газах, кДж/(кгК).

В рассматриваемом случае расход сухих дымовых газов М'_сухВ = 42,72580,0361 = 1,54 кг/с, что хорошо согласуется с полученным менее точным методом значением G₁ = 1,56 кг/с.

Масса входящих в сушилку дымовых газов

М = (М'_сух+М'_Н2О)В = (42,7258+1,4356)0,0361 = 1,59 кг/с.

Теплоемкость дымовых газов определяют как сумму теплоемкостей компонентов при соответствующей температуре [4, прил. 4]:

с_1сух = с_СО2⁷⁰⁰+с_N2⁷⁰⁰+ с_O2⁷⁰⁰ =

= 1,2230+1,1614+1,0856 = 1,11171 кДж/(кгК).

с_1Н2О = с_Н2О⁷⁰⁰ = 2,2730 = 0,0739 кДж/(кгК).

В дальнейших расчетах понадобится значение теплоемкости входящих в сушилку газов с₁:

с₁ = с_1сух+с_1Н2О = 1,1171+0,0739 = 1,1910 кДж/(кгК).

Тогда

Q₃ = 42,72580,03611,1171700+1,43560,03610,0739700 = 1 210 кВт.

4. Не представляется пока возможным подсчитать приход теплоты с подсасываемым воздухом. Это будет сделано после определения Q_окр.

Суммарный учтенный приход теплоты составит

Q_1-3 = Q₁+Q₂+Q₃ = 9,47+23,3+1 210 = 1 240 кВт.

Затем рассчитывают расходные статьи баланса.

1. Количество теплоты, уносимой абсолютно сухим материалом

Q₅ = G_a.cc_a.c2 = 0,05280,89790 = 42,6 кВт.

2. Количество теплоты, уносимой оставшейся в материале

Q₆ = W_остc₂ = 0,01064,1990 = 3,99 кВт.

3. Количество теплоты, уносимой сухими отходящими газами

Q₇ = М'_сухВс_2сухt₂

С_2сух = с_СО2¹⁵⁰+с_N2¹⁵⁰+ с_O2¹⁵⁰ =

= 0,9531+1,0469+0,9483 = 0,9920 кДж/(кгК).

Q₇ = 42,72580,03610,9920150 = 230 кВт.

4. Количество теплоты, затрачиваемой на испарение влаги:

Q₈ = W_удr,

где r - удельная теплота парообразования воды, кДж/кг. При средней температуре поверхности высушиваемого материала

Q_ср = = = 55 С r = 2368,2кДж/кг.

Q₈ = 0,2672368,2 = 632 кВт.

5. Количество теплоты, уносимой влагой дымовых газов и испарившейся из материала влагой:

Q₉ = М'_Н2ОВс_2Н20t₂+W_yдс_Н2О¹⁵⁰t₂;

С_2Н2О = с_Н2О¹⁵⁰ = 1,9154 = 0,0623 кДж/(кгК).

Для дальнейших расчетов определяют значение теплоемкости отходящих из сушилки газов с₂:

с₂ = с_2сух+с_2Н2О = 0,9920+0,0623 = 1,0543 кДж/(кгК).

Q₉ = 1,43560,03610,0623150+0,2671,9154150 = 77,2 кВт

6. Количество теплоты, теряемой в окружающую среду, согласно принятому ранее

Q₁₀ = Q_окр = 0,2Q_м = 0,2(G_кc_к2-G_кc_к2) = 0,2(0,5290,706290-

0,5560,881620) = 4,76 кВт.

7. Количество теплоты, уносимой подсасываемым воздухом, согласно принятому ранее

Q₁₁ = 0,05(Q_м^вых+Q_окр) = 0,05 [(346,0965+8,3716)+4,76] = 20,1 кВт.

8. Полный расход теплоты составит:

Q_5-11 = Q₅+Q₆+Q₇+Q₈+Q₉+Q₁₀+Q₁₁ =

= 42,6+3,99+230+632+77,2+4,76+20,1 = 1 010 кВт

9. Теперь можно рассчитать приход теплоты с подсасываемым воздухом:

Q₄ = 0,05(Q_м^вх+Q_окр) = 0,05[(76,6030+26,4724)+4,76] = 7,53 кВт.

Полученные данные сводят в таблицу 4.

Таблица 4

Тепловой баланс сушилки

Невязка баланса 100 = 1,62%, что допустимо.

Невязка теплового баланса допускается до 4%.

