На курсовой проект по дисциплине «ТермовлажностныЕ и низкотемпературные теплотехнические процессы и установки»

СОДЕРЖАНИЕ

 

        1. Задача расчета.......................................................... 3

     2. Литературный обзор................................................ 4

   3. Материальный расчёт сушилки.............................. 22      4. Внутренний баланс сушильной камеры.................................... 24

      5. Параметры сушильного агента при

        сушке топочными газами....................................... 26

      6. Построение на I-x диаграмме

       процесса сушки топочными газами........................ 28

   7. Расчёт расходов сушильного агента и топлива..... 29

     8. Расчёт рабочего объёма сушилки.......................... 31

   9. Расчёт коэффициента теплоотдачи......................... 33      10. Расчёт параметров псевдосжиженного слоя......................................... 34

      11. Расчёт плотности влажного газа........................ 37

   12. Расчёт потери теплоты в окружающую среду..... 37      13. Подбор и расчет вспомогательного оборудования................................ 39

                13.1. Расчёт топки................................................. 39

                             

        13.2. Выбор и расчет пылеуловителей................. 39  

     13.3 Расчет гидравлических сопротивлений

                   сушильной установки.................................... 41

      13.4. Подбор и расчет вентилятора и дымососа …...42

     14. Библиография........................................................ 44

       

 

 

Задание

На курсовой проект по дисциплине «ТермовлажностныЕ и низкотемпературные теплотехнические процессы и установки»

Выбрать рациональную схему теплоснабжения, рассчитать и спроектировать барабанную сушилку для сушки известняка смесью воздуха и продуктов сгорания топлива.

Исходные данные

1. Производительность G₁ по влажному материалу, т/ч –.

2. Начальная влажность материала ω ₁, % – 

3. Конечная влажность материала ω _2, % –  

4. Температура сушильного агента на входе в сушилку t₁,

5. Район расположения сушилки –

6. Топливо –

 

 

Задание выдал:

Доцент кафедры ЭТ

Губарева В.В.                                                                ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾        

                                                                                               подпись                                                                    

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Продуктивность сушильного процесса во многом зависит от конструктивных особенностей сушильных установок, вида и эффективности теплоносителя и сушиль­ного агента, рациональной схемы распределения пото­ков газов и материала.

Сушильные установки классифицируются по сле­дующим признакам.

По режиму работы — периодического, непрерыв­ного и переменно-циклического действия.

По виду обрабатываемого материала — для сыпучих и кусковых материалов (песок, глина, щебень, гранулы); текучих материалов (шликер); штучных изделий (кир­пич, керамические блоки, плитки, трубы), листовых изделий (сухая штукатурка, теплоизоляционные плиты).

По способу передачи теплоты — контактные (пере­дача теплоты через металлическую поверхность), кон­вективные (теплота передается при непосредственном соприкосновении и обдуве материала сушильным аген­том), радиационные (с помощью инфракрасного излуче­ния). Менее распространены сушилки: с периодическим сбросом давления в автоклавах; работающие на перегре­том паре; с прогревом токами высокой частоты; с комби­нированными источниками теплоты.

По схеме движения газов и материала — прямоточные (материал и газы двигаются в одном направлении), противоточные (материал и газы двигаются навстречу друг другу), с внутренним или внешним подогревом сушильного агента, с рециркуляцией или без нее, одно-или многозонные.

По основной конструкции — газослоевые с неподвижным, кипящим или виброкипящим слоем с сушкой воз­духом или дымовыми газами; сушилки с сушкой при падении, во взвешенном состоянии и при движении ма­териала; распылительные с пневматическим, механическим и центробежным распылением; барабанные (с непосредственным контактом газа и материала и с внешним смыванием поверхности); контактные (шнековые, скребковые, трубчатые, подовые); тоннельные и щелевые с ленточными конвейерами или вагонетками для сушки штучных и листовых изделий; камерные сушилки.

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Наиболее интенсивная и равномерная сушка происходит в установках кипящего слоя. При повышении скорости движения сушильного агента динамическое давление потока газа возрастает, приближаясь по значению к давлению слоя материала. Частицы материала при этом начинают перемещаться в пределах слоя. Объем, зани­маемый материалом, увеличивается, а слой становится псевдоожиженным. При дальнейшем увеличении ско­рости сушильного агента сначала отдельные, наиболее легкие, частицы материала начинают взлетать над поверхностью слоя, затем наступает «кипение» всего слоя. Частицы материала практически теряют контакт друг с другом и свободно перемещаются под давлением потока газа в пределах слоя. Продолжая увеличивать скорость газа, достигают критической скорости (скорости вита­ния), при которой весь материал находится во взвешен­ном состоянии, удерживаясь в объеме установки сила­ми динамического давления потока газа. При этом час­тицы материала, потерявшие влагу, становятся лег­че, захватываются потоком газа и уносятся, причем расстояние транспортирования зависит от размеров частицы.

Схема простейшей сушильной установки для сушки материалов в кипящем слое представлена на рис. 1. Сжигая топливо в топке и смешивая дымовые газы о воздухом, получают сушильный агент, подаваемый вен­тилятором под решетку с материалом.

 

 

Рис. 1. Схемы сушилки с кипящим слоем

 

Газы, проходя через решетку и слой материала, захватывают высу­шенные мелкие фракции и транспортируют их в пылеосадительные камеры и циклоны, в которых фракции обеспыливаются, а газы охлажденными выбрасываются в атмосферу. Материал из загрузочного бункера подают в сушилку, перемещают по решетке и выгружают на шнековый транспортер. Таким же образом выгружают материал из пылеосадительных камер и циклонов.

В установках данного типа высота слоя зависит от размеров частиц материала и давления, создаваемого вентилятором, и, составляет 200...700 мм.

Рис. 2. Схема трехъярусной сушилки с кипящим слоем: I. 1 — подача воздуха и топлива; 3 — топка; 4 — сушильная камера; в — решетки; 6 — питатель подачи материала; 7 — циклоны; 8 - отса­сывающий вентилятор; 9 — конвейер готовой продукции

 

Температура газов на входе в установку 300...400 °С, температура отходящих газов 100...125 °С, удельный расход теплоты 5000...6000 кДж/кг испаренной влаги.

Так как температура отходящих газов невелика, но превышает температуру высушенного материала, для повышения эффективности и экономичности установок целесообразно высушиваемый материал располагать в несколько ярусов по ходу потока газов (рис. 48). Вен­тилятором 1 воздух подают в топку 5, а также смеситель­ную камеру для смешивания с дымовыми газами до нужных параметров. Сушильный агент подают в камеру, где он последовательно проходит через три яруса, от­давая теплоту на испарение влаги. Отверстия в решет­ке меньше размеров частиц, поэтому материал с нижнего яруса не проходит на верхний, а с верхнего — неболь­шой унос из-за высокой влажности материала. Матери­ал, загружаемый через питатель 6, проходит по трем зонам сушки, и после обработки конвейером подается на склад готовой продукции. В установках многозонной сушки удельные расходы ниже и составляют 3500... 5000 кДж/кг испаренной влаги, соответственно ниже и температуры уходящих газов — 60...80°С.

В сушильных установках кипящего слоя создает­ся высокое объемное напряжение по влаге [150... 250 кг/(м³∙ ч)], влажность материала быстро, за несколь­ко минут, падает с 20...25 % до 0, 1 %.

Однако в сушилках подобных конструкций для создания кипящего слоя сушильный агент необходимо подавать с большой скоростью и для этого требуется установка высоконапорных вентиляторов. Если же решет­ку с материалом подвергнуть вибрации, то аэродинами­ческое сопротивление слоя значительно уменьшается, что дает возможность существенно снизить напор венти­лятора. Сушилки с виброкипящим слоем имеют практи­чески одинаковые с другими установками кипящего слоя показатели по расходу теплоты, объемному напряжению, температурам, однако расход электроэнергии значитель­но ниже.

Расчет сушильной установки

Материальный баланс

Материальный баланс сушилки по высушиваемому материалу имеет вид:

                                           ,                                                     

где G₁ – расход влажного материала, кг/с;

G₂ – расход высушенного материала, кг/c;

W – количество испаряемой влаги, кг/с;

Общее количество испаряемой влаги можно рассчитать по уравнению, вытекающему из уравнения (1).

                                          ,                                                

где  и  - соответственно начальная и конечная влажность материала, %

Тогда расход влажного материала равен:

Сводная таблица материального баланса по высушиваемому материалу:

Таблица№2

Приход вещества	кг/с	Расход вещества	кг/с
С влажным  песком	21, 69	С высушенным песком	20, 83
		С испаряемой влагой	0, 86
Итого	21, 69	Итого	21, 69

 

Газов с воздухом

Изобразим процесс построения сушки на I-Х диаграмме для теоретического и действительных процессов:

Процесс построения для зимы производится следующим образом:

1) Точка А соответствует начальным параметрам атмосферного воздуха

Процесс построения для лета производится следующим образом (Рис 10): Точка А соответствует начальным параметрам атмосферного воздуха _, . Точка Г соответствует параметрам дымовых газов на выходе из топки ^, . Линия АГ соответствует процессу смешения воздуха с дымовыми газами. На пересечении изотермы заданной температуры t₂=900⁰С и линии АГ находим точку В, характеризующую состояние сушильного агента при . Ведя линию из точки В параллельно линии энтальпий до пересечения с изотермой , соответствующей температуре сушильного агента на выходе из сушилки, получаем точку С_т, характеризующую состояние сушильного агента на выходе из сушилки при теоретическом процессе сушки с параметрами I₁=1115 кДж/кг; Х_2Т=0, 38 кг/кг_сг. Однако действительный процесс сушки несколько отличается от теоретического, идущего по адиабате. Зная величину D, рассчитанную ранее, можно определить действительную энтальпию:

От точки С_т откладываем в масштабе отрезок , получая точку Е. Соединяя т. В и Е, получаем линию действительной сушки ВЕ, на пересечении которой с изотермой t₂=100⁰С определим точку С_д, характеризующую состояние сушильного агента на выходе из сушилки при действительном процессе сушки с влагосодержанием Х_2д=0, 26 кг/кг_сг.

 

Для летних условий процесс построения аналогичен. При этом _{,  ,} , _, I₁=1140 кДж/кг,  Х₁=0, 04 кг/кг_сг, Х_2Т=0, 39 кг/кг_сг, t₂=100º С, Х_2д=0, 28 кг/кг_сг

 

 

Расход теплоты в сушилке

− Общее количество теплоты, затрачиваемое в процессе сушки за 1с:

− Количество теплоты, передаваемое высушиваемому материалу в рабочем объёме сушки за 1с:

− Удельный расход теплоты

− Средний температурный напор:

 

где ;

θ _м – температура материала, равная температуре мокрого термометра, которая находится по I-X диаграмме по параметрам сушильного агента на входе и выходе из сушилки.[1]

 

Как правило, в расчетах можно принимать, что средняя температура сушильного агента равна его температуре на выходе из слоя. Следовательно, t_ср=100 °С. Физические константы газа при конечных параметрах [1]:

-вязкость воздуха µ = 22, 04× 10^-6 Па× с;

-кинематическая вязкость воздуха ν =23, 2× 10⁶ м²/c;

-критерий Прандтля Pr = 0, 69;

-теплопроводность сушильного агента l = 3, 18× 10² Вт/(м× К);

-теплоемкость воздуха С = 1025 Вт/кг⁰С.

− Вычислим плотность влажного воздуха при конечных параметрах.

Парциальное давление сухого газа

Р_сг= Р - Р_п =745- 220 =525мм.рт.ст = 69, 98 кПа

Парциальное давление влажного пара найдено по I-X диаграмме.

Плотность сухого газа

 

 

Температура отходящего газа из сушилки в пылеуловительные устройства равна 100 ⁰С.

Плотность влажного газа:                         

 

 

Расчет топки

Выбираем факельную топку, с тепловым напряжением 100 кВт/м3.

Объем топки:

Пользуясь соотношением длины топки к диаметру равным 2, найдем значение основных размеров топки: D_т=3м, L_т= 6м.

 

Питатель для загрузки.

Примем для загрузки влажного материала в разгрузочную камеру шлюзовый питатель Ш1. Производительность не меньше 21, 69 кг/с, что соответствует 52, 06 м³/ч (при плотности 1500кг/м³) [2].

Диаметр шлюзового питателя вычисляют по формуле:

 

По сортаменту принимаем диаметр 450 мм, шлюзовый питатель Ш1-45

 

Технические характеристики:

Диаметр крыльчат-ки, мм	Условный проход загрузочно-го штуцера, мм	Объемная производительность, м3/ч	Частота вращения винта, с-1	Мощность электродвигате-ля, кВт
450	400	6-56	0, 033-0, 32	2, 2

Клапан – мигалка

Внутренний диаметр входного патрубка клапана – мигалки определяют:

G₂ – расход материала через мигалку,

G_УД – удельная производительность мигалки (рекомендуется принимать 15–80 кг/м²с).

Отнеся это значение к ряду стандартных получим D=800 мм [7]. Будем применять конусную мигалку, обеспечивающую меньшие присосы воздуха, чем плоская мигалка.

Выбор циклонов.

Объёмный расход газов в системе пылеулавливания.

 

Исходя из производительности, примем циклон НИИОГАЗ ЦН-15 с диаметром  D_ц=500мм, гидравлическое сопротивление данного циклона z_ц=105. [1, прил.19]

Расход газов через один циклон:

 

.

 

Число циклонов:

 

.

 

Принимаем n=8 циклонов.

 

 

Основные размеры ЦН-15[1]

Внутренний диаметр	D	0, 5
Высота конуса циклона	Hк	1, 0
Высота цилиндрической части	Hц	1, 13
Общая высота циклона	H	2, 28
Высота выхлопной трубы с фланцем	Hм	0, 87
Высота внешней части выхлопной трубы	Hв	0, 15
Высота входного патрубка	а	0, 33

 

Найдем сопротивление в циклоне

Сопротивлением трения газа о стенки циклона пренебрегаем в силу их малости.

Проверка оптимальности расхода газа через один циклон:

.

 

Выбор рукавного фильтра

Расчетная площадь поверхности фильтрования.

Ткань – стеклянная, фиктивная скорость фильтрования равна 0, 011м/с

Фактическая поверхность на 15% выше. [1, прил.21]

 

 

Выбираем 3 аппарата для очистки СМЦ-100А с типоразмерами [1, прил.22]:

-Площадь фильтрования -205м²;

-длина рукавов рабочая -9100мм;

-диаметр рукавов 200мм;

-температура газа до 300 ⁰С;

-сопротивление фильтра 1900 Па.

 

 

Список литературы.

 

1. 1. Губарева В. В.Расчет и проектирование конвективных сушильных установок: учеб.пособие: /В.В. Губарева. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. – 118с

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 169 с.

3.  Муштаев В.И. Конструирование и расчет аппаратов со взвешенным слоем: Химия, 1991 г.

4.. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учеб. пособие/ Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987.

5.  Каталог завода промышленного оборудования «Техпром», 2010.

6. Сапожников М.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. – М.: Высшая школа, 1971. – 254 с.  

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

        1. Задача расчета.......................................................... 3

     2. Литературный обзор................................................ 4

   3. Материальный расчёт сушилки.............................. 22      4. Внутренний баланс сушильной камеры.................................... 24

      5. Параметры сушильного агента при

        сушке топочными газами....................................... 26

      6. Построение на I-x диаграмме

       процесса сушки топочными газами........................ 28

   7. Расчёт расходов сушильного агента и топлива..... 29

     8. Расчёт рабочего объёма сушилки.......................... 31

   9. Расчёт коэффициента теплоотдачи......................... 33      10. Расчёт параметров псевдосжиженного слоя......................................... 34

      11. Расчёт плотности влажного газа........................ 37

   12. Расчёт потери теплоты в окружающую среду..... 37      13. Подбор и расчет вспомогательного оборудования................................ 39

                13.1. Расчёт топки................................................. 39

                             

        13.2. Выбор и расчет пылеуловителей................. 39  

     13.3 Расчет гидравлических сопротивлений

                   сушильной установки.................................... 41

      13.4. Подбор и расчет вентилятора и дымососа …...42

     14. Библиография........................................................ 44

       

 

 

Задание

на курсовой проект по дисциплине «ТермовлажностныЕ и низкотемпературные теплотехнические процессы и установки»

Выбрать рациональную схему теплоснабжения, рассчитать и спроектировать барабанную сушилку для сушки известняка смесью воздуха и продуктов сгорания топлива.

Исходные данные

1. Производительность G₁ по влажному материалу, т/ч –.

2. Начальная влажность материала ω ₁, % – 

3. Конечная влажность материала ω _2, % –  

4. Температура сушильного агента на входе в сушилку t₁,

5. Район расположения сушилки –

6. Топливо –

 

 

Задание выдал:

Доцент кафедры ЭТ

Губарева В.В.                                                                ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾        

                                                                                               подпись                                                                    

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Продуктивность сушильного процесса во многом зависит от конструктивных особенностей сушильных установок, вида и эффективности теплоносителя и сушиль­ного агента, рациональной схемы распределения пото­ков газов и материала.

Сушильные установки классифицируются по сле­дующим признакам.

По режиму работы — периодического, непрерыв­ного и переменно-циклического действия.

По виду обрабатываемого материала — для сыпучих и кусковых материалов (песок, глина, щебень, гранулы); текучих материалов (шликер); штучных изделий (кир­пич, керамические блоки, плитки, трубы), листовых изделий (сухая штукатурка, теплоизоляционные плиты).

По способу передачи теплоты — контактные (пере­дача теплоты через металлическую поверхность), кон­вективные (теплота передается при непосредственном соприкосновении и обдуве материала сушильным аген­том), радиационные (с помощью инфракрасного излуче­ния). Менее распространены сушилки: с периодическим сбросом давления в автоклавах; работающие на перегре­том паре; с прогревом токами высокой частоты; с комби­нированными источниками теплоты.

По схеме движения газов и материала — прямоточные (материал и газы двигаются в одном направлении), противоточные (материал и газы двигаются навстречу друг другу), с внутренним или внешним подогревом сушильного агента, с рециркуляцией или без нее, одно-или многозонные.

По основной конструкции — газослоевые с неподвижным, кипящим или виброкипящим слоем с сушкой воз­духом или дымовыми газами; сушилки с сушкой при падении, во взвешенном состоянии и при движении ма­териала; распылительные с пневматическим, механическим и центробежным распылением; барабанные (с непосредственным контактом газа и материала и с внешним смыванием поверхности); контактные (шнековые, скребковые, трубчатые, подовые); тоннельные и щелевые с ленточными конвейерами или вагонетками для сушки штучных и листовых изделий; камерные сушилки.

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Наиболее интенсивная и равномерная сушка происходит в установках кипящего слоя. При повышении скорости движения сушильного агента динамическое давление потока газа возрастает, приближаясь по значению к давлению слоя материала. Частицы материала при этом начинают перемещаться в пределах слоя. Объем, зани­маемый материалом, увеличивается, а слой становится псевдоожиженным. При дальнейшем увеличении ско­рости сушильного агента сначала отдельные, наиболее легкие, частицы материала начинают взлетать над поверхностью слоя, затем наступает «кипение» всего слоя. Частицы материала практически теряют контакт друг с другом и свободно перемещаются под давлением потока газа в пределах слоя. Продолжая увеличивать скорость газа, достигают критической скорости (скорости вита­ния), при которой весь материал находится во взвешен­ном состоянии, удерживаясь в объеме установки сила­ми динамического давления потока газа. При этом час­тицы материала, потерявшие влагу, становятся лег­че, захватываются потоком газа и уносятся, причем расстояние транспортирования зависит от размеров частицы.

Схема простейшей сушильной установки для сушки материалов в кипящем слое представлена на рис. 1. Сжигая топливо в топке и смешивая дымовые газы о воздухом, получают сушильный агент, подаваемый вен­тилятором под решетку с материалом.

 

 

Рис. 1. Схемы сушилки с кипящим слоем

 

Газы, проходя через решетку и слой материала, захватывают высу­шенные мелкие фракции и транспортируют их в пылеосадительные камеры и циклоны, в которых фракции обеспыливаются, а газы охлажденными выбрасываются в атмосферу. Материал из загрузочного бункера подают в сушилку, перемещают по решетке и выгружают на шнековый транспортер. Таким же образом выгружают материал из пылеосадительных камер и циклонов.

В установках данного типа высота слоя зависит от размеров частиц материала и давления, создаваемого вентилятором, и, составляет 200...700 мм.

Рис. 2. Схема трехъярусной сушилки с кипящим слоем: I. 1 — подача воздуха и топлива; 3 — топка; 4 — сушильная камера; в — решетки; 6 — питатель подачи материала; 7 — циклоны; 8 - отса­сывающий вентилятор; 9 — конвейер готовой продукции

 

Температура газов на входе в установку 300...400 °С, температура отходящих газов 100...125 °С, удельный расход теплоты 5000...6000 кДж/кг испаренной влаги.

Так как температура отходящих газов невелика, но превышает температуру высушенного материала, для повышения эффективности и экономичности установок целесообразно высушиваемый материал располагать в несколько ярусов по ходу потока газов (рис. 48). Вен­тилятором 1 воздух подают в топку 5, а также смеситель­ную камеру для смешивания с дымовыми газами до нужных параметров. Сушильный агент подают в камеру, где он последовательно проходит через три яруса, от­давая теплоту на испарение влаги. Отверстия в решет­ке меньше размеров частиц, поэтому материал с нижнего яруса не проходит на верхний, а с верхнего — неболь­шой унос из-за высокой влажности материала. Матери­ал, загружаемый через питатель 6, проходит по трем зонам сушки, и после обработки конвейером подается на склад готовой продукции. В установках многозонной сушки удельные расходы ниже и составляют 3500... 5000 кДж/кг испаренной влаги, соответственно ниже и температуры уходящих газов — 60...80°С.

В сушильных установках кипящего слоя создает­ся высокое объемное напряжение по влаге [150... 250 кг/(м³∙ ч)], влажность материала быстро, за несколь­ко минут, падает с 20...25 % до 0, 1 %.

Однако в сушилках подобных конструкций для создания кипящего слоя сушильный агент необходимо подавать с большой скоростью и для этого требуется установка высоконапорных вентиляторов. Если же решет­ку с материалом подвергнуть вибрации, то аэродинами­ческое сопротивление слоя значительно уменьшается, что дает возможность существенно снизить напор венти­лятора. Сушилки с виброкипящим слоем имеют практи­чески одинаковые с другими установками кипящего слоя показатели по расходу теплоты, объемному напряжению, температурам, однако расход электроэнергии значитель­но ниже.

12345Следующая ⇒

Поделиться: