Сушильная установка непрерывного действия

 

По полученным данным построили на диаграмме Рамзина линию идеального процесса.

2.5. Построение рабочей линии реального процесса

Для построения линии реального процесса и определения параметров сушильного агента на выходе из реальной установки необходимо определить потери теплоты с материалом и в окружающую среду, поскольку другие виды потерь (с транспортирующими устройствами) и подвода теплоты в сушильном барабане нет.

2.5.1. Определение потерь с материалом

Задались данными о материале по [14, стр. 239]: удельная теплоемкость сухого материала в интервале температур процесса .

Теплоемкость влаги составляет .

Приняли температуру материала на входе в сушильный барабан равной температуре окружающего воздуха = 20,1 °C. На выходе из барабана температура материала на 10 – 20°C ниже входной температуры сушильного. Приняли температуру материала на выходе из барабана = 50 °C.

По [1, стр.9, ф.(3.10)] вычислили энтальпии материала на входе в аппарат и на выходе из него:

Определили потери теплоты с материалом по [1, стр.9, ф.(3.9)]:

 

2.5.2. Определение потерь в окружающую среду

По [стр. 41, ф. 44] интенсивность переноса тепла от поверхности изоляции в окружающую среду оценивают уравнением (если температура поверхности аппаратов не выше 150°C):

, где  - разность температур поверхности изоляции и окружающего воздуха.

Примем температуру наружной поверхности изоляции .

Потери в окружающую среду рассчитали по уравнению:

2.5.3. Определение параметров конечной точки с учетом потерь

Определили суммарные потери теплоты в ходе процесса с учетом того, что потерь с транспортирующими устройствами и дополнительного подвода теплоты в сушильном барабане нет:

Линию процесса построили исходя из соображений теплового баланса, найдя вспомогательную точку с произвольным значением влагосодержания . Для данного влагосодержания определили энтальпию уходящего воздуха по преобразованному основному уравнению статики сушки [1, стр.7, ф..(3.6)]:

По полученной вспомогательной точке нашли линию реального процесса. По ее пересечению с изотермой t = 60 °C определили точку конца реального процесса.

Параметры воздуха на выходе из сушилки определили по диаграмме Рамзина:

 

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
Вреал (2)реал	60	28,7	0,0365	155,5

 

2.6. Расчет скорости движения воздуха

Расчет скорости движения воздуха в сушилке необходим для проверки возможности уноса основной фракции частиц высушиваемого материала сушильным агентом, что является недопустимым.

2.6.1. Определение расхода воздуха  через сушилку

По [2, стр.404, ф. (10-14)] определили удельный расход воздуха в реальной сушилке:

Массовый расход воздуха нашли по [2, стр.404, ф.(10-13)]:

Определили удельный объем отработанного воздуха при давлении по [1, стр. 11, ф.(3.14)]:

, где Rв = 287 - газовая постоянная воздуха;

Нашли   объемный   расход  воздуха  через   аппарат   по   [1,   стр. 11, ф. (3.13)]:

2.6.2. Расчет скорости движения воздуха  в сушилке

Приняли коэффициент заполнения сушилки материалом, показывающий долю поперечного сечения барабана, занятую материалом, в пределах, рекомендуемых в литературе

Толщину стенки барабана по нормалям завода «Прогресс» для ранее выбранного диаметра барабана взяли равной

Определили внутренний диаметр барабана:

Нашли скорость движения сушильного агента в барабане по [1, стр.12, ф.(3.15)]:

По формуле = *(1- ) (где , а = 0,4) определили величину насыпного веса (кажущейся плотности) высушиваемого материала . Размер основной фракции частиц материала согласно заданию на проектирование составляет . Для данных условий по [1, стр.13, табл.3.1] рекомендованная скорость движения сушильного агента лежит в пределах . Рассчитанная скорость движения сушильного агента не превышает допустимую.

2.6.3. Расчет скорости уноса частиц  основной фракции

Определили среднюю температуру сушильного агента в барабане как среднее арифметическое температуры воздуха на входе и выходе из сушилки:

Для данной температуры в барабане  по  номограмме  [2,  стр.557, рис.VI] коэффициент динамической вязкости воздуха:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке составляет:

Среднее парциальное давление водяных паров в сушилке определили по уравнению [5, стр.298, ф.(9.18)]:

, где M асв = 29 кг/кмоль – молярная масса воздуха, M в = 18 кг/кмоль – молярная масса воды.

Вычислили плотность воздуха при средней температуре в сушильном барабане по [5, стр.298]:

, где  - мольный объем при стандартных условиях, T0 = 273,15 K – стандартная температура.

Нашли коэффициент кинематической вязкости воздуха:

Вычислили критерий Архимеда по [4, стр.28]:

,где  - ускорение свободного падения, - плотность высушиваемого материала по [1, стр.511, табл. 2].

Скорость уноса основной фракции частиц высушиваемого материала определили по формуле Тодеса [4, стр.235, ф.(2.72)]:

Скорость уноса основной фракции частиц материала больше скорости движения сушильного агента в барабане. Уноса основной фракции материала быть не должно.

2.7. Расчет тепловой изоляции барабана

Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду (и, следовательно, экономии энергетических ресурсов), а также с точки зрения трудовой гигиены (поддержание необходимой температуры в производственном помещении, являющейся частью показателей микроклимата рабочей зоны, устанавливаемых санитарными нормами для производственных помещений) и безопасности труда (предотвращение травматизма на рабочем месте, связанного с получением персоналом ожогов от нагретого до высокой температуры оборудования) применяют тепловую изоляцию сушильного барабана.

Тепловая изоляция барабанов сушилок, выпускаемых на заводе «Прогресс» осуществляется после установки аппаратуры заказчиком или привлекаемой им организацией. Изготовление тепловой изоляции барабана на заводе не предусматривается.

Расчет тепловой изоляции установки проведен по методике, приведенной в [стр. 54].

Потери тепла происходят за счет того, что внутренняя стенка сушильного барабана нагревается от сушильного агента при его движении по длине барабана. От внутренней стенки теплота передается теплопроводностью через слой изоляции к внешней стенке (обшивке тепловой изоляции) и далее окружающему воздуху, рассеиваясь в пространстве. В основе расчета лежит необходимость максимально сократить потери теплоты в окружающую среду и не допустить чрезмерного нагрева обшивки изоляции.

2.7.1. Определение коэффициента теплоотдачи  к внутренней стенке

По [стр. 55, ф. 77] применимо к стадии теплопереноса от сушильного агента к внутренней стенке барабана для расчета коэффициента теплоотдачи рекомендуется зависимость:

2.7.2. Определение коэффициента теплоотдачи от внешней стенки

Определение коэффициента теплоотдачи от внешней стенки в окружающую среду было выполнено одновременно с определением потерь в окружающую среду. Данные и ход расчета приведены в соответствующей части пояснительной записки.

Вычисленный коэффициент теплоотдачи от внешней стенки составил:

2.7.3. Расчет необходимой толщины слоя  изоляции

В качестве исходного используем уравнение [стр. 54,ф. 42]:

Последним членом в уравнении можно пренебречь. В качестве изоляционного материала выбрали минеральную вату, т.к. она обладает достаточно низким коэффициентом теплопроводности [9, стр. 312, табл. 22.1], в отличие от стекловаты не рассыпается со временем, не создает в воздухе стеклянной пыли, механически  прочна и имеет низкую плотность (не утяжеляет значительно барабан). Минеральная вата поставляется в листах (матах) необходимой толщины, что обеспечивает быстрый и надежный монтаж тепловой изоляции.

  , где - на 5-10°C ниже средней температуры сушильного агента в барабане.

 

Толщина слоя изоляции: ,

где q = 151 Вт/м выбирается из [3, стр. 18, табл.3]

Приняли с запасом толщину изоляции .

3. Расчет основных узлов и деталей  барабана

Барабаны и другие узлы барабанной сушилки являются серийно выпускаемыми изделиями и их стандартные параметры приводятся в нормалях заводов-изготовителей. Так как в качестве стандартного выбрано оборудование, выпускаемое на заводе «Прогресс», то выбор всех узлов в данном курсовом проекте осуществлялся по нормалям этого завода.

К основным параметрам установки можно отнести угол наклона барабана и связанная с ним скорость вращения обеспечение необходимой скорости движения высушиваемого материала, мощность, затрачиваемую на вращение барабана.

Кроме того, проверочному расчету на прочность подлежат барабан и все опорные части, несущие нагрузку, крепежные элементы.

Остальное оборудование подбирается по нормалям завода «Прогресс» в соответствии с выбранным диаметром барабана. В курсовом проекте приводятся обозначения, принятые для стандартного оборудования завода «Прогресс».