Конструкционный расчет

Определение основных размеров сушильного барабана

Предварительный расчет объема барабана, м³, производят по количеству удаляемой влаги W_уд, кг/с, и объемному напряжению барабана по влаге, кг/м³,

V_бар =

Для бикарбоната натрия для барабанной сушилки значения А = 12 кг/м³ч. Тогда

V_бар = = 8,19 м³

Уточненный расчет объема барабана производят по уравнению

V'_бар = V_п+V_с,

где V_п объем барабана, необходимый для прогрева материала до начала интенсивного испарения влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), м³;

V_c объем сушильного пространства барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, м³.

Объем сушильного пространства барабана, м³,можно вычислить по уравнению массопередачи:

V_c = ,

где К_v. объемный коэффициент массопередачи, с^-1;

х'_ср средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура материале равна температуре мокрого термометра и коэффициент массопередачи К_v численно ранен коэффициенту массоотдачи _V, (К_v = _V, с^-1), а значение _V вычисляют по формуле

_V = 1,610^-2,

Где скорость дымовых газов в барабане, м/с;

_ср средняя плотность газов в барабане, кг/м³;

n частота вращения барабана, об/мин;

степень заполнения барабана высушиваемым материалом, %;

Р_о давление, при котором осуществляется сушка, Па; в атмосферных сушилках Р₀ = 10⁵Па;

р среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па;

с_ср теплоемкость сушильного агента при средней его температуре в барабане, кДж/(кгК).

Это эмпирическое уравнение справедливо для значений (_ср) = 0,61,8 кг/(м²с), n = 1,55,0 об/мин, = 1025 % т.е. для наиболее распространенных режимов эксплуатации барабанных сушилок.

Определяют величины, входящие в эти уравнения.

Плотность дымовых газов в барабане при их средней температуре

t_ср = = = 130 С

практически соответствует плотности воздуха при этой температуре:

_ср = = = 1,51 кг/м³.

Очевидно, что наиболее жесткие условия сушки складываются при соотношении (_ср) = 0,6 кг/(м²с). Следовательно, зная _ср, можно определить скорость движения дымовых газов, обеспечивающую высушивание материала:

= = = 0,397 м/с.

Принимаем = 0,4 м/с, при этом(_ср) = 0,41,51 = 0,604 кг/(м²с). Кроме того, принимаем n = 5 об/мин как наиболее соответствующие рабочим режимам барабанных сушилок. Для уголковой подъемно-лопастной насадки выбираем = 14 %.

Парциальное давление водяных паров в дымовых газах, Па, определяют по уравнению

р = ,

где М_в и М_воздмолярные массы воды и воздуха, кг/кмоль. Тогда, на входе в сушилку

р₁ = = = 5 128 Па,

на выходе из сушилки

р₂ = = = 24 812 Па.

Среднее парциальное давление водяных паров в сушилке

р = = = 14 970 Па.

Средняя теплоемкость дымовых газов

с_ср = = = 1,1226 кДж/(кгК).

Тогда коэффициент массооотдачи

_V = 1,610^-2 = 0,272с^-1.

Движущую силу процесса массопередачи определяют по уравнению

х'_ср = = .

Среднюю движущую силур_ср, Па, вычисляют по уравнению

р_ср =

При прямоточном движении сушильного агента и высушиваемого материала:р_б = р₁'-р₁ движущая сила в начале процесса сушки, Па; р_м = р₂'-р₂ -движущая сила в копне процесса сушки, Па;р₁' и р₂' давление насыщенных паров влаги над высушиваемым материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

По диаграмме J-x[6] определяем температуры мокрого термометра сушильного агента на входе в сушилкуt_м1 = 72,6°С и на выходе из сушилкиt_м2 = 68,2С и соответствующие им значения р₁' и р₂':

р₁' = 265 мм рт. ст. = 265133,3 = 35324 Па;

р₂' = 212 мм. рт. ст. = 212133,3 = 28 259 Па. Тогда

р_б = 35324-5128 = 30 196 Па;

р_м = 28 259-24812 = 3447 Па;

р_ср = = 12 326 Па

а значения х'_ср и V_c равны:

х'_ср = = 0,0393 кг/м³;

V_c = = 15,3 м³.

Объем барабана, м³, необходимый для прогрева влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи:

V_п = ,

где Q_п - расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1кВт;

К'_V - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³К);

t'_cp - средняя разность температур сушильного агента и высушиваемого материала, °С.

Расход тепла Q_п вычисляют по формуле

Q_п = G_кс_к(t_м1-₁)+W_удс(t_м1-₁) = 2,6160,7062(72,6-

20)+0,02734,19(72,6-20) = 133,32 кВт.

