• RU
  • icon На проверке: 3
Меню

Сушилка кипящего слоя для высушивания влажного фосфорита нагретым воздухом

  • Добавлен: 25.10.2022
  • Размер: 1 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Сушилка кипящего слоя для высушивания влажного фосфорита нагретым воздухом

Состав проекта

icon
icon
icon расчет.doc
icon Сушилка кипящего слоя-Model.jpg
icon Сушилка кипящего слоя.dwg

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon расчет.doc

Технологический расчет основного аппарата9
1Материальный баланс сушилки9
2 Тепловой баланс сушилки9
3 Расчет скорости газов в сушилке и диаметр аппарата13
5 Расчет гидравлического сопротивления сушилки21
Технологическая схема сушки в псевдоожижженном слое23
Список использованной литературы26
Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов и проводится двумя основными способами:
- путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха топочных газов) с высушиваемым материалом конвективная сушка;
- путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку проводящую тепло контактная сушка.
Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты или инфракрасными лучами.
При постоянных условиях коэффициент массопередачи и движущая сила остаются постоянными поэтому интенсифицировать процесс сушки можно за счет увеличения поверхности контакта фаз. Для сыпучих мелкозернистых материалов этого можно достичь в сушилках с псевдоожиженным (кипящем) слоем.
В кипящем слое происходит быстрое выравнивание температур твердых частиц и сушильного агента и достигается весьма интенсивный тепло- и массообмен между твердой и газовой фазами в результате этого сушка заканчивается в течении нескольких минут.
При сушке в кипящем слое в качестве сушильных агентов применяют топочные газы и воздух сушку проводят в аппаратах непрерывного и периодического действия причем непрерывная сушка производится в одноступенчатых и многоступенчатых сушилках. В последнем случае достигается повышенная степень использования тепла сушильного агента.
Сушилки с кипящим слоем являются одним из прогрессивных типов аппаратов для сушки. Процесс в кипящем слое позволяет значительно увеличить поверхность контакта между частицами материала и сушильным агентом интенсифицировать испарение влаги из материала. Сушилки с кипящим слоем в настоящее время успешно применяют в химической технологии не только для сушки сильносыпучих зернистых материалов (например минеральных и органических солей) но и материалов подверженных комкованию например для сульфата аммония поливинилхлорида полиэтилена и некоторых других полимеров а также пастообразных материалов (пигментов анилиновых красителей) растворов расплавов и суспензий.
Аппараты с псевдоожиженным слоем зернистого материала получили широкое распространение в химической и других отраслях промышленности. Они отличаются большим разнообразием как по конструкции так и по гидродинамическим и тепловым режимам работы. Их можно классифицировать следующим образом:
- по количеству зон однокамерные и многокамерные;
- по характеру движения материала - с направленным и ненаправленным движением от места загрузки материала к месту его выгрузки;
- по использованию теплоносителя однократное и многократное;
- по конфигурации сушильной камеры – круглые прямоугольные и т.д. Достоинства сушилок с кипящим слоем:
- интенсивная сушка;
- возможность сушки при высоких температурах которые могут превышать допустимые для данного материала вследствие кратковременности его соприкосновения с сушильным агентом;
- высокая степень использования тепла сушильного агента;
- возможность автоматического регулирования параметров процесса. Недостатки таких сушилок:
- непригодность для сушки материалов плохо поддающихся псевдоо-жижению (например с высокой влажностью с крупными размерами частиц);
- высокое гидравлическое сопротивление;
- истирание и значительный унос твердых частиц.
Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия но в сушилках этого типа с цилиндрическим корпусом наблюдается значительная неравномерность сушки обусловленная тем что при интенсивном перемешивании в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его среднего значения. Поэтому применяются сушилки с расширяющимся кверху сечением например коническим. Скорость газа внизу камеры должна превышать скорость осаждения самых крупных частиц а вверху быть меньше скорости осаждения самых мелких частиц. При такой форме камеры достигается более организованная циркуляция твердых частиц которые поднимаются в центре и опускаются (в виде менее разреженной фазы) у периферии аппарата. Благодаря снижению скорости газов по мере их подъема улучшается распределение частиц по крупности и уменьшается унос пыли. Это в свою очередь повышает равномерность нагрева (более мелкие частицы поднимающиеся выше находятся в области более низких температур) и позволяет уменьшить высоту камеры.
Цель курсовой работы рассчитать и спроектировать сушилку с псевдоожиженным слоем для высушивания влажного фосфорита нагретым воздухом.
Рассчитать и спроектировать сушилку с псевдоожиженным слоем для высушивания влажного фосфорита нагретым воздухом при следующих условиях:
Производительность сушилки по высушенному
материалу GK = 183 кгс
Содержание фракций частиц в материале:
- диаметр от 100 до 85 мм – 30 %
- диаметр от 85 до 43мм – 70 %
Влажность фосфорита:
- начальная wН = 160%
Температура влажного материала 1 = 20 С
Давление в сушилке атмосферное
Температура воздуха после калорифера t1=137 С
Удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги qп = 218 к Джкг (что соответствует примерно 1% тепла затраченного на испарение 1 кг воды).
Параметры свежего воздуха:
- температура t0 = 20 С
- относительная влажность φ0 = 72 %
Разработать технологическую схему сушки.
Технологический расчет основного аппарата
1Материальный баланс сушилки
Для определения количества влаги удаляемой из высушиваемого материала записываем:
–уравнение материального баланса по исходному материалу:
где – производительность сушки по влажному материалу кгч;
–уравнение материального баланса по абсолютно сухому веществу:
Решаем совместно уравнение (1) и (2) и получаем уравнения для определения расхода удаляемой влаги (3):
2 Тепловой баланс сушилки
Принимаем температуру отработанного воздуха t2 = 60 oC. Тогда температура материала в псевдоожиженном слое будет в пределах 58 oC.
Исходя из принятой модели полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое считаем температуру высушенного материала равной температуре материала в слое т.е 2 = 58 оС.
Составляем уравнение внутреннего баланса сушилки (4):
где – разность между удельным приходом тепла и расходом тепла непосредственно в сушильной камере кДжкг влаги;
кДжкг влаги – теплоёмкость влаги во влажном материале при температуре 1 = 20 оС;
– удельный дополнительный подвод тепла кДжкг вл (при работе сушилки по нормальному сушильному варианту );
– удельный дополнительный подвод тепла в сушилку с транспортируемыми средствами кДжкг · вл ();
– потеря тепла в окружающую среду кДжкг влаги;
– примем потерю тепла в окружающую среду 10 % от q
(5) – удельный подвод тепла с материала;
кДжкг · гр – теплоёмкость фосфорита.
Соответственно потери тепла в окружающую среду (по заданию):
Подставляем соответствующие значения в уравнение (4):
Запишем уравнение рабочей линии сушки (6):
Для построения рабочей линии на I-х диаграмме рисунок 1 необходимо знать координаты (I и х) минимум двух точек. По известным параметрам to = 20 oC и φo = 72 % (т.А) по диаграмме Рамзина находим влагосодержание и энтальпию свежего воздуха:
хo = 0012 кДж· вл. кг. сух. возд.
Io =49 кДж кг. сух. возд.
При нагревании воздуха в калорифере до температуры t1 = 137 oC его энтальпия увеличивается до I1 = 170 кДжкг. (т.В)
Так как нагрев воздуха осуществляется через стенку влагосодержание воздуха остается постоянной: х1 = хо.
Рисунок 1 – Диаграмма Рамзина для влажного воздуха
(для температур от -10°С).
Для определения параметров отработанного воздуха необходимо на I -х диаграмме рисунок 2 построить рабочую линию сушки. Задаемся произвольным значением х и определим соответствующее значение I.
х = 002 кг. вл. кг. сух. возд.
Через две точки на I-х диаграмме рисунку 2 с координатами на х1–I1 и х–I проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2 = 60 oC. В точке пересечения линии сушки с изотермой t2 находим параметры отработанного сушильного агента:
Находим расход сухого воздуха по уравнению (7):
Определяем среднюю температуру воздуха в сушилке по уравнению (8):
Среднее влагосодержание в сушилке находим по уравнению (9):
Среднюю плотность сухого воздуха и водяных паров рассчитываем по уравнению (10):
где М – молекулярная масса газа кгкмоль;
Т – абсолютная температура К.
Средняя объемная производительность по воздуху рассчитывается по формуле (11):
3 Расчет скорости газов в сушилке и диаметр аппарата
Рассчитываем фиктивную скорость (т.е отнесенную к полному сечению аппарата) начала псевдоожижения высушиваемого материала по уравнению (12):
где Re – критерий Рейнольдса;
ср = 215 × 10-5 Па × с – вязкость воздуха при средней температуре (99 oC).
– эквивалентный диаметр частиц;
m – содержание i-фракции.
Критерий Рейнольдса рассчитываем по формуле (13):
Критерий Архимеда рассчитываем по формуле (14):
где ρГ – плотность частиц фосфита натрия кгм3.
Рассчитываем критерий Рейнольдса по уравнению (13):
Скорость начала псевдоожижения находим по уравнению (12):
Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания наиболее мелких частиц.
Рассчитываем эту скорость по уравнению (15):
Определяем критерий Архимеда для частиц наименьшего диаметра высушиваемого материала:
Вычисляем скорость свободного витания по уравнению (15):
Рабочую скорость сушильного агента выбирают в пределах от п.с. до с.в. Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения Кпр находящегося по формуле (16):
Так как предельное число псевдоожижения Кпр меньше 20 ÷ 30 то значение рабочего числа псевдоожижения К рекомендуется выбирать от 15 до 3.
Для данного случая берем К = 15. Число псевдоожижения определяется отношением:
где – рабочая скорость сушильного агента то:
Диаметр сушилки определяем из уравнения неразрывности (19):
где D – диаметр решетки сушилки.
4 Расчет высоты псевдоожиженного слоя
Высоту псевдоожиженного слоя высушиваемого материала можно определить на основании экспериментальных данных по кинетике массо- и теплообмена.
Из решения совместно уравнений материального баланса и массоотдачи получаем уравнение (21):
где W – производительность сушилки по испарившейся влаги кгс;
– коэффициент массоотдачи мс;
S – поперечное сечение сушилки м2;
х и х* – рабочее и равновесное влагосодержание воздуха кг. вл. кг. сух. возд.;
F – поверхность высушиваемого материала м2.
Считая частицы высушиваемого материала шарообразными выразим поверхность высушиваемого материала dF через параметры псевдоожиженного слоя и получим уравнение (22):
где h – высота псевдоожиженного слоя м;
– порозность слоя м3 м3.
Разделяя измененные и интегрируя полученное выражение при условии постоянства температуры частиц по высоте слоя получаем равенства (23):
Равновесное содержание влаги в сушильном агенте х* определяем по I-х диаграмме как абсциссу точки пересечения рабочей линии сушки с линией постоянной относительной влажности φ = 100 %.
Величина х* =0049 кгкг.
При этом левая часть уравнения (23) равна:
Вычислим критерий Рейнольдса по значению рабочей скорости:
Порозность псевдоожиженного слоя при значении рабочей скорости вычисляется по формуле (25):
Коэффициент массоотдачи определяют на основании эмпирических зависимостей.
При испарении поверхностной влаги он рассчитывается из диффузионного критерия Нуссельта :
Для определения диффузионного критерия Нуссельта используем критериальное уравнение (27):
где – диффузионный критерий Прандтля;
D – коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре tср = 80 оС в сушилке.
Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при 20оС равен:
D20 = 219 × 10-6 м2с; [3; табл. XLII].
Для средней температуры в сушилке коэффициент диффузии рассчитываем по формуле (28):
Вычисляем критерий Прандтля:
Уравнение (29) решим относительно коэффициента массоотдачи:
Подставляя вычисленные значения в уравнения (18) определим высоту псевдоожиженного слоя высушиваемого материала:
Проверим правильность определения величины h по опытным данным для теплоотдачи в псевдоожиженных слоях. Прировняем уравнение теплового баланса и уравнение теплоотдачи:
где с – теплоёмкость воздуха при средней температуре кДжкг × гр.; [3; табл. IV];
a – коэффициент теплоотдачи вт м2 × гр.;
tм– температура материала.
Сделав приведенные выше преобразования получим уравнение (31):
Сначала определим высоту псевдоожиженного слоя необходимую для испарения поверхностной влаги материала.
В уравнение (31) высота псевдоожиженного слоя h является той же самой величиной что и в уравнении (23).
Принимая модель полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое можно считать температуру материала равной температуре мокрого термометра. Расчет ведем по I-х диаграмме.
Коэффициент теплоотдачи определяемый на основании эмпирической зависимости (32):
где – критерий Нуссельта;
– критерий Прандтля.
Решим уравнение (33) относительно a:
где [3; табл. XХХ] – коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре tср = 99 оС.
Подставляем исходные данные в уравнение (33) и определяем коэффициент теплоотдачи:
Псевдоожиженного слоя необходимую для испарения влаги:
Сравнивая величины рассчитанные на основании опытных данных по массоотдаче (h = 004 м) и по теплоотдаче (h = 0035 м) можно заключить что они удовлетворительно совпадают.
Опыт работы сушилок с псевдоожиженным слоем показывает в первый период сушки (удаление поверхностной влаги) гидродинамически стабильная высота обычно значительно превышает рассчитанную по кинетическим зависимостям.
Установлено что высота слоя Н должна быть приблизительно в 4 раза больше высоты зоны гидродинамической стабилизации слоя Нст т.е.Н » 4× Нст.
Высота стабилизации определяется величиной принятого диаметра отверстий распределительной решетки do:
Соответственно: Н » 80do.
Выбираем диаметр отверстий do » 110 м.
Тогда высота псевдоожиженного слоя:
Н = 80 ×105 × 10-3 = 084 м.
Число отверстий n в трубной решетке определяют по уравнению (34):
где S – сечение распределительной решетки.
Fc – доля живого сечения решетки принимаемая в интервале от 002 до 01.
Принимаем долю живого сечения Fc = 005 и тогда:
Рекомендуется применять расположение отверстий в распределительной решетке по углам равносторонних треугольников. При этом поперечный шаг и угольный шаг вычисляют из соотношения:
Соответственно определяем:
Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем принимают в 4 ÷ 6 раз больше высоты псевдоожиженного слоя.
5 Расчет гидравлического сопротивления сушилки
Гидравлическое сопротивление сушилки равно сумме гидравлических сопротивлений псевдоожиженного слоя и решетки :
Сопротивление слоя находят по уравнению (39):
Для удовлетворительного распределения газового потока необходимо соблюдать определенные соотношения между гидравлическими сопротивлениями слоя и решетки. Минимально допустимое гидравлическое сопротивление решетки вычисляется по формуле (40):
Порозность неподвижного слоя принимаем равной о = 04.
Гидравлическое сопротивление выбранной решетки определяем по уравнению (41):
Коэффициент сопротивления решетки = 15.
Значение превышает минимально допустимое гидравлическое сопротивление решетки.
Общее гидравлическое сопротивление сушилки:
Технологическая схема сушки в псевдоожижженном слое
На рисунке 2 показана принципиальная схема производства сушки.
– транспортер; 2 – бункер; 3 – питатель; 4 – подогреватель; 5 – камера;
– циклон; 7 – батарейный циклон; 8 – дымосос; 9 – вентилятор
Рисунок 2 – Схема сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем
Влажный материал подается транспортером поз. 1 в приемный бункер поз. 2 и питателем-забрасывателем поз. 3 распределяется на поверхности слоя. Вентилятором поз. 9 воздух направляется в подогреватель поз. 4. Нагретый воздух поступает в подрешеточное пространство камеры поз. 5 и выходя с большой скоростью из отверстий газораспределительной решетки псевдоожижает находящийся на ней слой высушенного продукта. Высушенный продукт разгружается непрерывно через отверстие находящееся на уровне решетки (в других установках разгрузка производится через переливное устройство расположенное на уровне слоя). Разгрузка на уровне решетки способствует выводу крупных комков. Сухой материал поступает на ленточный транспортер. Мелкая фракция выделенная в системе циклонов (обычно поз. 6 и батарейном поз. 7) вертикальным шнеком подается из сборника к месту загрузки и смешивается с влажным материалом. Окончательная очистка отходящего из сушильной установки греющего агента осуществляется в мокром скруббере перед которым установлен дымосос поз. 8.
В соответствии с заданием была рассчитана и спроектирована сушилку с псевдоожиженным слоем для высушивания влажного фосфорита нагретым воздухом.
Были определены следующие размеры:
диаметр сушилки 21 м.
высота псевдоожиженного слоя 084 м.
высота сепарационного пространства 42 м.
Список использованной литературы
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: «Химия» 2008 г.
Борисов Г.С. Брыков В.П. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. – М.: «Химия» 2009 г.

icon Сушилка кипящего слоя.dwg

Сушилка кипящего слоя.dwg
Сушилка кипящего слоя
Техническая характеристика
Давление в сушилке - атмосферное.
Производительность сушилки Gк - 1
Содержание фракций частиц в материале:
Влажность фосфорита: начальная - 16
Температура воздуха после калорифера - 137 °С.
Сушилка кипящего слоя
Вход влажного материала
Выход высушенного материала
Технические требования
Материал аппарата - сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.
Аппарат испытывать на прочность и плотность гидравлически в горизонтальном положении под давлением - 0
МПа; в вертикальном положении - наливом.
Сварные соединения должны соответствовать требованиям ОСТ 26-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении
Сварные швы в объеме 100% контролировать рентгенопросвечиванием.

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 19 часов 25 минут
up Наверх