Хімічне обладнення будувництва

Тепловий розрахунок (за аналітичним методом)

1. Розраховуємо витрати повітря L (3) для чого визначаємо наступні величини.

Кількість вологи, що видаляється  в процесі сушки (1)

 кг/год.

Кількість висушеного матеріалу (2)

 кг/год.

Визначаємо параметри  вологого повітря х₀, І₀, І₁. Приймаємо, що при t₀=20°C, р_НО=0,0238 кг/см², відповідно

 кг/кг

тоді тепломісткість (ентальпія) сухого повітря

 Дж/кг сухого повітря;

 Дж/кг сухого повітря.

Визначаємо D для барабанної сушили при q_доб = 0, q_T = 0 за формулами (5) та (6)

.

Витрати тепла на підігрів матеріалу знаходимо за формулою (8)

 Дж/кг вологи.

Втрати тепла сушаркою в навколишнє середовище приймаємо  рівним 8% від корисного затраченого  тепла q_кор (на випаровування вологи та нагрів матеріалу)

,

де І_вп=2608,3 Дж/кг – тепломісткість водяного пару при температурі t₂=60°C.

Тоді

 Дж/кг вологи

та

Дж/кг вологи.

Визначаємо параметри  повітря на виході із сушарки. Із формули (6) отримуємо рівняння

;

,

При розв’язуванні знаходимо І₂=12,26×10⁴ Дж/кг сухого повітря; х₂=0,0238 кг/кг сухого повітря.

Для відносної вологості f маємо

,

де р_Н2 = 0,2031 кг/см² – тиск насиченої водяної пари при температурі t₂ = 60°C.

Витрати сухого повітря

 кг/год,

а питомі витрати повітря

 кг/кг.

2. Кількість тепла, що підводиться в калорифері, визначаємо за формулою (11)

 Дж/год.

Конструктивний  розрахунок. Для визначення діаметру барабана D_б необхідно розрахувати секундні витрати вологого повітря при виході із сушарки. Для цього питомий опір вологого повітря, у якому міститься 1 кг сухого повітря та х кг водяного пару, на виході з барабану при температурі 60°C визначаємо за формулою

 м³/кг;

тоді

 м³/с.

Діаметр барабану

 м,

де w – швидкість повітря при виході із сушарки (щоб запобігти значних витрат приймаємо w =1,26 м/с).

Довжина барабану (13)

 м,

 м³.

За ГОСТ 11875-73 вибираємо  сушарку барабанну СБ 1600-8000. Потужність, що затрачується на обертання барабану, визначаємо за формулою (14), для чого знаходимо величини, що входять до неї. Насипна маса матеріалу r_н=800 кг/м³; приймаємо коефіцієнт s = 0,053. Час перебування матеріалу в барабані (16)

 с;

тут V_б =0,785×1,6²×8=16,1 м³ – об’єм барабану; G_ср – середня маса матеріалу, що проходить через барабан (17).

 кг/с.

Частоту обертання барабану знаходимо за формулою (15)

об/с або

 об/хв,

де приймаємо а = 1,2; a = 2°31` – кут нахилу барабану.

Потужність

 кВт.

Згідно з ГОСТ 11875-73 вибираємо розміри сушарки: діаметр D_б = 1,6 м; довжина L_б = 8 м; товщина стінки s_б = 8 мм; частота обертання барабану n = 1,6 об/хв; потужність електродвигуна 7 кВт. Матеріал барабана – сталь ВСт3сп3 (ГОСТ 380-71). Відстань між бандажами L = 4,7 м. Вага проти точної сушарки без комплектуючих виробів G_б = 0,1399 МН.

Розрахунок  на міцність. За формулою (17) перевіряємо умову міцності барабану. Використовуючи схему (рис. 118, а), визначаємо наступні величини.

Згинальний момент, що діє в небезпечному перерізі барабану від рівномірно розподіленого навантаження (20),

 МН×м;

тут розподілене навантаження

 МН/м,

причому вага матеріалу в сушарці

 МН.

Згинальний момент від  зосередженого навантаження кінцьової  шестерні знаходимо за формулою

 МН×м,

де G_в=0,0077 МН – вага кінцьової шестерні барабана.

Сумарний згинальний момент

 МН×м.

Крутильний момент (22)

 МН×м.

Приведений момент (19)

 МН×м.

Момент опору барабану визначаємо за формулою (23)

 м³.

Напруження

 МПа.

Допустиме напруження s_{зг доп} = 131 МПа. Відповідно, s_зг < s_{зг доп}, тобто умова міцності виконується.

Перевіряємо барабан  на прогин. Прогин від рівномірно розподіленого навантаження визначається за формулою (26):

 м.

де Е = 1,86×10⁵ МПа – модуль повздовжньої пружності; J – осьовий момент інерції для поперечного перерізу барабану, визначається за формулою

 м⁴.

Прогин від ваги кінцьової шестерні розраховуємо за формулою (27)

 м.

Сумарний прогин (25)

 м.

Допустимий прогин визначається за формулою (24)

 м.

Так як f < f_доп, умова міцності барабану на прогин виконується.

Далі розраховуємо бандажі (рис. 118, б).

Реакція опорного ролика (30)

 МН,

де навантаження на один бандаж знаходимо за формулою (31)

 МН,

Причому вага всього барабану

 МН,

де G_бан = 0,00878 МН – вага бандажу (вибирається з таблиць). Приймаємо кількість опор для даного діаметру барабана m =12.

Відстань між двома  опорами (башмаками)

 м.

Максимальний згинальний момент у місці контакту опорного ролика та бандажу визначаємо за формулою (29)

 МН×м.

По нормалі вибираємо  бандаж прямокутного перерізу з розмірами b_б = 0,135 м; h_б = 0б115 м.

Момент опору перерізу бандажа розраховуємо за формулою (28)

 м³.

Напруження, що виникає  у бандажі, знаходимо за формулою

 МПа.

Таким чином, умова міцності на згин бандажа виконується.

Зовнішній діаметр бандажа  приймаємо по таблицям d_б = 1,99 м. Діаметр опорного ролика визначаємо із співвідношення (32):

 м;

Приймаємо d_op = 0,5 м.

За формулою (33) перевіряємо  умову контактної міцності у місці  дотикання ролика та бандажу:

МПа,

що менше s_{с доп}, так як для чавуну s_{с доп}=350 МПа. Умова контактної міцності виконується.

 

Вихідні дані до розв’язку задачі

Варіант	G1, кг/год	w1, %	w2, %	, С	, С	t0, С	t1, С	t2, С	f0, %	P, мм.рт.ст
1	3000	10	1	15	75	20	150	70	70	745
2	2000	15	0,4		80	20	160	75	75	700
3	2500	8	0,5		80	25	165	80	80	800
4	3000	6	0,8		75	25	170	85	85	750
5	1500	12	1,5		75	25	165	90	80	780
6	2500	8	1,2		75	20	160	95	75	700
7	3000	9	1,0		80	20	155	100	70	600
8	2000	15	0,5		86	25	150	95	65	800
9	2400	12	0,8		85	25	145	90	60	754
10	2500	14	1,5		85	20	170	85	65	680
11	2300	9	2,2		85	20	175	80	70	700
12	1900	11	2,0		75	25	185	90	75	745
13	2000	13	1,0		75	25	160	85	80	780
14	2300	6	0,5		65	20	150	70	75	770
15	2500	7	0,6		65	25	165	80	70	800