3.1. Расчет угла наклона барабана

Угол наклона барабана выбирается по нормалям Главхиммаша в пределах от 0,5° до 6°. Установка барабана под углом способствует перемещению материала вдоль барабана. Более 6° угол брать не рекомендуется, т.к. это приведет к увеличению давления на упорное устройство.

Приняли скорость вращения барабана по каталогу [12, стр.12]:

 что близко к рекомендованному  по [10, стр.31].

Для периферийно-лопастной насадки приняли коэффициент подъема частиц .

Величина насыпного веса (кажущейся плотности) высушиваемого материала .

Вычислили по [10, стр.31, ф.(6.5)] тангенс угла наклона барабана:

 

 

3.2. Расчет нагрузки на опоры барабана

По каталогу [12] масса полностью снаряженного барабана равна

G6 = 7660 кг.

Определили массу тепловой изоляции барабана:

кг.

 

Вычислили среднее время пребывания материала в сушилке по [10, стр.31, ф.(5.5)]:

ч.

Определили  массу  материала  находящегося  в  барабане  по  [10, стр.31, ф.(4.5)]:

кг.

Нашли общий вес барабана с материалом:

кг.

По [10, стр.30, ф.(3.5)] вычислили нагрузку на каждый бандаж:

кг.

 

3.3. Расчет мощности  на вращение барабана

Для определения мощности, необходимой для вращения барабана, следует найти крутящий момент на зубчатом венце барабана, который представляет собой сумму моментов силы, вращающей барабан, веса материала с учетом односторонней нагрузки барабана и силы трения. Суммарный момент действующих сил, вычисленный теоретическим путем, отличается от действительного из-за неизбежного перекоса опорных роликов; несовпадения геометрической и фактической осей барабана и т.п. В связи с этим расчет величины крутящего момента ведется по эмпирической формуле.

По таблице [10, стр.32] выбрали коэффициент для периферийно-лопастной насадки и степени заполнения барабана .

 Определили   крутящий   момент   на   оси   барабана   по   [10,   стр.32 ф.(8.5)]:

 Н*м

Мощность двигателя,   вращающего   барабан,   определили   по [13, стр.333,ф.(ХVIII-44)]:

кВт.

Принимаем кВт.

3.4 Выбор и расчет бандажей и опорных роликов

3.4.1. Выбор бандажей, опорной и опорно-упорной станций

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей барабана на опорные ролики, а через них на фундамент установки. Бандажи представляют собой кольца прямоугольного, квадратного или коробчатого сечения. Иногда бандажи небольших легких аппаратов выгибаются из рельса.

Бандажи изготавливаются из качественных высокоуглеродистых сталей для того, чтобы обеспечить их долговечность, т.к. смена бандажей тяжелых барабанов весьма трудоемка и дорога.

Существуют различные способы крепления бандажа к барабану. На заводе «Прогресс» практикуется способ, основанный на свободном креплении бандажей. В этом случае бандаж надевается на 12...24 чугунных башмака, повернутых головками в разные стороны для предупреждения аксиального смещения бандажа. Под башмаки подкладываются усиливающая и две-три регулирующие подкладки. Подбором толщины регулирующих прокладок добиваются совмещения центров бандажа и барабана.

Свободная посадка бандажей на барабаны предусматривает температурные зазоры для предупреждения возникновения краевых напряжений, особенно опасных во время разогрева барабана. Благодаря тому, что внутренний диаметр бандажа несколько больше внешнего диаметра барабана (с учетом башмаков) последний во время работы катится по бандажам. В результате бандажи раскатываются, их внутренний диаметр и зазор между барабаном (башмаками) и бандажом все время увеличивается, что является существенным недостатком такого способа крепления бандажей.

Выбор бандажей провели по заводской нормали Н441-56 по диаметру барабана. Обозначение соответствующих бандажей: Б1263.

Одновременно производится выбор опорных и опорно-упорных станций, т.к. их параметры входят в проверочный расчет на прочность

 бандажей. Обозначение роликовой опорной станции Б1261 (по нормали Н440-58), роликовой опорно-упорной станции Б1262 (по нормали Н439-58).

Упорно-опорная станция служит для того, чтобы препятствовать осевому смещению барабана. Упорные ролики монтируются на той же фундаментной плите, что и опорные. Подшипники упорных роликов соединяются между собой двумя стягивающими шпильками, рассчитанными на восприятие силы давления на ролик.

Для проверки механической прочности выбранных бандажей необходимо провести их проверочный расчет на контактное напряжение (в местах соприкосновения с опорными роликами) и на изгиб.