Барабанная сушилка для сушки глины

Общий вид.cdw

Техническая характеристика
Обрабатываемый материал глина
Частота вращения барабана
Технические требования
Аппарат изготовить и испытать в соответствии с ГОСТ
* - размеры для спарвок
( ) - уточнить при монтаже
Материал корпуса ВСт3сп
Материал бандажей 20 ГСЛ
Корпус футеровать огнеупорным кирпичом ГОСТ 474-67
на диабазовой замазке
Аппарат не подлежит контролю ПРОМАТОМНАДЗОРА
БГТУ 01.00.00. 000 СБ

Ось.cdw

Ролик.cdw

* - Размер для справок
Неуказанные размеры радиусов:
внутренних не более 8 мм.

Спецификация на ролик.spw

Кольцо уплотнительное
х 30.35Х.16 ГОСТ 7798-70
х 45.35Х.16 ГОСТ 7798-70
Подшипник 4280 ГОСТ 5721-75
Подшипник 9160 ГОСТ 23526-79

Корпус.cdw

Технологическая схема установки.cdw

Ролик упорный.cdw

Чертеж1 рол А3.cdw

Фрагмент.frw

Рамзин МОЙ .frw

График.frw

Ролик.dwg

* - Размер для справок
Неуказанные размеры радиусов:
внутренних не более 8 мм.
БГТУ 00.00.00. 002 СБ

Спецификация на ролик.dwg

БГТУ 01 00 00.000 СБ
Кольцо уплотнительное
х 30.35Х.16 ГОСТ 7798-70
х 45.35Х.16 ГОСТ 7798-70
Подшипник 4280 ГОСТ 5721-75
Подшипник 9160 ГОСТ 23526-79

Общий вид.dwg

Техническая характеристика
Обрабатываемый материал глина
Частота вращения барабана
Технические требования
Аппарат изготовить и испытать в соответствии с ГОСТ
* - размеры для спарвок
( ) - уточнить при монтаже
Материал корпуса ВСт3сп
Материал бандажей 20 ГСЛ
Корпус футеровать огнеупорным кирпичом ГОСТ 474-67
на диабазовой замазке
Аппарат не подлежит контролю ПРОМАТОМНАДЗОРА
БГТУ 01.00.00. 000 СБ

пиахт на сдачу .docx

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет химической технологии и техники
Кафедра машин и аппаратов химических и силикатных производств
Специальность инженер – механик
Специализация машины и аппараты химических производств
РАСЧЁТНО ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по курсу «Процессы и оборудование предприятий строительных материалов и изделий» на тему:
«Проект барабанной сушилки для сушки глины»
студент 4 курса группы 3 Булда Е. А.
Руководитель Дорогокупец А.С.
Курсовой проект защищен с оценкой
Пояснительная записка 51 с. 27 рисунок. 18 источников.
БАРАБАННАЯ СУШИЛКА ВЕНЦОВАЯ ШЕСТЕРНЯ ЦИКЛОН ПАТРУБОК ТЯГОДУТЬЕВАЯ МАШИНА ВЕНТИЛЯТОР.
В курсовой работе выполнен литературный обзор по процессу сушки и видов сушильных установок подобрана и рассчитана барабанная сушилка выбран тип циклона и произведён его расчёт подобран вентилятор.
Графическая часть включает:
технологическую схему – 1 лист А1;
общий вид аппарата – 1 лист А1;
сборочный чертеж узла аппарата и рабочие чертежи – 1 лист А2 1 лист2 листа А4.
Аналитический обзор 6
1. Общие сведения процесса сушки .6
2. Основные параметры влажного воздуха ..7
3. I-х диаграмма для влажного воздуха 8
4. Статика сушки .. ..9
5. Кинетика процессов сушки влажных материалов 11
6. Материальный баланс сушилки ..14
7. Основные технологические схемы для проведения сушки 15
7.1.Сушка основного типа .15
7.2.Сушка с дополнительным подогревом воздуха в сушильной камере 15
7.3.Сушка с промежуточным подогревом воздуха по зонам ..16
7.4.Сушка с частичной рециркуляцией отработанного воздуха . .17
7.5.Сушка с промежуточным подогревом и рециркуляцией воздуха по зонам ..19
7.6.Сушка топочными газами 21
8.Обзор конструкций аппаратов 20
8.1.Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материала 20
8.1.1. Камерные сушилки 20
8.1.2. Туннельные сушилки 21
8.1.3. Ленточные сушилки 22
8.1.4. Петлевые сушилки .23
8.2. Конвективные сушилки с перемешиванием слоя материал 24
8.2.1. Барабанные сушилки .. 24
8.3. Конвективные сушилки с взвешенным слоем материала .27
8.3.1. Сушилки с псевдоожиженным слоем . 27
8.3.2. Распылительные сушилки 30
8.4. Контактные сушилки 32
8.4.1. Вакуум-сушильные шкафы .. 32
8.4.2. Гребковая вакуум-сушилка .33
8.4.3. Вальцовая сушилка ..34
Теплотехнический расчёт .35
1. Определение размеров сушильного барабана . 35
2. Расчёт процесса сушки 39
Подбор вспомогательного оборудования .. .44
1. Определение размеров сушильного барабана .44
2. Выбор тягодутьевых машин 47
Список использованных источников .51
Барабанные сушилки наиболее широко применяются в промышленности строительных изделий и материалов. Они просты в обращении экономичны и надёжны в эксплуатации. В них сушат кусковые и сыпучие материалы с размером кусков до 40 мм: каменный уголь известняк глину шлак песок и другие материалы.
Корпус сушилки выполнен в виде сварного стального цилиндра с двумя бандажами каждый из которых опирается на пару роликов. Наклон барабана частота вращения его вокруг оси обмин. Барабан приводится в движение от электродвигателя через редуктор подвенцовой шестерней и венцовым зубчатым колесом насаженное на корпус барабана.
Высушиваемый материал загружается через одно торцовое отверстие барабана а выгружается через другое. Перемещение материала по барабану осуществляется за счет его наклона и вращения. Движение материала и теплоносителя в барабане может быть прямоточным когда сушильный агент и материал передвигаются в одном направлении и противоточным когда они передвигаются навстречу друг другу.
При использовании прямоточной схемы сушильный агент поступает через загрузочное торцовое отверстие барабана и движется попутно с движением материала. При использовании противоточной схемы сушильный агент входит в барабан через загрузочное отверстие и направляется на встречу движущемуся материалу. Прямоточная схема по сравнению с противоточной обеспечивает более интенсивную сушку и максимальный удельный паросъём вследствие достижения высоких температурных напоров в начале когда влажность материала максимальна и он легко сушится. С другой стороны противоточная схема позволяет по сравнению с прямоточной достигать наиболее полного теплоиспользования и экономии топлива.
В качестве теплоносителя используют дымовые газы или нагретый воздух. Дымовые газы применяются для термостойких материалов. Чем выше температура газа тем экономичнее процесс но нельзя повышать температуру выше С т.к. при большей температуре будет быстро прогорать стенка барабана и внутренние устройства. Кроме того будут большие температурные напряжения и барабан будет деформироваться.
Если материал не допускает большой температуры нагрева или не допустимо загрязнение его сажей то применяют нагретый воздух. Скорость газа в барабане не более 3 мс иначе будет большой унос твёрдых частиц. Если материал сильно пылит то скорость газа должна быть ещё меньше. Барабан изготавливают сваркой из листов котельной стали (сталь 20 сп) толщиной мм.
1 Общие сведения процесса сушки
Тепловая сушка или просто сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространённым способом удаления влаги из твёрдых и пастообразных материалов.
В промышленности строительных материалов сушке подвергают исходные материалы (песок глину известняк мел и т.д.) топливо (уголь) керамические и меловые суспензии (шликер шлам) а также отформованные керамические изделия.
По способу передачи тепла различают: конвективную контактную терморадиационную высокочастотную и сублимационную сушку.
При конвективном способе сушки тепло для процесса передаётся от газообразного теплоносителя (нагретого воздуха дымовых газов или их смеси) при непосредственном соприкосновении его с поверхностью высуши- ваемого материала. Пары влаги уносятся тем же теплоносителем. Механизм процесса конвективной сушки может быть представлен следующим образом. При непосредственном соприкосновении влажного материала с окружающей средой вследствие разности температур поверхности материала и среды происходит испарение влаги. Одновременно осуществляется перенос массы паров влаги в окружающую среду обусловленный разностью парциальных давлений паров влаги над влажной поверхностью тела и в окружающей среде. В результате испарения влаги с поверхности и отвода образовавшихся паров возникает градиент концентрации влаги в материале являющийся движущейся силой внутреннего перемещения её из глубинных слоёв к поверхности испарения.
При контактной сушке тепло передаётся материалу от нагретой плоской или цилиндрической поверхности. В большинстве случаев нагрев поверхности производится паром а в некоторых случаях горячей водой горячим маслом или высокотемпературными теплоносителями. Примером контактной сушилки является вальцовая сушилка основным узлом которой является пустотелый вращающийся барабан. При работе во внутрь барабана подаётся пар для нагрева его поверхности а на наружную поверхность наносится тонким слоем жидкий или пастообразный материал. За период менее одного оборота происходит испарение влаги и высушивание материала. Высушенный материал срезается с поверхности вальца скребком или специальным ножом.
При терморадиационном способе сушки передача тепла осуществ-ляется за счёт радиационного излучения основную часть спектра которого (около 80 %) занимают инфракрасные лучи. Через капилляры высушиваемо- го материала они проникают на глубину до 2 мм где после многократного отражения энергия излучения превращается в тепловую и таким образом нагрев происходит в значительной степени изнутри материала. Скорость сушки в таких сушилках очень высока и может быть в десятки раз выше чем в конвективных сушилках. Радиационное излучение в этих сушилках может осуществляться лампами инфракрасного излучения металлическими или керамическими поверхностями нагретыми до температуры 0С панельными горелками беспламенного горения. Этот способ сушки находит всё большее применение при сушке изделий тонкой керамики.
При высокочастотном способе сушки высушиваемый материал подаётся в поле токов высокой частоты где под воздействием этого поля полярные молекулы (особенно Н2О) стремясь ориентироваться вдоль направления поля вынуждены совершать колебательные движения в резуль- тате чего происходит разогрев материала. Нагрев происходит равномерно по всему слою. При этом в средней части материала устанавливается темпера- тура более высокая чем на его поверхности. Под действием температурного градиента влага интенсивно перемещается к поверхности благодаря чему скорость сушки материала увеличивается в сравнении с конвективной сушкой в несколько раз. Однако этот способ нашёл ограниченное примене- ние в промышленности из-за значительного расхода электроэнергии и высокой стоимости самой установки.
При сублимационном способе сушки влагу удаляют из твёрдых материалов путём возгонки (сублимации) т.е. влагу переводят из твёрдой фазы в паровую минуя жидкое состояние. Для сушки материала этим способом необходимо создать достаточно большую разность температур между высушиваемым материалом и внешним источником тепла. Такую разность температур создают высушивая материал в замороженном состоянии при глубоком вакууме. В таких условиях влага испаряется из материала находящегося в замороженном состоянии. Тепло необходимое для испарения влаги передаётся из окружающей среды через стенки сушильной камеры или подводится от специальных подогревателей.
2. Основные параметры влажного воздуха
Основными сушильными агентами в процессе сушки является влажный воздух водяной насыщенный пар и топочные газы. В конвектив- ной сушилке горячий влажный воздух передает материалу тепло для испарения влаги а затем уносит испарившуюся влагу из аппарата. Влажный воздух в этом случае является влаго- и теплоносителем и характеризуется следующими основными параметрами:
Основные параметры влажного воздуха:
абсолютная влажность определяется количеством водяного пара (в кг) содержащегося в 1м3 влажного воздуха;
относительная влажность φ отношение массы водяного пара в 1м3 влажного воздуха ρп при данных условиях температуре и общем барометрическом давлении к максимально возможной массе водяного пара в 1м3 воздуха ρн (плотности насыщенного пара) при тех же условиях:
влагосодержание х количество водяного пара (в кг) содержащегося во влажном воздухе приходящегося на 1кг абсолютно сухого воздуха;
энтальпия I влажного воздуха характеризует количество теплоты которое приходится на 1кг сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха t.
Водяной насыщенный пар это промежуточный источник тепла.
К достоинствам водяного насыщенного пара относятся: основное количество теплоты он передает при конденсации при этом обладает небольшим расходом; не имеет температуру вдоль поверхности нагрева; меняет температуру при изменении давления т.е. существует возможность регулировки температуры с помощью давления а к недостаткам невозможность получения высоких температур.
Топочные газы это древний греющий агент с помощью которого можно получать температуру до 1000 С.
Недостатки топочных газов: трудность регулировки температур; неравномерность нагрева поверхности теплопередачи за счет того что охлаждаются газы которые имеют различные коэффициенты теплоотдачи; низкий коэффициенты теплоотдачи; загрязняют теплообменную аппаратуру; высокая разность температур между теплоносителями создает “жесткие” условия работы теплообменной аппаратуры.
3. I-х диаграмма для влажного воздуха
Основные свойства влажного воздуха можно с достаточной для технических расчетов точностью определять при помощи I-х диаграммы впервые разработанной Л.К. Рамзиным (рис.1).
Диаграмма имеет угол 1350 между осями координат причем на оси ординат отложены в определенном масштабе энтальпии I а на наклонной оси абсцисс – влагосодержание х которое для удобства пользования диаграммой спроектированы на вспомогательную ось перпендикулярную оси ординат. На диаграмме нанесены:
Линии постоянного влагосодержания (х = const) вертикальные прямые параллельные оси ординат;
Линии постоянной энтальпии (I = const) прямые параллельные оси абсцисс т.е. идущие под углом 1350 к горизонту;
Линии постоянных температур или изотермы (t = const);
Линии постоянной относительной влажности (φ = const);
Линия парциальных давлений водяного пара ρп во влажном воздухе значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы.
Рис.1 I-х – диаграмма для влажного воздуха
На диаграмме I-х по любым двум известным параметрам влажного воздуха можно найти точку характеризующую состояние воздуха и определить все его остальные параметры.
При сушке процесс передачи вещества из одной фазы в другую (испарение жидкости) сопровождается процессом теплопередачи. При этом температуры фаз не одинаковы. Количество тепла передаваемого от газооб- разного сушильного агента жидкости путём конвекции при температуре газа tГ превышающей температуру материала tМ составит
где F поверхность соприкосновения фаз;
коэффициент теплоотдачи.
Количество испаряющейся жидкости (М) определяется уравнением
где К коэффициент массопередачи;
движущая сила процесса массопередачи.
Количество жидкости М переходит в виде пара в газовую фазу и передаёт от жидкости к газу тепло соответствующее теплоте испарения этой жидкости
где r – теплота испарения;
Р* - давление пара над жидкостью при температуре tМ.Т;
РП – парциальное давление пара в газовой фазе.
Всего передаётся тепла от газа к влажному материалу
Всё это тепло расходуется на нагревание материала. По мере нагревания влажного материала его температура tM и давление пара над ним Р* возрастают. В соответствии с этим Q1 будет уменьшаться а Q2 увеличиваться. Очевидно наступит момент когда Q1 будет равно Q2 и Q = 0 т.е. всё тепло полученное влажным материалом от газа путём конвекции будет возвращаться газу в виде теплоты испарения жидкости . После этого дальнейшее нагревание влажного материала станет невозможным и будет происходить испарение влаги при постоянной температуре а следовательно и при постоянном Р*.
Температура принимаемая влажным материалом при испарении из него жидкости после достижения теплового равновесия (Q = 0 ) называется температурой мокрого термометра и обозначается tМ.Т. Температура мокрого термометра определяется условием Q1 = Q2 или
(1.6) Определить tМ.Т из этого уравнения возможно только путём подбора или с использование ЭВМ т.к. Р* является функцией tМ.Т.
Для проведения сушки должно соблюдаться условие
где РП – парциальное давление водяного пара в воздухе или давление чистого пара.
Из этого выражения видно что сушка облегчается с возрастанием давления пара РМ.Т которое тем больше чем выше влажность материала и температура сушки. Величина РМ.Т. зависит также от характера связи влаги с материалом.
При сушке в течении определённого времени влажность материала приближается к некоторому пределу соответствующему равенству
Когда достигается равенство наступает равновесие в процессе обмена между материалом и средой. Этому состоянию соответствует некоторая устойчивая влажность материала называемая равновесной влажностью при которой процесс сушки прекращается. Равновесная влажность и следова- тельно протекание процесса сушки зависят от свойств высушиваемого материала характера связи с ним влаги и параметров окружающей среды.
5. Кинетика процессов сушки влажных материалов
Для расчёта сушилок необходимо знать скорость сушки которая определяется количеством влаги W испаряемой с единицы поверхности F высушиваемого материала за единицу времени . Таким образом скорость сушки определяется следующей зависимостью
Зная скорость сушки определяют продолжительность периодического процесса сушки или поверхность высушиваемого материала при сушке непрерывным способом и устанавливают габаритные размеры сушильных аппаратов.
Скорость сушки как массообменного процесса определяется из основного уравнения массопередачи (1.3) согласно которому
где средняя движущая сила процесса.
Движущая сила процесса сушки определяется разностью давлений паров влаги у поверхности материала и парциального давления паров в воздухе. Тогда
Различают два периода сушки: период постоянной скорости и период падающей скорости процесса. В течение первого периода влага испаряется со всей поверхности влажного материала также как она испаряется с поверх- ности жидкости. В этот период скорость сушки постоянная и определяется лишь скоростью внешней диффузии т.е. диффузии паров влаги с поверхности материала в окружающую среду.
Во втором периоде скорость сушки определяется внутренней диф- фузией перемещением влаги изнутри материала и его поверхности. С этого периода постепенно увеличивается сопротивление внутренней диффузии а следовательно скорость сушки падает.
Двум основным периодам предшествует период прогрева материала до температуры сушки. Кинетика сушки определяется обычно путём взвеши- вания образца материала в начале сушки и через определённые промежутки времени. По весу образца рассчитывают абсолютную влажность в различные моменты и строят кривую сушки (кривая АВК1К2С на рис. 2).
Скорость сушки характеризуется изменением абсолютной влажности и может быть найдена для каждого момента как тангенс угла наклона кривой сушки (см. рис. 2). Если найденные значения скорости сушки нанести на график как функцию абсолютной влажности то получим кривую скорости сушки (рис. 3). Из графиков (рис. 2 и рис. 3) видны все периоды сушки мате- риала в сушилке.
Рис. 2 График зависимости изменения абсолютной
влажности материала за время сушки
Период прогрева материала (отрезок АВ) является как правило крат- ковременным и характеризуется неустановившимся состоянием процесса. За этот период температура материала повышается до температуры мокрого термометра tМ.Т. (рис. 4) но его влажность снижается незначительно. Ско- рость сушки возрастает и к концу периода прогрева достигает максимальной величины.
В период постоянной скорости сушки (отрезок ВК1) скорость процесса является наибольшей температура материала tМ = const. Точка К1 одновременно является началом периода падающей скорости сушки. Периода падающей скорости сушки состоит в свою очередь из двух стадий: равномерно падающей скорости сушки (прямолинейный отрезок К1К2 на рис. 3) и период неравномерной падающей скорости (К2С). Точка К2 называется второй критической точкой а соответствующая ей влажность материала второй критической влажностью U”кр. К концу второго периода температура материала повышается и достигает температуры воздуха tи или среды окружающей материал. Одновременно влажность материала снижается до равновесной по всей его толщине. С момента достижения равновесной влажности скорость сушки становится равной нулю и при дальнейшем пребывании материала в сушилке влажность его остаётся постоянной (отрезок СД рис. 2).
Длительность сушки достаточно точно можно установить только опытным путём. Скорость сушки зависит также от направления движения теплоносителя относительно высушиваемого материала. При противотоке влажный материал на входе в сушилку соприкасается с отработанным теплоносителем поступающим в сушилку. Вследствие этого сушка вначале идёт медленно в конце же влажность материала быстро уменьшается а температура возрастает приближаясь к температуре теплоносителя и может оказаться выше допустимой для данного материала. Поэтому при сушке топочными газами применяют прямоток. Противоток организуют при сушке материла до низкой конечной влажности.
Рассчитать динамику сушки трудно так как её необходимо сначала рассчитать для каждого периода. Очень сложно определить поверхность контакта фаз поэтому на практике часто ограничиваются статическим расчётом по средним данным принимая за исходную величину среднее количество влаги испаряемой в единице объёма сушильной камеры т.е. величину напряжения сушилки по влаге А в кгм3с.
Рис. 3 Кривая скорости сушки
Рис. 4 Изменение температур теплоносителя и высушиваемого материала при прямоточной сушке
кривая температуры теплоносителя; 2 кривая температуры материала.
На рис. 4 кроме кривой изменения температуры материала в процессе сушки в зависимости от влажности приведена кривая изменения температуры теплоносителя. Обе кривые построены для случая прямотока. Пользуясь этим графиком можно найти средний температурный напор для каждого периода сушки в целом.
6. Материальный баланс сушилки
Материальный баланс по всему количеству вещества выразится равенством
где G1 количество влажного материала поступающего в сушилку кгс;
G2 количество высушенного материала на выходе из сушилки кгс;
W влаги испаряемой из материала в процессе сушки кгс.
Баланс по абсолютно сухому веществу количество которого не изменяется в процессе сушки имеет вид
G1( 100 – UН ) = G2( 100 – UК ) (1.13)
Из уравнения (1.13) находим
где UН влажность материала поступающего в сушилку в весовых процентах;
UК влажность высушенного материала в весовых процентах.
Подставляя значения GН или GК в уравнение определяем количество влаги W подлежащее удалению в процессе сушки при изменении влажности материала от UН до UК
Для теплового расчёта сушилки необходимо знать расход воздуха на сушку который определяется из баланса влаги. Если на сушку расходуется L кг абсолютно сухого воздуха причём влагосодержание воздуха на входе в сушилку хо кгкг сухого воздуха а на выходе из сушилки х2 кгкг сухого воздуха то с воздухом поступает Lхо кг влаги. Из материала испаряется W кг влаги с отработанным воздухом уходит Lх2 кг влаги. Следовательно баланс влаги в сушилке выражается равенством
Lх2 = Lхо + W (1.18)
Откуда расход воздуха составляет
Удельный расход воздуха составит
Из выражения (1.20) видно что удельный расход воздуха зависит только от разности влагосодержания отработанного и свежего воздуха. Расход воздуха будет тем больше чем выше его начальное влагосодержание хо которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха.
7. Основные технологические схемы для проведения сушки
При определенном сочетании свойств сушильного агента и скорости его движения относительно материала достигается тот или иной режим сушки в конвективной сушилке. Для обеспечения заданных режимов сушки используют различные варианты процесса сушки.
7.1. Сушка основного типа
В сушилке основного варианта (рис. 5) создаются жесткие условия сушки т.к. необходимое для испарения влаги из материала тепло подводится однократно и воздух нагревается сразу до относительно высокой температуры t1. При нагреве в калорифере влагосодержание воздуха остается неизменным и резко падает его относительная влажность. Поэтому сушка по основной схеме происходит при значительном перепаде температур t1-t0 в атмосфере воздуха с малым влагосодержанием и низким значением влажности. В ряде случаев материалы требуют сушки в более мягких условиях.
Рис. 5 Изображение процесса сушки основного типа на диаграмме I-x.
7.2. Сушка с дополнительным подогревом воздуха в сушильной камере
В этом процессе во внешнем калорифере воздуху сообщается лишь часть тепла а другая часть тепла передается с помощью дополнительного калорифера установленного в сушильной камере.
Для простоты на диаграмме I-х (рис. 6.) изображен процесс в теоретической сушилке работающей по этому варианту. Из диаграммы видно что воздух нагревается во внешнем калорифере до t1 допускаемой свойствами материала (вертикаль АВ) испарение влаги из материала изображается линией ВС. Весь процесс в сушилке представлен на диаграмме ломаной АВС.
Рис. 6 Изображение процесса сушки с дополнительным
подогревом воздуха на диаграмме I-x
Таким образом достоинство этого варианта сушки в том что в камеру сушилки подводится воздух нагретый до более низкой температуры чем по основной схеме сушки.
7.3. Сушка с промежуточным подогревом воздуха по зонам
Сушилка работающая по этой схеме (рис. 7) состоит из ряда зон в каждой из которых установлен дополнительный калорифер. Такой многократный подогрев воздуха в сушильной камере позволяет вести сушку в мягких условиях при небольшом перепаде температур и обеспечивает более гибкие условия сушки. Влагосодержание воздуха увеличивается от зоны к зоне при этом перепад влагосодержания в каждой зоне пропор- ционален относительному количеству испаренной в ней влаги.
Воздух нагретый во внешнем калорифере проходит зону I где извлекает из материала часть влаги и несколько охлаждается после чего поступает в зону II на входе в которую нагревается в калорифере К1 сушит материал после чего вновь подогревается в калорифере К2 затем поступает в следующую зону и т. д.
Рис. 7 Принципиальная схема сушки с промежуточным подогревом воздуха
Таким образом воздух проходит последовательно все зоны в каждой из которых осуществляется процесс сушки по основной схеме. Поэтому изменение состояния воздуха носит ступенчатый характер и изображается на диаграмме I-х (рис. 8) ломаной линией АВСВСВС. Согласно схеме (рис. 8) отработанный воздух каждой предыдущей ступени является исходным для последующей и нагревается в ней при х = const.
Рис. 8 Изображение процесса сушки с многократным промежуточным подогревом воздуха на диаграмме I-x
Общий расход воздуха и тепла тот же что и в сушилке основной схемы работающей при тех же конечных и начальных параметрах воздуха. Но температура нагрева воздуха значительно ниже чем в сушилке основной схемы (t1 t3).
7.4. Сушка с частичной рециркуляцией отработанного воздуха
При сушке часть отработанного воздуха возвращается и смешивается перед наружным калорифером со свежим воздухом поступающим в сушилку. Иногда смешение отработанного воздуха со свежим может происходить после наружного калорифера (рис. 9).
Рис. 9 Принципиальная схема сушки с частичной
рециркуляцией отработанного воздуха
Материал сушится при более низких температурах воздуха чем в сушилке основной схемы. Вместе с тем сушка происходит в среде более влажного воздуха так как влагосодержание смеси больше влагосодержания свежего воздуха (рис.10)
Рис. 10 Изображение процесса сушки с частичной рециркуляцией отработанного воздуха
Такой режим сушки желателен для материалов которые при неравномерной сушке воздухом с низкой влажностью при высоких температура могут подвергнуться разрушению (например керамические изделия). Воздух с высоким влагосодержанием получается по этой схеме без затрат пара на его искусственное увлажнение. При добавлении части отработанного воздуха к свежему увеличивается объем циркулирующего воздуха а следовательно и скорость его движения через сушилку что способствует более интенсивному тепло- и влагообмену.
Для сушилки с рециркуляцией требуется больший расход энергии на вентилятор и большие капитальные затраты чем для сушилки основной схемы. В связи с этим выбор кратности циркуляции воздуха следует производить на основе технико-экономического расчета.
7.5. Сушка с промежуточным подогревом и рециркуляцией воздуха по зонам
Такая сушка (рис. 11) применяется когда предъявляются высокие требования к равномерности сушки во влажном воздухе пи относительно низких температурах. Частичная рециркуляция воздуха осуществляется вентиляторами (b1 b2 b3). Высокая степень равномерности сушки дости- гается за счет большого расход энергии чем в сушилках с промежуточным нагревом воздуха (рис. 12).
Рис. 11 Принципиальная схема сушки с промежуточным подогревом и рециркуляцией воздуха
Рис. 12 Изображение процесса сушки с промежуточным подогревом и рециркуляцией воздуха
7.6. Сушка топочными газами
Такая сушка используется для сушки неорганических и органических материалов. Это объясняется тем что температура топочных газов значи- тельно выше температуры воздуха нагреваемого перед сушкой. В результате влагопоглощающая способность газов во много раз больше влагопогло- щающей способности воздуха и соответственно больше потенциала сушки. Газы перед поступлением в сушилку подвергаются сухой или мокрой очистке. Для сушки топочными газами применяют сушилки работающие по основной схеме и с частичной рециркуляцией газов (рис. 13).
Рис. 13 Изображение процесса сушки топочными газами
8. Обзор конструкций аппаратов
Конструкции сушилок очень разнообразны и отличаются по ряду признаков:
По способу подвода тепла (конвективные контактные и др.);
По виду используемого теплоносителя (воздушные газовые паро- вые);
По величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуум- ные);
По способу организации процесса (периодические и непрерывные);
По взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток противоток перекрестный ток);
По виду высушиваемого материала.
8.1. Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материала
8.1.1. Камерные сушилки
Камерные сушилки (рис. 14) представляют собой герметичные камеры внутри которых высушиваемый материал в зависимости от его вида располагается на сетках противнях шестах зажимах и других приспособле- ниях. Эти сушилки являются аппаратами периодического действия; рабо- тающими при атмосферном давлении. Они используются в производствах небольшого масштаба для материалов допускающих невысокую темпера- туру сушки например красителей.
Рис. 14 Камерная сушилка
полки для загрузки высушиваемого материала; 2 калорифер; 3 вентилятор; 4 заслонка для регулирования расхода свежего воздуха; 56 заслонки (шиберы) для регулирования расходов рециркулирующего и отработанного воздуха
Свежий воздух с помощью вентилятора 3 через калорифер 2 подают в пространство камеры внутри которой находятся полки 1 с высушиваемым материалом. Заслонки 56 служат для регулирования расходов рециркули- рующего и отработанного воздуха. Таким образом сушилка работает с промежуточным подогревом и частичной рециркуляцией воздуха т. е. по варианту обеспечивающему низкую температуру и более мягкие условия сушки.
К достоинствам камерных сушилок относится простота их устройства но они обладают рядом несущественных недостатков: периодичность действия большая затрата ручного труда на загрузку и выгрузку материала низкая производительность и неравномерность высушивания из-за наличия неподвижного толстого слоя материала и т.д. как правило их применяют для сушки небольших количеств материала.
Однако вследствие сушки в неподвижном толстом слое сушилки этого типа обладают низкой производительностью и продолжительность сушки в них велика. Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых современных конструкциях камерных сушилок наружный вентилятор заменяют внутренними реверсивными осевыми вентиляторами или применяют эжекторы. В эжекционных камерных сушилках рецирку- лирующий отработанный воздух подсасывается свежим что позволяет уменьшить расход электроэнергии на циркуляцию.
8.1.2. Туннельные сушилки
Эти сушилки (рис. 15) отличаются от камерных тем что в них соеди- нённые друг с другом вагонетки медленно перемещаются на рельсах вдоль очень длинной камеры прямоугольного сечения (коридора).
Рис. 15 Туннельная сушилка
— камера; 2 — вагонетки; 3 — вентиляторы; 4— калориферы
На входе и выходе коридор имеет герметичные двери которые одновременно периодически открываются для загрузки и выгрузки материала: вагонетка с высушенным материалом удаляется из камеры а с противоположного конца в нее поступает новая вагонетка с влажным материалом. Перемещение вагонеток производится с помощью троса и механической лебедки. Сушильный агент движется прямотоком или противотоком к высушиваемому материалу.
Туннельные сушилки обычно работают с частичной рециркуляцией сушильного агента и они используются для больших количеств штучных материалов например керамических изделий. По интенсивности сушки туннельные сушилки мало отличаются от камерных. Туннельным сушилкам присущи основные недостатки неравномерность сушки вследствие расслоения нагретого и холодного воздуха. Для более равномерной сушки повышают скорость сушильного агента но вследствие этого приходиться увеличивать длину коридора чтобы время пребывания материала в сушилке было достаточным.
8.1.3. Ленточные сушилки
Ленточные сушилки (рис. 16) предназначены для сушки сыпучих и волокнистых материалов а также готовых изделий и полуфабрикатов. Для тонкодисперсных пылящих материалов ленточные сушилки не используются так как пыль трудно удерживается на месте и оседает на калориферах.
В одноленточных сушилках со сплошной лентой обычно наблюдается неравномерное высушивание материала: во внутренней части слоя обращенной к ленте конечная влажность выше чем в его наружной часта омываемой газами или воздухом.
Более эффективно применение многоленточных сушилок с лентами из металлической сетки. В них сушильный агент движется перпендикулярно плоскости ленты сквозь находящийся на ней слой материала (перекрестный ток). При пересыпании материала с ленты на ленту увеличивается поверхность его соприкосновения с сушильным агентом что способствует возрастанию скорости и
равномерности сушки. Ленточные сушилки могут работать по различным вариантам сушильного процесса.
В этих сушилках сушка производится непрерывно при атмосферном давлении. В камере 2 многокорпусной сушилки слой высушиваемого мате- риала движется на бесконечных лентах (транспортерах) 3 натянутых между ведущими 4 и ведомыми 7 барабанами. При пересыпании материала с ленты на ленту увеличивается поверхность его соприкосновения с сушильным агентом что способствует возрастанию скорости сушки. Ленточные сушилки работают непрерывно с рециркуляцией газа и без неё.
Рис. 16 Многоярусная ленточная сушилка
питатель; 2 сушильная камера; 3 ленточные транспортеры; 4 ведущие барабаны; 5 калорифер; 6 вентилятор; 7 ведомые барабаны.
Конструкция ленточного транспортера обусловлена свойствами высушиваемого материала. Все сушилки этого типа работают с продувкой слоя движущегося материала потоком теплоносителя.
В ленточных сушилках легко осуществляются прямоток противоток и смешанная схема движения теплоносителя и продукта.
Основным недостатком сушилок этого типа являются громоздкость сложность обслуживания небольшая удельная производительность.
8.1.4. Петлевые сушилки
Сушку пастообразных материалов а также тонких листовых (например бумаги) производят в непрерывно действующих петлевых сушилках работающих при атмосферном давлении. В сушилке (рис. 17) питатель 1 подает материал на бесконечную гибкую сетчатую ленту 2 которая проходит между обогреваемыми паром вальцами 3 вдавливающими пасту внутрь ячеек ленты.
Лента с впрессованным материалом поступает в сушильную камеру где образует петли. Это достигается с помощью шарнирно соединенных звеньев ленты и расположенных на ней через определенные промежутки поперечных планок опирающихся на цепной конвейер 4. С помощью направляющего ролика 5 лента отводится к автоматическому ударному устройству 6 посредством которого высушенный материал сбрасывается с ленты и выводится из сушилки разгрузочным шнеком 7.
Циркуляция воздуха (или газов) осуществляется с помощью осевых вентиляторов 8 причем горячий воздух или газ движется поперек ленты 2. Сушилка обычно работает по варианту с промежуточным подогревом воздуха и частичной рециркуляцией его по зонам.
В петлевых сушилках сушка производится в слое небольшой толщины (равной толщине звеньев ленты составляющей 5 20 мм) при двустороннем омывании ленты горячим воздухом и прогреве запрессованного материала металлическим каркасом (сеткой) нагретым вальцами 3. Это обеспечивает большую скорость сушки по сравнению с камерными сушилками. Вместе с тем петлевые сушилки отличаются сложностью конструкции и требуют значительных эксплуатационных расходов.
Рис. 17 Петлевая сушилка
- питатель; 2 - сетчатая лента; 3 - вальцы; 4 - цепной
конвейер; 5 -направляющий ролик; 6 - ударное устройство; 7 - разгрузочный шнек; 8 –вентилятор.
8.2. Конвективные сушилки с перемешиванием слоя материала
8.2.1.Барабанные сушилки
Барабанные сушилки относятся к конвективным сушилкам с перемешиванием слоя материала. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых зернистых и сыпучих материалов (минеральных солей фосфоритов и др.).
Барабанная сушилка (рис.18) состоит из цилиндрического барабана 1
Рис.18 Барабанная сушилка
металлический барабан; 2 венцовая шестерня; 3 подвенцовая шестерня; 4 редуктор; 5 электродвигатель; 6 опорные бандажные кольца; 7 опорные ролики; 8 загрузочная насадка; 9 разгрузочный бункер; 10 циклон; 11 дымосос; 12 бункер сырья; 13 топка; 14 форсунка; 15 окно для подачи холодного воздуха; 16 вентилятор подачи воздуха; 17 лопастная насадка; 18 ячейково-секторная насадка; 19 цепная насадка.
установленного с небольшим наклоном к горизонту и опирающегося с помощью бандажей 6 на ролики 7. Барабан приводится во вращение электро- двигателем через редуктор 4 и шестерни 2 и 3. Число оборотов барабана обычно не превышает обмин. Со стороны загрузочного конца бара- бана установлена топочная камера бункер и питатель сырья а со стороны разгрузочного конца циклон и за ним дымосос при помощи которого создаётся искусственная тяга греющих газов. На обоих концах вращающее- гося барабана монтируют скользящие газоуплотнительные устройства значительно сокращающие подсосы в систему воздуха. Прямоточная схема движения газов и материала помогает избежать перегрева материала так как в этом случае наиболее горячие газы соприкасаются с материалом имеющим наибольшую влажность.
Материал из бункера 12 подаётся в загрузочную насадку 8. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание мате- риала по сечению барабана а также его тесное соприкосновение при пере- сыпании с сушильным агентом дымовыми газами. У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопат- ками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца поддерживать опреде- лённую степень заполнения барабана материалом; как правило степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже изменением угла его наклона. Вы-сушенный материал удаляется через разгрузочный бункер 9.
Внутри барабана для интенсификации процесса сушки устанавливают различные насадки (рис. 18 19) способствующие увеличению контакта мате- риала с теплоносителем. В загрузочном конце устанавливают спиралеоб- разные лопасти основное назначение которых предотвратить пересыпание материала в газовую камеру. При сушке материалов склонных к налипанию на внутренней стенке барабана целесообразно применять навеску цепей или подъёмно-лопастную насадку. При сушке хорошо сыпучих материалов находит успешное применение ячейково-секторная насадка. Для мелкокусковых сильно сыпучих материалов широко применяются распреде- лительные насадки. Сушка тонкоизмельченных пылящих материалов производится в барабанах имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Можно использовать и комбинацию перечисленных насадок применяя в начальной стадии спиралеобразные лопасти потом цепи и в конце подъёмно-лопастную или ячейково-секторную насадку.
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.
Применяют также барабанные вакуумные сушилки которые работают периодически. Их используют для сушки термочувствительных материалов от воды и органических растворителей а также для сушки токсичных материалов. Вакуумные барабанные сушилки применяют в основном в производстве ядохимикатов и гербицидов.
Рис. 19 Типы насадок барабанных сушилок
а подъемно-лопастная; б секторная; в г распределительная; д перевалочная.
8.3. Конвективные сушилки с взвешенным слоем материала
8.3.1. Сушилки с псевдоожиженным слоем
Сушилки с псевдоожиженным (кипящим) слоем получили широкое распространение благодаря следующим специфическим особенностям: во-первых этим методом можно высушивать зернистые сыпучие пастообраз- ные и жидкие материалы; во-вторых процесс протекает очень интенсивно в силу значительного увеличения поверхности контакта между частицами ма- териала и сушильным агентом.
В пневматической трубе-сушилке осуществляют сушку зернистых материалов с размерами частиц не более 10 мм. Схема такой сушилки со вспомогательным оборудованием приведена на рис. 20. Сушка материала осуществляется в трубе диаметр которой обычно не превышает 1 м а длина не более 40 м. Влажный материал питателем подаётся в нижнюю часть трубы ещё ниже подаётся горячий воздух или дымовые газы. Поскольку теплоноситель подхватывает и уносит с собой вверх влажные частицы материала то скорость его должна превышать скорость витания самых крупных частиц. В процессе транспортировки происходит интенсивная сушка материала. Далее газы и высушенный материал поступают в циклон пылеотделитель где продукт улавливается а очищенные в фильтре газы выбрасываются в атмосферу. Благодаря хорошему перемешиванию мате- риала в газовом потоке и большой скорости испарения материал высуши-вается во время перемещения по трубе в течение с. Перед подачей материала в сушилку его размалывают до расчётного размера в барабанной молотковой или другой мельнице. Интенсивность сушки мелкозернистых материалов в пневматической трубе сушилке характеризуется высокой напряжённостью объёма сушильного пространства и влагосъём составляет кгм3с. В большинстве случаев сушка производится дымовыми газами температура которых составляет 300÷800 0С и скорость их в трубе мс. Оптимальная концентрация материала в пневматической сушил- ке составляет 05÷15 кгкг газа. К недостаткам пневматических сушилок относят большой расход электроэнергии для получения необходимой скорос- ти движения газов большой износ газопроводов особенно в местах поворота движущегося с газами материала а также громоздкость газоочистительных пылеулавливающих устройств.
Рис. 20 Схема пневматической трубы-сушилки
сушильная пневмотранспортная труба; 2 топка; 3 вентилятор; 4 регулировочный дроссель подсоса холодного воздуха; 5 бункер влажного материала; 6 питатель; 7 циклон; 8 рукавный фильтр; 9 дымосос
Высокой интенсивности процесса сушки можно достигнуть в сушилках кипящего (псевдоожиженного) слоя. В кипящем слое высушивают- ся не только зернистые материалы но также пасты суспензии растворы расплавы. Осуществимость и эффективность сушки в кипящем слое в значительной мере зависит от конструкции аппарата. Следовательно аппаратурное оформление
должно наилучшим образом соответствовать агрегатно- му состоянию исходного материала его физико-химическим свойствам а также требуемой производительности.
Принципиальная схема сушилки кипящего слоя со вспомогательным оборудованием показана на рис. 21. Сушилка представляет собой вертикаль- ный аппарат круглого или прямоугольного сечения в нижней части которого расположена газораспределительная решётка.
Рис. 21 Схема сушилки кипящего слоя
сушильная камера; 2 бункер влажного материала с питателем; 3 топка; 4 дутьевой вентилятор; 5 циклон; 6 батарейный циклон; 7 дымосос; 8 ленточный конвейер сухого материала.
Если в качестве теплоносителя используются дымовые газы то решётка изготавливается из жаропрочной стали а корпус аппарата ниже решётки футеруется огнеупорным материалом. Под решётку из топки подаются дымовые газы которые при необходимости разбавляются воздухом для снижения температуры. Влажный материал из бункера питателем подаётся на решётку. Газ пройдя через отверстия решётки проходит через слой зернистого материала и при оптимально выбранной скорости поддерживает его в псевдоожиженном состоянии. Выгрузка высушенного материала осуществляется через окно с противоположной загрузке стороны. Отработанные дымовые газы проходят очистку в циклонах и далее в фильтрах или скрубберах мокрой очистки и выбрасываются в атмосферу.
В сушилках кипящего слоя происходит интенсивное перемешивание зернистого материала в результате чего влажность его в различных местах практически одинаковая. Благодаря развитой поверхности контакта фаз процесс сушки идёт очень интенсивно и достигает высоких значений коэффициентов массоотдачи.
В установках с псевдоожиженным слоем можно одновременно проводить несколько процессов: сушку и обжиг сушку и классификацию частиц по размерам сушку и гранулирование и т.д. Однако эти сушилки имеют и недостатки: повышенный расход электроэнергии (а в некоторых случаях и топлива) невысокая интенсивность процесса при сушке тонкодисперсных продуктов значительное истирание частиц материала и как следствие образование большого количества пыли и др.
К недостаткам сушилок кипящего слоя также следует отнести неус-тойчивость псевдоожижения при значительном различии в размере частиц высушиваемого материала. В тех местах где будут крупные частицы могут образовываться заторы а где мелкие будет наблюдаться фонтанирование и унос материала с газовым потоком.
В сушилках этого типа с цилиндрическим корпусом наблюдается значительная неравномерность сушки обусловленная тем что при интен- сивном перемешивании в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его среднего значения. Поэтому применяют сушилки с расширяющимся кверху сечением например конические.
Для сушки небольших количеств различных продуктов применяют периодически действующие сушилки с кипящим слоем. В этих аппаратах эффективно используют подачу сушильного агента импульсами вызывающими кратковременное псевдоожижение материала. Таким способом удаётся достичь равномерной сушки материалов склонных к слипанию и кристаллических материалов без значительного истирания их частиц.
8.3.2. Распылительные сушилки
В этих сушилках (рис. 22) достигается высокая интенсивность испарения влаги за счет тонкого распыления высушиваемого материала в сушильной камере через которую движется сушильный агент (нагретый воздух или топочные газы). При сушке в распыленном состоянии удельная поверхность испарения достигает столь большой величины что процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро (примерно за 15—30 сек).
сушильная камера; 2 механическая форсунка;3 топка; 4 газоход горячих газов; 5 патрубок подсоса холодного воздуха; 6 предохранительный клапан; 7 дутьевой вентилятор; 8 газоход отходящих газов; 9 ячейковый питатель; 10 циклон; 11 дымосос.
Рис. 22 Схема распылительной сушилки
В условиях почте мгновенной сушки температура поверхности частиц материала несмотря на высокую температуру сушильного агента лишь немного превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. Возможна сушка и холодным теплоносителем когда распыливаемый материал предварительно нагрет.
Распыление осуществляется механическими и пневматическими форсунками а также с помощью центробежных дисков скорость вращения которых составляет 4000—20 000 оборотов в 1 мин.
Распыление центробежными дисками (без давления) пригодно для диспергирования суспензий и вязких жидкостей но требует значительно большего расхода энергии чем механическое распыливание. Распыливание механическими форсунками в которые жидкость подается насосом под давлением 30 200 атм более экономично но применяется только для жидкостей не содержащих твердых взвесей вследствие чувствительности этих форсунок к засорению Распыление пневматическими форсунками работающими с помощью сжатого воздуха под давлением около 6 атм хотя и пригодно для загрязненных жидкостей но наиболее дорого из-за большого расхода энергии; кроме того его недостатком является неоднородность распыления.
Распылительные сушилки работают также по принципам противотока и смешенного тока. Однако прямоток особенно распространен так как позволяет производить сушку при высоких температурах без перегрева материала.
8.4. Контактные сушилки
8.4.1. Вакуум-сушильные шкафы
Вакуум-сушильные шкафы являются простейшими контактными сушилками периодического действия. В настоящее время их используют для сушки малотоннажных продуктов в производствах с разнообразным ассор-тиментом продукции где применение высоко производственных механизи-рованных сушилок непрерывного действия экономически неоправданно.
Вакуум-сушильный шкаф (рис. 23) представляет собой цилиндричес- кую (реже прямоугольную) камеру 1 в которой размещены полые плиты 2 обогреваемые изнутри паром или горячей водой.
Рис. 23 Вакуум-сушильный шкаф
камера; 2 полые плиты.
Высушиваемый материал находится в лотках (противнях) установленных на плитах. Во время работы камера герметически закрыта и соединена с установкой для создания вакуума например с поверхностным конденсатором и вакуум-насосом. Загрузка и выгрузка материала произво- дятся вручную.
Вакуум-сушильные шкафы пригодны для сушки легкоокисляющихся взрывоопасных и выделяющих вредные пары веществ. Но они малопроизво- дительны и малоэффективны поскольку сушка в них происходит в неподви- жном слое при наличии плохо проводящих тепло зазоров между противнями и греющими плитами.
8.4.2. Гребковая вакуум-сушилка
В этих контактных сушилках периодического действия скорость сушки несколько увеличивается за счет перемешивания материала медленно вращающейся горизонтальной мешалки с гребками; вместе с тем они не требуют ручной загрузки и выгрузки материала подобно вакуум-сушильным шкафам. Она предназначены для сушки чувствительных к высоким темпера- турам а также токсичных и взрывчатых веществ; для получения высушен- ных продуктов повышенной чистоты и когда необходимо улавливание паров неводных растворителей удаляемых из материала.
Гребковая сушилка (рис. 24) состоит из цилиндрического корпуса с паровой рубашкой 2 и мешалки 3. Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно; на одной половине длины барабана гребки меша- лки изогнуты в одну сторону на другой половине в противоположную.
Рис. 24 Гребковая вакуум-сушилка периодического действия
корпус; 2 паровая рубашка; 3 мешалка с гребками; 4 загрузочный люк; 5 штуцер для относа воздуха и паров влаги; 6 разгрузочный люк.
Кроме того мешалка имеет реверсивный привод автоматически меняющий каждые 5 8 мин направление ее вращения. Поэтому при работе мешалки материал (загруженный через люк 4) периодически перемещается от периферии к середине барабана и в обратном направлении. Вал мешалки может быть полым и через него можно также осуществлять нагрев высушиваемого материала. Свободно
перекатывающиеся между гребками трубы 5 способствуют разрушению комков и дополнительно перемешивают материал. Разгрузка высушенного материала производится через люк 6. Корпус сушилки соединен с поверхностным или барометрическим конденсатором и вакуум-насосом.
К достоинствам этой сушилки относится то что она не требует ручной загрузки и выгрузки материала но обладает рядом недостатков: высокая стоимость сложность изготовления сушилки; сушильный агент более сложен и требует больших эксплуатационных расходов.
8.4.3. Вальцовая сушилка
В этих сушилках (рис. 25) осуществляется непрерывная сушка жидкостей и текучих пастообразных материалов при атмосферном давлении или при разрежении. Основной частью двухвальцовых сушилок являются вальцы медленно вращающиеся (n = 2÷10 обмин) в кожухе навстречу друг другу. Сверху между вальцами непрерывно подается высушиваемый материал. Греющий пар поступает через полую цапфу внутрь каждого из вальцов паровой конденсат отводится через сифонную трубку. Ввод пара и вывод конденсата производится со стороны противоположной приводу. Вальцы могут также обогреваться горячей водой или высокотемпературными органическими теплоносителями. Материал покрывает поверхность вальцов тонкой пленкой толщина которой определяется величиной зазора между вальцами.
Рис. 25.Вальцовая сушилка
вальцы; 2 корыто; 3 ножи; 4 слой материала.
К достоинствам этой сушилки относят: возможность эффективной сушки в тонком слое материалов а к недостаткам вследствие малой продолжительности сушки часто требуется дополнительная сушка материала; не выдерживает длительного воздействия высоких температур.
Теплотехнический расчет
1 Определение размеров сушильного барабана
Количество удаляемой влаги при сушке определим
Согласно таблице №2 [2] принимаем напряжённость барабана по влаге А = 55 кгм3ч тогда необходимый внутренний объём барабана будет равен
По данному объёму подбираем барабан СБ 22 14 ([2] стр.79 табл. 3). Его диаметр равен 22 м длина 14м а объём составляет 532м3 . Проверим объём барабана по формуле
где КБ коэффициент учитывающий объём барабана занятого насадкой ();
Q количество тепла которое передаётся от газов к материалу и расходуется на испарение влаги и нагрев материала;
W количество испаряемой влаги кгч;
средняя логарифмическая разность температур между газами и материалом в начале и в конце сушки;
объёмный коэффициент теплоотдачи Втм3град (принимаем объёмный коэффициент теплоотдачи Втм3град).
Определяем тепло на нагрев материала по формуле
где t2M и t1M температура материала на входе и выходе из сушилки.
G2 = G1 – W = 16000 – 251013 = 1348987 кгч.
Теплоёмкость высушенного материала при конечной влажности UK = 55% находим по формуле
где Сс теплоёмкость абсолютно сухого материала кДжкгград.
Находим СС для сухой глины ([2] стр.80 табл. 4)
Принимаем температуру глины на входе в сушилку а на выходе а также температуру газов на выходе из сушилки . Тогда .
Определяем полезный расход тепла на сушку
Находим среднюю логарифмическую разность температур
Тогда по формуле (2.3) определяем объём барабана
Следовательно выбранный барабан не подходит. Принимаем барабан СБ 25 – 20 с V = 98 м3 DБ = 25 м lБ = 20 м. Следовательно реальная напряжённость барабана по влаге составит
Производительность по абсолютно сухой глине составит
Количество остаточной влаги
Для определения количества воздуха подаваемого в топку и на разбавление дымовых газов а также необходимого количества дымовых газов подаваемых в сушилку произведём расчёт горения топлива. В задании в качестве топлива принят мазут марки М 60. Элементарный состав мазута и его теплотворная способность в табл. 1 ([2] стр.80 табл. 6).
Состав и теплотворность мазута 60 %
Определим состав рабочего топлива
где СР составляющие рабочего топлива %;
СГ отдельная составляющая горючей массы топлива %;
WP содержание влаги в топливе % ;
АР содержание золы %.
Состав влажного рабочего топлива %
Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха Lo
Количество атмосферного воздуха при его влагосодержании х =001 кгкг
Процесс горения производят при избытке воздуха. Так как нам для понижения температуры дымовых газов перед подачей в сушилку нужно их разбавлять холодным воздухом то его мы будем подавать в топку с явным избытком и коэффициент избытка воздуха принимаем . Тогда действительное количество воздуха при
Количество и состав продуктов полного горения при находим по формулам (2.11 – 2.15)
Общее количество продуктов горения Va при
Va = 1569 + 00035 + 1537 + 1479 + 175 = 1965 нм3кг
Процентный состав продуктов горения при
Для определения влагосодержания дымовых газов переведём нм3 в кг для чего производим умножение на плотность . Находим плотность каждого компонента дымовых газов ([2] стр.82 табл. 9).
Влагосодержание определяем
Определяем температуру дымовых газов
(2.17) где низшая теплотворная способность топлива кДжкг.
Пирометрический коэффициент для топок устроенных в агрегаты принимаем равным . Температуру топлива и воздуха принимаем . Находим теплоёмкость сухого воздуха и паров воды при ([2] стр.78 табл. 1) и теплоту горения мазута ([2] стр.80 табл. 4).
Теплоёмкость дымовых газов находим по теплоёмкости каждого компонента ([2] стр.78 табл. 1). Так как теплоёмкость зависит от темпера- туры а мы её хотим определить то при расчёте теплоёмкости зададимся температурой дымовых газов . Если расчётная величина температу- ры получится близкой то решение выполнено верно если расхождение за-данной и расчётной температуры получилось более то расчёт повто- ряется при новых заданных значениях температуры и теплоёмкости.
(2.18) Температура дымовых газов
Расхождение между заданной и расчётной составляет что вполне приемлемо и пересчёт tP производить не следует.
2. Расчёт процесса сушки
Закончив расчёт горения топлива и получив все необходимые параметры дымовых газов переходим к расчёту процесса сушки с целью определения количества дымовых газов поступающих в сушилку и расход топлива. Так как температура дымовых газов в топке а в сушилку согласно условию задачи газы должны поступать с температурой 610 0С то их необходимо разбавить холодным воздухом. Для определения влагосодержания и энтальпии разбавленных дымовых газов воспользуемся диаграммой “I – x” (рис. 26). Точка А на диаграмме характеризует состояние воздуха поступающего в топку на горение и на разбавление дымовых газов. Её мы находим по следующим параметрам: хВ = 001 кгкг сухого воздуха. Точка В характеризует состояние дымовых газов в топке и находится по следующим параметрам: хВ = 0051 кгкг сухих газов. Энтальпия дымовых газов в точке В равна: IД.Г. = 1490 кДжкг. Соединяем прямой линией точку А с В и опускаясь по этой линии вниз из точки В до пересечения с изотермой 610 0С находим точку В харак- теризующую состояние разбавленных воздухом дымовых газов до температуры 610 0С. Для точки В находим: влагосодержание равно хСМ = 0031 кгкг сухих газов энтальпия IСМ = 760 кДжкг. Зная параметры смеси дымовых газов и воздуха (хСМ ICM tCM) можем составить уравнение баланса тепла и определить количество воздуха подаваемого смешение
СВОЗ. = 101 кДжкгград ([2] стр.78 табл. 1).
Значения для каждого компонента взяты из ([2] стр.82 табл. 9).
Общее количество воздуха идущее для горения и разбавления дымовых газов
Общий коэффициент избытка воздуха
Теоретический процесс сушки на “I – x” диаграмме изображается линией ВС. Параметрами точки С являются постоянное теплосодержание I = 760 кДжкг и конечная температура газов которую принимаем по практическим данным . По “I – x” диаграмме (рис. 26) находим для точки С х2 = 0238 кгкг. Расход сухих газов для теоретического процесса сушки
