Расчет пневматической трубы-сушилки

 

Содержание

 

Техническое задание…………………………………………………………...….2

Введение……………………………………………………………………………3

1. Пневматическая труба-сушилка……………………………………………….4

1.1 Описание технологического процесса……………………………......5

2 Расчет пневматической трубы-сушилки………………………………..……..7

          2.1 Расчёт  параметров топочных газов при  горении природного газа….7

          2.2 Расчет пневматической трубы-сушилки……………………………..11

2.3 Технологический расчет………………………………………………11

2.4 Материальный баланс…………………………....................................12

2.5 Построение рабочей линии процесса сушки на У-х диаграмме……12

2.6 Тепловой баланс……………………………………………………….14

2.7 Гидродинамический расчет…………………………………………...15

2.8 Расчет диаметра трубы-сушилки…………………………………......17

2.9 Расчет длины трубы-сушилки………………………………………...18

2.10 Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки…………………..19

Заключение……………………………………………………………………….21

Список использованных источников…………………………………………...22

Рисунок 1. Построение рабочей линии процесса сушки на у-х диаграмме…23

Рисунок 2………………………………………………………………………….24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Главная задача лесного  хозяйства - обеспечение непрерывного, неистощительного и рационального  пользования лесом.

В настоящее время, когда  потребность в древесине постоянно  возрастает, особую важность приобретает ее комплексное использование. Удовлетворение потребности народного хозяйства в древесине в ближайшие годы будет осуществляться за счет экономного и наиболее полного использования.

Сушка –  удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей, например летучих органически растворителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью  сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар). Сушке подвергают влажные тела: твердые-коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые и другие (эта группа высушиваемых материалов наиболее распространена); пастообразные; жидкие - суспензии, эмульсии, растворы.

Цель сушки, широко применяемой  в производствах химико-лесного  комплекса, сельском хозяйстве, пищевой, строительных  материалов, кожевенной, легкой и других отраслях народного  хозяйства - улучшение качества веществ и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию и хранению. Данный процесс часто является последней технологической операцией, предшествующей выпуску готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно-тепловыми.

Целью курсовой работы является расчет пневматической трубы-сушилки.

 

1. Пневматическая труба-сушилка

 

Пневматическая сушилка (труба-сушилка) применяется для  сушки мелкодисперсных, кристаллических, волокнистых материалов, стружки, щепы и волокна. Сушка происходит в горизонтальной и вертикальной трубе. Эту сушилку используют как первую стадию с досушкой в других сушилках.

Пневматическая сушилка  представляет собой вертикальную трубу постоянного сечения длиной 10 - 20 м. В один конец трубы (обычно в нижнюю часть) подается влажный материал из бункера питателем. Он подхватывается горячим газом и на проходе через сушилку высушивается. Из трубы газ со взвешенными в нем частицами поступает в циклон для улавливания высушенного продукта. Исследования показали, что в циклон -аппаратах эффективно продолжается сушка. Это позволяет уменьшить длину сушилки. Из трубы должно быть удалено столько влаги, чтобы предупредить налипание материала на стенки циклона.

Скорость газа в трубе  должна быть больше скорости витания (скорости осаждения частиц). Она выбирается в зависимости от размера и  плотности частиц от 10 до 35 м/с. Поэтому  пребывание материала в сушилке  кратковременно, т.к. в трубе-сушилке  газ и материал движутся в одном направлении (прямотоком), такая сушилка эффективна для удаления поверхностной влаги (первый период сушки). Вследствие кратковременности сушки допустимы повышенные температуры теплоносителя даже для термочувствительных продуктов. Простота трубы-сушилки обусловливает рентабельность сушки многих материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Описание технологического процесса

 

Схема трубы-сушилки приведена  на рис. V-36. Влажный материал питателем 4 подается в трубы. Топочные газы из топки 2 поступают в нижнюю часть пневмотрубы 5 и со скоростью, превышающей скорость витания крупных частиц, подхватывают материал и транспортируют его. В процессе транспортировки происходит интенсивная сушка материала. Далее газы и высушенный материал поступают в циклон- пылеотделитель 6, где продукт улавливается, а очищенные газы дымососом 7 выбрасываются в атмосферу. Если сушку проводят при высоких температурах газа, нижнюю часть трубы 5 футеруют жаропрочным бетоном. Для удаления отделившихся от потока крупных комков материала предусмотрен затвор-«мигалка» 3. При сушке веществ, вызывающих эрозию аппаратуры, участок изгиба трубы АВ бронируют специальным материалом. Сушилка работает при разрежении.

