Расчёт сушильной установки

сушилка.dwg

(горизонтальный разрез
Котел паровой Е-230-9.8-510 ГМ
Вход влажного продукта Выход готового продукта Вход теплоносителя Выход таплоносителя Выход остатков продукта

сушилка.doc

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Томский политехнический университет»
Промышленная теплоэнергетика
Пояснительная записка
Расчет сушильной установки
по дисциплине: «тепломассообмен»
Определение параметров топочных газов7
Определение параметров отработанных газов. Расход сушильного
Определение основных размеров сушильного барабана12
_Toc90751357ЗАКЛЮЧЕНИЕ19
ФЮРА.140104.002 Корпус барабанной сушилки
Курсовая работа 21с. 2 рис. 5 источников 1 прил. 1 графическая часть формата А1.
Цель работы – расчет барабанной сушильной установки с подъемно-лопастными перевалочными устройствами для сушки пшеницы по заданной производительности по сухому материалу начальной и конечной влажности температуре сушильного агента и температуре влажного материала а также вида используемого топлива.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word.
При сушке влажных материалов изменяются свойства и характеристики высушиваемого материала. Сушка - совокупность тепловых и массообменных процессов происходящих внутри влажного материала (внутренняя задача сушки) и за пределами его поверхности (внешняя задача сушки).
А. В. Лыков предложил делить все влажные материалы на три группы:
)капиллярно-пористые
)капиллярно-пористые коллоидные.
Капиллярно-пористые материалы при сушке практически не изменяют свои размеры. Коллоидные материалы при изменении содержания в них влаги изменяют геометрические размеры но сохраняют эластичные свойства (желатин мучное тесто). Капиллярно-пористые коллоидные материалы имеют капиллярно-пористую структуру но стенки капилляров эластичны способны к набуханию при обезвоживании. Большинство влажных материалов относится к третьей группе (торф ткани древесина и др.).
При сушке влага из внутренних слоев влажного материала передвигается к поверхности а затем испаряется в окружающую среду. На преодоление сил сцепления молекул влаги друг с другом и со скелетом материала требуются затраты энергии поэтому скорость процессов переноса зависит от форм связи влаги с материалом. По классификации П. А. Ребиндера энергия связи влаги с материалом наибольшая при химической форме связи менее прочной является физико-химическая связь а наименьшая - при физико- механической связи. Химическая связь - в точных количественных соотношениях может быть разрушена при химических реакциях или при прокаливании.
Для оценки перспективности способа сушки влажные материалы делят на шесть основных групп:
I- истинные и коллоидные растворы эмульсии и суспензии;
II- пастообразные материалы не перекачиваемые насосом;
Ш- пылевидные зернистые и кусковые материалы обладающие сыпучестью во влажном состоянии;
IV- тонкие гибкие материалы (ткани пленка бумага);
V- штучные массивные по объему материалы и изделия (керамикаштучные стройматериалы изделия из древесины);
VI- изделия подвергающиеся сушке после грунтованияокраски
Для материалов I-ой группы рекомендуются сушилки распылительные и комбинированные. Для материалов II-ой группы - вальцовые и вальцеленточные сушилки Ш-ей группы - шахтные барабанные трубчатые трубы-сушилки аэрофонтанные и кипящего слоя IV-ой группы - терморадиационные и в жидких средах.
Рис.1. Принципиальная схема барабанной сушилки:
-бункер; 2 -питатель 3 - сушильный барабан 4 - топка 5 - смесительная камера; 6 7 11 -вентиляторы; 8 -промежуточный бункер; 9-транспортер; 10 -циклон; 12 -зубчатая передача.
Параметры топочных газов подаваемых в сушилку.
В качестве топлива используют природный газ следующего состава [в %]: 928 28 09 04 01 25 05 CO2.
Теоретическое количество сухого воздуха затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива равно:
где составы горючих газов выражены в объемных долях.
Подставив соответствующие значения получим:
Количество тепла выделяющегося при сжигании 1 м3 газа равно:
Плотность газообразного топлива :
где – мольная масса топлива ;
– объемная доля горючих газов;
– температура топлива равная ;
– абсолютная температура ;
Количество тепла выделившегося при сжигании 1 кг топлива:
Масса сухого газа подаваемого в сушильный барабан в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси . Значение находят из уравнений материального и теплового балансов.
Уравнение материального баланса:
где – масса сухих газов образующихся при сгорании топлива;
- массовая доля компонентов при сгорании которых образуется вода .
Уравнение теплового баланса:
где – общий коэффициент полезного действия учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду принимаемый равным 095;
– теплоемкость газообразного топлива при температуре равная ;
