Сушильная установка непрерывного действия

Московская Государственная Академия

Тонкой Химической Технологии

им. М.В. Ломоносова

 

 

 

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему:

 

 

Сушильная установка непрерывного действия

 

Задание № 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент: Панин Д.А,

Группа: ХТ-403

Консультант: Носов Г.А.

 

 

 

Москва, 2011 г.

 

Оглавление

 

1.Введение 3

1. Назначение и классификация процессов сушки 3
2. Классификация и конструкция сушилок 4
3. Обоснование выбора метода сушки 5
4. Данные для расчета сушильной установки 6

2. Тепловой расчет процесса сушки 7

1. Расчет общего количества удаляемой влаги 7
2. Расчет размеров сушильного барабана 7
3. Определение параметров сушильного агента 8
4. Построение рабочей линии идеального процесса 8
5. Построение рабочей линии реального процесса 8
6. Расчет скорости движения воздуха ...9
7. Расчет тепловой изоляции барабана ..11

3. Расчет основных узлов и деталей барабана ..13

1. Расчет угла наклона барабана ..13
2. Расчет нагрузки на опоры барабана ..13
3. Расчет мощности на вращение барабана ..13
4. Выбор и расчет бандажей и опорных роликов ..13
6. Выбор и расчет зубчатого венца и привода барабана ..15
7. Расчет сушильного барабана ..16
8. Выбор уплотнения сушильного барабана ..17
9. Выбор насадки ..17
10. Выбор загрузочной камеры ..17
11. Выбор разгрузочной камеры ..17

4. Расчет и выбор вспомогательного оборудования ..18

1. Расчет калориферной установки ..18
2. Расчет и подбор конденсатоотводчиков ..2 1
3. Расчет и выбор транспортирующего устройства ..21

4.4. Расчет циклона ..22

3. Расчет вентилятора ..24
4. Выбор электрофильтра ..25
5. Выбор питателя. ……………………………………………………   ………26
5. Список использованной литературы………………………………………………….27
6. Приложения: ..28
1. Объяснение технологической схемы ..28
2. Диаграмма Рамзина для воздуха ..29

 

1.Введение.

1.1. Назначение и классификация процессов  сушки.

Сушка — это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла.

При сушке изменяется теплопроводность материала, снижается его объемный вес и повышается прочность. Чем выше качество материала, тем больше возможность его использования. Это может быть обеспечено при соответствующем режиме процесса сушки, который должен проводиться при определенной температуре, давлении и относительной влажности сушильного агента. Режим сушки зависит от свойств высушиваемого материала.

Сушка широко применяется в химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

В химической промышленности сушка обычно является завершающим процессом в производстве почти всех химических продуктов.

Среди основных причин, которыми может быть обусловлена необходимость сушки можно выделить следующие:

Влажный продукт может портиться при хранении, так как влага вредно воздействует на товарные свойства многих материалов; слеживание, смерзание в зимний период, образование плесени на пищевых продуктах.

Влажность полупродуктов может быть вредна на последующих стадиях переработки: выступать как каталитический яд, ухудшать качество конечного продукта (например, снижать качество нити в волокнообразующих полимерах при продавливании через фильеры).

Перевозка высушенного материала потребителю, особенно на дальние расстояния, обходится дешевле из-за меньшего объемного веса.

Сушка — один из наиболее энергоемких процессов химической промышленности: по подсчетам экспертов на нее идет до 12% производимого в стране топлива. В связи с этим, особое внимание должно быть уделено выбору режима сушки, схемы процесса и конструкции сушилки.

Как и большинство химических процессов, процесс сушки преимущественно осуществляют в непрерывном режиме, при котором, по сравнению с периодическим, легче управлять процессом и получать продукт стабильного качества с высокой производительностью.

Сушка проводится либо под атмосферным давлением, либо под вакуумом, при этом высушиваемый материал может находиться в состоянии покоя, перемещаться, перемешиваться в «кипящем слое».

Процесс сушки проводят при различных способах передачи тепла: конвективная и контактная сушка, сушка токами высокой частоты, сушка инфракрасными лучами (радиационная сушка), сушка сублимацией. Первые три метода наиболее распространены в химической промышленности.

При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала, и происходит испарение влаги с поверхности материала в теплоноситель. В качестве теплоносителей применяют воздух, топочные или инертные газы.

При контактной сушке идет передача от обогреваемой перегородки к материалу, лежащему на ней (противни с подогревом снизу, металлические барабаны с наружным газовым или водяным обогревом, металлические обогреваемые изнутри вальцы, по поверхности которых движется паста, непрерывная лента высушиваемого материала). Влага поглощается либо воздухом, либо промежуточной средой.

При радиационной сушке тепло передается тонкому слою материала, либо поверхности его, покрытой лаками и красками, от электрических или газовых инфракрасных излучателей. Сушка протекает интенсивно. Сушилки отличаются малой инерционностью.

Электрический ток (высокой или промышленной частоты) применяется для сушки древесины, пенопласта, искусственного волокна и т.д. При сушке древесины быстро прогреваются внутренние слои материала, направления потоков влаги и тепла совпадают и процесс резко ускоряется. Этот метод отличается дороговизной.

Сушка сублимацией, или молекулярная сушка, которая происходит при значительном вакууме в сушильной камере, чаще применяется в пищевой, чем в химической промышленности, с целью сохранения объема, цвета, запаха, вкусовых и биологических свойств материала. Этот метод используется при получении сгущенного и сухого молока. Оборудование для этого метода отличается высокой сложностью.

Сушка в жидких средах является относительно новым методом, при котором высушиваемый материал помещают в высококипящую среду (t = 150°C). Обычно этот метод используется для сушки древесины при одновременной ее пропитке.

Следует также упомянуть о сушке со сбросом давления, когда влага выделяется из нагретого материала при сбросе давления в сушильной камере.

Помимо указанных, существуют комбинированные методы сушки, при которых совмещаются конвективная и высокочастотная сушка, сушка инфракрасными лучами и воздушная конвективная сушка, что снижает затраты на сушку (сушка кинопленки).

1.2. Классификация и конструкция  сушилок.

Из разнообразия возможных методов сушки следует множество конструкций сушилок для осуществления тех или иных методов. По технологическим признакам сушилки можно классифицировать следующим образом:

• по давлению (атмосферные и вакуумные);
• по периодичности процесса (периодического, полунепрерывного и непрерывного действия);
• по способу подвода тепла (конвективные контактные, радиационные и сушилки с нагревом материала токами высокой частоты);
• по роду сушильного агента (воздушные, газовые сушилки и сушилки на перегретом или насыщенном паре);
• по направлению движения материала и теплоносителя (прямоточные, противоточные и перекрестного тока);
• по тепловой схеме (калориферные, с дополнительным внутренним обогревом, с рециркуляцией части отработанного воздуха, со ступенчатым  подогревом и комбинированные, например, со ступенчатым подогревом и рециркуляцией);
• по способу обслуживания (с ручным обслуживанием и механизированные);
• по способу нагрева (с паровым, огневым, газовым и электронагревом);
• по циркуляции теплоносителя (с естественной, искусственной циркуляцией, однократной и многократной циркуляцией).

Типовые конструкции сушилок: шкафные, камерные, туннельные, шахтные, ленточные, барабанные, вальцевые (контактные), пневматические, распыливающие, с кипящим слоем, вибрационные.

Выбор давления в сушилках определяется химическим составом продукта, условиями его окисления и разложения, допускаемой температурой нагрева. В атмосферных сушилках давление либо атмосферное, либо несколько выше его. Эти сушилки используются для сушки большинства химических продуктов.

Вакуумные сушилки применяются при сушке химикатов для обработки цветной кинопленки, красителей, крошки смолы лавсан, полиамидной крошки смолы капрон и т.д. В химической технологии в качестве сушильного агента широко используется воздух (сушка калийных солей, анилиновых красителей), топочные газы (сушка суперфосфата натрия и т.д.), инертные газы (сушка поликапроамида в токе азота).

Наиболее экономичными по затрате тепла являются противоточные сушилки. Прямоточные сушилки применяются в тех случаях, когда высушиваемый материал не выдерживает высокой температуры в конце сушки. Как видно из приведенной классификации, по конструктивным особенностям сушилки весьма разнообразны. Барабанные сушилки широко применяются при сушке топлива, руды, удобрений, ядохимикатов, сопутствующих продуктов и т.д.

1.3. Обоснование выбора метода сушки.

Задание на курсовое проектирование определяет необходимость осуществления процесса сушки в непрерывном режиме. Высушиваемый материал — хлорид кальция. Установка должна обеспечивать производительность 3000 кг/ч.

На основании этого наиболее выгодной для осуществления процесса конструкцией является барабанная сушилка из-за ее высокой производительности и надежности. В качестве самого дешевого сушильного агента выбирается воздух. Процесс в режиме противотока.

Выбор источника теплоты определяется наличием доступного вида энергоносителя, в данном случае греющего пара (от ТЭЦ или сопряженных химических процессов).

Барабанная сушильная установка должна размещаться в производственных помещениях для защиты от атмосферных воздействий на оборудование и сокращения тепловых потерь в зимний период. Предполагаем район строительства установки — город Стерлитамак Расчет процесса проводился для летнего периода. Материал деталей корпуса барабанной сушилки – сталь В Ст 3 сп ГОСТ 380 – 71.

 

 
2. Тепловой расчет процесса  сушки.

В ходе данной части расчета определены основные параметры сушильного агента, размеры сушильного барабана, параметры его тепловой изоляции, необходимое количество теплоты для осуществления процесса и проверена скорость движения сушильного агента по уносу частиц основной фракции.

2.1. Расчет общего количества удаляемой  влаги.

Задались исходными данными для расчета из технических условий: Производительность установки:

G н = 3000 кг/ч = = 0,833 кг/с

Начальная и конечная влажность материала:

w1 = 5 % масс. и w2 =0,5 % масс.

Определили расход сухого материала по [1, стр.4]:

G см = 0,833 (1 - 0,05) = 0,792 кг/с.

Нашли относительную влажность материала на входе в аппарат по [1, стр.4]:

Нашли относительную влажность материала на выходе из аппарата по [1, стр.4]:

Определили количество влаги, удаляемое в барабане по [1, стр.3, ф.(3.1)]:

2.2. Расчет размеров сушильного барабана

В основе расчета размеров сушильного барабана лежит методика, предложенная А.П. Ворошиловым. Она основана на данных о напряжении  объема  сушильного  барабана по  влаге.  Напряжение  барабана  по влаге показывает, какое количества влаги в кг удаляется с одного м3 объема сушилки в час. Эта величина опытная и зависит от типа сушилки и свойств высушиваемого материала. Величина напряжения по влаге для различных материалов приводится в литературе.

Задались напряжением барабана по влаге из задания ;

Приняли ориентировочное значение соотношения длины барабана к его диаметру .

Определили в первом приближении диаметр барабана по [1, стр.5]

По [2, стр. 440, табл. 14.15] выбрали ближайший больший диаметр для барабанных сушилок, выпускаемых на предприятии «Прогресс» D6 = 1,2 м.

Выбор длины барабана определяется минимально необходимым объемом барабана исходя из напряжения барабана по влаге и количества удаляемой влаги [1, стр.5, ф. (3.3)]:

Определили длину барабана для найденного объема барабана и выбранного диаметра по [1, стр.4, ф.(3.2)]:

 

По [2, стр. 440, табл. 14.15] выбрали ближайшую большую длину барабана        Lб =6 м.

Площадь поверхности барабана

2.3. Определение параметров сушильного  агента

Для предполагаемого места строительства установки взяли по [2, стр.538, табл.XL] данные о средней температуре и влажности воздуха в июле: t0 = 20,1 °C, j0 = 72%.

По диаграмме Рамзина  определили  параметры  начальной  точки:

 

Точка	t, °C	j, %	х, кг вл/кг асв	I, кДж/кг асв
0	20,1	72	0,011	47,8
А (1)	140	<5	0,011	169,5
В (2)	60	32,6	0,042	169,5