Установка сушильная

 

Федеральное агентство по образованию РФ

 

Уральский государственный лесотехнический  университет

 

Кафедра «Химической технологии древесины»

 

 

 

 

 

 

УСТАНОВКА СУШИЛЬНАЯ

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту 

по процессам  и аппаратам химической технологии

 

УС – 30.00.00 РПЗ

 

 

 

Разработала

Студентка         Сыропятова К.А.

 

Руководитель  проекта:       Старцева Л.Г.

 

Зав. кафедрой:        Юрьев Ю.Л.

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Содержание 4

Введение 5

1 Описание принципиальной технологической схемы 6

2 Расчет топки для сушильной установки 7

3 Расчет и выбор аэрофонтанной сушилки 12

3.1 Технологический расчет 12

3.2 Построение рабочей линии процесса сушки на I-x диаграмме 13

3.3 Тепловой баланс 16

3.4 Гидродинамический расчет 16

3.5 Гидравлическое сопротивление сушилки КС 20

4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования 21

4.1 Расчет газовой горелки 21

4.2 Вентилятор подачи воздуха на горение топлива 22

4.3 Расчет бункера-питателя 23

4.4 Расчет ленточного транспортера 23

4.5 Расчет винтового транспортера 24

4.6 Расчет шлюзового дозатора 25

4.7 Расчет шлюзового затвора 25

4.8 Расчет и выбор вентилятора пневмотранспортной установки 26

4.8.1 Трубопровод от сушилки до циклона-разгрузителя 26

4.8.2 Расчет циклона-разгрузителя 27

4.8.3 Выбор пылевого вентилятора 28

4.9 Расчет и выбор вентилятора дымососа 29

4.9.1 Расчет патрубка с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения 29

4.9.2 Газоход от смесительной камеры до входа в сушилку 30

4.9.3 Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя 31

4.9.4 Расчет группы циклонов 32

4.9.5 Газоход между группой циклонов и дымовой трубой 34

4.9.6 Выбор вентилятора-дымососа 35

5 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ 36

6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 37

Список использованной литературы 38

 

 

Введение

Сушка представляет собой процесс  удаления влаги из твердых влажных  материалов путем её испарения и  отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых материалов и  проводится двумя способами:

первый способ проводится путем непосредственного соприкосновения  сушильного агента с высушиваемым материалом – конвективная сушка.

второй путем нагревания высушиваемого материала тем  или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло – контактная сушка.

Сушка производится также  путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты или инфракрасными  лучами.

В особых случаях применяется  сушка некоторых продуктов в  замороженном состоянии при глубоком вакууме – сушка возгонкой.

По своей физической сущности сушка является сложным  диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги  из глубины высушиваемого материала  в окружающую среду.

Процесс сушки широко используется в химической технологии. Он часто  является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску  готового продукта. При этом предварительное  удаление влаги обычно осуществляется более дешевым механическим способом (например, фильтрованием), а окончательный – сушкой.

Сушилки кипящею слоя применяют в основном для сушки опила и для проведения первой стадии сушки измельченной древесины  до влажности 15 - 20% с последующей  досушкой в сушилках других типов.

По конструкции  различают сушилки КС однокамерные, многоступенчатые (многокамерные) с  перекрестным током сушильного агента, многоступенчатые противоточные, сушилки  с механическими побудителями и  измельчением высушиваемого материала. Сушилки КС делают цилиндрическими  и прямоугольными.

Недостатком однокамерной сушилки КС является смешивание поступающего материала с выходящим, а отсюда неравномерная сушка - проскок  недовысушенного материала в готовый продукт. Однако усреднение влажности продукта происходит во время хранения его на складе или за счет применения многокамерных сушилок. [1].

 

1 Описание принципиальной технологической схемы

Для сушки измельченной древесины используют сушильные  установки непрерывного действия, в  которых процесс сушки совмещается  с перемещением материала.

Влажный материал ленточным  транспортером ТЛ подается в бункер-питатель БП, откуда шлюзовым дозатором ДШ равномерно подается в сушилку кипящего слоя.

В качестве сушильного агента используют топочные газы разбавленные воздухом, получаемы сжиганием природного газа. Природный газ подается в топку через форсунку ГГ. Воздух на горение подается вентилятором В1. Сушильный агент – топочные газы, полученные при сжигании природного газа в топке Т, разбавляются воздухом в камере смешения КС и поступают в сушилку. Высушенный продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором В2 в циклон-разгрузитель ЦР, где происходит отделение сушильного агента от материала. Далее сушильный агент поступает в циклон-очиститель ЦО на доочистку, который вентилятором ВД выбрасывается в атмосферу. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается на транспортер ТВ.

Принципиальная  технологическая схема приведена  на рисунке 1.

Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема

2 Расчет топки для сушильной  установки

Исходные  данные:

Состав  природного газа месторождения республика Коми приведен в таблице 1:

Таблица 1 –  Состав природного газа республики Коми.

Наименование	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	CO2	N2
Состав, % объем., [2, таблица ]	85,9	3,1	1,0	0,4	0,1	0,1	9,4
Плотность компонента ρi, кг/м3	0,71	1,34	1,96	2,59	3,21	1,96	1,25
Состав, % масс. *	76,31	5,16	2,44	1,29	0,40	0,24	14,61
* - плотность природного газа ρпг=0,804 кг/нм3 [2, таблица ]

 

Параметры наружного  воздуха, г. Пермь (лето) [3, таблица XL]:

Температура      t₀= 18 °С

Относительная влажность    φ₀= 72 %

Барометрическое давление    750 мм.рт.ст.=0,99 МПа

Влагосодержание наружного воздуха при t₀= °С, φ₀=  %:

 

где P_нас = 15,48 мм.рт.ст. при t₀= 19,4 °C по таблице XXXVIII [3] при P=750 мм.рт.мт.

Теплосодержание наружного воздуха t₀=18 °С, x₀= кг/кг:

 

 кДж/кг.

Теплотворная  способность сухого газообразного топлива:

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

Принимаем коэффициент  избытка воздуха:

α_m=2,0.

Масса сухого воздуха, подаваемого в камеру горения  топки для сжигания 1 кг природного газа:

 

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

 

 

 

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

 

 

 

Влагосодержание топочных газов:

 

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

 

 

 

 

 

 

Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:

 

 

Теплоемкость  продуктов горения при t_т.г. = 1000 °C [4, таблица 2]:

Ссо₂=1,12; Сsо₂=0,873; СN₂=1,11; Со₂=1,03 кДж/(кг·К).

Средняя теплоемкость сухих топочных газов:

 

 

 

Средняя теплоемкость газа при 18 °С:

 

 

где -теплоемкость компонентов природного газа, кДж/кгК [4, таблица 2];

Y_CmHn – массовая доля компонентов топлива, масс. доли.

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

 

 

= 1099°C,

где - КПД топки; .

w_g = 0 , т.к. газ не распыляется ни воздухом ни газом

Температуру топочных газов снижаем до t_тг=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку, чтобы предохранить футеровку топки от разрушения.

Теплосодержание топочных газов:

 

 кДж/кг.

Теплосодержание паров воды при t₁= 390°C

 

Коэффициент избытка воздуха при разбавлении  топочных газов воздухом до t₁=390 °C при w_g=0; i_g=0:

 

 

 

 

 

 

Количество  воздуха, подаваемого в камеру смешения на разбавление топочных газов до t₁=390 °C:

 

Количество  сухой смеси топочных газов и  воздуха на 1 кг природного газа:

 

Количество  паров воды в смеси топочных газов  и воздуха, полученные при сжигании 1 кг природного газа:

 

Влагосодержание сушильного агента при входе в  сушилку:

 

Теплосодержание сушильного агента на входе в сушилку  при x₁ и t₁:

 

 

Расход природного газа на сушку:

 

где L₁ – расход сушильного агента, кг/с (см. тепловой балласнс)

Принимаем допустимое тепловое напряжение топочного объема [4, таблица 3]:

q_v=500010³ кДж/(м³ч).

 

Объем топочной камеры:

 

Принимаем соотношение  длины к диаметру топки L/D=1,8, тогда:

 

Диаметр топки:

 

Принимаем диаметр  топки 600 мм, тогда длина камеры горения будет равна:

L=1,8D=1,8550=990 мм.

Размеры топки: = 0,235 м³, D= 0,6 м, L= 1,08 м.

 

3 Расчет и выбор аэрофонтанной сушилки

 

Исходные  данные:

Параметры материала:

Материал        сосновый опил

Размер частиц       2×1,7×1,9 мм

Производительность  по сырому материалу   = 0,8 т/ч=0,222 кг/с

Относительная влажность:

начальная       ω₀₁ = 45 %

конечная       ω₀₂ = 22%

Температура влажного материала    θ₁ = 20 °C

Параметры сушильного агента

Сушильный агент – топочные газы, разбавленные воздухом.

Топливо –  природный газ (республика Коми)

Вход в  сушилку:

Температура       t₁ = 390 °C

Влагосодержание       x₁ = кг/кг

Плотность [5, приложение 2]     ρ_t1= 0,508 кг/м³

Выход из сушилки:

Температура       t₂ = 95 °C

Параметры наружного  воздуха:

Температура      t₀ = 18 °C

Влагосодержание      x₀ = кг/кг

Теплосодержание     I₀ = кДж/кг

3.1 Технологический расчет

Характеристики частиц соснового опила:

Объем частицы:

 

Поверхность частицы:

 

Фактор формы:

 

Эквивалентный диаметр частицы:

 

Абсолютная  влажность материала:

на входе  в сушилку:

 

на выходе из сушилки:

 

Средняя влажность:

 

 

Материальный баланс

Производительность  по сырому материалу:

 

Производительность  по испаренной влаге:

 

Производительность  по абсолютно сухому материалу:

 

 

3.2 Построение рабочей линии процесса сушки на I-x диаграмме

 

Параметры наружного  воздуха:

Точка А на I-x диаграмме: x₀= кг/кг; t₀=18 °C; I₀= кДж/кг.

Параметры топочных газов:

Точка К на I-x диаграмме: x_тг= кг/кг; t_тг=1000 °C; I_тг= кДж/кг.

Параметры сушильного агента:

Вход в  сушилку:

Точка В на I-x диаграмме: x₁= кг/кг; t₁=390 °C; I₁= кДж/кг.

Выход из сушилки:

Точка С на I-x диаграмме: t₂=95°C.

Последовательность  построения рабочей линии сушки  на I-x диаграмме:

1. Рабочая линия горения мазута . Находится точка А по x₀=  кг/кг; t₀=18 °C; точку К по x_тг= кг/кг; t_тг=1000 °C.
2. Точка В пересечение линии и линии изотермы t₁=390 °C.

Определяется x₁=0,030 кг/кг и сравнивается с расчетным значением x₁. По расчетам процесса горения мазута x₁= кг/кг. Ошибка при построении точки В: (-0,03)*100/ =1,3 %, что допустимо, т.к погрешность инженерного обычного расчета составляет 5 %.

3. Определяется t_м1 для точки В. Принимаем, что сушка стружки происходит в первом периоде (I₁≈I₂), тогда .
4. Расход тепла на нагревание материала:

 

где - теплоемкость материала при , кДж/кгК [1, таблица 6]

5. Удельный расход тепла на нагрев материала:

 

6. Удельные потери тепла рекомендуется принимать: q_пот=125-250 кДж/кг испаренной влаги. Принимаем:

q_пот=200 кДж/кг влаги.

7. Внутренний тепловой баланс сушилки: