Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова (филиал) федерального государственного автономного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский университет «МИСиС»

Факультет ММТ

Кафедра металлургии и металловедения им. С.П. Угаровой

Курсовая работа (проект)

Дисциплина: «Тепломассообменное оборудование предприятий»

Направление подготовки 13.03.01 - Теплоэнергетика и теплотехника

Расчёт барабанной сушилки

Студент Гусаков А.В.

Группа ТЭ-19-1Д

Руководитель работы к.т.н. доцент Никитченко Т.В.

Старый Оскол 2022



• Содержание
• Введение
• 1. Теоретическая часть
• 1.1 Классификация сушильных аппаратов
• 1.2 Конструкция и принцип действия барабанной сушилки
• 1.3 Выбор типа барабанной сушилки и сушильного агента
• 1.4 Описание сушимого материала
• 2. Расчётная часть
• Список использованных источников


Введение

В различных отраслях народного хозяйства широко распространены процессы удаления жидкости (растворителей) с поверхности или из внутренних слоев различных материалов. В качестве удерживаемых материалами жидкостей могут быть вода, метанол, бензин, метаноло-ацетоновая смесь, бензино-изопропиловая смесь и т. п. Среди существующих способов обезвоживания материалов (сушка, отжатие, центрифугирование, фильтрование, отсасывание, поглощение химическими реагентами и т. д.) особое место занимает тепловая сушка, при которой удаление влаги из материала происходит в основном путем испарения.

Под сушкой понимают совокупность термических и массообменных процессов у поверхности (внешняя задача) и внутри (внутренняя задача) влажного материала, способствующих его обезвоживанию. Обезвоживание материалов, в том числе и сушка, предназначается для улучшения их качества и долговечности, например при сушке древесины, увеличения теплотворности при сушке топлива, возможности длительного хранения при сушке пищевых продуктов и т.д. Поэтому в ряде случаев сушка сопровождается структурно-механическими, химическими, биохимическими, реологическими изменениями высушиваемого материала.

Скорость протекания этих процессов, степень их завершенности зависит не только от способа подвода теплоты к материалу, но и от режима сушки.

Для оценки перспективности способа сушки влажные материалы делят на шесть основных групп: истинные и коллоидные растворы, эмульсии и суспензии; пастообразные материалы, не перекачиваемые насосом; пылевидные, зернистые и кусковые материалы, (сыпучестью во влажном состоянии); тонкие гибкие материалы; штучные массивные по объему материалы и изделия (керамика, штучные строительные материалы, изделия из древесины и т.п.); изделия, подвергающиеся сушке после грунтования, окраски, склеивания и других поверхностных работ.



1. Теоретическая часть

Сушка - это процесс удаления из материалов влаги, обеспечиваемый ее испарением и отводом образовавшихся паров. Сушка материалов и изделий производится в зависимости от их назначении или последующей обработки. Для ряда материалов в результате сушки увеличивается прочность, долговечность, облегчается обработка, улучшаются теплоизоляционные свойства и т.д.

Различают сушку естественную (на открытом воздухе) и искусственную (в сушилках). При естественной сушке материал можно высушить только до влажности, близкой к равновесной. Преимущество искусственной сушки состоит в ее малой продолжительности и возможности регулирования конечной влажности материала. Аппараты, в которых осуществляют сушку, называют сушилками. По способу сообщения тепла различают конвективные, контактные, терморадиационные, сублимационные и высокочастотные сушилки. Дисперсные материалы, к которым относятся зернистые, порошкообразные, гранулированные, дробленные твердые, а также диспергированные жидкие и пастообразные продукты, в химической технологии высушивают, главным образом, конвективным способом.

В конвективных сушилках тепло процесса несет газообразный сушильный агент (нагретый воздух, топочные газы или смесь их с воздухом), непосредственно соприкасающийся с поверхностью материала. Пары влаги уносятся тем же сушильным агентом. В сушилках многих типов со взвешенным слоем высушиваемого материала сушильный агент служит не только тепло- и влагоносителем, но и транспортирующей средой для дисперсного материала.

Если соприкосновение высушиваемого материала с кислородом воздуха недопустимо или если пары удаляемой влаги взрыво- или огнеопасны, сушильным агентом служат инертные к высушиваемому материалу газы: азот, диоксид углерода, гелий и другие инертные газы или перегретый водяной пар.

Скорость процесса сушки влажного материала нагретым воздухом зависит от интенсивности внешнего и внутреннего тепло- и массообмена, т.к. от этих процессов зависит количество влаги, подведенной к поверхности испарения.

В простейшем виде процесс сушки осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до предельно допустимой для высушиваемого материала температуры, используется в сушильном аппарате однократно. Этот процесс называется основным. Снижение температуры термолабильных материалов обеспечивается созданием дополнительной поверхности нагрева внутри сушильной камеры или нагреванием воздуха по ходу процесса за счет тепла, полностью вносимого в сушильную камеру. В процессе сушки во влажном материале происходит перенос влаги, как в виде жидкости, так и в виде пара.

Изучение закономерностей переноса влаги и теплоты может идти двумя путями:

-на основе молекулярно-кинетического метода, т.е. изучения микроскопической картины происходящих при этом процессов и осмысливания физической сущности отдельных составляющих сложного явления;

-на основе понятий термодинамики процесса. Изучает макроскопические свойства тел и системы тел и процессы их взаимодействия, не интересуясь поведением отдельных молекул.

Перенос газообразного вещества может происходить молекулярным путем за счет хаотического перемещения отдельных молекул (диффузия) или за счет направленного перемещения молекул, когда каждая из них движется независимо друг от друга (эффузия), и молярным путем, когда перемещаются группы, скопления молекул под действием разности давлений в различных точках тела.

Для сушки материалов, требующих повышенной влажности сушильного агента и невысоких температур, применяют устройства, обеспечивающие рециркуляцию (возврат) части отработанного воздуха в сушилку, а также сушилки с промежуточным подогревом воздуха между отдельными ступенями (или зонами) и одновременной рециркуляцией его. При сушке трудно сохнущего материала или для улучшения его сыпучести применяют рециркуляцию части высушенного продукта, т.е. возврат его на вход сушилки и смешение с исходным материалом.

Когда удаляемая из материала жидкость является ценным продуктом (спирты, эфиры, углеводороды и другие растворители), а также при сушке огне- и взрывоопасных материалов применяют схемы с полностью замкнутым циклом инертных газов, включающие дополнительно устройства для конденсации и удаления из системы испаряющейся влаги и одновременного осуществления циркулирующих в системе газов.

Перечисленные схемы являются вариантами основного процесса и находят широкое применение во многих производствах химической промышленности.

Механизм конвективной сушки можно представить следующим образом. При введении влажного тела в нагретый газ происходит перенос тепла к поверхности материала, обусловленный разностью температур между ними, нагрев его и испарение влаги. При этом повышается парциальное давление вблизи поверхности тела, что и приводит к переносу паров влаги в окружающую среду. В результате испарения влаги с поверхности и отвода образовавшихся паров возникает градиент концентрации влаги в материале, являющийся движущей силой внутреннего перемещения ее из глубинных слоев к поверхности испарения. При перемещении происходит нарушение связи влаги с веществом твердого тела, что требует дополнительных затрат энергии сверх той, которая необходима для парообразования. Поэтому скорость процесса зависит от характера или формы связи влаги с сухим веществом материала.



1.1 Классификация сушильных аппаратов

Промышленные сушильные установки классифицируют по следующим признакам:

1) по способу подвода теплоты к материалу:

а) конвективные;

б) кондуктивные;

в) радиационные;

г) электромагнитные;

д) комбинированные(конвективно-радиационные, конвективно - радиационно - высоко - частотные и т. п.).

2) по функционированию во времени:

а) непрерывного действия;

б) периодического действия;

в) полу непрерывного действия.

3) по конструкции:

а) камерные;

б) шахтные;

в) туннельные;

г) барабанные;

д) трубчатые;

е) ленточные;

ж) взвешенного слоя;

з) распылительные;

и) сублимационные и др.

Из приведенной классификации наибольшее распространение получили конвективные сушильные установки. Эти установки разделяют на несколько групп:

1)по применяемому сушильному агенту на:

а) воздушные;

б) на дымовых (топочных) газах;

в) на неконденсирующихся в процессе сушки газах (азоте, гелии, перегретом водяном паре и т.д.).

2)по схеме движения сушильного агента на:

а) однозонные (с однократным использованием сушильного агента, рециркуляцией);

б) многозонные (с промежуточным подогревом сушильного агента, рециркуляцией его в зонах, рециркуляцией между зонами и т.п.).

3)по давлению в сушильной камере на:

а) атмосферные;

б) вакуумные.

4)по направлению движения сушильного агента относительно материала на:

а) прямоточные;

б) противоточные;

в) перекрестно-точные;

г) реверсивные.

1.2 Конструкция и принцип действия барабанной сушилки

В сушильной технике барабанные сушилки являются наиболее распространенным типом. Первоначально такие сушилки представляли собой открытую вращающуюся трубку, через которую пропускались горячие дымовые газы, вступавшие в тепло - и массообмен с движущимся по трубе материалом. Барабанные сушилки применяются для сушки сыпучих и малосыпучих материалов (колчедан, уголь, фосфориты, минеральные соли, руда, удобрения, песок, различные химические продукты и т.д.). Высокая приспособляемость позволила им найти им найти применение во многих отраслях промышленности и в с/х при индустриальном производстве кормов.

По конструктивному использованию барабанные сушилки очень разнообразны. Сушилка может быть выполнена в виде единственной трубы, может также представлять собой систему, состоящую из большого числа труб разных диаметров, вставленных одна в другую.

Наиболее распространенная барабанная сушилка представляет собой цилиндрический наклонный барабан с двумя бандажами, которые при вращении барабана катятся по опорным роликам. Материала поступает с приподнятого конца барабана через питатель, захватывается винтовыми лопастями, на которых он подсушивается, после чего перемещается вдоль барабана, имеющего угол наклона к горизонтали до 6°. Осевое смещение барабана предотвращается упорными роликами.

Материал перемещается в сушилке при помощи внутренней насадки, равномерно распределяющей его по сечению барабана. Конструкция насадки зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала. Насадка осуществляет механическую перевалку материала, сбрасывая его в поток сушильного агента. Ее назначение заключается в том, чтобы процесс теплообмена влажного материала с сушильным агентом осуществлялся по возможно большему поперечному сечению барабана.

Наиболее целесообразна такая насадка, которая наименьшим образом распределяет, пересыпает, перемешивает материал и осуществляет его контакт с потоком сушильного агента, не забиваясь при этом и не нарушая транспортирования материала.

Насадка с точки зрения тепломассопереноса должна быть компактной, однако для надежности транспортирования интервал между элементами насадки должен быть как можно больше.

Обычно в барабанных сушилках материал и сушильный агент движутся прямотоком, благодаря этому предотвращается пересушивание и унос материала топочными газами в сторону, противоположную его движению. Для уменьшения уноса при прямотоке скорость газов в барабане поддерживается не более 2-3 м/сек. Газы поступают из топки, примыкающей к барабану со стороны входа материала и снабженной смесительной камерой для охлаждения газов до нужной температуры наружным воздухом.

Высушиваемый материал проходит через подпорное устройство в виде сменного кольца или поворотных лопаток, посредством которых регулируется степень заполнения барабана, обычно не превышающая 20-25% его объема. Готовый продукт проходит через шлюзовой затвор, препятствующий подсосу наружного воздуха в барабан, и удаляется транспортером. Газы просасываются через барабан при помощи дымососа, установленного за сушилкой. Для улавливания из газов пыли между барабаном и дымососом включен циклон.

Барабан приводится во вращение посредством зубчатого венца, который находится в зацеплении с ведущей шестерней, соединенной через редуктор с электродвигателем. Скорость вращения барабана зависит от угла его наклона и продолжительности сушки; обычно барабан делает 1-8об/мин.

Преимуществами этих сушилок являются:

-- интенсивность и равномерность сушки вследствие тесного контакта материала и сушильного агента;

-- относительная простота и компактность устройства;

-- большая производительность;

-- большое напряжение барабана по влаге, достигает 100 кг/м3 и более;

-- большая экономичность, по сравнению с шахтными.

К недостаткам относятся:

-- громоздкость при значительных затратах металла и необходимость сооружения специального помещения.

Большое распространение получили сушилки, в которых сырой материал поступает в барабан вместе с горячим сушильным агентом. При одинаковой крупности материала возможна и противоточная сушка. В этом случае транспортирование материала можно осуществлять только механическим путем навстречу потоку воздуха с помощью винтовых лопастей или наклона барабана. Перекрестное движение потоков осуществимо только в барабанах с перфорированными стенками.

Принцип действия сушильного барабана описан на рисунке 1.

Рисунок 1 - Принцип работы сушильного барабана

Влажный материал поступает в бункер влажного материала, откуда он через дозатор поступает в сушильный барабан. Топливо и воздух поступает в топку, где сжигается и после смесительной камеры топочные газы поступают в сушильный барабан. Высушенный материал поступает в бункер высушенного материала, из которого попадает на ленточный конвейер. Дымовые газы после барабана попадают в циклон. Из циклона частицы материала, уносимые с дымовыми газами, также попадают на ленточный транспортер транспортер. Топочные газы после циклона идут в мокрый пылеуловитель. Из него топочные газы уходят в атмосферу, а влажный материал направляется в.

1.3 Выбор типа барабанной сушилки и сушильного агента

Выбор типа сушильного агента проводится на основе комплексного исследования технико-экономических показателей сушильной установки, технологической схемы и связи ее с тепловой схемой предприятия.

Т.к. сушильный материал не боится загрязнений, принимаем в качестве сушильного агента смесь дымовых газов и атмосферного воздуха с начальной температурой t, г=600°С. Дымовые газы рационально использовать и потому, что суперфосфат гранулированный сушится при температурах выше 80°С. При этом выявляется большая потребность в топливе, снижается металлоемкость, ниже сибистоимость сушки. Сушилки, работающие на дымовых газах, более производительны и экономичны. Барабанные сушилки для сушки глины являются наиболее надежными и широко распространенными установками. Они просты по конструкции, удобны в обслуживании, работу их можно автоматизировать. Все сорта суперфосфат гранулированных при перегреве выше 600°С теряют полностью свою пластичность и способность при соединении с отощающими материалами, превращаться в массу, хорошо поддающуюся формовке. При сушке в барабанной сушилке мы не получим t° материала выше предела (начинается при 150°С) даже при t° газа на входе в барабан 900°С.

С целью недопущения снижения пластичности глины при сушке вследствие перегрева, а также уменьшения пылеуноса принимаем для барабана прямоточную схему движения топочных газов. Прямоток также дает возможность быстрее придать материалу подвижность. Сушилки, работающие на дымовых газах более производительны и экономичны, просты по конструкции и удобны в эксплуатации. Работу их можно автоматизировать Барабанные сушилки для сушки глины являются наиболее надежными и широко распространенными установками.

1.4 Описание сушимого материала

Порошковый суперфосфат имеет свойство видоизменяться и переходить в неусваиваемое для растений состояние, попадая в почву, особенно это свойство ярко выражено, если грунт хорошо замешан с препаратом и если почва кислая. Для решения этой проблемы химическая промышленность начала производить его в гранулах размером от 1 до 4 мм. Таким образом, увеличивается продолжительность действия препарата.

Применяя гранулированный вариант, вы можете быть уверены, что в этом случае с почвой контактирует меньший процент удобрения и необходимое количество фосфора будет усвоено растительной культурой. В ходе гранулирования он подсушивается, и фосфорная кислота частично нейтрализуется, таким образом, количество свободной фосфорной кислоты уменьшается до 1-2%, а содержание воды - до 1-4%. Но этот факт компенсируется увеличением продолжительности сохранения фосфора в почве в усваиваемой для растений форме.

Гранулированный суперфосфат также содержит серу - до 10%, кальций - 12-17%, 0,5% магния. В отличие от порошкового, не слеживается и не склеивается. Гранулированный вариант можно вносить в грунты зерновыми сеялками. Если удобрение вносится в качестве основного внесения, до засева выращиваемой культуры, то препарат следует заделывать под плуг, выдерживая глубину засева семян, так как гранулированный не смывается осадками, не опускается глубже отметки своего первоначального задела. Таким образом, помещение гранул на поверхности почвы и оставление грунта не перемешанными не даст необходимых результатов - он должен контактировать с корневой системой возделываемой культуры в непосредственной близости с ней.

Гранулы используются для основного внесения - до проведения посевных работ, одновременно с посевом и в качестве подкормки под все растительные культуры на любых видах почв. Самый рациональный способ внесения удобрения - рядковое совместно с посевом зерен, высадкой корнеплодов. В этом случае количество затрачиваемого удобрения снижается втрое при неизменном результате. Прибавка урожая при таком методе внесения удобрения составит, например, для озимой пшеницы - от 5 до 15 центнеров на гектар.



2. Расчётная часть

В таблицах 1-9 приведены исходные данные и расчёт барабанной сушилки. барабанный сушилка влага теплота

Таблица 1 - Исходные данные

Производительность по высушенному материалу	Gк	т/ч	50
		кг/с	13,889
Начальная и конечная влажность материалов (на общую массу)	Wн	%	15
		доли	0,15
	Wк	%	4
		доли	0,04
Среднее значение насыпной плотности материала	с	кг/м3	400
Удельная теплоемкость высушиваемого компонента	С	кДЖ/(кг*К)	1,47
Начальная и конечная температуры материала	ин	°C	10
	ик	°C	60
Доля уноса мелких фракций	n	%	3
Температура воздуха на входе и выходе из сушилки	t1	°C	161
		K	434
	t2	°C	122
		K	395
Температура и относительная влажность атмосферного воздуха	t0	°C	20
	ц0	%	50
		доли	1,5
Барометрическое давление	Pат	мм.рт.ст	745
		Па	101325
Коэффициент заполнения барабана материалом и насадкой	вм		20
	вн		3
Наименьший диаметр частиц материала	dч min	мм	2
		м	0,002

Таблица 2 - Дополнительные данные

Давление насыщения воздуха при t0=24°C	Ps	Па	2640
Теплоемкость воды во влажном материале	Св	кДж/кг*К	4,19
Коэффициент потерь ап=0,005…0,05	aп		0,04
Удельная теплота парообразования	r0	кДж/кг	2500
Удельная теплоемкость пара	Сп	кДж/кг*К	1,97
Влагосодержаниие при исходных параметрах атмосферы	u0	кг/кг	0,0253
Энтальпия атмосферного воздуха	I0	кДж/кг	84,332

Таблица 3 - Расчёт количества испаряемой влаги

Производительность по влажному материалу	GH	кг/с	15,686
Масса удаляемой влаги	W	кг/с	1,7974
		кг/ч	6470,6
Масса воды, остающаяся в материале	Gвод.	кг/с	0,5556
Масса абсолютно сухого материала	Gсух.	кг/с	13,333
Влагосодержание атмосферного воздуха при заданных параметрах	d1	кг/кг	0,0253
		кг/м3	0,0326
Энтальпия влажного воздуха при температуре на входе	I1	кДж/кг	232,73

Таблица 4 - Расчёт внутреннего теплового баланса сушилки

Удельный дополнительный подвод тепла в сушилку (несущие детали, предварительный подогрев материала и т.п.)	qдоп	кДж/кг	0
Удельный приход тепла с испараяемой влагой	qв1	кДж/кг	41,9
Удельный расход тепла на нагрев высушенного материала	qм	кДж/кг	545,24
Удельный расход тепла на нагрев остаточной влаги в материале	qов	кДж/кг	64,755
Удельные потери тепла в окружающее пространство на 1 кг испаряемой влаги	qп	кДж/кг	109,61
Величина Д	Д	кДж/кг	-677,7
Влагосодержание газа на выходе из сушилки для теоретического процесса	d2'	кг/кг	0,0403
Энтальпия газа в точке Е - для реальной сушилки	I2	кДж/кг	222,58
Найдем влагосодержание теплоносителя для данной энтальпии - в точке Е	d2	кг/кг	0,0366
Требуемый расход воздуха составит:	L	кг/с	159,56

Таблица 5 - Расчёт расхода тепла на сушку

Без учета тепла на нагрев воздуха в калорифере	Q в бар.	кДж/с (кВт)	1619,4
С учетом тепла на нагрев воздуха в калорифере	Q сушки	кДж/с (кВт)	23678

Таблица 6 - Расчёт конструктивных параметров сушильного барабана

Задаемся ориентировочным значение объемного напряжения по испаряемой влаге Av = 30…120	Av	кг/м3/ч	60
Требуемый объем барабана	VБ	м3	107,84
Задаемся отношением длины барабана к диаметру: n=LБ/DБ = 3,5….7	n		7
Находим диаметр барабана	DБ	м	2,6974
Длина барабана	LБ	м	18,882

Таблица 7 - Выбираем барабан по ГОСТ

Диаметр барабана	DБ норм	м	2,5
Длина барабана	LБ норм	м	18
Уточненный объем барабана	VБ норм	м3	88,357
Уточняем объемное напряжение по испарившейся влаге	Av норм	кг/м3/ч	73,232
Коэффициент заполнения барабана	в		0,2
Площадь сечения барабана	SБ	м2	4,9087
Средняя температура в барабане	Tср	°C	141,5
Плотность воздуха при температуре на входе	своз	кг/м3	0,8516
Объемный расход газа	Vвозд	м3/с	187,36
Скорость газа в барабане	щ	м/с	38,168

Таблица 8 - Проверка возможности уноса частиц

Физические свойства сушильного агента при средней температуре
Вязкость	мвозд	Па*с	2E-05
Плотность	своз	кг/м3	0,8516
Минимальный диаметр частиц	dч min	м	0,002
Истинная плотность материала	сч	кг/м3	400
Критерий Архимеда	Ar		79828
Скорость уноса частиц	щун	м/с	4,7529
Действительная скорость сушильного агента ниже скорости уноса, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана завершен.

Таблица 9 - Продолжительность процесса сушки

Масса материала, находящегося в барабане	Gм	кг	7069
Время процесса сушки	фсуш	с	478
		ч	0,133



Список использованных источников

1. М.М. Роговой, М.Н. Кондакова, М.Н. Сагановский « Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов»

2. В.Ф. Степанчука, Справочное пособие по теплотехническому оборудованию промышленных предприятий. Мн.: Высшая школа, 1983-256с.

3. В.А.Григорьев, В.М. Зорин, «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник».-М.: Энергоатомиздат,1983.

4. Ю.И. Дытнерский, Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: «Химия», 1991-545с.

5. Р.И.Эстеркин, Промышленные котельные установки. Л.: Энергоатом издательство, 1985-400с.

6. «Правила технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей потребителей. Техника безопасности при эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей потребителей».-Мн.: ЦОТЖ,2004

Размещено на Allbest.ru

...