Оптимальное значение скорости газов в трубах-сушилках зависит от ряда факторов. Во-первых, скорость газов должна быть больше скорости витания наиболее крупных частиц (это условие является необходимым, но недостаточным). Скорость надежного транспортирования зависит от концентрации материала С (в кг/кг) и от диаметра трубы. Чем выше С, тем больше должна быть скорость транспортирующего воздуха. При одинаковых значениях А скорость газа должна быть тем ниже, чем меньше диаметр трубы.

Особые условия возникают  при транспортировании мелких частиц. По поперечному сечению трубы  материал распределяется в газовом потоке неравномерно, и создается возможность для агрегирования частиц. Этот процесс является самопроизвольным, так как при агрегировании частиц увеличивается сечение для прохода газов в трубе. Если гравитационные силы отдельных частиц и силы давления газового потока, распределенные неравномерно по поверхности частиц, не превышают поверхностные силы их сцепления, то материал транспортируется в агрегированном состоянии. Поэтому обычно наблюдается агрегирование мелких частиц, обладающих большими поверхностными силами сцепления. Такое явление наблюдается в аэрофонтанных установках и в сушилках с кипящим слоем. Скопления и комки образуются в большей мере при малых скоростях газа, близких к границе провала. Для предотвращения возможности агрегирования частиц следует транспортировать материал при больших скоростях газового потока. При транспортировании мелких частиц необходимо принимать скорость газа, в несколько раз превышающую скорость витания крупных частиц. Это обеспечивает надежную транспортировку и, как будет показано ниже, более интенсивную сушку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет пневматический трубы-сушилки

2.1 Расчет параметров топочных газов при горении природного газа

Исходные данные:

Состав природного газа (Шебелинского месторождения) следующий, масс  % [2, таблица 45]: В [3] состав газа отличен.

СН₄ – 93,2; С₂Н₆ – 4,4; С₃Н₈ – 0,8; С₄Н₁₀ – 0,6; С₅Н₁₂ – 0,3; СО₂ = 0,1; N₂ = 0,8.

Параметры наружного воздуха[Екатеринбург, 2, таблица 48]:

Температура: t₀ = 17ºC     

Относительная влажность: φ₀ = 70%

Барометрическое давление: Р = 750 мм.рт.ст.

Влагосодержание наружного  воздуха при t₀ = 17ºC и φ₀ = 70%:

х₀ = 0,622 φ₀ Р_нас. / (Р - φ₀ Р_нас.) = 0,622 ∙ 0,7 ∙ 14,53 / (750 - 0,7 ∙ 14,53) = 0,00855 кг/кг; где Р _нас = 14,53 мм.рт.ст. по t₀ = 17ºC и по таблице ХХХVIII [1] при Р = 750 мм.рт.ст.

Теплосодержание наружного  воздуха при t = 17ºC и х₀ = 0,00855 кг/кг:

J₀ = 1,01 t₀ + (2493+1,97 t₀) х₀  = 1,01 ∙17 +(2493 +1,97 ∙ 17) ∙ 0,00855 = 38,77 кДж/кг

Теплотворная способность сухого газообразного топлива:

Q_н^р = 500,3 ∙ СН₄ + 475,22 · С₂Н₆  + 463,29 · С₃Н₈ + 458,48 · С₄Н₁₀  + 453,45 · С₅Н₁₂  = 500,3 ∙ 93,2 + 475,22 · 4,4 + 463,29 · 0,8 + 458,48 · 0,6 + 453,45 · 0,3 =46627,96 + 2090,968 + 370,632 + 275,088 + 136,035 = 49500 кДж/кг

