Теплотехнический расчет сушильного барабана

 

 

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ивановский государственный химико-технологический университет

Кафедра ХТТН и СМ

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по теплотехнике

на тему: «Теплотехнический расчет сушильного

барабана»

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработала: Шаталова Е.В.

Руководитель: Захаров О.Н.

 

 

 

 

 

 

Иваново, 2010

 

 

Аннотация

В данном курсовом проекте произведен расчет и спроектирована прямоточная барабанная сушилка для сушки огнеупорной глины. В проекте представлены описание конструкции сушильного барабана и физико-химических процессов, происходящих при сушке, произведены расчеты конструктивных размеров сушильного барабана, горения топлива (газа), приведены тепловой и материальный баланс барабанного сушила, представлен расчет и подбор вспомогательного оборудования.

  Курсовой проект  включает в себя:

30 -  страниц

5   -   таблиц

5   -   рисунков

13 -   использованных  источников литературы 

Содержание

стр.

Введение                                                                                                                    5

1. Теоретические основы процесса сушки                                                     
2. Описание конструкции сушильного барабана                                              
3. Теплотехнический расчет барабанного сушила                                     
1. Исходные данные
2. Определение конструктивных размеров барабана

3. Расчет горения топлива и определение параметров теплоносителя
4. Построение теоретического и действительного процессов сушки на

I –d диаграмме

5. Материальный баланс сушильного барабана, тепловой

расчет сушильного барабана

3.6. Расчет времени сушки материала, частоты вращения и 
мощности привода сушильного барабана 

3.7. Подбор вспомогательных устройств к сушильному барабану   
Заключение 
Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Барабанные сушилки получили наиболее широкое распространение для сушки керамического сырья. Основной частью сушильного барабана является сварной или клепаный металлический цилиндр, внутренняя полость которого служит сушильным пространством. Цилиндр устанавливается с небольшим уклоном выпуклому концу и поддерживается двумя парами опорных роликов, по которым катятся стальные бандажи. Для предотвращения сползания барабана одна из роликовых опор имеет упорные ролики. Корпус  сушильного барабана обоими концами входит в камеры - газовую, через которую горячие газы поступают в барабан, и выгрузочную, через которую отводятся отработанные газы и выгружается высушенный материал.

К газовой камере пристраивают топку, конструкция которой зависит от рода сжигаемого топлива.

Барабанные сушилки выпускаются прямоточные и противоточные. В прямоточных сушилках материалы, дымовые газы движутся в одном направлении, а в противоточных - наоборот.

Сушка глины в сушильном барабане протекает равномерно, если глина равномерно раздроблена и отдельные куски ее равномерно омываются газами.

Сушильные барабаны снабжены различного рода внутренними устройствами, называемыми насадками. Наиболее часто встречающиеся насадки в современных барабанах:

А) ячейковые

Б) подъемно-лопастные

В) промежуточные

Производительность барабана зависит от сушильных свойств материала, параметров газов, поступающих в барабан, и конструктивных особенностей барабана. Начальная влажность глины является величиной известной и постоянной. Конечная же влажность материала диктуется условиями технологического процесса, следующего за сушкой, то есть помола. Необходимо равномерное дробление глины перед сушильным аппаратом на куски не более 40-50 мм, так как с уменьшением размеров кусков увеличивается поверхность испарения по отношению к объему и уменьшается градиент влажности в поперечном сечении самих кусков.

Коэффициент объемного заполнения барабанов обычно не превышает 18-25%

Практический интерес представляет анализ влияния на производительность сушильного барабана числа его оборотов, угла наклона, длины и диаметра, то есть основных конструктивных показателей.

Число оборотов и угол наклона сушильного барабана определяют скорость продвижения материала, или время пребывания материала внутри барабана при данной длине последнего.

При вращении барабана достаточен самый незначительный уклон, чтобы заставить материалы перемещаться. Из конструктивных соображений барабаны устанавливают под углом наклона около 5 градусов при числе оборотов в пределах от 3-х до 9-ти в 1 минуту. По практическим наблюдениям время пребывания глин в сушильных барабанах равно 20-30 минут.

