Расчет барабанной сушилки для сушки песка

Sushilka1111_BN_2-12NU-03 01_2010.dwg

Технические требования
испытании и поставке
аппарата должны выполнятся требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производ-
ственное. Общие требования безопастности";
б) ОСТ 26.291-79. "Сосуды и аппараты стальные
сварные. Технические требования".
Материал деталей корпуса барабанной сушилки -
Сталь 8 Ст 3 сп ГОСТ 380-71.
Сварные соединения должны соответствовать
требованиям ОСТ26-01-82-77 "Сварка в
химическом машиностроении".
Допуск радиального биения поверхностей М и Н
относительно общей оси поверхностей К
Допуск радиального биения поверхности Л
относительно общей оси поверхностей М и Н
Допуск полного торцевого биения поверхностей
Д и Ж относительно общей оси поверхностей
Допуск полного торцевого биения поверхности 3
относительно общей оси поверхностей Л и Н- 2мм.
Не указанные предельные отклонения размеров
Чертеж разработан на основании ОСТ 26-01-437-78.
ТГТУ 240401.308-2013
Корпус барабанной сушилки типа БН
ТГТУ 240401.17.01.000 ВО
ТГТУ 240401.317-2013

Технологическая схема ТГТУ 240401.011 ДЭ.dwg

Условное обозначение
Наименование среды в трубопроводе
Бункер влажного материала
Бункер высушенного материала
Мокрый пылеуловитель
Ленточный транспортер
Вентиль регулирующий
Установка сушильная. Технологическая схема

расчет барабанной сушилки.doc

Технологический расчет сушильной установки3
1. Расчет сушильной установки для зимних условий3
1.1. Параметры топочных газов подаваемых в сушилку3
1.2. Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента6
2. Расчет сушильной установки для летних условий8
2.1. Параметры топочных газов подаваемых в сушилку8
2.2. Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента9
3. Определение основных размеров сушильного барабана10
Технологический расчет вспомогательного оборудования17
1. рукавного фильтра17
2. Расчет вытяжного вентилятора19
Технологический расчет циклона22
Процесс сушки железного колчедана на I-x диаграмме
Сушка – это процесс удаления из материала влаги путем ее испарения и отвода образовавшихся паров.
В большинстве процессов химической технологии сушка является заключительной стадией поэтому очень ответственной в заключительной степени определяющей качество готово продукта и эффективность производства в целом.
Аппараты в которых осуществляется сушка называются сушилками. Барабанные конвективные сушилки различных конструкций находят широкое применение в химической промышленности для сушки кусковых кристаллических и зерновых материалов как правило в крупно тоннажных производствах. Такое положение объясняется следующим: процесс протекает экономично благодаря возможности использования высоких температур воздуха достигается большая производительность единичного аппарата сушилки вполне надежны в эксплуатации.
Технологический расчет сушильной установки.
1. Расчет сушильной установки для зимних условий.
1.1. Параметры топочных газов подаваемых в сушилку.
В качестве топлив используют бутан.
Теоретическое количество сухого воздуха L0 затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива равно:
L0 = 138 (m+(n4) CmHn)(12 m + n)(1)
где составы горючих газов выражены в объемных долях. Подставив соответствующие значения получим:
L0 = 138*( (4 + (104)*1)(12*4 + 10) = 1547 кгкг.
Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов:
Количество тепла Qv выделяющегося при сжигании 1 м3 газа равно:
Qv = 118736 кДж(м3*т).
Плотность газообразного топлива рт:
где М tт — температура топлива равная 20 °С; 0 — мольный объем равный 224 м3кмоль. Подставив получим:
Количество тепла выделяющегося при сжигании 1 кг топлива:
Q = Qvрт = 118736241 = 49268 кДжкг.(3)
Масса сухого газа подаваемого в сушильный барабан в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха α необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси tсм = 300 °С.
Значение α находят из уравнений материального и теплового балансов. Уравнение материального баланса:
где Lс.г. – масса сухих газов образующихся при сгорании 1 кг топлива; СтНп – массовая доля компонентов при сгорании которых образуется вода кгкг.
Уравнение теплового баланса:
где — общий коэффициент полезного действия учитывающий эффективность работы топки (полноту сгорания топлива и т. д.) и потери тепла топкой в окружающую среду принимаемый равным 095; ст – теплоемкость газообразного топлива при температуре tт = 20 °С равная 192 кДж(кг*К); Iо – энтальпия свежего воздуха кДжкг; сc.г = tс.г – соответственно теплоемкость и температура сухих газов: сc.г =105 кДж(кг*К) tс.г = 300 °С; хо – влагосодержание свежего воздуха кгкг сухого воздуха при температуре tо = -19.1 °С и относительной влажности φ0 = 79 %; rо – теплота испарения воды прн температуре 0 °С равная 2500 кДжкг; сп — средняя теплоемкость водяных паров равная 197 кДж(кг*К); (tп — температура водяных паров; tп = tс г = tсм = 300 °С.
Решая совместно уравнения (4) и (5) получим:
Количество влаги выделяющейся при сгорании 1 кг топлива равно:
Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6):
Общая удельная масса сухих газов получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 250 °С равна:
Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:
Влагосодержание газов на входе в сушилку (х1 =хсм) на 1 кг сухого воздуха равно:
Энтальпия газов на входе в сушилку:
Поскольку коэффициент избытка воздуха α 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 – х.
1.2. Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента.
Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W удаляемой из высушиваемого материала:
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
где Δ – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре 1 кДж(кг*К); qдоп – удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру кДжкг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту qдоп = 0; qт – удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами кДжкг влаги; в рассматриваемом случае qт = 0; qм – удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом кДжкг влаги; qм = Gk*cм*(2 – 1)W; cсм – теплоемкость высушенного материала равная 08 кДж(кг*К) [1]; 2 – температура высушенного материала на выходе из сушилки °С. При испарении поверхностной влаги 2 принимают приблизительно равной температуре мокрого термометра tм при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим находим 2 по I – х диаграмме по начальным параметрам сушильного агента: 2 = 64 °С.
Прежде чем приступить к расчетам внутреннего теплового баланса рассчитаем толщину тепловой изоляции и потери в окружающую среду.
Определим необходимую толщину слоя изоляции сушилки внутри которой температура tср. =
Изоляционный материал выбираем совелит для которого коэффициент теплопроводности
где tt средняя температура изоляционного слоя
где t – это температура теплоносителя равная 3000С.
Температура наружной поверхности изоляции не должна быть выше 30 °С (по санитарным нормам).
Примем температуру окружающего воздуха t=15°C и определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению
Удельный тепловой поток
Принимая приближенно что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции можно написать
Толщина слоя изоляции
Так как наш сушильный барабан имеет изоляцию большой толщины то принимаем что потери в окружающую среду практически не совершаются а присутствуют только удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги qп = 226 кДжкг что соответствует примерно 1% тепла затрачиваемого на испарение 1 кг воды.
Подставив соответствующие значения получим:
Запишем уравнение рабочей линии сушки:
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I —х необходимо знать координаты (х и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: х1 = 0017 I1 = 476. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующее значение I. Пусть х = 01 кг влагикг сухого воздуха. Тогда:
I = 537—654*(01—0019) = 484 кДжкг сухого воздуха.
Через две точки на диаграмме I — х с координатами х1 I1 и х I проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2 = 100 °С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t2 находим параметры отработанного сушильного агента: x2 = 014 кгкг.
Расход сухого воздуха:
Расход тепла на сушку:
Расход топлива на сушку:
2. Расчет сушильной установки для летних условий.
2.1. Параметры топочных газов подаваемых в сушилку.
Расчет аналогичен представленному в пункте 1.1.1.
Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6) с учетом влагосодержания свежего воздуха х0 = 00064 при температуре t0 = 19 0С и относительной влажности φ = 54% что соответствует летним условиям:
2.2. Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента.
Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере определим по формуле
где Δ – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре 1 кДж(кг*К); qдоп – удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру кДжкг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту qдоп = 0; qт – удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами кДжкг влаги; в рассматриваемом случае qт = 0; qм – удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом кДжкг влаги; qм = Gk*cм*(2 – 1)W; cсм – теплоемкость высушенного материала равная 08 кДж(кг*К) [1]; 2 – температура высушенного материала на выходе из сушилки °С. При испарении поверхностной влаги 2 принимают приблизительно равной температуре мокрого термометра tм при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим находим 2 по I – х диаграмме по начальным параметрам сушильного агента: 2 = 57 °С.
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I —х необходимо знать координаты (х и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: х1 = 0017 I = 368. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующее значение I. Пусть х = 01 кг влагикг сухого воздуха. Тогда:
I = 368—533*(01—0017) = 323 кДжкг сухого воздуха.
Через две точки на диаграмме I — х с координатами х1 I1 и х I проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2 = 100 °С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t2 находим параметры отработанного сушильного агента: x2 = 0087 кгкг.
В соответствии с тем что топлива на сушку в зимнее время требуется больше дальнейшие вычисления будем вести пользуясь расчетными данными из пунктов 1.1.1. и 1.1.2.
3. Определение основных размеров сушильного барабана.
Основные размеры барабана выбирают по нормативам и каталогам-справочникам [2 3] в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного пространства V складывается из объема Vп необходимого для прогрева влажного материала до температуры при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента) и объема Vс требуемого для проведения процесса испарения влаги т. е. V=Vс + Vп. Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи [4 5]:
где – средняя движущая сила массопередачи кг влагим3; К – 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 К = .
Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи может быть вычислен по эмпирическому уравнению [5]:
где ρср – средняя плотность сушильного агента кгм3; с — теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане равная 1 кДж(кг*К) [1]; – оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом %; Ро – давление при котором осуществляется сушка Па; p — среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане Па.
Уравнение (17) справедливо для значений рср = 06 – 18 кг(м2*с) n = 15 – — 40 обмин = 10 – 25%.
Рабочая скорость сушильного агента в барабане зависит от дисперсности и плотности высушиваемого материала. Для выбора рабочих скоростей ( мс) при сушке монодисперсных материалов можно руководствоваться данными приведенными в таблице 1.
Для полидисперсных материалов с частицами размером от 02 до 5 мм и насыпной плотностью ρм = 800 – 1200 кгм3 обычно принимают скорость газов в интервале 2 – 5 мс. В данном случае размер частиц высушиваемого материала от 15 до 4 мм насыпная плотность 1200 кгм3 [1]. Принимаем скорость газов в барабане = 265 мс. Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане tср = (400 + 100)2 = 250 0С практически соответствует плотности воздуха при этой температуре:
При этом ρср = 28*0645= 18 кг(м2*с) что не нарушает справедливости уравнения (17).
Частота вращения барабана обычно не превышает 2 – 6 обмин; принимаем n = 35 обмин.
Оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом для разных конструкций перевалочных устройств различно. Наиболее распространенные перевалочные устройства показаны на рис. 3. Для рассматриваемой конструкции сушильного барабана = 14 %.
Рисунок 3. типы перевалочных устройств применяемых в барабанных сушилках и степень заполнения барабана :
– подъемно-лопастного = 12%; 2 – то же = 14%; 3 – распределительные = 206%; 4 – распределительные с закрытыми ячейками = 275%.
Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении т. е. при Ро=105 Па. Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.
Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению:
Таблица 1. К выбору рабочей скорости газов в сушильном барабане
Тогда 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 кгм3; – движущая сила в конце процесса сушки кгм3; – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее кгм3.
Средняя движущая сила ΔРср выраженная через единицы давления (Па) равна:
Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем: – движущая сила в начале процесса сушки Па; – движущая сила в конце процесса сушки Па; — давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки Па.
Значения и определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (tм1) и в конце (tм2) процесса сушки. По диаграмме I-х найдем: tм1= 61°С tм2= 58 °С; при этом = 24215 Па = 20458 Па [1]. Тогда
Выразим движущую силу в кгм3 по уравнению (19)
Объем сушильного барабана необходимый для проведения процесса испарения влаги без учета объема аппарата требуемого на прогрев влажного материала находим по уравнению (16):
Объем сушилки необходимый для прогрева влажного материала находят по модифицированному уравнению теплопередачи:
где Qп – расход тепла на прогрев материала до температуры tм1 кВт; К – объемный коэффициент теплопередачи кВт(м3*К); Δtср – средняя разность температур град.
