Распылительная сушилка конструкции НИИСтройкерамика

Содержание

Введение

1 Литературно-патентный анализ

1.1 Основы сушки

1.2 Классификация сушилок

1.3 Выбор класса сушилки

1.4 Патентный анализ

2 Технологический раздел

3 Технологический расчет процесса и конструктивных параметров аппарата

3.1 Исходные данные

3.2 Определение габаритов камеры

3.3 Тепловой расчет

Заключение

Список используемых источников

Приложение А (обязательное)

Введение

Степень износа основных фондов в промышленности достигает 54%. Их ежегодное выбытие составляет 1,7%, при вводе в действие новых - 1,1%, что ведет к старению основных фондов, особенно их активной части. Средний возраст машин и оборудования составляет 17 лет.

Отечественные разработки в области технологий производства эффективных видов строительных материалов, ввиду невозможности предложить потребителю сразу комплектное технологическое оборудование с услугами по его монтажу и пусконаладочным работам, остаются не всегда востребованными. Научно-технический прогресс в российской промышленности строительных материалов основывается на зарубежных научно-технических разработках и закупках импортного технологического оборудования.

Из-за отсутствия финансирования разработка и формирование системы национальных стандартов ведется с отставанием, что сдерживает развитие производства современных высокоэффективных изделий и конструкций и их внедрение в практику строительства.

Решение стоящих задач перед промышленностью строительных материалов, изделий и конструкций необходимо провести в 2 этапа:

а) на первом этапе (20092012 годы) необходимо:

- привлечь необходимые инвестиции для модернизации действующих производств;

- провести обновление основных фондов предприятий промышленности строительных материалов с переходом на более высокий уровень их технического оснащения;

- добиться снижения ресурсоемкости, энергетических и трудовых затрат на изготовление продукции;

- привлечь частные инвестиции и кредиты коммерческих банков, развитие источников внебюджетного финансирования за счет фондовых рынков, доходов

от финансово-хозяйственной и предпринимательской деятельности на основе комплексного программного подхода к организации инвестиций и внедрению инноваций, мобилизации всего залогового потенциала края для ослабления зависимости от ввоза из других регионов продукции и изделий строительного назначения и организации новых производств стройматериалов;

б) на втором этапе (20132020 годы) необходимо:

- обеспечить выпуск конкурентоспособных высококачественных материалов и изделий;

- повысить производительность труда за счет максимальной механизации и автоматизации производственных процессов;

- обеспечить рациональное использование минеральных природных ресурсов и вовлечение в производство техногенных отходов различных отраслей промышленности.

Основными источниками финансирования строительства новых производственных мощностей и модернизации действующих предприятий в 200112014 годах будут являться внебюджетные средства.

Целью данной работы является проектирование экономически выгодной и наименее энергоемкой распылительной сушильной установки непрерывного действия.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

- изучение видов сушильных установок;

- изучение распылительных сушилок и процессов сушки материалов в них;

- рассмотрение технологических схем, в которых используются распылительные сушилки;

- выполнение теплового расчета аппарата и расчета его габаритов;

- проектирование данного аппарата.

1 Литературно-патентный анализ

1.1 Основы сушки

Сушка - термический процесс удаления (испарения) влаги из твердых материалов. В результате испарения влаги с поверхности материала возникает градиент концентраций влаги, являющийся движущей силой внутреннего ее перемещения из глубинных слоев материала к поверхности испарения. Это перемещение влаги сопряжено с нарушением ее связи с твердым материалом и с соответствующей затратой энергии, поэтому скорость (интенсивность) процесса сушки зависит от формы связи влаги с сухим веществом материала [3].

По способу сообщения тепла различают сушилки конвективные, контактные, терморадиационные, сублимационные и высокочастотные. Для сушки минеральных материалов в основном используют конвективные сушилки, в которых тепло для испарения влаги передается материалу от газообразного сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов или их смесью с воздухом) при непосредственном его соприкосновении с поверхностью материала.

В простейшем виде сушильный процесс осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до температуры, предельно допускаемой высушиваемым материалом, однократно используется в сушильном аппарате.

В процессе сушки тепло расходуется не только на испарение влаги, но и на нагревание высушенного материала, транспортных устройств, потери в окружающую среду и потери тепла с отработанным сушильным агентом (воздухом или дымовыми газами). Поэтому снижение потерь тепла является важной технико-экономической задачей при использовании сушилок.

Конвективные сушилки широко применяются в промышленности и осуществляются в следующих наиболее типичных конструкциях: барабанные, распылительные, пневматические и ленточные сушилки. Конструкции этих аппаратов рассмотрены ниже.

1.2.3 Пневматические сушилки

Сушилки этой конструкции используются в основном для удаления поверхностной влаги из сыпучих материалов, таких как песок, дробленые минералы, порошки.

Сушка осуществляется в вертикальной трубе длиной до 20 м. Частицы материала движутся в потоке нагретого воздуха (или топочных газов), скорость которого превышает скорость витания частиц, и составляет от 10 до 30 м/с. В подобных трубах - сушилках процесс сушки длится секунды и за такое короткое время из материала удается испарить только часть свободной влаги.

Расход энергии в пневматических сушилках значителен, причем он снижается с уменьшением размера частиц материала, который не должен превышать 10 мм. Для сушки материалов с крупными частицами, а также для удаления из материала связанной влаги пневматические сушилки комбинируют с сушилками других типов. Таким образом, несмотря на компактность и простоту устройства, область применения пневматических сушилок ограничена условиями, указанными выше.

Тем не менее, пневматические трубы-сушилки используются часто из-за простоты конструкции, к тому же в них сушку продукта можно совмещать с пневмотранспортом. Используются также многотрубные сушилки, трубы-классификаторы для сушки и одновременного разделения материала на две фракции [2].

1.3 Выбор класса сушилки

В данной работе рассматриваются распылительные сушилки.

Распылительная сушилка включает сушильную камеру, газооборудование, вентиляционную систему, систему подачи суспензии, КИП и автоматику.

Сушильная камера представляет собой сварную из 4 - 5 мм металлического листа башню, перекрытую металлической крышкой. Днище камеры выполнено в виде конусного бункера и приварено к корпусу. В производстве керамических плиток для корпуса используется нержавеющая сталь типа Х13 или Х25Т. Снаружи боковая и верхняя поверхность корпуса изолирована минераловатыми плитами толщиной 200 мм, а днище – минераловатыми плитами толщиной 60–100 мм. Покровным слоем теплоизоляции служит тонколистовой металл – алюминий либо оцинкованная сталь. Днище камеры заканчивается центральным отверстием для выпуска порошка. К отверстию крепится течка с лепестковым затвором, уменьшающим подсосы воздуха. В крышке сушильной камеры устроен взрывной клапан в виде мембраны из асбестового картона толщиной 10 мм. Для наблюдения за работой горелок и форсунок в стенах сушильной камеры имеются люки со смотровыми окнами и устройства для освещения рабочего пространства. Снаружи на конусном днище смонтирован один или несколько стандартных вибраторов с возмущающей силой не более 1000 Н. Вибраторы предназначены для кратковременного включения при «зависании» порошка на днище.

Для сжигания газа в стенах сушильной камеры, примерно в середине по высоте, равномерно по периметру установлены газовые горелки. В конусном днище установлен вытяжной зонт для удаления отработанных газов. Вытяжной патрубок зонта подключен к пылеулавливающему циклону, который, в свою очередь, соединен с отсасывающим вентилятором. Сечение зонта 2 м, что обеспечивает небольшой (не более 24%) вынос материала с отходящими газами. Сушилка оборудована системой контрольно-измерительных приборов, показывающих температуру и разрежение в верхней части сушильной камеры,

в выгрузочном конусе, до и после циклонов. Контролируются также давление газа и давление суспензии в нагнетающем трубопроводе. Для распыления суспензии служат механические тангенциальные форсунки, работающие при давлении 12 атм. Диаметр сопел форсунок 2,1 или 1,5 мм.

Форсунки с соплами небольшого диаметра быстрее засоряются. Поэтому большое внимание уделяется очистке суспензии. При совместном помоле пластичных и отощающих материалов суспензию при сливе из мельницы пропускают через вибрационное сито с 400 отв/см2 и при перекачке в расходный бассейн через сито с 900 отв/см2. Соблюдение правил приготовления суспензии и исправность системы ее очистки практически исключают засорение сопел.

Конструктивно распылительная сушилка включает в себя сушильную камеру с днищем и системы: подачи и распыления суспензии, теплообеспечения, отбора и очистки отработанных газов, КИП и автоматики, а также конструкционностроительные элементы.

В соответствии с ГОСТ 1890680 распылительные сушилки общего назначения в зависимости от способа распыления суспензии подразделяются на два типа:

РФ - распылительные сушилки с распылением исходного материала механическими или пневматическими форсунками;

РЦ - распылительные сушилки с распылением исходного материала центробежными форсунками.

Исполнение сушилок может быть: Н – невзрывозащищенное, Ввзрывозащищенное, П – с устройством пожаротушения.

Для изготовления конструкционных элементов сушилки, соприкасающихся в процессе эксплуатации с получаемым порошком или исходной суспензией, могут использоваться материалы следующих групп: У - углеродистые стали и чугун, К - корозионностойкие стали и сплавы, Т - титан и его сплавы, М - цветные сплавы, Э - эмали.

Указанный стандарт устанавливает 6 модификаций распылительных сушилок в зависимости от их конструктивных признаков (места расположения распылителя и подвода теплоносителя, конструкции днища):

1 - с нижним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры;

2 - с верхним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры;

3 - с верхним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя внизу сушильной камеры;

4 - с верхним подводом теплоносителя, плоским днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры;

5 - с верхним подводом теплоносителя, плоским днищем и расположением распылителя внизу сушильной камеры;

6 - с нижним и верхним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры. [3]

Основным недостатком сушилок с верхней подачей суспензии является значительная разница во влажности крупных и мелких гранул, в результате чего крупные частицы прилипают к конусному днищу и препятствуют равномерному выходу порошка из сушилки. При нижней подаче суспензии влажность порошка на различном расстоянии от оси сушилки практически совпадает со средней. Отмеченные недостатки сушилок с верхней подачей суспензии устранены в сушилках с нижней подачей.

Наряду с распылительными сушилками на газообразном топливе используют сушилки на жидком топливе, преимущественно на мазуте. Отличительной особенностью таких сушилок является использование выносной топки, установленной на нулевой отметке, и соединительного трубопровода между топкой и потолком сушилки.

Разработанные конструкции распылительных сушилок имеют следующие особенности:

- применение для распыления суспензии группы близко расположенных друг к другу механических форсунок, работающих под давлением от 0,8 до 1,2 МПа, установленных по оси сушилки снизу вверх, либо установленных сверху и направленных вертикально вниз;

- сжигание газа в металлических туннелях, расположенных внутри сушильной камеры в средней части по высоте;

- отбор отработанных газов в нижней части сушильной камеры через вытяжной зонт;

Указанные особенности создают следующие преимущества.

Сжигание газа внутри сушильной камеры исключает потери тепла топочными устройствами и газоходами, обеспечивает предельно высокую начальную температуру теплоносителя, позволяет вести процесс с минимальным расходом воздуха и как следствие обеспечивает минимально возможные удельные расходы тепла - до 3,18 МДж и электроэнергии – до 0,004 кВт∙ч на 1 кг испаряемой влаги.

Распыление суспензии группой форсунок создает высокую концентрацию материала в объеме факела, позволяет уменьшить размеры сушильной камеры и в связи с этим обеспечивает высокий удельный влагосъем – более 25 кг/(м3∙ч). В связи с небольшим расходом теплоносителя унос высушенного продукта не превышает 4%. Требуемое низкое давление суспензии позволяет применять износостойкие мембранные насосы.

Процесс распылительной сушки принято подразделять на три этапа: распыление массы; тепло- и массообмен между каплями (частицами) массы и окружающей средой; выделение высушенного продукта из потока газов. Такое деление процесса несколько условно, так как нельзя наметить четкой границы между этими этапами вследствие наложения их друг на друга [3].

В наиболее общем случае под распылением подразумевают процесс дробления струи жидкости на большое число капель и распределение этих капель в пространстве. В распылительных сушилках дробление жидкости осуществляется за счет кинетической энергии жидкости (механическое распыление) или кинетической энергии газа (пневматическое распыление).

Весьма сложна динамика движения распыленной струи. Имеются попытки описания ее движения путем решения дифференциального уравнения равновесия сил, действующих на отдельные капли жидкости. Однако полет изолированной капли жидкости не может отразить динамику движения распыленной струи в целом [3].