Проанализируем вопрос о расходе тепла на сушку в сушильных барабанах. Обследование действующих промышленных установок показывает подсчитанный по топке расход тепла на I кг испаренной влаги.

Значительное влияние на расход тепла оказывает начальная температура газов, поступающих в барабан. Снижение начальной температуры газов увеличивает расход тепла на 1 кг испаренной влаги. Наряду с этим резко возрастает расход газов.

Можно утверждать, что на большинстве заводских сушильных барабанов с высоким расходом тепла одним из главных источников этого перерасхода являются топки. Потеря тепла в топке зависит от типа последней, рода применяемого топлива и условий эксплуатации.

1.Теоретические  основы процесса сушки

Сушка представляет собой процесс тепловой обработки материала для уменьшения влаги путем ее испарения.

При испарении влага, содержащаяся в материале, переходит из жидкой фазы в газообразную,  которая в виде водяных паров заполняет окружающее пространство. Как известно, такое фазовое превращение сопровождается поглощение тепла, поэтому для сушки материала требуется подвод тепловой энергии. Для испарения влаги недостаточно иметь только источник тепловой энергии, необходимы также условия перехода водяных паров с поверхности материала в окружающую среду.

Интенсивность испарения влаги зависит от разности парциальных давлений пара на поверхности материала и окружающей среды и от притока тепла к поверхности материала. При сушке создается разность концентрации влаги на поверхности и во внутренних слоях материала. При наличии источника тепла протекает не только процесс испарения влаги, по и процесс нагрева материала от поверхности к центру. Следовательно, при сушке протекают сложные практические, а в некоторых  материалах и химические изменения, связанные с процессами удаления воды (влагообмен), связанные с изменением теплосодержания и влагосодержания как материала, так и окружающей среды.

В процессе сушки тепло к поверхности материала при внешнем обогреве может передаваться излучением или теплопроводностью от нагретой поверхности, или конвекцией от горячих газов и нагретого воздуха. Графическую зависимость влагосодержания материала от времени называют кривой сушки, а скорость сушки от времени - кривой скорости сушки. Кривую скорости сушки представим в координатах  «влагосодержание - время сушки» на рис. 1.

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

Из графика следует, что процесс сушки состоит из трех характерных периодов: первый период - период постоянной скорости сушки, второй - период падающей скорости сушки, третий - период равновесного состояния.

В начальный период сушки  τıʹ ( кривая 1 ) материал нагревается от температуры tₒ до температуры насыщенного воздуха, которая определяется показанием мокрого термометра t . Температура окружающей среды останется постоянной в течение всего времени сушки. Она равняется температуре сухого термометра tс (прямая 5 ) влагосодержание материала в начальный период мало изменяется от  Vₒ  до Vı) (кривая 6 ), а скорость сушки скачкообразно возрастает от нуля до  mʹ (кривая 9).

В момент времени τı температура материала равна показанию мокрого термометра tм . В течение некоторого времени (от τıʹ до τı ) она остается постоянной (прямая 2),  как и скорость сушки (прямая 10). Влагосодержание при этом убывает по прямой 7.

Первый период является главным, так как при этом из влажного материала удаляется большая часть воды путем ее испарения с поверхности.

Второй период сушки ( от τı до τ2) - начинается с перегиба кривой скорости, при котором влагосодержание материала называют критическим Vkp. Скорость сушки падает по кривой 8, а температура на поверхности материала ( кривая 3 ) увеличивается быстрее, чем в его центре ( кривая 4 ). Температура поверхности материала по мере высыхания в этот период поднимается до температуры сухого термометра.

Наконец в третьем периоде сушки температура материала остается постоянной и примерно равной температуре теплоносителя; удаление воды из материала почти не происходит. Процесс сушки заканчивается, когда влагосодержание материала уменьшается до равновесного Vр, а его температура становится равной показанию сухого термометра tс. Скорость сушки при этом снижается до нуля.

При переменной температуре сушильного агента общая картина изменения влагосодержания и времени сушки материала остается примерно такой же, однако резких

границ между периодами в этом случае нет.

 

2.Описание конструкции сушильного барабана

Барабанные сушилки относят к группе сушилок непрерывного действия. Они получили большое распространение для сушки кусковых и сыпучих материалов - глины, песка, известняка, и прочее. Этот тип сушильных установок отличается надежностью в работе, легкостью управления с применением автоматики, быстрым вводом в режим после остановок, возможностью использования разнообразных видов топлива Принципиальная схема сушильного барабана представлена рис. 2.1

 

 

1- бункер; 2-питатель; 3-сушильный барабан; 4-смесительная  камера; 6,7,11-вентиляторы; 8-промежуточный бункер; 9-ленточный транспортёр; 10-циклон; 12-зубчатая передача.

Рис. 2.1. Принципиальная схема сушильного барабана

 

 

Основным аппаратом сушильной установки является сушильный барабан, установленный на опорах под углом 3 - 6 ° к горизонту и вращающийся от специального привода. Привод барабана состоит из венцового колеса, подвешенной шестерни и редуктора, соединенного с электродвигателем. Число оборотов барабана обычно не превышает 5-8 мин ¯1.

Опорные устройства барабанных сушилок состоят из бандажей, надетых на корпус и роликов, установленных на фундаменте. Бандажи выполнены в виде массивных литых или кованных стальных колец со сплошным сечением прямоугольной формы. Каждый бандаж опирается на пару опорных роликов. Для удержания барабана в осевом равновесии применяют упорные ролики с гидроцилиндрами. К каждому бандажу подводится только один упорный ролик для восприятия осевых усилий бандажа, направленных в сторону его уклона. Для предотвращения осевого смещения барабана, один из его бандажей упирается боковой поверхностью в упорный ролик. Жесткость конструкции достигается плотной насадкой на корпус барабана в местах установки бандажей подбандажных обечаек, к которым приваривают прокладки в виде стальных пластин.

Внутри барабан снабжен насадками в виде ячеек или полок, служащих для равномерного распределения газов по сушильному пространству барабана. При вращении барабана материал движется самотеком от верхнего загрузочного конца к нижнему -выгрузочному. За время его движения заканчивается процесс сушки. Один конец барабана соединен через смесительную камеру с источником теплоты - топкой, в которой происходит сжигание топлива. Продукты горения топлива смешиваются с холодным воздухом в смесительной камере для получения требуемой температуры. Противоположный конец барабана входит в выгрузочную камеру, присоединенную в своей верхней части к пылеосадительным и вытяжным устройствам - циклонам и дымососу, с помощью которых удаляются отработанные газы.

Для уменьшения газообмена с окружающей средой оба конца корпуса барабана снабжают уплотнительными устройствами, которые устанавливают для перекрытия кольцевых щелей между корпусом барабана и стенками смесительной (загрузочной) и приемной (разгрузочной) камер.

Разряжение в холодном конце барабана значительно больше, чем в горячем поэтому уплотнительные устройства холодного конца должны быть плотнее, чем горячего. Распространенным уплотнительным устройством холодного конца является прорезиненная лента, прижатая концом к холодному концу барабана.

Большинство сушильных барабанов работает по принципу прямотока, позволяющего интенсифицировать теплообмен при подаче в сушилку более горячих газов. внутри барабана обычно устанавливают теплообменные устройства для лучшего перемешивания материала и удлинения пути его движения. Они способствуют увеличению контакта высушиваемого материала с сушильным агентом и тем самым также интенсифицируют теплообмен. Теплообменные устройства могут быть лопастными или ячейково - секторными. Для повышения равномерности сушки кусковой глины, особенно в зимнее время, некоторые заводы оснащают барабаны навеской цепей, измельчающих материал и ускоряющих теплообмен.