Расход тепла Qп равен:
Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению [5]:
Для вычисления Δtср необходимо найти температуру сушильного агента tx до которой он охладится отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до tм1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:
Средняя разность температур равна:
Подставляем полученные значения в уравнение (21):
Общий объем сушильного барабана V= 104+ 16 = 120 м3.
Далее по справочным данным [2 3] находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.
В таблице 2 приведены основные характеристики барабанных сушилок выпускаемых ; заводом «Комплектмаш» [6]. По таблице выбираем барабанную сушилку БН 3-18 НУ со следующими характеристиками: объем V = 12723 м3 диаметр d = 30 м длина l = 18 м.
Габаритные размеры мм
Определим действительную скорость газов в барабане:
Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м3с) равен:
где хср – среднее содержание влаги в сушильном агенте кгкг сухого воздуха. Подставив получим:
Действительная скорость газов ( м3с) больше принятой в расчетах ( = 28 мс) Если расхождение между принятой и действительной скоростями газов более 15% необходимо повторить расчет внося соответствующие коррективы.
Определим среднее время пребывания материала в сушилке [5]:
Количество находящегося в сушилке материала (в кг) равно:
Зная время пребывания рассчитаем угол наклона барабана [5]:
Если полученное значение α' мало (меньше 05о) число оборотов барабана уменьшают и расчет повторяют сначала.
Далее необходимо проверить допустимую скорость газов исходя из условия что частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса равную скорости свободного витания с в определяют по уравнению [4]:
где ср и рср – вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре; d – наименьший диаметр частиц материала м; Аг = d3рчрсрgср2 – критерий Архимеда; рч — плотность частиц высушиваемого материала равная для аммофоса 5000 кгм3.
Средняя плотность сушильного агента равна:
Тогда скорость уноса:
Рабочая скорость сушильного агента в сушилке (д = 298 мс) меньше чем скорость уноса частиц наименьшего размера с.в = 1348 мс поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем. В противном случае (при д > с.в) уменьшают принятую в расчете скорость сушильного агента и повторяют расчет.
Процесс сушки песка на I-x диаграмме в зимнее время
Процесс сушки песка на I-x диаграмме в летнее время
В данном курсовом проекте разработана сушильная установка на базе барабанной сушилки для сушки железного колчедана в климатических условиях Омск.
Разработана технологическая схема установки с учетом особенностей сушки железного колчедана.
По результатам всех проведенных расчетов сделаны чертежи барабанной сушилки и технологической схемы сушки.
)Основные процессы и аппараты химической технологии Под. ред. Дытнерского. Пособие по курсовому проектированию. – М: Химия 1991.
)Романков П. Г. Фролов В. Ф. Флисюк О. М. Курочкина М. И. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (Примеры и задачи). – СПб.: Химия 1993.
)Лебедев П. Д. Щукин А. А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий М.: Энергия 1970.
)Машины и аппараты химических производств под ред. Чернобыльского И. И М.: Машиностроение 1974
)Справочник химика. М. - Л.: Химия.
)Рысин С. А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. Справочник М.: Машиностроение 1964.
)Справочник по пыле – и золоулавливанию М. И. Биргер А. Ю. Вальдберг Б. И. Мягков и др.: под общей ред. А. А. Русанова – 2 –е изд. перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат 1983.
)Расчет пылеуловителей. В 3ч
Расчет циклонов и рукавных фильтров А. Е Зашуров В. Б. Пономорев Екатеренбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ 2006.
)Каталог «Рукавные фильтры»
)Е. Н Капитонов. Бункеры и затворы. Учебное пособие. ТГТУ Тамбов 1994.
)Лебедев П. Д. Расчет и проектирование сушильных установок. М. – Л.: Госэнергоиздат 1963.
)Методические указания к курсовому проекту «Расчет барабанной сушилки». Составители: Л. А. Демчук В. А. Кирсанов Новочеркасск изд. НПИ. 1987.
)Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учебное пособие для студентов вузов М. Ф. Михалев Н. П. Третьяков А. И. Мильченко В. В. Зобин. Машиностроение 1984