Q_в^р  = Q_н^р + 2500Σ[(0,09n) / (12m+ n)] + 25 Wp = 49500 + 2500 Σ [(0,09 ∙ 4)] /   (12 ∙ 1 + 4) ∙ 93,2 + [(0,09 ∙ 6)/ (12 · 2 + 6)] · 4,4 + [(0,09 ∙ 8)/ (12 · 3 + 8)] · 0,8 + [(0,09 ∙ 10)/ (12 · 4 + 10)] · 0,6 + [(0,09 ∙ 12)/ (12 · 5 + 12)] · 0,3 + 25 · 0 = 49500 + 2500 [0,36/16] · 93,2 +  [0,54/30] · 4,4 + [0,72/44] · 0,8 + [0,9/58] · 0,6 + [1,08/72] · 0,3] = 49500 + 2500 [2,097 + 0,07792 + 0,01309 + 0,00931 + 0,0045] = 49500 + 2500 · 2,2 = 55000 кДж/кг

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа:

L₀ = 1,39Σ[(m+n/4) / (12m+ n)] С_mН_n = 1,39 [(1+4/4) / (12 ∙ 1+ 4)] ∙ 93,2 + [(2 +   6 / 4) / (12 · 2 + 6)] · 4,4 + [(3 + 8/4) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,8 + [(4 + 10/4) / (12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0,6 + [(5 + 12/4) / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0,3 = 1,39 [(2/16) · 93,2 + (3,5/30) · 4,4 + (6,5/58) · 0,6 + (8/72) · 0,3] = 1,39 (11,65 + 0,513 + 0,0909 + 0,06724 + 0,0333) =                                  = 17,17 ≈ 17,2 кг/кг

Масса сухого воздуха, подаваемого  в топку для сжигания 1 кг природного газа с учетом избытка воздуха α_m:

L_m = α_m L₀ = 1,2 ∙ 17,3 = 20,64 кг/кг

Масса сухого газа, получаемого  при сжигании 1 кг природного газа:

I_cr¹ = 1 + L_m - Σ[(0,09n) / (12m+ n)] С_mН_n = 1 + 20,64 -  [(0,09 ∙ 4) / (12 ∙ 1+ 4)] ∙ 93,2 + [(0,09 ∙ 6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09 ∙ 8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,08 + [(0,09 ∙ 10) / (12 ∙ 4+ 10)] ∙ 0,6 + [(0,09 ∙ 12) / (12 ∙ 5+ 12)] ∙ 0,3= 1 + 20,64 – 2,2 = 19,44 кг/кг

Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха:

d¹ = Σ[(0,09n) / (12m+ n)] С_mН_n + L_m х₀ + 0,01 Wp = [(0,09 ∙ 4) / (12 ∙ 1+ 4)] ∙ 93,2 + 93,2 + [(0,09 ∙ 6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09 ∙ 8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,08 + [(0,09 ∙ 10) / (12 ∙ 4+ 10)] ∙ 0,6 + [(0,09 ∙ 12) / (12 ∙ 5+ 12)] ∙ 0,3 + 20,64 · 0,00855 = 2,2 + 0,1764 = 2,376 при х₀ = 0,00855 кг/кг.

Влагосодержание  топочных газов:

х¹ = х_тг = d¹ / I_cr¹ = 2,376 / 19,44 = 0,122 кг/кг

Количество  компонентов топочных газов, получаемых при сжигании 1 кг природного газа:

l _СО2 = 0,02 СО₂ + 0,0157 СО + Σ [0,44 / (12 m + n)]CmHn = 0,01 ∙ 0,1 + [0.44 / (12 ∙ 1 + 4)] ∙ 93.2 + [0.44 / (12 ∙ 2 + 6)] ∙4.4 + [0.44 / (12 ∙ 3 + 8)] + [0.44 / 12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0.6 + [0.44 / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0.3 = 0.001 + 2.64 = 2.641 кг/кг

1_N2 = 0,768 L_m + 0,01 N₂ = 0,768 ∙ 20,64 + 0,01 ∙ 0.8 = 15,86 кг/кг

Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:

М_cr = I_cr¹ / [1_СО2 /44 + 1_N2 /28] = 19,44 / [2,641/44 + 15,86/28) = 31 кг/кмоль

Средняя теплоемкость сухих топочных газов  при t_mr = 1000 ºС (в топке поддерживается эта температура):

