Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Пермского края

ГБПОУ

«Березниковский политехнический техникум»

Пояснительная записка

«Расчет технологических показателей процесса сушки в производстве хлорида калия в условиях ООО "Еврохим - УКК"»

Выполнил

студент гр. ХТНВ-19 А. С. Попова

Проверил

преподаватель И. В. Рузич

2023



Содержание

• Введение
• 1. Технологическая часть
• 1.1 Методы производства
• 1.2 Требования к сырью
• 1.3 Требования к готовой продукции
• 1.4 Физико - химические основы процесса
• 1.5 Краткая характеристика стадии процесса
• 1.6 Технологическая схема
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Материальный баланс
• 2.2 Тепловой баланс
• 2.3 Расчет и описание конструкции основного оборудования
• 2.4 Подбор вспомогательного оборудования
• 3. Контроль и автоматизация производства
• 4. Охрана окружающей среды
• 5. Основные правила безопасной эксплуатации производства
• 5.1 Техника безопасности и охрана труда
• 5.2 Противопожарные мероприятия
• Заключение
• Список источников


Введение

Хлористый калий - основное калийное удобрение, мелкокристаллический порошок розового или белого цвета с сероватым оттенком. Содержит, в зависимости от способа производства, от 58 до 60 % оксида калия (K2O). В химически чистом хлориде калия содержится 63,1 % K2O. Вносят хлористый калий, как и другие калийные удобрения, в основной прием под вспашку, а на легких почвах - под культивацию.

Существуют 2 метода производства калийных руд:

-галургический;

- флотационный.

Россия занимает одно из ведущих мест в мире по производству калийных удобрений. Это обусловлено тем, что в России находятся одни из самых богатых месторождений калийных солей в мире.

Для производства калия хлористого марки «мелкий» на Усольском калийном комбинате принят флотационный способ обогащения сильвинитовой руды. Производство продукции включает следующие основные стадии технологического процесса:

а) мокрое грохочение и измельчение дроблёного сильвинита крупностью менее 8 мм до флотационной крупности (1,4 мм);

б) оттирка шламов с поверхности солевых минералов;

в) обесшламливание питания сильвиновой флотации;

г) сильвиновая флотация и выщелачивание из сильвинового концентрата хлорида натрия;

д) обезвоживание концентрата;

е) сушка сильвинового концентрата;

ж) гранулирование хлористого калия;

з) облагораживание гранулята;

и) сгущение шламов;

к) обезвоживание галитовых хвостов обогащения;

л) приготовление рабочих растворов и смесей реагентов;

м) удаление галитовых и глинисто-солевых отходов обогащения;

н) складирование и отгрузка готовой продукции.

Целью курсового проекта является расчет статической сушилки кипящего слоя в сушильно - грануляционном отделении в производстве хлористого калия флотационным методом в условиях ООО «Еврохим - Усольский калийный комбинат».

Задачи:

а) Изучить теоретические основы процесса сушки;

б) Описать технологическую схему сушильного отделения, а также устройство и принцип действия статической сушилки кипящего слоя;

в) Произвести расчет материального баланса сушильного отделения в производстве хлористого калия флотационным методом в условиях ООО «Еврохим - Усольский калийный комбинат».

г) Рассчитать конструктивные размеры статической сушилки кипящего слоя.



1. Технологическая часть

1.1 Методы производства

Галургический метод используется со времени зарождения калийной промышленности во второй половине XIX века. Он позволяет получить химически чистый хлористый калий с содержанием полезного компонента 98%, который используется в сельском хозяйстве и химической промышленности. Метод галургии основан на использовании различной растворимости хлоридов калия и натрия при последовательных операциях нагревания и охлаждения системы.

При получении хлорида калия сильвинит обрабатывают при повышенных температурах насыщенным раствором солей. При этом раствор обогащается КСl, а часть NaCl переходит в осадок и отделяется фильтрованием. Затем раствор охлаждают. Из него выделяют кристаллы хлорида калия, которые отделяют от маточного раствора и высушивают. Маточный раствор опять направляют на растворение сильвинита. Получаемый продукт содержит 52-60% К2O.

Процесс галургического извлечения хлорида калия из сильвинита включает семь основных стадий:

а) измельчение сильвинитовой руды;

б) выщелачивание хлорида калия из сильвинита горячим оборотным раствором (щелоком);

в) отделение горячего щелока от твердой фазы (хлорида натрия и пустой породы) и его осветление;

г) охлаждение раствора и кристаллизация из него хлорида калия;

д) сушка хлорида калия;

е) нагревание оборотного раствора и возвращение его на стадию выщелачивания сильвинита;

ж) удаление или утилизация отходов производства.

Степень извлечения хлорида калия составляет 90-95 %. Галургический метод позволяет комплексно перерабатывать полиметаллические руды, извлекая из них все полезные компоненты, в том числе хлориды магния, бромиды и пищевой хлорид натрия.

Флотация - широко распространенный способ обогащения полезных ископаемых отделением частиц пустой породы. Метод основан на различии смачивания поверхности твердых частиц водой.

Для создания условий неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов породы применяют разнообразные химические соединения - флотационные реагенты (флотореагенты). Они избирательно усиливают или ослабляют смачиваемость водой, а также прилипаемость к пузырькам воздуха взвешенных минеральных частиц.

Внесенные в пульпу флотореагенты, называемые собирателями (коллекторами), адсорбируются поверхностью определенного минерала, образуя гидрофобный адсорбционный слой.

Гидрофобизированные частицы хлористого калия, смачиваемость которых ниже смачиваемости хлористого натрия, прилипают к пузырькам воздуха, поднимаются на поверхность пульпы в пену и удаляются вместе с ней. Хлористый натрий падает на дно аппарата.

Флотационный метод выделения хлорида калия из сильвинита включает следующие операции:

а) измельчение сильвинитовой руды до размеров частиц 1-3 мм с последующим мокрым размолом до размера 0,5 мм;

б) отделение глинистого шлама - тонкодисперсных глинисто-карбонатных примесей методами флотации, гидравлической классификации, или гравитации;

в) флотационное разделение водорастворимых минералов руды (сильвина и галита) в присутствии собирателей (основная флотация);

г) перечистная флотация полученного концентрата для удаления из него оставшихся примесей;

д) обезвоживание концентрата методами сгущения и фильтрования с возвратом в процесс оборотного раствора;

е) сушка влажного концентрата.

Для повышения степени извлечения калия производят термическую обработку галитовых хвостов, содержащих некоторое количество сильвина.

Флотационный метод эффективен при извлечении хлорида калия из высококачественных сильвинитовых руд, содержащих незначительное количество шлама. Степень извлечения хлорида калия достигает 90-92%, а готовый продукт (концентрат) содержит 93-95% соли.

1.2 Требования к сырью

Сырьем для производства хлористого калия является сильвинитовая руда, добываемая шахтным способом. Основной минеральный состав руды - сильвин, галит, нерастворимые и малорастворимые в воде минералы.

Физические свойства исходной руды представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Физические свойства исходной руды

Наименование	Единицы измерения	Регламентируемая величина
Плотность	кг/м3	2200
Насыпная плотность	кг/м3	1300-1380
Удельная теплоемкость	ккал/(кг•°С)	0,2
Угол естественного откоса	градус	36-40

Процесс флотационного обогащения сильвинитовой руды осуществляется в насыщенном растворе хлоридов калия и натрия с небольшим содержанием хлорида магния и сульфата кальция (маточный раствор). Температура маточного раствора составляет (25±10) °С.

Состав, физико-химические свойства и показатели качества сильвинитовой руды приведены в таблице 1.2.



Таблица 1.2 - Характеристика сырья

Сырье	Показатели, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели
Сильвинитовая руда	Массовая доля KCl, %, не менее Массовая доля Н.О., % , не более Массовая доля воды, %, не более Грансостав, %: а) фракция более 8 мм, не более б) фракция менее 0,25 мм, не более	27,0 8,0 1,0 5,0 11,0

1.3 Требования к готовой продукции

Калий хлористый, выпускаемый в соответствии с настоящим технологическим регламентом, должен соответствовать требованиям действующей нормативно-технической документации: ГОСТ 4568-95 Калий хлористый. Технические условия, ТУ 08.91.19-002-37011412-2018 Сильвин. Технические условия.

Технические требования и физико-химические показатели товарного хлористого калия должны соответствовать нормам, приведенным в таблицах 1.3, 1.4. основное оборудование автоматизация безопасность

Таблица 1.3 - Технические требования и физико-химические свойства калия хлористого в соответствии с ГОСТ 4568-95

Наименование показателя	Ед. изм.	Норма для марки
		мелкий	гранулированный
		1-й сорт	2-й сорт	1-й сорт	2-й сорт
1 Внешний вид		Мелкие зёрна различных оттенков красновато-бурого цвета	Спрессованные гранулы неправильной формы различных оттенков красно-бурого цвета
2 Массовая доля калия в пересчете на К2О	%, не менее	60	58	60	58
3 Массовая доля воды,	%, не более	1,0	1,0	0,5	0,5
4 Рассыпчатость	%	100	100	100	100
5 Гранулометрический состав (массовая доля фракций): - свыше 6 мм - от 1 до 4 мм - менее 1 мм	%, не менее не более	не нормируется не нормируется не нормируется	0 95 5	0 95 5
6 Динамическая прочность (массовая доля неразрушенных гранул)	%, не менее	не нормируется	80	80
7 Насыпная плотность в зависимости от времени хранения	кг/м3	1050 - 1200	900 - 1140
8 Плотность	кг/м3	2000	1990 - 2000
9 Угол естественного откоса	градус	33 - 35	35 - 37
Наименование показателя	Ед. изм.	Норма для марки
		мелкий	гранулированный
		1-й сорт	2-й сорт	1-й сорт	2-й сорт
10 Температура плавления	°С	768 - 776	768 - 776
11 Температура кипения	°С	1415	1415
12 Удельная теплоемкость	Дж/(кг•К)	700	700

Таблица 2.2 - Технические требования и физико-химические свойства продукта в соответствии с ТУ 08.91.19-002-37011412-2018

Наименование показателя	Ед. изм.	Норма
1 Массовая доля калия хлористого калия в пересчете на K2O	%, не менее	95 60
2 Массовая доля воды	%, не более	0,5

Калий хлористый предназначается для сельского хозяйства и розничной торговли как удобрение, а также для промышленности при производстве других химических продуктов и для других целей.

Информационная карта потенциально опасного химического и биологического вещества «Калий хлорид» серия АТ №000437 зарегистрирована в Российском регистре потенциально опасных химических и биологических веществ.

1.4 Физико - химические основы процесса

Флотация (от английского слова flotation -- всплывание) -- один из наиболее распространенных методов обогащения полезных ископаемых. Процесс флотации основан на различной способности поверхностей минералов, входящих в состав обогащаемой руды, смачиваться водой. Если на поверхность минерала поместить каплю воды, то по истечении некоторого времени система придет в равновесие. Угол, образованный касательной, к контуру капли жидкости и поверхности минерала, направленный в сторону жидкости, называют краевым углом смачивания. Лучшая смачиваемость характеризуется меньшей величиной краевого угла. Если краевой угол равен 0°, поверхность минерала смачивается полностью, а если он равен 180°, то поверхность минерала совершенно не смачивается водой. При флотации через пульпу обогащаемой руды продувают пузырьки воздуха. Частицы несмачиваемых минералов прилипают к пузырькам и всплывают на поверхность, с которой удаляются в виде минерализованной пены, а смачиваемые водой частицы опускаются на дно. Таким образом осуществляется флотационное разделение минеральных составляющих обогащаемой руд. Лишь немногие минералы обладают плохой природной смачиваемостью. К ним относятся самородная сера, графит, озокерит, борная кислота, молибденит и др. Названные минералы обладают природной флотируемостью. Однако подавляющее большинство минералов хорошо смачивается водой, поэтому при обогащении природных руд чаще всего приходится использовать флотационные реагенты. Под воздействием этих реагентов можно направленно изменять смачиваемость поверхности того или иного минерала (избирательно увеличивать ее или уменьшать) и таким образом регулировать процесс флотации. Первоначально метод флотации применяли для обогащения природных руд, состоящих из минералов, нерастворимых в воде (окислов, сульфидов, нерастворимых солей). Флотационный метод обогащения растворимых солей получил распространение после того, как было показано, что разделение этих солей может осуществляться в их насыщенном растворе. Техническое решение проблемы разделения водорастворимых солей методом флотации -- одно из важных достижений науки и техники за последние десятилетия. Особенно большие успехи в этой области были достигнуты при флотационном обогащении сильвинита. Было показано, что получение хлористого калия из сильвинита методом флотации в ряде случаев экономичнее и проще, чем галургическим методом. Флотационное обогащение калийных солей, так же, как и других руд, осуществляется при участии флотационных реагентов. В зависимости от назначения различают следующие группы флотационных реагентов: собиратели, пенообразователи, депрессоры, активаторы, регуляторы среды.

Собиратели (или коллекторы) -- это вещества, способные селективно адсорбироваться на поверхности минералов и делать ее несмачиваемой. В качестве собирателей обычно применяют органические соединения, молекулы которых обладают гетерополярной структурой. Различают анионные и катионные собиратели. К анионным собирателям принадлежат жирные кислоты и их мыла, алкилсульфаты и др. К катионным собирателям относятся первичные алифатические амины с числом углеродных атомов от 7 до 20, смеси первичных насыщенных аминов и др. Некоторые из собирателей являются одновременно и пенообразователями.

Пенообразователи -- вещества, способствующие образованию устойчивых пузырьков воздуха и обильной пены. Все хорошие вспениватели обладают полярной группой в виде гидроксила, карбоксила, карбонила, амина или нитрила. К ним относятся сосновое масло, крезолы, смесь терпеновых спиртов и др. Депрессоры (или подавители) -- вещества, снижающие адсорбцию собирателя на поверхности минералов и увеличивающие смачиваемость участков поверхности, не занятых собирателем. В качестве депрессоров наряду с неорганическими применяют различные высокомолекулярные органические соединения: крахмал, карбоксиметилцеллюлозу, монокарбоксилцеллюлозу и др.

Активаторы -- вещества, улучшающие адсорбцию собирателей на поверхности минералов, нейтрализующие действие депрессоров. Активаторами служат некоторые неорганические соединения, в частности соли свинца, алюминия. Регуляторы -- вещества, изменяющие состав и pH среды, в которой протекает флотация, а также влияющие на растворение, осаждение, коагуляцию некоторых примесей. В качестве регуляторов используют соду, щавелевую кислоту и др.

1.5 Краткая характеристика стадии процесса

Сушка (высушивание) -- тепломассообменный процесс удаления жидкости из твёрдых, жидких веществ или их смесей с помощью испарения. Чаще всего в качестве удаляемой жидкости выступают влага или летучие органические растворители.

В самом общем случае процесс сушки происходит следующим образом: нагретый газовый поток, отдавая тепло обрабатываемому материалу, вбирает в себя испаряемую им жидкость, удаляя её из общей массы вещества. Часто сушка является последним этапом в процессе производства, непосредственно предшествующим продаже или упаковке продукции.

Классификация способов сушки.

Выбор способа сушки зависит от физического состояния сырья, его химического состава, требуемых свойств конечного продукта и экономичности процесса.

По способу воздействия сушильного агента:

а) Естественная сушка -- сушка на открытом воздухе при естественном освещении, без влияния человека на факторы, интенсифицирующие процесс (температуры продукта и сушильного агента (воздуха), давление, скорость движения сушильного агента, влажность и т. д.)..

б) Искусственная сушка -- производится в специальных аппаратах (сушильных установках), с принудительным изменением факторов, влияющих на интенсивность процесса (температура, давление, влажность, геометрические размеры объекта сушки и т. д.).

По давлению в рабочей камере:

а) Атмосферная -- сушильным агентом является, как правило, атмосферный воздух с отклонением давления в сушильной камере не выше 49 МПа.

б) Вакуумная -- сушка производится в вакууме.

в) Под избыточным давлением.

По способу подвода тепла к влажному материалу сушилки классифицируются на:

а) Конвективные -- тепловая энергия передается конвекцией;

б) Кондуктивные (контактные) -- тепловая энергия передается с помощью теплопроводности;

в) Терморадиационные -- тепловая энергия передается с помощью термоизлучения;

г) Высокочастотные -- тепловая энергия преобразуется из электрической внутри высушиваемого материала;

д) Комбинированные -- передача тепла осуществляется с помощью комбинаций вышеупомянутых способов.

По виду сушильного агента:

а) Аппараты, использующие нагретый воздух;

б) Установки, использующие дымовые или инертные газы;

в) Установки, используемые смесь воздуха с дымовыми газами;

г) Установки, используемые перегретый или насыщенный пар;

д) Установки, использующие жидкий теплоноситель;

е) Установки, использующие электрической ток.

По виду объекта сушки:

а) Для твердых материалов (крупных, мелких, пылевидных);

б) Для гибких материалов (нитей, плёнок, тканей, нетканых материалов);

в) Для жидких материалов;

г) Для пастообразных продуктов.

По режиму работы:

а) Периодического действия;

б) Непрерывного действия.

По гидродинамическому режиму:

Различают сушилки с неподвижным, взвешенным и перемешиваемым слоем материала.

1.6 Технологическая схема

Концентрат с влажностью не более 5,5% из отделения обезвоживания конвейерами распределяется по накопительным бункерам. Весовым ленточным питателем влажный концентрат из бункеров поступает на скребковый конвейер и направляется в сушилку кипящего слоя. В сушилке происходит сушка материал до содержания массовой доли воды не более 0,1%. Для этого в качестве сушильного агента используется топочные газы, образующиеся при сжигании топлива в газовой горелке с последующим разбавлением их до температуры не более 500 оС воздухом подаваемым вентилятором. Сушка идёт за счёт тепло- и массообмена между топочными газами и концентратом.

Высушенный мелкозернистый хлористый калий выгружается из сушилки при помощи барабанного шлюзового питателя на скребковый конвейер, который транспортирует соль на ковшовый элеватор. Далее соль при помощи распределительных устройств распределяется на стадии охлаждения и гранулирования.

Охлаждение мелкозернистого хлористого калия осуществляется в оросительном охладителе. Охлаждается до температуры 60 оС. Процесс охлаждения происходит за счёт передачи тепла от горячего теплоносителя к более холодному через перегородку разделяющую данные теплоносители. В качестве холодного теплоносителя используется оборотная вода, нагнетаемая насосами. Охлажденный продукт выгружается при помощи барабанного шлюзового затвора и попадает в смеситель непрерывного действия. В смесителе охлажденный продукт проходит обработку реагентами пылеподавителем и антислеживателем, которые подаются дозирующими насосами. Далее продукт идёт на ленточный конвейер и после распределителем потока транспортируется на склад готовой продукции.

Отходящие газы из сушилки перед выбросом в атмосферу проходят две стадии очистки. Сухая очистка отходящих потоков осуществляется в сдвоенном циклоне. В циклоне возникает центробежная сила, что обеспечивает наилучшее отделение твёрдой фазы от газовой. Осевшая в циклонах пыль из конусной части разгружается барабанными шлюзовыми затворами на скребковый конвейер и там распределителем потока распределяет по стадиям агломерирования и грануляции.

На агломерацию через измеритель потока циклонная пыль идёт в смеситель. Обрабатывается там водным раствором метасиликата натрия с массовой долей основного вещества 1%, а после идёт на скребковый конвейер и в сушилку. Газовый поток после циклона вентилятором направляется на мокрую очистку в скруббер Вентури, где происходит более тонкая очистка отходящего газа от твёрдых частиц с использованием циркулирующих промывных вод и выбрасываются в атмосферу. Для вывода из сушилки спёков, находящихся на решётке предусмотрен отдельный канал разгрузки. Материал поступает на классификацию через шлюзовый затвор в грохот. И далее надрешётный продукт идёт в молотковую дробилку. Раздробленный продукт направляется на скребковый конвейер и затем в сушилку. Подрешётный продукт сразу идёт на скребковый конвейер. Запыленная среда с оборудования перед выбросом в атмосферу проходит очистку в рукавном фильтре. Отсос запыленного воздуха осуществляется вентилятором. Пыль, уловленная идёт на шнек и на стадии агломерации или грануляции.



2. Расчетная часть

2.1 Материальный баланс

Материальный баланс по всему количеству вещества:

(2.1)

где G1 - масса влажного материала, кг/ч; G2 - масса высушенного материала, кг/ч; W -- влага, удаленная из материала во время сушки, кг/ч;

Количество испаряемой влаги:

(2.2)

где G2 - масса высушенного материала, кг/ч, 125000; Uн - начальная влажность соли, %, 5,5; Uк - конечная влажность соли, %, 0,1;

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, количество которого не изменяется в процессе сушки:

(2.3)

где G2 - масса высушенного материала, кг/ч, 125000; G1 - масса влажного материала, кг/ч, 132142,86; Uн - начальная влажность соли, %, 5,5; Uк - конечная влажность соли, %, 0,1;

Таблица 2.1 - Сводный материальный баланс по сухому компоненту

Приход, кг/ч	%	Расход, кг/ч	%
Масса влажного материала: кг в т.ч. масса влаги масса сухого компонента: 125000		Масса высушенного материала: 125000кг	94,5
		Влага, удаленная из материала во время сушки:	5,5
Итого:	100	Итого:	100

2.2 Тепловой баланс

Параметры топочных газов, подводимых в сушилку

Влагосодержание воздуха при данных условиях t0=16 оС, , х0 находим по формуле:

Где ц 0 - относительная влажность, 0,84, г/м3; рнас - давление насыщенного водяного пара, 1706,94, кПа; В - барометрическое давление, 98100, кПа; 0,622 - отношение мольных масс водяного пара и воздуха; t0 - начальная температура воздуха, 16, оС.

0,0092

тальпия влажного воздуха, I0, Кдж/кг*св.в, находим по формуле [6, с.28]



(2.5)

где - средняя удельная теплоемкость сухого воздуха, 1,01, ; - средняя удельная теплоемкость пара, 1,97, ; - удельная теплота парообразования воды при 0°С, 2493,1,; t0 - начальная температура воздуха, 16, оС; - влагосодержание воздуха, 0,0092, .

Теоретически количество сухого воздуха L0, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, кг/кг, находим по формуле:

(2.6)

где составы горючих газов выражены в объёмных долях, :

Количество тепла Qv, выделяющегося при сжигании 1 м3 газа, кДж/м3, находим по формуле [6, с.30]

Qv =(СН4)+(С2Н6)+(С3Н8)+(С4Н10)(2.7)

Где - объемная доля газа; - теплота сгорания газа, кДж/м3;

Qv = 0,94235741+0,020763797+0,004791321+0,0029118736=35762,16 кДж/м3

Плотность газообразного топлива рт, кг/м3, находим по формуле [6, с.28]

(2.8)

где - мольная масса топлива, кмоль/кг; - температура топлива, равная 20°С; - мольный объём; м3/кмоль; 22,4; - начальная температура, оК; 273;

Количество тепла, выделяющегося при сгорании 1кг топлива, Q, кДж/кг, находим по формуле [6, с.28]

(2.9)

Где, Qv -количество тепла, выделяющегося при сжигании 1 м3 газа, кДж/м3, 35762,16; рт - плотность газообразного топлива, кг/м3, 0668;

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный аппарат, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси tсм=550°С.

Значение б находят из уравнений материального и теплового балансов.

Уравнение материального баланса [6, с.44]

1+L0 = LС.Г.+УCmHn, (2.10)

гдеLС.Г. - масса сухих газов, образующихся при сгорании 1кг топлива, кг; CmHn- массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода,кг/кг; L0 - количество сухого воздуха, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, кг/кг.

[6, с.44]



(2.11)

где - общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность топки (полноту сгорания топлива и т.д.) и потери тепла топкой в окружающую среду, 0,95; ст - теплоемкость газообразного топлива при температуре 20°С, кДж/кг,1,34; - температура топлива, °С, 20; б - коэффициент избытка воздуха; L0 - количество сухого воздуха, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, кг/кг,16,702; I0 - энтальпия свежего воздуха, кДж/кг, 39,39; iС.Г - энтальпия сухих газов, кДж/кг х0 - влагосодержание поступающего воздуха; in - энтальпия водяных паров, кДж/кг;

Находим энтальпию сухих газов iС.Г, кДж/кг, по формуле [6, с.50]

(2.12)

гдесс.г.- теплоемкость сухих газов, кДж/кг,; tс.г.- температура сухих газов, °С,;

Находим энтальпию водяных паров, in, кДж/кг по формуле [6, с.50]

(2.13)

где -теплота испарения воды при температуре 0°С, кДж/кг,; сп - средняя теплоемкость водяных паров, кДж/кг, ; tп.- температура водяных паров, °С, 650;

Из уравнения материального и теплового баланса имеем:



(2.14)

Пересчитываем компоненты топлива, при сгорании которых образуется вода, из объёмных долей в массовые:

СН4 =

С2Н6 =

С3Н8 =

С4Н10 =

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно

Найдем коэффициент избытка воздуха:

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1кг топлива и разбавление топочных газов до температуры смеси 550°С, Gс.г., кг/кг, по формуле[6, с.50]

(2.15)

где, б - коэффициент избытка воздуха, ; L0 - количество сухого воздуха, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, кг/кг,;

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

(2.16)

где, б - коэффициент избытка воздуха, ; L0 - количество сухого воздуха, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, кг/кг,; х0 - влагосодержание поступающего воздуха.

Влагосодержание газов на входе в сушилку (х1=хсм) на 1кг сухого воздуха по формуле [6, с.50]

(2.17)

Где, - Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива, кг/кг, 2,82; - общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1кг топлива и разбавление топочных газов до температуры смеси 550°С, Gс.г., кг/кг, 62,57;

Энтальпия газов на входе в сушилку, , кДж/кг, находим по формуле [6, с.54]

(2.18)где, Q - количество тепла, выделяющегося при сгорании 1кг топлива, кДж/кг, 53536,17; - общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность топки (полноту сгорания топлива и т.д.) и потери тепла топкой в окружающую среду, 0,95; ст - теплоемкость газообразного топлива при температуре 20°С, кДж/кг, 1,34; - температура топлива, °С, 20; б - коэффициент избытка воздуха, ; ; L0 - количество сухого воздуха, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, кг/кг,; I0 - энтальпия свежего воздуха, кДж/кг; - общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1кг топлива и разбавление топочных газов до температуры смеси 550°С, Gс.г., кг/кг, 62,57;

Для построения рабочей линии сушки необходимо знать координаты х и I минимум 2-х точек. Координаты одной точки известны:

Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующее значение .

Пусть

Тогда

(2.19)

Через две точки на диаграмме х - I с координатами х, I и х1, I1 проводим линию сушки до пересечения с заданными конечными параметрами t2=125°C.

В точке пересечения линии сушки с изотермой t2 находим параметры от отработанного сушильного агента:

х2=0,200кг/кг

I1=622кДж/кг

Определим расход сухого газа, Lс.г, кг/ч, по формуле [6, с. 54]

(2.20)

кг/ч

Определим расход сухого воздуха, Lс.в.,кг/ч, по формуле [6, с.54]

(2.21)

Материальный баланс по влаге

Приход:

Приход с влагой в поступающем продукте, кг/ч, по формуле [6, с.54]

Приход с влагой в поступающем теплоносителе, кг/ч

Расход:

Расход с влагой в уходящем продукте, кг/ч

Расход с влагой в уходящем теплоносителе, кг/ч

где и - массы влажного и высушенного материала, кг/ч, 132142,86; 125000; и - соответственно начальное и конечное влагосодержание; 0,0092; 0,200; и - начальная и конечная влажность поступающего материала, %, 5,5; 0,1; - расход сухого воздуха, кг/ч, 37436;



Таблица 2.2 - Сводный материальный баланс по влаге

Приход, кг/ч	%	Расход, кг/ч	%
Приход с влагой в поступающем продукте 7267,86	78,8	Расход с влагой в уходящем продукте 125	6,2
Приход с влагой в поступающем теплоносителе 344,41	21,2	Расход с влагой в уходящем теплоносителе 7487,2	93,8
Итого: 7612,2	100	Итого: 7612,2	100

Расход тепла на нагрев материала, Qм, кДж/кгК, находим по формуле [6, с.56]

(2.22)

Где, - масса высушенного материала, кг/ч, 125000; - удельная теплоемкость материала, ; - конечная температура материала, оС, 120; -начальная температура материала, оС, 20;

(2.23)

Где, - теплоемкость абсолютно сухого воздуха, , , 0,712; - конечная влажность материала, %, 0,1; с - теплоемкость влаги во влажном материале при температуре t1, кДж/(кг*С); 4,19;

Удельные потери теплоты с материалом qm, кДж/кгвлаги, находим по формуле[6, с.56]

(2.24)

Где, - расход тепла на нагрев материала,, 8937500; W - количество влаги, кг/ч, 7142,86;

Потери теплоты в окружающую среду, , кДж/ч, находим по формуле[6, с.56]

(2.25)

Где, W - количество влаги, кг/ч, 7142,86; - средняя удельная теплоемкость пара, 1,97, ;- конечная температура материала, оС, 120; -начальная температура материала, оС, 20;

(2.26)

Где, - потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч, 1407143,42; W - количество влаги, кг/ч, 7142,86;

Рассчитаем внутренний тепловой баланс сушилки:

(2.27)

где - разность между удельными приходом и расходом тепла в сушильной камере, кДж/кг; с - теплоемкость влаги во влажном материале при температуре t1, кДж/(кг*К); 4,19 кДж/(кг*К) /3, стр. 537/; q доп- удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; 0; qт - удельный расход тепла в сушилке с транспортными устройствами, кДж/кг влаги; 0; qм - удельный расход тепла в сушильной камере на нагрев материала, кДж/кг влаги; qп- удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг, 197;

(2.28)

Где, см-теплоёмкость высушенного хлористого калия, кДж/(кг*К), 0,715; GК - производительность по высушенному материалу, кг/сек, 34,72; t2-температура высушиваемого материала на выходе из сушилки, С 120; t1 - температура на входе в сушилку, С, 20; W - количество влаги, кг/ч, 7142,86;

Тепловой баланс сушки.

(2.29)

Где, - количество теплоносителя, кг/ч,; I - энтальпия сухого воздуха, кДж/ч, 53,43; См-теплоёмкость высушенного хлористого калия, кДж/(кг*К), 0,715; - масса высушенного материала, кг/ч, 125000; - конечная температура материала, оС, 120; -начальная температура материала, оС, 20; W - количество влаги, кг/ч, 7142,86; - потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч, 1407143,42; Св - теплоемкость испаренной воды, кДж/кг*К , 4,19;

Приход:

С теплоносителем, Q1, кДж/ч, находим по формуле [6, с. 56]

(2.30)



Где, - количество теплоносителя, кг/ч,; I - энтальпия сухого воздуха, кДж/ч, 853,43;

С влажным материалом, поступающим на сушку, Q2, кДж/ч, находим по формуле [6, с. 56]

(2.31)

где ; См-теплоёмкость высушенного хлористого калия, кДж/(кг*К), 0,715; - масса высушенного материала, кг/ч, 125000; -начальная температура материала, оС, 20;

С влагой, испаряемой из материала, Q3, кДж/ч, находим по формуле [6, с. 56]

(2.32)

где W - количество влаги, кг/ч, 7142,86Св - теплоемкость испаренной воды, кДж/кг*К , 4,19;-начальная температура материала, оС, 20;

Расход:

С отработанным теплоносителем, Q1, кДж/ч находим по формуле [6, с. 60]

, (2.32)

Где, - количество теплоносителя, кг/ч,; I - энтальпия сухого воздуха, кДж/ч, 622;

С высушенным материалом, Q2, кДж/ч, находим по формуле [6, с. 60]

(2.33)

где См-теплоёмкость высушенного хлористого калия, кДж/(кг*К), 0,715; - масса высушенного материала, кг/ч, 125000; -конечная температура материала, оС, 120;

Потери в окружающую среду, Qпот, кДж/ч, находим по формуле [6, с. 60]

(2.34)

Где,; ;

Потери составляют:

Таблица 2.3 - Сводный тепловой баланс

Приход, кДж/ч	%	Расход, кДж/ч	%
С теплоносителем	93.0	С отработанным теплоносителем	63.7
С влажным материалом, поступающим на сушку 1787500	5,2	С высушенным материалом 10725000	32.8
С влагой испаряемой из материала 598571,67	1,8	Потери в окружающую среду 324885,15	3.5
Итого: 34335077,15	100	Итого: 34335077,15	100



2.3 Расчет и описание конструкции основного оборудования

2.3.1 Определение расхода воздуха, скорости газов и диаметра сушилки.

Определим количество влаги, удаляемой из высушиваемого материала:

(2.35)

Где GК -производительность по высушенному материалу; 34,72; н - начальная влажность хлористого калия; н= 5,5%; к - конечная влажность хлористого калия; к=0,1%;

Чтобы определить параметры отработанного воздуха необходимо на I-x диаграмме построить рабочую линию сушки по уравнению:

(2.36)

где I1- энтальпия газов на входе в сушилку;

- внутренний баланс (разность между удельными приходом и расходом тепла в сушильной камере); = -970,45 кДж/кг влаги

х- произвольное значение влагосодержания отработанного воздуха;

х=0,05 кг влаги/кг сухого воздуха;

х1-влагосодержание газов на входе в сушилку; х1= кг/кг

кДж/кг сухого воздуха

Так как коэффициент избытка воздуха б велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, мало отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния воздуха I-x.

По I-x диаграмме состояния влажного воздуха /8, стр. 424/ определяем параметры отработанного сушильного агента:

х2=0,128 кг/кг- влагосодержание топочных газов на выходе;

I2=442 кДж/кг - энтальпия топочных газов на выходе из печи

Расход сухого газа:

(2.37)

где W-количество влаги, удаляемой из высушиваемого материала;

х2- конечное влагосодержание отработанного воздуха;

х1- влагосодержание атмосферного воздуха;

кг/с

Средняя температура. воздуха в сушилке, tср:

(2.38)

где t1- температура топочных газов под решёткой; t1=400C;

t2- температура отработанного воздуха; t2=90C;

C;

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке, хср:

(2.39)

где х1- влагосодержание атмосферного воздуха;

х2- конечное влагосодержание отработанного воздуха;

Хср.=кг влаги/кг сухого воздуха

Средняя плотность сухих газов (С.Г.) и водяных паров (в) равна:

(2.40)

(2.41)

где МС.Г., МВ.П. -молекулярные массы сухих газов и водяных паров;

МС.Г.=28; МВ.П. =18;

Т0=273К;

tср.- cредняя температура воздуха в сушилке;

V0- мольный объём; V0= 22,4 м3/кмоль;

кг/м3

кг/м3

Средняя объёмная производительность по газу:

(2.42)

где LС.Г. - расход сухого газа;С.Г.-средняя плотность сухих газов;В.П..-средняя плотность водяных паров; хср.- среднее влагосодержание воздуха в сушилке;

м3/с.

Эквивалентный диаметр частиц материала:



(2.43)

где n-число фракций 1 mi-содержание i-ой фракции в массовых долях; di-средний ситовой размер i-ой фракции;

Критерий Архимеда определяем по формуле:

(2.44)

где dэ - эквивалентный диаметр частиц KCL; dэ= 2,75*10-3 м;

мср, сср - средние вязкость и плотность сушильного агента;

мср=0,026*10-3 м2/с ; сср = 0,66 кг/м;

сЧ - плотность частиц высушиваемого материала (KCL); сЧ = 2000кг/м3;

g- ускорение свободного падения; g=9,81 м2/с;

Определим критерий Рейнольдса по формуле:

(2.45)

где Ar-критерий Архимеда;

Рассчитываем фиктивную скорость начала псевдоожижения на полное сечение аппарата (пс) по формуле:

(2.46)

где Re - критерий Рейнольдса;

мср, сср - средние вязкость и плотность сушильного агента;

мср=0,026*10-3 м2/с ; сср = 0,66 кг/м;

dэ - эквивалентный диаметр частиц KCL; dэ= 2,75*10-3 м;

м/с

Определим критерий Архимеда для частиц KCL с D= 1мм:

Определим скорость свободного витания для частиц KCL с D= 1мм:

(2.47)

где мср, сср - средняя вязкость и плотность сушильного агента;

d=1*10-3м;

Ar- критерий Архимеда; Ar= 18865,38;

Предельное число псевдоожижения :

(2.48)

где щСВ-скорость свободного витания частиц KCL с D= 1мм;

щпс- фиктивная скорость начала псевдоожижения ;

Если КПР. < 20, то рабочее число псевдоожижения рекомендуется выбирать в интервале от 1,5 до 3. Принимаем Краб.=2.

Определяем рабочую скорость сушильного агента :

(2.49)

где пс- фиктивная скорость начала псевдоожижения ; пс= 1,22 м/с;

Определяем диаметр сушилки:

(2.50)

где V - объёмный расход влажного сушильного агента на выходе из сушилки;

щ - рабочая скорость сушильного агента;

м.

Определим порозность псевдоожиженного слоя при известном значении рабочей скорости

(2.51)

где Re - критерий Рейнольдса;

(2.52)

Ar - критерий Архимеда;

Объём псевдоожиженного слоя:

(2.53)

где Аv - напряжение по влаге /2, табл. 9.4/; Аv = 0,25 м3/с

Определим высоту псевдоожиженного слоя:

(2.54)

Определим гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя:

(2.55)

Па

Определим минимально допустимое гидравлическое сопротивление решётки:

, (2.56)

где 0 - порозность неподвижного слоя; 0 = 0,4;

Па

Найдем гидравлическое сопротивление решётки:

, (2.57)

где - коэффициент сопротивления решётки, = 1,75 /7, стр.310/;

Па

= 1354,4 Па < .=4247,34 Па.

Найдём общее гидравлическое сопротивление:

, (2.58)

Па

Конструктивное исполнение аппарата.

Аппарат изготовлен из листовой стали сварной конструкции. Прочность наружных стенок обеспечивается рёбрами жесткости. Стенка изнутри обогревается непосретственно топочными газами. Аппарат установлен на опоры стойки. Аппарат запущен в эксплуатацию впервые. Материал корпуса аппарата подвержен коррозии. В качестве материала аппарата использована высоколегированная коррозионностойкая сталь. Газ в аппарате - не пожаровзрывоопасен, нетоксичен. Аппарат предназначен для сушки и транспортировки загружаемого в него материала. Подрешеточная камера аппарата изнутри теплоизолируется.

Исходные данные:

Материал корпуса аппарата - ВСт13Сп

Температура среды в аппарате, t=120°C

Крышка аппарата - полусферическая.

Боковые стенки корпуса укреплены ребрами жесткости

...