Объемный коэффициент теплопередачи К'_V определяют по формуле

К'_V = 16(_ср)^0,9n^0,70,57 = 160,607^0,95^0,70,14^0,57 = 141,76Вт/(м³К) =

= 0,1418 кВт/(м³К).

Для вычисления t'_cp находят температуру сушильного агента t_x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до температуры t_м1. Эту температуру определяют из уравнения теплового баланса:

Q_п = М(1-х₁)с₁(t₁-t_x).

133,32 = 1,7488(1-0,0336)1,1910(200-t_x).

t_x = 133,76 С.

Среднюю разность температур t'_cp вычисляют по формуле

t'_cp = = = 120,58 С.

Тогда V_п = = 7,80 м³;

а общий объем барабана

V'_бар = 15,3+7,80 = 23,1 м³.

Полученное значение V'_бар отличается от определенного предварительно V_6ap = 8,19 м³. Принимаем для дальнейших расчетов большее значение V_бар = 23,1 м³ как более достоверное.

Основные размеры барабана находят, исходя из его объема и соотношения = . Если выбрать ориентировочно диаметр барабана D = 1 м, то из значения

V'_бар = LL = = = 29,4 м.

Принимаем L = 30. Условие

= = не соблюдается.

Принимаем D = 1,6 м. Тогда

L = = 11,5 м.

Принимаем L = 12 м. Условие

= = = соблюдается.

По ГОСТ 27134-86 [2, приложение 5] выбираем стандартный барабан и его основные размеры. Характеристика проектируемого сушильного барабана:

Диаметр барабана, мм1 600

Длина барабана, мм12 000

Толщина стенок барабана, мм8

Частота вращения барабана, об./мин5,0

Объем барабана, м³27,43

Общая масса, т18,9

Потребляемая мощность, кВт25.

Аппараты этого типа могут эксплуатироваться при температурах теплоносителя на входе в барабан не более 850С, что соответствует условию проекта. Завод-изготовитель ПО "Уралхиммаш", г. Екатеринбург [5].

Затем определяем объемный расход сушильного агента V₂ и его действительную скорость _д на выходе из сушилки.

Масса газов, выходящих из сушильного барабана

М₂ = М'+W_уд = 1,7488+0,0273 = 1,78 кг/с.

Плотность этих газов

₂ = = = 0,884 кг/м³.

Объем выходящих из сушилки газов

V₂ = = = 2,01 м/с,

а действительная скорость газа составит:

_д = = = 1,16 м/с.

Количество находящегося в сушилке материала, кг, рассчитывается по формуле

G_м = V_барм.

При _NaНСО3 = 2 161 кг/м³

G_м = 27,430,142 161 = 8 300 кг.

Определяем время пребывания материала в сушилке и угол наклона барабана по формулам

= = = 3 160 с = 52,6 мин.

' = = = 0,281.

Проверяем скорость отходящих из сушилки газов на унос материала. Исходя из условия, что размеры уносимых частиц бикарбоната натрия должны быть не более значения d = 0,25 мм, рассчитываем скорость их уноса, равную скорости свободного витания частиц по уравнению

_св = ,

где ₂вязкость сушильного агента на выходе из сушилки, Пас, ₂¹⁵⁰ = 0,02410^-3 Пас [2, приложение2];

d наименьший допустимый диаметр уносимых частиц материала, м,

Аr критерий Архимеда.

При значении критерия Архимеда, равном

Аr = = = 436

скорость уноса частиц составит:

_св = = 1,83 м/с.

Действительная скорость газа _д = 1,56 м/с меньше скорости уноса частиц допустимого диаметра d = 0,25 мм, поэтому эти частицы из барабана уноситься не будут.

3.3 Расчет и подбор вспомогательного оборудования

Расчет и подбор батарейного циклона

Запыленный газ при переходе от барабанной сушилки до батарейного циклона охлаждается в зависимости от его температуры на t = 1030С. Принимаем t = 10С. Тогда температура газа на входе в циклон t_г.ц = 140°С.

Все характеристические параметры выходящего из сушилки газа даны при давлении р = 745 мм рт. ст. = 99308 Па. С учетом взаимного расположения циклона и дымососа принимаем, что на входе в батарейный циклон газ находится под разрежением р = 30 мм вод. ст. = 294 Па. Тогда плотность газа

_г.ц = ₀ = 1,1823 = 0,7638 кг/м³.

По опытным данным гидравлическое сопротивление батарейного циклона не превышает р_ц = 40 мм вод. ст.(392 Па), рекомендуемые пределы = 540736 м²/с².Уносчастиц составляет 10% от количества высушенного материала.

В рассматриваемом случае соотношение = = 517 незначительно отличается от рекомендуемого предела. Унос высушенного продукта из барабана k_ун = 10%, что составляет:

G_ун = 0,01G_к = 0,012,616 = 0,2616 кг/с.

Приведенный объем и запыленность очищаемого газа определяем по формулам:

V₂^о = = = 1,78 м³/с;

G'_зап = = = 0,147 кг/м³ = 147 г/м³ газа.

По наибольшей допустимой запыленности газа выбираем диаметр элемента циклона типа БЦ с розеточным направляющим аппаратом [3]. При угле наклона лопастей к горизонтали d направляющем аппарате 25° он составляет d_ц = 250 мм, а коэффициент гидравлического сопротивления его _о = 90.

Рассчитываем скорость газа в цилиндрической части циклонного элемента по формуле

_ц = = = 3,377 м/с.

Расход газа на один требуемый элемент батарейного циклона вычисляем по формуле

V_б.ц = 0,785d²_цц = 0,7850,253,377 = 0,1657 м³/с.

Тогда требуемое число элементов

n = = = 16,23.

Принимаем n = 16 с расположением их в четыре ряда по 4 элемента в каждом. Выбираем циклон типа ЦБ-2, ОСТ 108-033 [2, приложение 6]. Завод-изготовительКусинский машиностроительный завод.

Концентрация пыли в выходящем из батарейного циклона газе

G''_зап = (1-0,93)G'_зап = (1-0,93)147 = 10,29 г/м³ газа.

Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки и расхода электроэнергии

Потери напора при трении сушильного агента о стенки газоходов

Р_тр = , Па.

Здесь: V_г - скорость газов в газоходе, принимается не более 1517 м/с;

D_эк - эквивалентный диаметр газохода, м. Для нашего прямоугольного сечения (по чертежу)

d_эк = = 0,573 м;

l - длина газохода, l = 16 м (барабан с входной и загрузочной камер);

с_г - теплоемкость газов, с_г = 1 068 (Дж/кгК) [8, табл. 8];

- коэффициент трения по длине.

= ,

где Re = ,

- кинематическая вязкость газов, = 21,5410^-6 м²/с [8, табл. 8].

Re = = 426 000.

= = 0,0133.

Р_тр = = 50 800 Па = 50,8 кПа.

Потери напора в местных сопротивлениях (сужениях, поворотах)

Р_тр = , Па,

где - сумма местных сопротивлений.

Для расширения (из входной камеры в барабан) = 0,5; для сужения (в разгрузочную камеру их барабана) = 1; для поворотов в камере = 0,5 [6].

Р_м = (0,5+1+20,5) = 41 000 Па = 41,0 кПа.

Для циклона о_ц = 105, V₂ = 2,69 м/с.

Тогда Р_ц = 105 = 40 600 Па = 40,6 кПа

Полное гидравлическое сопротивление сушильной установки

Р = Р_тр+Р_м+Р_ц = 50,8+41,0+40,6 = 132 кПа .

По найденному полному сопротивлению ДP и расходу сушильного агента Q_сг = V_гF_г = V_гab = 160,670,478 = 2,83 м³/с производится выбор дымососа.

Принимаем дымосос ВР132-30 №8 с характеристиками: Р = 100140 кПа; Q = 2,156,0 м³/с, n = 2 985 об./мин, N = 90 кВт.

3.4 Расчет корпуса барабана на прочность и жесткость

1. Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок: Учеб. пособие для учащихся химико-механич. спец. техникумов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 304 с., ил.

2. Методические указания к курсовому проекту "Расчет барабанной сушилки". - Новочеркасск, изд. НПИ, 1987. - 46 с.

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

4. Справочник по пыле- и золоулавливанию. /Под ред. А.А. Русанова. -М.: Энергоатомиздат, 1983.-312 с.

5. Сушильные аппараты и установки: Каталог. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983. - 56 с.

6. Теплотехнический справочник в 2-х т.. П/ред. С.Г. Герасимова. - М.: Госэнегроиздат, 1976.

7. Вукалович. Таблицы состояния воды и водяного пара

8. Лакомкин В.Ю., Смородин С.Н. Расчет и проектирование барабанной сушильной установки: учебно-методическое пособие для выполнения курсового проекта/ СПб ГТУ РП. СПб, 2012. - 38 с., ил.

9. Михеев М.А. Основы теплопередачи

Размещено на allbest.ru