Для того чтобы рассчитать расход газов в реальной сушилке необходимо рассчитать потери тепла в сушилке которые будут состоять из потерь тепла на нагрев материала и потерь тепла в окружающую среду через стенку сушильного барабана
Потери на нагрев материала определены в начале расчёта и они составляют . Потери тепла через стенку барабана можно рассчитать по уравнениям теплопередачи однако согласно результатам исследований и выполненным нами расчётов эти потери сос- тавляют около 5% от общего расхода тепла на сушку. Расход тепла на сушку согласно предыдущим расчётам составляет Q = 218560842Вт или Q = 786924246 кДжч. Тогда потери тепла через стенку барабана составят
Потери теплосодержания газов
Переходим к построению на диаграмме “I – x” (рис. 26) реального процесса сушки. Из точки С вниз (при х = const) откладываем величину и получаем точку Д. Соединяем точку Д с точкой В и получаем линию ВД по которой пойдёт процесс реальной сушки. Конечная температура сушки нами установлена ранее: . Точка Е пере- сечения линии ВД действительной сушки с изотермой характе- ризует состояние газов на выходе из реальной сушилки. Для этой точки хК = 0201 кгкг.
Действительный расход газов на сушку
Расход тепла на сушку
IH = 704 кДжкг находим по диаграмме “I – x” (рис. 26) для точки В как для воздуха при . IВОЗ. = 202 кДжкг находим для точки А в которой .
Расход тепла в топке
Удельный расход тепла на сушку отнесённый к 1 кг испаряемой влаги
Определим расход воздуха и объём отходящих газов. Количество воздуха необходимое на горение
Количество воздуха необходимое для разбавления дымовых газов в камере смешения
Определим объём отходящих газов при выходе из сушильного барабана
Количество влажных газов выходящих из сушильного барабана
Плотность отходящих газов при
Парциальное давление РП водяного пара в отходящих газах определим по “I – x” диаграмме (рис. 26). При конечных параметрах и хК = 0201 кгкг РП = 15 000 Нм2.
Действительный объём влажных газов уходящих из сушильного барабана
Скорость газов при выходе из барабана
где коэффициент заполнения барабана материалом;
Сравнивая скорость газов с допустимой скоростью ([2] стр.80 табл. 5) убеждаемся что реальная скорость ниже допустимой.
Рис 26 Графическое изображение процесса сушки на диаграмме “I – x”
Подбор вспомогательного оборудования
Промышленная очистка газов от взвешенных в них твёрдых частиц является одной из важных технологических задач большинства предприятий промышленности строительных материалов. Из большого количества пыле- улавливающего оборудования в промышленности наибольшее расспростра- нение получили циклоны (рис.27) как аппараты первой ступени очистки газов. Правильно выбранный циклон может обеспечить высокую степень очистки газов от пыли.
Степень очистки газов в циклоне зависит от многих факторов и прежде всего от дисперсного состава пыли конструктивных особенностей аппарата (типа циклона) его диаметра плотности пыли и газового потока Так как с увеличением диаметра циклона эффективность очистки газов значительно понижается то применять циклоны с диаметром более 12 м не рекомендуется. При больших расходах газа следует устанавливать группу параллельно работающих циклонов. Максимально допустимая запыленность газов на входе в циклоне не должна превышать 400 гсм3.
Основной задачей расчёта является подбор типа циклона определение его диаметра а также условий его работы обеспечивающих достижение необходимой степени очистки твёрдой фазы при допустимом перепаде давления газового потока в циклоне.
Предварительно выбираем циклон ЦН – 15 для которого:
-оптимальная скорость на сечение циклона ;
-коэффициент сопротивления ;
-расход газа V = 203598 м3ч = 566 м3с.
Определяем диаметр циклона:
Принимаем стандартный диаметр ДСТ = 15 м.
Площадь сечения циклона диаметром Д = 15 м
Действительная скорость в циклоне
Рис. 27 Схема циклона
Рабочая скорость не отклоняется от оптимальной более чем на ±15%.
Определяем гидравлическое сопротивление циклона
где плотность газа при рабочих условиях на входе в аппарат.
(3.5) где плотность газа при нормальных условиях;
tГ – температура газов на входе в циклон С.
Далее переходим к расчётам по определению степени очистки газов в выбранном нами циклоне из условий известного дисперсного состава пыли табл. 3.
Фракционный состав пыли
По среднему диаметру частиц определяем степень улавливания пыли для каждой фракции и заносим результаты в табл.3. ([1] стр.15 рис. 2.2).
Общая степень улавливания в циклоне
где А В процентное содержание каждой фракции в пыли.
Делаем поправку с учётом диаметра циклона: ([1] стр.15 рис. 2.4).
Делаем поправку общей эффективности циклона с учётом плотности твёрдой фазы: ([1] стр.16 рис. 2.5).
Делаем поправку на фактор скорости и получаем конечную эффектив- ность улавливания пыли циклоном ЦН 15 диаметром 15 метра:. ([1] стр.16 рис. 2.6).
Полученная эффективность больше требуемой. Требуемая эффектив- ность:.
Приступаем к расчёту геометрических размеров циклона:
) диаметр выхлопной трубы: ;
) диаметр пылевыпускного отверстия: ;
) ширина входного патрубка: ;
) высота входного патрубка: ;
) высота цилиндрической части: ;
) высота конической части: ;
) общая высота циклона: ;
) высота установки фланца: ;
) коэффициент сопротивления: ;
) оптимальная скорость газа на сечении цилиндрической части циклона: ;
) действительная скорость газа на сечении цилиндрической части циклона: ;
) гидравлическое сопротивление циклона: ;
) эффективность улавливания пыли в циклоне: .
2. Выбор тягодутьевых машин
Определяющими параметрами для подбора тягодутьевых машин (вентиляторов дымососов газодувок) являются объёмный расход газов и гидравлическое сопротивление технологической линии по которой эти газы перемещаются.
Сопротивление технологической линии определяется как сумма сопротивлений аппаратов и трубопроводов данной линии
Сопротивление аппаратов в нашем случае равно сопротивлению циклона:. Сопротивление трубопровода складывается из потерь по длине и местных сопротивлений
(3.8) где потери по длине;
потери на местные сопротивления.
коэффициент местного сопротивления значения которого приве- дены в таблице 4
Тип местного сопротивления
Плавные перегибы труб на угол 900
Штуцера и переходники для труб
В нашем случае согласно рис. 27 присутствуют 2 плавных перегиба труб на угол 900 2 входа в трубу 2 выхода из трубы и 3 штуцера.
где - коэффициент гидравлических сопротивлений;
- длина участка трубопровода (принимаем );
d – диаметр трубопровода.
Чтобы найти необходимо знать режим движения газа в трубопроводе т.е. найти критерий Рейнольдса (Re)
где динамическая вязкость воздуха (по [4] ).
Таким образом режим движения газа турбулентный
где коэффициент зависящий от диаметра трубы и шероховатости
где - шероховатость трубы;
Для воздухопроводов тогда
Полное давление создаваемое вентилятором должно быть на больше сопротивления технологической линии при заданном расходе среды
По найденному значению давления вентилятора производим его подбор. Выбираем вентилятор центробежный Ц 8 - 23 №125 со следующими характеристиками:
- частота вращения n = 1000 обмин;
-полное давление Р = 2000 Па;
-расход воздуха Q = 32 м3с;
Находим мощность привода вентилятора
где Р полное давление Па;
Q расход воздуха м3с;
Мощность увеличиваем на 20% с учётом пуска вентилятора
Полная мощность привода составляет
В данном курсовом проекте был подобран и рассчитан проект барабанной сушилки с производительностью 16 тч температурой дымовых газов на входе в сушилку 610 0С скорость газов не превышает 16 мс. В сушилке применяется в качестве топлива мазут 60 концентрация пыли на выходе из сушилки 18 гсм3. Для очистки газов от пыли подобран циклон со степень улавливания 933 % и центробежный вентилятор Ц 8 - 23 № 125.
Список использованных источников
1 Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-Л.: Химия 1970.- 623 с.
2 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия 1971.-784с.
3 Левданский Э.И. Расчет промышленных установок для сушки сыпучих и кусковых материалов.-Мн.: БГТУ 1992. - 83с.
4 Карпенков А.Ф. Методическое указания к курсовому проектированию.– Мн.: БГТУ 1980.-19с.
5 Справочник химика.- М.-Л.: Химия 1966 т.5.-973с.
6 Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств.-М.: Машиностроение 1975.-453с.
7 Филоненко Г.К. Лебедев П.Д. Сушильные установки.-М.-Л.: Госэнергоиз-дат 1952.-252с.
8 Левченко П.В. Расчет печей и сушилок силикатной промышленности.-М.: Высшая школа 1968.- 366с.
9 Сиденко Л.М. Измельчение в химической промышленности.- М.-Л: Химия 1977.-367с.
10 Калишук Д.Г. Протасов С.К. Марков В.А. Процессы и аппараты химичес- кой технологии.-Мн.:БГТУ 1992. -41с.
11 Проекты (работы) курсовые. – М.М. Ревяко и др.; под общ. ред. – Р.М. Рябой.- Мн.:БГТУ 2007. – 39с.
12 Плышевский С.В. Кузьменков М.И. Тепловые процессы в технологии силикатных материалов.-Мн.:БГТУ 2006.-331с.
13 Сушильные аппараты и установки. Каталог ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. Изд.3-е.-М. 1975.-640с.
14 Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию.-М.: Химия 1991.-301с.
15 Справочник машиностроителя. Машиностроение1963.-740с.
16 Калишук Д.Г. Процессы и аппараты химической технологии: Учебно-методическое пособие Д.Г. Калишук Н. П. Саевич А. И. Вилькоцкий– Мн.: БГТУ 2011. – 427 с.
17 Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник: в 3 т. А.С. Тимонин – 2-е изд. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой. – 2002. – 3 т.
18 Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок: Учебник для высших технических учебных заведений П.Д. Лебедев – М.-Л.: 1962. – 320 с.