С_cr = (С_СО21_СО2 + С _SО21 _SО2 + С _N21 _N2 + С _О21 _О2) / (1_СО2 +1 _SО2 +1 _N2 +1 _О2) = (1,12 ∙ 2,641 + 1,11 ∙ 15,86) / (2,641 + 15,86) = 20,56 / 18,5 =1,11 кДж/кг∙к

где теплоемкость при t_mr = 1000 ºС [Приложение, таблица 2]

С_СО2 = 1,12 кДж/кг∙к ; N₂ = 1.11 кДж/кг∙к

Средняя теплоемкость природного газа при t = 20 ºС [Приложение, таблица 2]:

С_m = С_СН4 Y _СН4 + С_С2Н6 Y _С2Н6 + С_С3H8 Y _С3H8 + C4H10 ∙ Y _С4Н10 + C₅H₁₂ ∙ Y _С5Н12 = 2,18  ∙ 0,932 + 1,64 ∙ 0,044 + 1,28 ∙ 0,008 + 1,59 ∙ 0,006 + 1,59 ∙ 0,003 = 2,13 кДж/кг∙к

Средняя температура топочных газов на выходе из топки без учета диссоциации углекислого газа и паров воды:

t_mr = (Q_в^р  η_т + С_т t_т + L_m J₀ + w_gi_g – 2500 I_cr¹ х¹ ) / [I_cr¹ (С_cr + 1,97 х¹)] = (47838,9∙0,95 + 2,08∙5 + 19,92∙37,9 + 0 - 2500∙18,77∙0,0032) / [18,77 (1,03 + 1,97∙ 0,0032)] = 2368,23 ºС

где w_g = 0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром.

Температуру топочных газов снижают  до t_тг = 1000 ºС за счет подачи наружного воздуха в топку с целью предотвратить разрушение футеровки топки.

Теплосодержание топочных газов:

J_mr = 1,01 t_тг + (2493+1,97 t_тг) х_тг = 1,01∙1000 + (2493+1,97∙1000) ∙ 0,122 = 1555 кДж/кг

Теплосодержание пара в  составе топочных газов при t₁ = 400ºC:

i_n = r₀ + 1,97 t₁ = 2493 + 1,97∙400 = 3281 кДж/кг

Коэффициент избытка воздуха  при разбавлении топочных газов  воздухом до температуры t₁ = 400 ºС:

α₂ = (Q_в^р  η_т + С_т t_т ) / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) – (1 - Σ[(0,09·n) / (12m - n)] С_mH_n – 0,01 Wp) С_cr t_т /  L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) – ( Σ[(0,09n) / (12m+ n)] С_mH_n + 0,01 Wp) / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) = (55000 ∙ 0,95 + 2,13 ∙ 20) / (17,2(1,11 ∙ 400 + 0,00855 ∙ 3281 – 38,77)) - [1-(0,09∙4) / (12 ∙ 1 + 4)] ∙ 93,2 + [(0,09∙6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09∙8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,8 + [(0,09∙10) / (12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0,6 + [(0,09∙12) / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0,3 – 0,01 · 0] 1,11 · 400/ 17,2 (1,11·400 + 0,00855·3281 – 38,77) - [(0,09∙4) / (12 ∙ 1 + 4)] ∙ 93,2 +  [(0,09∙6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09∙8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,8 + [(0,09∙10) / (12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0,6 + [(0,09∙12) / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0,3 + 0,01 · 0]3281 + 0/ 17,2 (1,11·400 + 0,00855·3281 – 38,77) = 6,12

Количество воздуха, подаваемого  в смеситель на 1 кг природного газа для разбавления до t₁ = 400 ºС:

L_см = L₀ (α₂ - α_m) = 17,2 (6,12 - 1,2) = 84,624 кг/кг

Количество сухой смеси  топочных газов с воздухом на 1 кг природного газа:

I_cr¹¹ = I_cr¹ + L_см =19,44 + 84,624 = 104 кг/кг

Количество  паров воды в смеси топочных газов  с воздухом, полученных при сжигании 1 кг природного газа:

d¹¹ = d¹ + L_см х₀ = 2,376 + 84,624 ∙ 0,00855 = 3,099 кг/кг

Влагосодержание смеси топочных газов с воздухом на выходе из смесителя: