Рассчитать и спроектировать сушильную установку

1.3.8. Калориферы

 

В зависимости от вида применяемого теплоносителя используются паровые, огневые, электрические и пластинчатые калориферы.

Паровой калорифер применяют  при подогреве воздуха до 150°C. Он состоит из ребристых или пластинчатых трубок, по которым проходит греющий пар, а снаружи - подогреваемый воздух. Концы труб ввальцовываются или ввариваются в стальные доски-решётки. Размеры калорифера зависит от его производительности. Достоинство парового калорифера в небольшом гидравлическом сопротивлении. Недостаток в неравномерном распределении поступающего воздуха, образование застойных зон, в результате чего температура выходящего воздуха оказывается ниже предполагаемой, возможно также загрязнение поверхности со стороны воздуха. КПД парового калорифера приблизительно равен 0,99.

Огневые (газовые) калориферы применяются при нагревании воздуха  до 200-300°C. Смесь воздуха с продуктами сгорания по технологическим причинам нельзя использовать для сушки.

Для нагрева воздуха  используют газовые металлические  подогреватели рекуперативного типа. В них теплообмен между продуктами сгорания и воздухом осуществляется через теплопроводную стенку. Для повышения КПД используют частично возвратно-отходящие газы, но при этом увеличивается расход электроэнергии т.к. возникает необходимость установления дополнительного вентилятора для рецикла газов.

Воздухоподогреватели  с промежуточным теплоносителем применяется, когда из-за особенностей производства недопустимо расположение газовых подогревателей вблизи сушильной установки, при этом воздух должен быть нагрет до высокой температуры. Нагревание воздуха осуществляется с помощью жидкого или парообразного высокотемпературного органического теплоносителя в обычных трубчатых теплообменниках. Достоинства: равномерность обогрева, температура пара зависит только от давления, высокий коэффициент теплоотдачи до 2900 Вт/(м²*К).

Пластинчатый калорифер служит для подогрева воздуха водяным  паром или водой. Основным преимуществом  является компактность и высокая  интенсивность теплообмена, но их применение ограничено небольшими разностями давлений и температур обоих теплоносителей. Область применения – процессы теплообмена между жидкостями.

1.3.9. Топки

 

Топки классифицируются по следующим признакам:

1. по сжигаемому топливу  - газовые и мазутные;

2. по форме - прямоугольные, цилиндрические, циклонные;

3.  по расположению - отдельно стоящие и встроенные;

4. по направлению движения теплоносителя - вертикальные, горизонтальные и угловые;

5. по гидравлическому режиму - напорные и работающие под разреженьем.

Топки должны удовлетворять  следующим требования: обеспечивать полное сжигание топлива и высокую  экономичность его использования, процесс горения должен поддаваться регулированию, должны быть надёжны и просты для монтажа и обслуживания, безопасными в эксплуатации, достаточно дёшевы.

Обычно применяют топочные газы, получаемые при сгорании жидкого  или газообразного топлива. Для получения смеси заданной температуры их разбавляют воздухом.

 

 

1.4. Патентный обзор

 

В последнее время имеется большое  количество различных видов сушильных установок, которые позволяют интенсифицировать процесс сушки и повысить качество получаемого продукта.

 

1.4.1. Сушильный цилиндр с электронагревом.

 

Сушильный цилиндр с электронагревом состоит из корпуса, боковых крышек, секций сопротивлений, расположенных по внутреннему радиусу цилиндра. Отличается тем, что дополнительно введены статорные обмотки двигателя, соединенные через полый вал с клеммой коробкой и намотанные на каркасы, закрепленные с помощью спиц на неподвижном полом валу, проходящем через лицевую крышку и крепящемся на двух станицах. 

 

1.4.2.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обоснование и описание установки

 

В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся  химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термоустойчивостью, содержанием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. В связи с этим выбор рационального способа сушки, типа сушильной установки и конструкции сушильного аппарата представляет собой сложную технико-экономическую задачу. Большинство сушилок, в принципе, имеют схожее применение. Но основным критерием выбора типа сушилки является температурный режим работы, агрегатное состояние высушиваемого материала и его физические и химические свойства. Барабанные сушилки широко применяют для непрерывной сушки, как правило, при атмосферном давлении, кусковых, зернистых и сыпучих материалов, не прилипающих к стенкам и не пылящих. Поэтому для сушки сланца рекомендуется использовать барабанную сушилку, работающую по нормальному сушильному варианту. Она получила наибольшее распространение в промышленности благодаря простоте устройства и эксплуатации.

 Барабанная сушилка (рис. 2.3) имеет цилиндрический сварной барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту, опирающийся с помощью бандажей на ролики. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу. Частота вращения барабана обычно не превышает 5 – 8 мин^-1. Материал подаётся в барабан питателем и поступает на внутреннюю насадку. Насадка, тип которой определяется свойствами высушиваемого материала, обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесный контакт с сушильным агентом при перемешивании. Газовая фаза и материал часто движутся прямотоком, что позволяет избежать перегрева материала.

В сушильном барабане неизбежно происходит частичное  испарение материала. Наиболее мелкие частицы выносятся из барабана потоком газа. Для улавливания последних чаще всего используют циклоны (рис.2.1)

Циклон состоит из вертикального цилиндрического  корпуса 1 с коническим днищем 2 и  крышкой 3.

Запыленный газ поступает  тангенциально со значительной скоростью (20-30 м/с) через патрубок 4 прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запылённого газа движется по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса. Пыль концентрируется вблизи стенок и переносится потоком в разгрузочный бункер. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубу 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.1. Циклон:

1 – цилиндрический  корпус;2 – коническое днище;3 –  крышка циклона;4 – тангенциальный входной патрубок;5 – выхлопная труба.

 

Для транспортировки  больших количеств газа при низких давлениях применяют вентиляторы. На рис. 2.2. представлена схема центробежного вентилятора. В спиралевидном корпусе 1 вентилятора вращается рабочее колесо 2 с большим числом лопаток. Газ поступает по оси колеса через всасывающий патрубок 3, захватывается лопатками и выбрасывается из корпуса через нагнетательный патрубок 4. Рабочие колёса вентиляторов среднего и высокого давления имеют относительно большую ширину, лопатки их загнуты вперёд.

 

Рис.2.2. Центробежный вентилятор:

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3,4 – всасывающие и нагнетающие патрубки

 

Установки, предназначенные  для сжигания топлива без проведения технологических процессов в них, называются топками. Топки подразделяются на отдельно стоящие и встроенные. Отдельно стоящие топки предназначены для сжигания жидкого и газообразного топлива с целью получения теплоносителя необходимых параметров, используемые в различных технологических установках. Топки должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать полное сжигание топлива и высокую экономичность его использования; быть надежными и достаточно простыми для монтажа и обслуживания; быть безопасными в эксплуатации и достаточно дешевыми. По конструкции также подразделяются на прямоугольные, круглые и циклонные. Прямоугольные топки предназначены для сжигания жидкого топлива.

 Принципиальная схема прямоточной барабанной сушильной установки представлена на рис. 2.3.

 

 

Рис.2.3. Принципиальная схема  барабанной сушилки:

1 – дозатор; 2 – циклон; 3 –сушильный барабан; 4 – топка; 5 – промежуточный бункер; 6 – вентилятор.

 

Влажный материал дозатором 1 подаётся во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подается сушильный агент (дымовые газы), образующиеся от сгорания топлива в топке 4, и происходит смешение топочных газов в смесительной камере.  Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер 5, а из него на транспортирующее устройство. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 6. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 2.

При разработке сушильной  установки значительное внимание должно уделяться улавливанию пыли, поэтому в ней предусматривается установка циклона и вентилятора.

На предприятиях химической промышленности актуальным является нейтрализация воздействия химически вредных, агрессивных веществ: кислот, щелочей, ядовитых газов. Большое внимание уделяется пожарной безопасности. Предусматривается особый порядок хранения пожароопасных веществ, их использование, выбор оборудования, обеспечивающего невоспламенение горючих веществ. На любом предприятии необходимо большое количество воды. В процессе производства вода в конечном счете превращается в сточную воду. Основным путем уменьшения количества и загрязненности сточных вод является разработка и внедрение технологических процессов, усовершенствование существующих технологических процессов, разработка и внедрение современного оборудования для очистки и вторичного использования сточных вод.

 

 

3. Расчет основного аппарата

 

3.1. Расчет основных параметров дымовых газов.

3.1.1. Определение теплотворной  способности топлива.

Состав мазута [7]: ; ; ; ; ; . Индексы р, с, г означают соответственно: рабочее топливо, сухая и горючая смесь.

Индексы р, с, г означают соответственно: рабочее топливо, сухая и горючая смесь. Воспользуемся формулами пересчета [3]:

 

%

Теплота сгорания рабочего топлива определяется по формуле  Менделеева (для твердых и жидких топлив).

 ккал/кг Дж/кг топлива.

3.1.2. Определение минимальной  теоретической массы воздуха  для сгорания 1 кг топлива [7].

 

                                            (3.1)

 

кг/кг топлива

3.1.3. Определение коэффициента избытка воздуха.

В действительности требуется  для полного сгорания 1 кг топлива  больше воздуха, чем по теории. Из теплового баланса с учетом температуры дымовых газов

 

 

 

 

 

 

на выходе из топки  получена формула коэффициента избытка воздуха (для твердых и жидких топлив) [11].

 

,                          (3.2)

где

      =0,8 – кпд топки;

      - удельная теплоемкость топлива, ;

      - температура топлива перед сжиганием;

      – удельная теплоемкость дымовых газов (принимаем приближенно равной теплоемкости воздуха при средней температуре дымовых газов);

      =800⁰С – температура дымовых газов на выходе из топки;

      =595+0,47*500=34,76*10³ Дж/кг = 8,3 ккал/кг – теплосодержание водяных паров при температуре дымовых газов на выходе из топки;

        х₀= кг/кг сухого воздуха – влагосодержание атмосферного воздуха для зимних условий г. Минска (по диаграмме Рамзина);

         I₀= Дж/кг сухого воздуха – энтальпия зимнего атмосферного воздуха, нагретого до температуры помещения, принятой 25⁰С (по диаграмме Рамзина).

Для Минска зимняя температура t = -6,8⁰С, относительная влажность φ = 88% [1].

 

 

Действительная масса  воздуха для сжигания 1 кг топлива:

 кг/кг сухого топлива

3.1.4. Определение влагосодержания и энтальпии дымовых газов.

Масса водяных паров в дымовых газах (для твердых и жидких топлив) определяется по формуле:

                                                              (3.3)

 кг/кг топлива

Масса сухих газов (для твердых и жидких топлив):

                                                       (3.4)

 кг/кг топлива

 

Влагосодержание дымовых  газов:

                                                                                              (3.5)

 кг/кг сухого газа.

Энтальпия дымовых газов при t=800⁰С и х₁=0,032 кг/кг сухого воздуха равна I₁= Дж/кг сухого газа (по диаграмме Рамзина).

Параметры дымовых газов на выходе из топки являются начальными параметрами для расчета сушильного барабана: