Сушильная установка непрерывного действия

По данным расчета подходят 5 установок. По данным расчета наиболее подходящей являются установка с тремя калориферами КП49-СК-01 АУЗ (один в ряду). Эта установка обладает достаточно низким аэродинамическим сопротивлением (менее 200 Па) и достаточным запасом поверхности теплообмена (в пределах 10...20%).

Выбираем окончательно калориферную установку с тремя калориферами КП49-СК-01 АУЗ, установленными по одному в ряду.

4.2. Расчет и подбор конденсатоотводчиков

Для экономичной работы теплообменников поверхностного типа, в которых происходит нагрев теплоносителей за счет конденсации греющего пара, необходимо добиваться полной его конденсации. Недопустима работа теплообменника с неполной конденсацией пара, когда из аппарата отводится смесь конденсата с паром. При такой работе увеличивается расход греющего пара при неизменной теплопроизводительности установки. Пролетный пар из теплообменников увеличивает сопротивление и тем самым усложняет работу конденсатопроводов, повышает потери тепла. Для удаления из теплообменных аппаратов конденсата без пропуска пара применяют специальные устройства – кондесатоотводчики.

  4.2.1. Расчет количества конденсата после калориферов

По [2, стр.550, табл. LVII] нашли удельную теплоту парообразования греющего пара заданного давления

Расход пара нашли исходя из тепловой мощности  калориферной установки:

Рассчитали   количество   образующегося   конденсата   по   [6,стр.5, ф.(1)] с необходимым запасом:

4.2.2. Расчет параметров конденсатоотводчиков

Нашли давление пара перед конденсатоотводчиком, установленным в непосредственной близости от калорифера по [6,стр.5, ф.(2)]:

Приняли давление в отводящем трубопроводе по [6,стр.5, ф.(3)]:

Определили перепад давления на конденсатоотводчике:

По [6,стр.6, рис.2] определили коэффициент A, учитывающий температуру конденсата и перепад давления: А = 0,5.

Вычислили условную пропускную способность по [6,стр.5, ф.(6)]:

Выбрали 1 термодинамическиq конденсатоотводчик 45ч12нж по [6,стр.7, табл.2] с условным диаметром присоединительных штуцеров Dу = 15 мм, условным рабочим давлением P у =1,6 МПа, пробным давлением P пр = 2,4 Мпа, массой 0,9 кг, условной производительностью .

4.3. Расчет и выбор транспортирующего устройства

В качестве транспортирующих устройств для подачи исходного материала отвода высушенного наиболее широко используются ленточные транспортеры (конвейеры). Они характеризуются широким диапазоном производительности, надежностью и простотой конструкции. Их использование позволяет осуществлять сбор высушенного материала сразу с нескольких выходов установки (из разгрузочной камеры, циклона и электрофильтра).

Применяют главным образом прорезиненные ленты, а также ленты из цельнокатаной стальной полосы.

Расчетными параметрами конвейера являются скорость движения и ширина ленты.

Требуемая производительность по влажному материалу составляет: Gн =3000 кг/ч.

Величина насыпного веса (кажущейся плотности) высушиваемого материала:

.

Выбрали по [10, стр.68, табл.4.12] транспортер с шириной ленты B = 400 мм = 0,4 м и скоростью движения .

Приняли угол откоса материала 15°, которому по [10, стр.67, табл. 1.12] соответствует коэффициент с = 240.

Приняли угол наклона транспортера 12°. Данному углу по [10, стр.67, табл.2.12] соответствует коэффициент K = 0,97.

По [10, стр. 66, ф. 1.12] определили необходимую ширину ленты транспортера:

 

Выбранная ширина ленты превосходит необходимую величину, значит выбранный транспортер способен обеспечить заданную производительность по влажному материалу.

Второй транспортер, установленный после сушильной установки, приняли таким же, поскольку производительность по сухому материалу несколько ниже, чем по влажному, и она точно будет обеспечена рассчитанным транспортером.

  4.4. Расчет циклона 

Унос частиц материала сушильным агентом может достигать значительной величины из-за высокой скорости движения воздуха в барабане и полидисперсности высушиваемого материала (наличие значительной фракции частиц, размер которых значительно меньше среднего диаметра частиц). Для улавливания пыли применяются различные способы сепарации частиц материала из газового потока. Одним из наиболее распространенных в химической промышленности для этих целей устройств являются циклоны. Действие этого аппарата основано на использовании центробежной силы: частицы материала, содержащиеся в газе, под действием этой силы отбрасываются к стенкам аппарата и под действием силы тяжести осыпаются в нижнюю часть циклона.

Расчет циклона основывается на данных о содержании пыли на выходе из барабана и распределении частиц высушиваемого материала по размеру. Эти данные получают непосредственно из испытаний установки. Поскольку такие данные отсутствуют, расчет циклона провели для запыленности «в разумных пределах» ~ 80 г/см3.

В связи с тем, что производительность установки по воздуху весьма значительна (соответствует ранее найденному значению объемного расхода отработанного сушильного агента на выходе из сушильного барабана ),   приняли   в   качестве   предполагаемой схемы пылеосадительного устройства сборку из восьми циклонов типа ЦН-15 по, [11, стр.42].

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона при чистом газе по [11, стр.42] ; поправочный коэффициент на принятую запыленность газа по [11, стр.38, табл.1] К 2 = 0,9.

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона по пыльному газу нашли по [11, стр.42]:

Приняли режим работы циклона из условия оптимальной работы циклона серии ЦН в пределах 50 – 100 м:

Определили условную скорость газа по [11, стр.18]:

 Влагосодержание  воздуха на выходе из сушилки  составляет:

Среднее парциальное давление водяных паров в отработанном воздухе 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,   поступающего   в   циклон,   по   [5, стр.302]:

, где  - мольный объем при стандартных условиях, T0 = 2730,15 K – стандартная температура.

Нашли требуемый диаметр циклонов в группе по [11, стр.25]:

, где n  = 4 – число циклонов в сборке.

Приняли ближайший стандартный диаметр циклона D = 0,4 м. Проверили условную скорость по [11, стр.26]:

Проверили режим работы циклона по [11, стр.8, ф.(1)]:

Режим работы соответствует оптимальному режиму. Нашли потери давления на циклоне:

 Определили  необходимые размеры циклонов  по [13, стр.16, табл.2]: ширина входного патрубка , высота входного патрубка, , высота цилиндрической части циклона , радиус циклона R2 = 0,35 м, радиус выхлопной трубы

Нашли число оборотов газового потока в циклоне по [11, стр.18]:

Вычислили скорость во входном патрубке каждого из циклонов по [11, стр.19]:

Определили   по   [2,   стр.557,   рис. VI]   коэффициент  динамической вязкости воздуха .

Определили   предельный   размер   улавливаемых   частиц   по   [11, стр.11, ф.(6)]:

 

Окончательно выбрали сборку из четырех циклонов ЦН-15 диаметром 400 мм.

4.5. Расчет вентилятора

Вентиляторы представляют собой устройства, перемещающие газовые среды со степенью повышения давления до 1,15. В промышленности наиболее широкое распространение получили центробежные вентиляторы. Для приведения вентилятора в движение обычно используют асинхронные электродвигатели. Наиболее часто используется непосредственное соединение вала электродвигателя с вентилятором.

 В сушильной установке вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха через установку, преодолевая ее аэродинамическое сопротивление, а также сопротивление трубопроводов.

4.5.1. Расчет диаметра трубопровода

Расход воздуха через вентилятор будет соответствовать расходу воздуха через циклон .

Длину соединительных трубопроводов приняли равной l = 25 м.

Скорость в трубопроводе приняли в разумных пределах при движении газа при небольшом давлении (от вентиляторов) по [5, стр.16] .

Определили   необходимый   диаметр   трубопровода   по   [5,   стр.16, ф.(1.8)]:

Выбираем трубопровод из углеродистой стали наружным диаметром по [7, стр.114, табл. 2.31]. Dн×s = 426×5мм.

Определили фактическую скорость газа в трубе:

4.5.2. Определение аэродинамического сопротивления установки

Определили значение критерия Рейнольдса в трубопроводе:

Значение соответствует развитому турбулентному режиму. По формуле Никурадзе [4, стр,160, ф.(2.28в)] определили коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода:

Приняли по [2, стр.520-522, табл. XIII] коэффициенты  местных сопротивления

Для входа в трубу с острыми углами ξ1 = 0,5

Для задвижки ξ2 = 0,15

Для отвода под 90° с соотношением ξ3 = 0,15. На трубопроводе установлено 3 таких отвода. Для выхода из трубы ξ4 = 1. Определили сумму коэффициентов местных сопротивлений:

∑ξ = 0,5 + 0,15 + 3 * 0,15 + 1 = 2,1

 Потери давления  в трубопроводе рассчитали по  формуле Дарси-Вейсбаха [5, стр.13, ф.(1.1)]:

Приняли значение аэродинамического сопротивления сушильного барабана , а электрофильтра

Ранее рассчитанные значения сопротивления калориферной установки и циклона

Общее сопротивление

4.5.3. Выбор вентилятора

Для преодоления вычисленного аэродинамического сопротивления установки необходим вентилятор среднего давления.

Необходимую мощность на вращение вентилятора определили по [5, стр.20, ф.(1.32)]:

Приняв ориентировочно коэффициент полезного действия вентилятора 11 = 0,6 и двигателя тп = 0,88, вычислили необходимую мощность электродвигателя:

Выбрали по [5, стр.42, табл.9] вентилятор В-Ц14-46-5К-02 с электродвигателем    АО2-61-4. Он обеспечивает производительность до 3,67м3/с при сопротивлении до 2360 Па. Номинальная мощность электродвигателя 13 кВт.

4.6. Выбор электрофильтра

Для снижения концентрации пыли в отработанном воздухе сушильной установки, которая не должна превышать санитарных норм (предельно допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны), устанавливают вторую ступень очистки воздуха. В качестве второй ступени используют мокрые пылеуловители или электрофильтры.

Электрофильтры применяются при больших объемах очищаемого газа как наиболее эффективные пылеочистительные устройства (степень очистки до 99%). Кроме того, высушиваемый материал растворим в воде, и для его выделения пришлось бы направлять сточные воды мокрого пылеуловителя на выпарку, кристаллизацию и возвращать на сушку. Использование же электрофильтра позволяет напрямую отправлять осажденный материал на выходной конвейер установки.

В электрофильтре запыленный газ проходит через постоянное электрическое поле высокого напряжения (несколько тысяч вольт), под действием которого газ почти полностью ионизируется (наблюдается ударная ионизация). Ионизация — процесс распада газа на ионы и электроны. Электроны быстро движутся к противоположному по знаку электроду, вызывая протекание тока через газ (коронирующий разряд). Образующиеся ионы сталкиваются с частицами пыли и заряжают их. Заряженные частицы пыли отклоняются в электрическом поле к осадительным электродам, заряженным положительно, и осаждаются на них. Удаление пыли с электродов осуществляется периодическим встряхиванием последних посредством специального устройства.

Для предотвращения искрового разряда между электродами (короткого замыкания) электрическое поле делают неоднородным, для чего используют электрода специальной формы: трубчатые и пластинчатые.

Выбор электрофильтра осуществляется по требуемой производительности по очищаемому газу из условия того, что скорость движения газа в электрофильтре должна лежать в определенных пределах (обычно ).

Требуемая производительность электрофильтра по газу составляет . Этой   производительности   соответствует   односекционный электрофильтр ЭГА1-10-4-4-2  (производительность  39600 м3/ч при скорости газа 1 м/с,  активный объем   56,5 м3,  площадь активного сечения 11 м2, площадь поверхности осаждения  430 м2, массовая концентрация пыли на входе не более 90 г/м3, масса 13900 кг. В рассчитываемой установке скорость газа в электрофильтре составит: , что не выходит за рекомендованные рамки.

4.7. Выбор питателя.

Шнековые питатели (конвейеры) предназначены для пневмотранспорта пылевидных и мелкозернистых материалов. Они обеспечивают непрерывную и равномерную подачу пыли в трубопровод. Модифицированный питатель состоит из загрузочной камеры, быстроходного шнека с электродвигателем, броневой гильзы, смесительной камеры с обратным грузовым клапаном и коллектора для подвода сжатого воздуха. Шнек выполнен с уменьшенным шагом заборных и увеличивающимся шагом напорных витков, что улучшает работу питателя (не требует дозатора, исключает пиковые нагрузки и уменьшает износ шпека). Шнек закрепляется на валу электродвигателя через специальную втулку с помощью шпильки, проходящей внутри вала шнека, и вала электродвигателя. Рабочая поверхность витков шнека наплавляется износоустойчивыми электродами. Конструкция подвески обратного клапана выполнена на выносных опорах. Лобовая крышка смесительной камеры быстросъемная.

Питатели устанавливают непосредственно под бункерами за шиберным затвором, необходимым для прекращения подачи пыли в насос при проведении ремонтных работ. В зависимости от физико-механических свойств транспортируемых материалов шнек выполняется с постоянным или переменным (уменьшающимся) шагом для придания материалу уплотнения перед разгрузкой в трубу. Скорость вращения шнека обычно находится в пределах 750 – 1000 об/мин; подаваемый им материал принудительно направляется в диффузор, служащий одновременно и смесительной камерой. Вход в смесительную камеру может быть закрыт клапаном в аварийных случаях, например при заклинивании шнеквала. Привод вала может быть ручным или пневматическим.

 

5. Список использованной литературы

1. Мясоеденков В.М. Расчет барабанной сушильной установки 
   (Учебно-методическое пособие), М.: ИПЦ МИТХТ, 2000.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г, Носков А.А. Примеры и задачи по 
   курсу ПАХТ, Л.: Химия, 1976.
3. Баталия Г.И. Сборник примеров и задач по физической химии, 
   Киев: Издательство Киевского университета, I960.
4. Айнштейн В.Г. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, М.: Химия, 1999.
5. Дытнерский Ю.И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии, М.: Химия, 1991.
6. Мясоеденков В.М. Подбор конденсатоотводчиков (учебно-методическое пособие), М.: ИПЦ МИТХТ, 2000.
7. Гороновский И.Т. и др. Краткий справочник по химии, Киев: 
   Изд-во Академии наук УССР, 1962.
8. Чернобыльский И.И., Тананайко Ю.М. Сушильные установки 
   химической промышленности, Киев: Техшка, 1969.
9. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача, М.: 
   Высшая школа, 1980.
10. Гельперин Н.И. и др. Методические указания по курсовому проектированию сушильных установок, М.: изд-во МИТХТ, 1976.
11. Мясоеденков В.М. Расчет и подбор циклонов, М.: изд-во 
    МИТХТ, 2000.
12. Сушильные аппараты и установки. Каталог, М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1988.
13. Чернобыльский И.И. и др. Машины и аппараты химической промышленности, М.: МАШГИЗ, 1975.
14. Перельман В. И. Краткий справочник химика, Государственное научно – техническое издательство химической литературы, М., 1954 – 547с.