Проект сушильной установки непрерывного действия

На рисунке 1 отражена технологическая  схема процесса сушки сульфата аммония.

 

Рисунок 1 – Технологическая схема процесса сушки сульфата аммония

 

Влажный материал (нитрат калия) поступает из бункера БН1 по трубопроводу в сушильный барабан. Бункер БН1 снабжен питателем П1. Разработанная установка – установка непрерывного действия. Питатель П1 обеспечивает заданный расход материала. Влажный нитрат калия высушивается прямоточно в сушильном барабане БС нагретым воздухом, который подается параллельно высушиваемому материалу. Воздух в системе калориферов К1–2 подается по трубопроводу вентиляторами.

Для нагрева воздуха в калориферах  организован подвод греющего пара, который подается в межтрубное пространство. Образовавшийся конденсат выводится  из системы калориферов в конденсатоотводчик.

Высушенный нитрат аммония с  противоположного конца барабана поступает в промежуточный бункер БН2, а из него на транспортирующее устройство. Осажденные пылевые частицы подают в бункер БН3 для дальнейшей переработки. Отработанный воздух перед выбросом в атмосферу поступает на очистку по трубопроводу в циклон ЦН1. При необходимости

производится  дополнительное пылеулавливание. Для  уменьшения утечки воздуха через  не плотности установки, внутри ее создают небольшое разрежение. Барабан приводится вл вращение электродвигателем через зубчатую переда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

Спроектировать барабанную сушилку  для удаления влаги из частиц нитрат калия KNO₃ при следующих исходных данных:

Производительность по влажному материалу  G = 2880 кг/ч (0,8 кг/с)

Влажность по общей массе: исходная u_н = 5 % по массе

конечная u_к = 0,3 % по массе.

Наиболее мелкие частицы материала  имеют диаметр d_min =0,5 мм, наиболее крупные d_max = 2 мм, эквивалентный диаметр d_э = 1,2 мм.

Высушиваемый материал поступает  в сушилку при температуре t_н = 20 . Температура сушильного агента на входе в сушилку t₁ = 120 ,на выходе

t₂ = 60 .

Греющий пар имеет давление p_гр.п. = 0,3 МПа.

Параметры атмосферного воздуха выбрать  для условий заданного района: район строительства г.Кемерово.

Выполнить расчет сушилки и калорифера, используемого для нагревания воздуха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет барабанной сушилки

1.1 Материальный баланс сушки

Переведем производительность по влажному исходному материалу в кг/с.

Расчеты материального баланса  ведут с использованием нижеприведенных  уравнений [1].

 

                               

 

где W, G_к производительности по выделенной влаге и по высушенному материалу соответственно, кг/с;

w_н и w_к начальная и конечная влажность материала соответственно (если считать на общую массу), кг/кг.

Производительность сушилки по высушенному материалу G_к равна:

Производительность  сушилки по выделенной влаге W равна:

 

1.2  Выбор параметров  сушильного агента на входе  в сушилку

 

Начальная температура сушильного агента, воздуха, (на входе в сушилку) t₁=120°С. Конечная температура воздуха (температура сушильного агента на выходе из сушилки) – t₂= 60°С.

Содержание влаги в сушильном  агенте x₁, кг/кг сух. воздуха и энтальпия I₁, Дж/кг сух. воздуха зависят от параметров окружающей среды. Параметры окружающей среды берут в соответствии с местонахождением сушилки и порой года. В таблице 3.1 отражена средняя температура и относительная влажность атмосферного воздуха в г. Кемерово.

 

 

Таблица 3.1 – Средняя температура  и относительная влажность атмосферного воздуха в г. Кемерово

 

Наименование пункта	Январь		Июль
	Температура атмосферного воздуха t, °С	Влажность атмосферного воздуха φ,%	Температура атмосферного воздуха t, °С t	Влажность атмосферного воздуха φ,%
г. Кемерово	42	82	16	65

 

В результате нагрева воздуха в  калорифере параметры воздуха изменяются, их определяют по диаграмме состояния влажного воздуха следующим образом. Начальное состояние воздуха определяется по диаграмме I х точкой пересечения изотермы t₀= 42°С и линией φ₀=82% (для летнего периода t₀=16 °С и линией φ₀=65%). Но так как x₀ и I₀ по диаграмме для зимних условий определить невозможно, то данные показатели определим расчетным путем.

Влагосодержание парогазовой смеси  определим по формуле:

 

 

где М_п и М_г – молярные массы пара и газа

П – общее давление паровоздушной  смеси, равное 1кгс/см².

Р_нас – давление насыщения, кгс/см²

 – относительная влажность  газа.

При t₀= 16°С, Р_нас=0,002351 кгс/см².

 

 

Энтальпия влажного воздуха I (в кДж/кг сухого воздуха) состоит из энтальпий сухого воздуха и содержащейся в нем влаги и отсчитывается от состояния жидкой влаги при 0°С.

                                    

где с_вх – удельная теплоемкость сухого воздуха, равная 1,01 кДж/(кг К).

с_п – удельная теплоемкость водяного пара при постоянном давлении, равная 1,97 кДж/(кг К).r₀ – удельная теплота парообразования воды при 0°С, равная 2493 кДж/кг.

 

 кДж/кг сух. Воздуха

 

Для летнего периода параметры  х₀ и I₀ определим по диаграмме Рамзина, отображенной на рисунке1.

Рисунок 1 –  Определение параметров воздуха

Из рисунка 1 следует, что x₀=0,017кг сух. воздуха и I₀=41 кДж/кг сух. воздуха. Изменение состояния воздуха при нагревании его в калорифере происходит при постоянном влагосодержании, т.е. при х=соnst. Следовательно, конечное состояние воздуха: x₁=0,001068 кг/кг сух. воздуха (для летнего периода x₁=0,017 кг/кг сух. воздуха), энтальпия I₁=168 кДж/кг сух. воздуха (для летнего периода I₁=195 кДж/кг сух. воздуха).

 

1.3 Внутренний тепловой баланс

 

Для внутреннего теплового баланса  сушки запишем [1]:

 

 

 

где теплоемкость влаги во влажном материале при температуре Ө₁, кДж/(кг·К);Ө₁ температура материала на входе в сушилку (температура окружающей среды),°С;q_м удельный подвод тепла в сушку с высушиваемым материалом, кДж/кг влаги;q_п удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги.

Удельный подвод тепла в сушилке  с высушиваемым материалом равен:

 

 

 

где с_к теплоемкость высушиваемого материала, кДж/(кг·К);

Ө₂ температура материала на выходе из сушилки, °С.

Примем температуру материала  на выходе из сушилки Ө₂ равной температуре мокрого термометра t_2м определенной для процесса теоретической сушки.

Принимая процесс сушки адиабатическим, находим Ө₂ по диаграмме по начальным параметрам сушильного агента. Температуру мокрого термометра находят, двигаясь от точки t₂=120°С, x₁=0,001068 кг/кг сух. воздуха(t₂=120°С, x₂=0,017 кг/кг сух. воздуха) по линии 1=соnst до пересечения с линией φ=100, через которую проходит изотерма t_2м=35°C (для летнего периода t_2м=40°С ).

Теплоемкость высушиваемого материала  – с_к=1,443 кДж/(кг·К) [2].

Удельный подвод тепла в сушилке  с материалом для зимнего периода

Удельный подвод тепла в сушилке  с материалом для летнего периода

Величину q_n можно принять равной 3 5 % от относительного количества тепла на выпаривание влаги:

где r удельная теплота преобразования влаги, кДж/кг.

Для t_2м=35°C (летний период t_2м=40°С) и I₁=168 кДж/кг сух. воздуха (летний период I₁=195 кДж/кг сух. воздуха) удельная теплота преобразования

r=2414,12 кДж/кг (r=2403кДж/кг).

Тогда для зимнего периода:

 

 

 

 

1.4 Определение параметров сушильного  агента на выходе из сушилки

 

Настоящее значение энтальпии I₂, кДж/кг сух. воздуха, содержание влаги x₂, кг/кг сух. воздуха, для сушильного агента определяют совместным решением уравнений материального и теплового баланса по сушильному агенту [1]:

 

 

Построим в начале линию сушки  для теоретической сушилки и  определим параметры сушильного агента. Температура сушильного агента на выходе из барабана: t₂ =50°С (по диаграмме Рамзина). I₂^T=I₁=170 кг/кг сух. воздуха, продлим линию I₂^T=const до пересечения с изотермой t₂ =60°С и получим x₂^T=0,03 кг/кг сух. воздуха.

Уравнение (4.8) решают методом последовательных приближений графически. Для этого  зададимся двумя значениями x₂^’ и x₂^” и рассчитаем для них I₂^’ и I₂^” по уравнению (4.8).

Пусть x₂^’=0,03 кг/кг сух. воздуха, тогда:

 

 

Пусть x₂^”=0,015 кг/кг сух. воздуха, тогда:

 

Полученные точки отобразим  на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Определение параметров воздуха

Проведем линию через точки  с координатами I₁, x₁; x₂^’, I₂^’; x₂^”, I₂^” и на пересечении ее с изотермой: t₂ =50°С определима. x₂=0,032 кг/кг сух. воздуха; I₂=154,8 кДж/кг сух. воздуха.

Проведем аналогичные расчеты  для летнего периода.

Построим в начале линию сушки  для теоретической сушилки и  определим параметры сушильного агента. Температура сушильного агента на выходе из барабана: t₂=50°С. I₂^T=I₁=205 кг/кг сух. воздуха, продлим линию I₂^T=const до пересечения с изотермой t₂ =50°С и получим x₂^T=0,0526 кг/кг сух. воздуха.

Пусть x₂^’ = 0,03 кг/кг сух. воздуха, тогда

 

 

Пусть x₂^”=0,02 кг/кг сух. воздуха, тогда:

 

.

Полученные  точки отобразим на рисунке 3.

Рисунок 3 – Определение параметров воздуха

 

Проведем линию через точки  с координатами I₁, x₁; x₂^’, I₂^’; x₂^”, I₂^” и на пересечении ее с изотермой: t₂ =50°С определима. x₂ =0,05 кг/кг сух. воздуха; I₂=203,6 кДж/кг сух. воздуха.

 

1.5 Определение расхода сушильного агента

 

Массовый расход абсолютно сухого сушильного агента L, кг/с:

 

 

Массовый  расход абсолютно сухого сушильного агента для зимнего периода

 

Массовый  расход абсолютно сухого сушильного агента для летнего периода

 

1.6 Определение расхода тепла на сушку

 

Расход тепла на сушку Q, Вт:

 

 

 

где I₀ – относительная энтальпия воздуха на входе в калорифер сушилки, кДж/кг сух. воздуха.

 

Расход тепла на сушку в зимний период

 

 

Расход тепла на сушку в летний период

 

 

Проведя расчеты можно сделать  вывод о том, что зимой требуется  большее количество теплоты на сушку. Это связано с нагреванием  более холодного атмосферного воздуха  в калорифере.

1.7 Аэродинамический  расчет

 

Основной целью аэродинамического  расчета сушильных камер является определение сопротивлений движению сушильного агента и последующий  выбор вентилятора сушильной  камеры и приводного электродвигателя.