Расчет барабанной сушилки, обогреваемой воздухом
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Сибирский Государственный Технологический Университет»
Факультет: ХТФ ЗДО
Кафедра промышленная экология и процессы аппаратов химических
производств
Расчет барабанной сушилки обогреваемой воздухом
Пояснительная записка
(ПЭ ПАХП.000000.016.ПЗ)
Руководитель:
________________ Шайхутдинова М.Н.
(подпись)
_____________________________
(оценка, дата)
Разработал:
Студент группы 0305 курс 5
______________
(подпись)
_____________________________
(дата)
Реферат
В курсовом проекте приведены результаты расчета барабанной сушилки обогреваемой воздухом. Целью которого является определение основных размеров сушильного аппарата, его гидравлического сопротивления. В расчет вспомогательного оборудования входит: расчет калорифера для нагревания воздуха, подбор вентиляторов, циклона, рукавного фильтра. По результатам расчета, по нормалям подбирают стандартное оборудование.
Курсовой проект содержит расчетно-пояснительную записку из страниц текста, 4-литературных источника и графическую часть из 2 листов формата А1.
Описания конструкции и принципа действия барабанной сушилки
Барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.)
Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1/15—1/50) и опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5 — 8 об мин; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом — топочными газами.
Газы и материал особенно часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала, так как в этом случае наиболее горячие газы соприкасаются с материалом, имеющим наибольшую влажность. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 8 со средней скоростью, не превышающей 2— 3 м/сек. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. На концах барабана часто устанавливают уплотнительные устройства (например, лабиринтные), затрудняющие утечку сушильного агента.
У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца — поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже — изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11, с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 8.
Устройство внутренней насадки барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала.
Подъемно- лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка — для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда используют комбинированные насадки, например подъемно-лопастную (в передней части аппарата) и распределительную.
Типы промышленных барабанных сушилок разнообразны: сушилки, работающие при противотоке сушильного агента и материала, с использованием воздуха в качестве сушильного агента, контактные барабанные сушилки и др.
Типы насадок барабанных сушилок:
а – подъемно лопастная; б – секторная; в,г – распределительная; д – перевалочная
Достоинства барабанных сушилок:
1 интенсивна и равномерная сушка вследствие тесного контакта материала и сушильного агента.
2 большое
напряжение по влаги достигающее
и
более.
компактность установки.
Расчет сушильной камеры
1.1 Количество влаги, испаряемой за час
1.2 Количество материала, высушенного за час
1.3 Размеры сушильного барабана
Объем барабана
Где А-
напряжение барабана по влаги, определяемое
опытным путем, [приложение А4]. А=4
Отношение
длины барабана к диаметру должно быть
3,5÷7; принимают
Диаметр
барабана находят из соотношения
Длина барабана
По нормалям завода «Прогресс» выбирают сушильный барабан с диаметром d=2000мм и длиной L=8000мм.
Число оборотов барабана в 1сек
Где a- опытный коэффициент; tg a-тангенс угла наклона барабана; τ-время пребывания материала в барабане, сек.
Время пребывания материала в барабане
Здесь Gср-
средняя масса материала, проходящего
через барабан;
=
0,12- коэффициент заполнения барабана;
pср
pм=745
-
средняя насыпная плотность материала.
Барабаны
имеют угол наклона к горизонту 0,5-6°;
принимают
=
2°, tgc=0,035.
Тогда
Где
1,2-коэффициент
для подъемно-лопастной насадки.
Потери тепла в окружающую среду
Где Fбок
– боковая поверхность барабана, м2 ;tст
- температура стенки барабана с внешней
стороны,
;t0-температура
окружающей среды,;
α-коэффициент теплоотдачи от стенки
барабаны в окружающую среду,
.
Он равен:
Где αк-коэфициент
теплоотдачи за счет вынужденной конвекции
окружающей среды относительно наружной
поверхности вращающего барабана,
-
коэффициент теплоотдачи излучением,
Принимают
tст
=25
и определяют режим движения окружающего
воздуха относительно наружной поверхности
барабана:
Здесь
относительная
скорость движения воздуха; L=d=2,1м
– в данном случае определяющий размер
с учетом возможной толщины тепловой
изоляции;
плотность
воздуха при 25;
вязкость воздуха при 25оС.
Коэффициент теплоотдачи от стенки барабаны в окружающую среду за счет вынужденной конвекции
-
где
-теплопроводность
воздуха при 25.
Определяют коэффициент теплоотдачи излучением
Где с0=5,7
-коэффициент
лучеиспускания абсолютного тепла;
ε=0,95-степень черноты для поверхности
покрытой черной краской.
Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана к воздуху
Определяют
необходимую толщину слоя изоляции. В
качестве изоляционного материала
выбирают шлаковую вату с ��2=0,076
Поверх изоляции толщиной δ2 имеется
кожух из листового железа (δ3=1 мм ),
покрытый масляной краской. Толщина
стенки барабана δ1=1,2 мм. Можно принять
t1=t2=60°C
и t3=t4=35°C.
Здесь t1иt2-температура
стенок защитного кожуха.
Расчет ведут по известным формулам теплопроводности через цилиндрическую стенку
Удельный тепловой поток
По упрощенной формуле
Определяют толщину изоляции δ2
Отсюда
.
Уточняют величину наружного диаметра барабана
Наружная поверхность барабана
Тепловые потери в окружающую среду
Удельная потеря тепла
Расход воздуха L, тепла Q, и пара Cn.Для определения расходов воздуха и тепла на сушку строят диаграмму сушильного процесса I-x (рис 10).
Для нахождения
точки А дается t0=25°C
Из
диаграммы определяют I0=50.7
кдж/кг сухого воздуха и x0=0,01кг
влаги/кг сухого воздуха.
Точку В находят по заданной температуре t1 = 1200C и x1=x0 Из диаграммы определяют I1=119 кдж/кг сухого воздуха. Точку С (окончание идеального сушильного процесса) находят по заданной температуре t2=550C и I2-I1 Чтобы найти направление реального процесса (точка е должна лежать ближе к точке С, чтобы величина отрезков , которые участвуют в графическом расчете сушилки, были по возможности больше), опускают перпендикуляр ef на линию АВ, измеряют его и определяют величину отрезка eE по формуле
Здесь
СВ - теплоемкость воды, кдж/(кг·град); qД-дополнительный подвод тепла , кдж/кг влаги (в барабанной сушилке qД = 0); ∑q-сумма потерь тепла (с выпущенным материалом, в окружающую среду и с транспортными приспособлениями), кжд/кг влаги.
В барабанной сушилке потерь тепла, связанных с транспортными приспособлениями, нет.
Потери тепла с высушенного материала
Теплоемкость высушенного материала
Здесь
- теплоемкость
сухого хлорида калия; ∑СА-сумма атомных
теплоемкостей;
М-молекулярная
масса.
После подстановки получают
Определяют отрезок еЕ:
Здесь, е
=
берется для произвольно выбранной точки
е на линии I1=const
(Рис 10); Св=4,19кдж/(кг*град)-теплоемкость
влаги при t`=200C
Здесь ∆›0 , происходит дополнительный подогрев и отрезок eE откладывается от точки e вертикально вверх ; Точку B соединяют с полученной точкой E и продолжают прямую до пересечения с заданной изотермой t2 .Полученная точка С, характеризует состояние воздуха после сушки:
I2=125кдж/кг сухого воздуха;
Х2=0,0265 кг влаги/кг сухого воздуха.
Расход сухого воздуха
Объем влажного воздуха, проходящего через, сушилку за 1 час рассчитывают по формуле
Где Vуд- удельный объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха.
Здесь R-газовая
постоянная для воздуха, равная 287
дж/(кг*град)(29,7 кгс*м/кгс*град); Т-абсолютная
температура воздуха, 0К; Роб –общее
давление паровоздушной смеси, н/м2 ;
Рn=
-парциальное
давление водяного пара,н/м2
Принимают общее давление Роб=745 мм рт.ст.
На входе в калорифер t0=250C, Х0=0,010 кг влаги/кг сухого воздуха, Рn=10,27 мм рт.ст.
На выходе из калорифера t1=900C, x1=x2=0,010 кг влаги/кг сухого воздуха, Рn =11,5 мм рт.ст.
При входе из барабана t1=55C, x2=0,024 кг влаги/кг сухого воздуха, Рn=29,25 мм рт.ст.
Расход тепла в калорифере
Расход пара в калорифере
Где r=2171 кдж/кг – теплота парообразования при Р=3 ата
2. Выбор и расчет калорифера
Для подогрева до 1500С воздуха поступающего в сушилки, применяют воздухонагреватели с большой поверхностью теплообьена и малым гидравлическим сопротивлением. Наиболее подходят для этого кожухотрубные и пластинчатые (с ребристой поверхностью) калориферы , применяемые для подогрева воздуха ,
Принимают для расчета кожухотрубный калорифер. Расчет такого калорифера ничем не отличается от типового расчета кожухотрубного теплообменника.
Необходимая поверхность нагрева
Где К -
коэффициент теплопередачи, вт/(м3 град);
средняя
разность температур ьежду теплоносителями,
град. Принимают в качестве источника
тепла насыщаный водяной пар:
Р=3 ama; tn=132,90C
Температурные условия процесса
Принимают турбулентный режим движения воздуха по трубному пространству.
Диаметр труб d=38×2 мм. Для придворительного расчета полагают Re=20000.
Из выражений
Определяют
, µ=0.021×103
н×сек/м2-вязкость воздуха при
По каталогу НИИХинмаша для расчета выбирают одноходовой теплообменник типа ТЛ с общим числом труб n=211 и диаметром d=800мм. Уточняют значение критерия Рейнольдса
Для турбулентного движения воздуха в трубах
Откуда
Здесь : λ= 0,0285∙1,163 вт/(м2∙град)-теплопроводность воздуха при температуре 57,5℃;
(ср-теплоемкость воздуха при р = const и t=57,5℃)
Так как коэффициент теплопередачи со стороны пара, конденсирующегося на наружной стороне труб в межтрубном пространстве, достаточно велик и основное термическое сопротивление будет сосредоточено со стороны воздуха(αk››αB)/ То можно принять αk=12000 вт/(м2∙град).
Принимают тепловую проводимость загрязнений равным 5000 и 2320 вт/(м2∙град), а теплопроводность стали λст=46,4 вт/(м2∙град). Тогда
Общий коэффициент теплопередачи
Необходимая поверхность нагрева калорифера
Устанавливают один одноходовой кожухотрубный теплообменник типа ТЛ со следующей характеристикой:
F=57 м2;
d =800 мм;
n=211 шт;
dтр=38×2 мм.
Запас поверхности
3. Расчет циклона
Выбираем тип циклона ЦН-15
Определяем диаметр циклона
Согласно ГОСТ 9617-67 принимаем циклон ЦН – 15 диаметром 600 мм.
Рекомендуемые диаметры:
Для ЦН-15 от 200 до 800 мм;
Вычисляем действительную скорость газов в подобранном циклоне:
Рассчитываем сопротивление циклона по формуле
Характеристика циклона ЦН-15
Диаметр выходной трубы,D1=0,36
Ширина входного патрубка,b=0,0156
Высота входного патрубка,h1=0,396
Высота выходного трубы,h2=1,044
Высота цилиндрической части,h3=1,596
Высота конической части,h4=1,2
Общая высота циклона,H=2,736
Коэффициент сопротивления,��0=160
4. Расчет рукавного фильтра
Для очистки газов от пыли фильтрованием широко применяют тканевые фильтры, и в частности рукавные или мешочные фильтры, самовстряхивающийся с обратной принудительной продувкой фильтрованной ткани.
Поверхность фильтрования
Где Vr-расход запыленного газа =V2 =1711, м3/с
Vпр- расход продувочног газа, м3/с
Vпр=(0,1-0,2)Vr; Vпр=0,15∙1711=256,65, м3/с
Vпв-расход подсасываемого в аппарат воздуха, м3/с принимается на 10% больше расхода газа Vпв=(1,05-1,1)Vr; Vпв=1,05∙1711=1796 м3/с
Wr=(0,8-1,0)∙10-2 м3/м2с-допустимая тканевая нагрузка фильтра по газу.
По каталогу ОСТ 26-14-2005-77 Выбираем параметры фильтра:
Тип СМЦ 101
Число рукавов аппарата 108
Фильтрующая поверхность Fрф=150 м2
Число секций 3
Масса 9,1 тонн
Высота рукавов Н=2,25 м
5. Выбор вентилятора
Мощность потребляемая вентилятором
квт
Где V-подача вентилятора , м3/с; ∆р- полное сопротивление сушильной установки с учетом скоростного напора, н/м2; η = ηВ, η пр - общий кпд вентиляторной установки.
Где
∆Pсуш = сопротивление сушилки, н/м2;
∆Pкал = сопротивление калориферов, н/м2;
∆Pu-сопротивление циклонов, н/м2;
В соответствии со схемой сушильной установки принимают следующие исходные данные для расчета:
Общая длина воздухопроводов30 м
Количество задвижек 2шт
Количество отводов под углом 900 2шт
Скорость газов в трубопроводах допускается в пределах 10-20 м/сек; принимают ωВ =15 м/сек.
Из уравнения расхода находят диаметр воздухопровода между аппаратами
Принимают трубопровод из листового железа диаметром 426×11мм. 22/0,404
Уточняется скорость движения воздуха
Скоростной напор:
Где
И предварительно подсчитывается критерий Re:
Где µ=0,021∙10-3
н∙сек/м2-вязкость воздуха при
℃.
При Re=369047 коэффициент трения λ=0,017
Для отводов под углом 900и задвижек (при условном проходе 300 мм и выше) находят, что ��i=0,015 следовательно,
Сопротивление барабанных сушилок колеблется в пределах 10-20 мм вод.
Принимают:
∆Pсуш=20мм вод ст =20∙9,81=196,2 н/м2
Полное сопротивление сушильной установки
∆P=171+196,2+350+1500=2217 н/м2
Мощность, потребляемая вентилятором
Где η = 0,65 - принятый кпд вентилятора
Устанавливают центробежный вентилятор марки «Сироко» среднего давления №4 со следующей характеристикой:
Производительность 84-160 м3/мин
Давление 25-200 мм вод ст
Мощность 1-12 квт
Скорость 720-1970 об/мин
6. Мощность привода барабанной сушилки
Ориентировочно необходимая для вращения барабана мощность может быть определена по формуле
Где d-диаметр барабана, м; L-длинна барабана, м; ρм - насыпная масса материала, кг/м3; n-число оборотов барабана в 1 сек; σ - коэффициент зависящий от типа насадки и степени заполнения барабана.
Заключение
В результате проведенного расчета подобран по каталогу барабанная сушилка D=1600 мм, L=8000мм, циклон типа ЦН-15, кожухотрубный теплообменник типа ТЛ F=57 м2, рукавной фильтр типа СМЦ 101, вентилятор марки «Сироко» среднего давления №4, и мощность привода сушилки равная 3,68 квт.
Список использованной литературы
М.К. Шайхатдинова, Л.И. Ченцова, Э.И. Стрижнева, В.М. Воронин «Процессы и аппараты химической технологии» (Расчет сушильных установок): К.-2001 г
Ю.И. Дыднерский «Основные процессы и аппараты химической технологии»: М.-1991 г
К.Ф. Павлов и др. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химических технологий» Л.-1991 г
Справочник химика. – Л: Химия, -1968 г