- энтальпия свежего воздуха ;
- энтальпия сухих газов
– соответственно теплоемкость и температура сухих газов; ;
– влагосодержание свежего воздуха сухого воздуха при температуре и относительной влажности ;
– энтальпия водяных паров
– теплота испарения воды при температуре равная
– средняя теплоемкость водяных паров равная
– температура водяных паров
Решая совместно уравнения (1.5) и (1.6) получим:
Пересчитаем компоненты топлива при сгорании которых образуется вода из объемных долей в массовые:
Количество влаги выделяющейся при сгорании топлива равно:
Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (1.7):
Общая удельная масса сухих газов получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 2000С равна:
Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:
Влагосодержание газов на входе в сушилку () на 1 кг сухого воздуха равно:
Энтальпия газов на входе в сушилку:
Поскольку коэффициент избытка воздуха велик физические свойства газовой смеси используемой в качестве сушильного агента практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I-x.
Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента.
Из уравнения материального баланса сушки определим расход влаги удаляемого из высушиваемого материала:
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушки:
где - разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере;
с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре
– удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру влаги при работе сушилки по нормальному сушильному варианту ;
– удельный подвод тепла в сушку с транспортными средствами влаги в рассматриваемом случае ;
– удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом влаги;
– теплоемкость высушенного материала [1].
– температура высушенного материала на выходе из сушилки . При испарении поверхностной влаги принимают приблизительно температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим находим по I-
– удельные потери тепла в окружающую среду влаги принимаем что соответствует 1% тепла затраченного на испарение 1кг воды.
Запишем уравнение рабочей линии сушки:
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-x необходимо знать координаты (x и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: . Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением x и определим соответствующее значение I.
Пусть кг влагикг сухого воздуха. Тогда
Через две точки на диаграмме I-x (рис.2) с координатами и проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром В точке пересечения линии сушки с изотермой находим параметры отработанного сушильного агента:
Расход сухого воздуха:
Расход тепла на сушку:
Расход топлива на сушку:
Определение основных размеров сушильного барабана.
Объем сушильного пространства складывается из объема необходимого для прогрева влажного материала до температуры при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента) и объема требуемого для проведения процесса испарения влаги т. е. . Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи [45]:
где - средняя движущая сила массопередачи влаги;
- объемный коэффициент массопередачи 1с.
При сушке кристаллических материалов происходит удаление поверхностной влаги т. е. процесс протекает в первом периоде сушки когда скорость процесса определяется только внешним диффузионным сопротивлением. При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи .
Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи может быть вычислен по эмпирическому уравнению [5].
где - средняя плотность сушильного агента ;
- теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане равная [1];
- оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом %;
- давление при котором осуществляется сушка ;
- среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане .
Уравнение (3.2)справедливо для значений:
В данном случае размер частиц высушиваемого материала от 1 до 2 мм. Принимаемая скорость газов в барабане [3 табл.9.1]. Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане практически соответствует плотности воздуха при этой температуре:
Частота вращения барабана обычно не превышает 5-8 обмин; принимаем n=5 обмин степень заполнения барабана высушиваемым материалом .
Парциальное давление водяных паров в газе:
Давление на входе в сушилку
на выходе из сушилки
Таким образом объемный коэффициент массоотдачи равен:
Движущую силу массопередачи определим по уравнению:
где –движущая сила в начале процесса сушки ;
-движущая сила в конце процесса сушки ;
-равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее .
Средняя движущая сила выраженная через единицы давления (Па) равна
Значения давления насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки Па определяется по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале и в конце процесса сушки. По диаграмме I-x найдем: при этом [1].
Выразим движущую силу через концентрации
Вместимость сушильного барабана необходимая для проведения процесса испарения влаги без учета объема аппарата требуемого на прогрев влажного материала:
Вместимость сушилки необходимая для прогрева влажного материала находят по модифицированному уравнению теплопередачи:
где - расход теплоты на прогрев материала до температуры ;
- объемный коэффициент теплоотдачи ;
-средняя разность температур град.
Объемный коэффициент теплопередачи
Для вычисления необходимо найти температуру сушильного агента до которой он охладится отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до . Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:
Средняя разность температур
Общий объем сушильного барабана равен:
Внутренний диаметр барабана определяем по формуле:
где – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана.
- среднее содержание влаги в сушильном агенте кгкг сухого воздуха
Выбираем барабанную сушилку завода «Прогресс или Уралмаш»: индекс 7450 с конструктивными размерами:
Среднее пребывание материала в сушилке
Количество находящегося материала в сушке
Угол наклона барабана
Полученное значение больше 050 поэтому расчет оставляем и число оборотов не уменьшаем.
Проверка допустимой скорости газов исходя из условия что частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана.
Скорость уноса равная скорости свободного витания
где –вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре;
-наименьший диаметр частиц материала м;
-плотность частиц высушиваемого материала равная для поваренной соли
Средняя плотность сушильного агента
где при для пшеницы.
Тогда скорость уноса
Рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньше чем скорость уноса частиц наименьшего размера поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем.
Циклон ( или пылеотделитель ) служит для отделения из пылевоздушного потока и осаждения готовой пыли. В возвратно-прямоточных циклонах используется центробежная сила развивающаяся при вращательно-поступательном движении газового потока. Под действием центробежной силы частицы золы или пыли подводятся к стенке циклона и вместе с частью газов попадают в бункер.
Для расчетов циклонов необходимы следующие исходные данные:
Количество очищаемого газа при рабочих условиях м3с ;
Плотность газа при рабочих условиях кгм3;
Динамическая вязкость при рабочей температуре Пас;
Требуемая эффективность очистки газа.
Расчет циклонов проводится методом последовательных приближений в следующем порядке[8]:
)Задаемся типом циклона: принимаем к установке циклон СДК-ЦН-33 с оптимальной скоростью ;
)Определяем необходимую площадь сечения циклонов
-количество очищаемого газа при рабочих условиях .
) Определяем диаметр циклона задаваясь количеством циклонов =2:
Диаметр циклона округляют до величины рекомендуемой [6 табл.2.2]: D=1200 мм;
)Вычисляют действительную скорость газа в циклоне мс
Скорость газа в циклоне не отклоняется от оптимальной более чем на 15%.
Внутренний диаметр выхлопной трубы
Внутренний диаметр пылевыпускаемого отверстия
Внутренний диаметр цилиндрической части
Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер)
Длина входного патрубка
Высота установки фланца
Высота входного патрубка (внутренний диаметр)
Высота выхлопной трубы
Высота цилиндрической части циклона
Высота конуса циклона
Высота внешней части выхлопной трубы
Текущий радиус улитки
Проведя расчет барабанной сушильной установки с подъемно-лопастными перевалочными устройствами для сушки пшеницы по заданной производительности по сухому материалу начальной и конечной влажности температуре сушильного агента и температуре влажного материала а также вида используемого топлива были определены: расход влаги удаляемой из высушиваемого материала расход сухого газа воздуха тепла топлива на сушку. Для нахождения выше перечисленных значений был проведен совместный расчет уравнения материального и теплового баланса. По рекомендациям были определены основные размеры сушильного барабана. Результатом расчета циклона явилось определение их количества марки и диаметра.
Каждая конструкция сушильной установки должна быть оценена с точки зрения удобства и экономичности эксплуатации. Эти качества аппарата определяются его надежностью и долговечностью простотой и доступностью управления а также высокими КПД и тепловыми показателями в эксплуатации.
рис.2 Диаграмма состояния влажного воздуха.

PAXT.dwg

Вход влажного продукта Выход готового продукта Вход теплоносителя Выход таплоносителя Выход остатков продукта

сушилка_recover.dwg

Вход влажного продукта Выход готового продукта Вход теплоносителя Выход таплоносителя Выход остатков продукта