Реферат: Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки аммофоса

--PAGE_BREAK--
1.3. Определение основных размеров сушильного барабана.

Основные размеры барабана выбирают по нормативам и каталогам-справочникам [2, 3] в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного пространства V складывается из объема Vп, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема Vс, требуемого для проведения процесса испарения влаги, т. е. V = Vс + Vп. Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи [4, 5]:

                                             <img width=«151» height=«34» src=«ref-3_602678-538.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">                                            (16)

где <img width=«39» height=«34» src=«ref-3_603216-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093"> – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м3; Кν – объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При сушке кристаллических материалов происходит удаление поверхностной влаги, т. е. процесс протекает в первом периоде сушки, когда скорость процесса определяется только внешним диффузионным сопротивлением. При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи Кν = βν.

Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи βν может быть вычислен по эмпирическому уравнению [5]:

                                <img width=«278» height=«64» src=«ref-3_603457-1567.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">                                (17)

где ρср – средняя плотность сушильного агента, кг/м3; с — теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная 1 кДж/(кг*К) [1]; β – оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %; Ро – давление, при котором осуществляется сушка, Па; p — среднее парциальное давление водяных паров в су­шильном барабане, Па.

Уравнение (17) справедливо для значений ωрср = 0,6 – 1,8 кг/(м2*с), n = 1,5 –5,0 об/мин, β = 10 – 25%.

Рабочая скорость сушильного агента в барабане зависит от дисперсности и плотности высушиваемого материала. Для выбора рабочих скоростей (ω, м/с) при сушке монодисперсных материалов можно руководствоваться данными, приведенными в таблице 1.

Для полидисперсных материалов с частицами размером от 0,2 до <metricconverter productid=«5 мм» w:st=«on»>5 мм и насыпной плотностью ρм = 800 – 1200 кг/м3 обычно принимают скорость газов в интервале 2 – 5 м/с. В данном случае размер частиц высушиваемого материала от 1 до <metricconverter productid=«4 мм» w:st=«on»>4 мм, насыпная плотность 1100 кг/м3 [1]. Принимаем скорость газов в барабане ω = 2,2 м/с. Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане tср = (250 + 80)/2 = 165 0С практически соответствует плотности воздуха при этой температуре:

                   <img width=«368» height=«58» src=«ref-3_605024-1523.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096"> кг/м3

При этом ωρср = 2,2*0,807= 1,775 кг/(м2*с), что не нарушает справедливости уравнения (17).

Частота вращения барабана обычно не превышает 5 – 8 об/мин; принимаем n = 5 об/мин.

Оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом β для разных конструкций перевалочных устройств различно. Наиболее распространенные перевалочные устройства показаны на рисунке. 1. Для рассматриваемой конструкции сушильного барабана β = 14 %.

<img width=«592» height=«177» src=«ref-3_606547-19277.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">

Рисунок 1. типы перевалочных устройств, применяемых в барабанных сушилках, и степень заполнения барабана β:

1 – подъемно-лопастного, β = 12%; 2 – то же, β = 14%; 3 – распределительные, β = 20,6%; 4 – распределительные с закрытыми ячейками, β = 27,5%.
Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, т. е. при Ро=105 Па. Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.

Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению:

                          <img width=«291» height=«31» src=«ref-3_625824-1120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> кг/м3                                           (18)
Таблица 1. К выбору рабочей скорости газов в сушильном барабане ω

<img width=«678» height=«124» src=«ref-3_626944-6579.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030"><img width=«676» height=«112» src=«ref-3_633523-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">

Тогда на входе в сушилку:

             <img width=«445» height=«31» src=«ref-3_633596-1760.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099"> Па

На выходе из сушилки:

            <img width=«456» height=«31» src=«ref-3_635356-1738.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100"> Па

Отсюда <img width=«291» height=«53» src=«ref-3_637094-1243.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> Па

Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

                      <img width=«355» height=«60» src=«ref-3_638337-2063.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102"> с-1

Движущую силу массопередачи <img width=«39» height=«34» src=«ref-3_603216-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026"> определим по уравнению:

                             <img width=«312» height=«95» src=«ref-3_640641-1968.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">                            (19)

где <img width=«111» height=«33» src=«ref-3_642609-399.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> – движущая сила в начале процесса сушки, кг/м3; <img width=«113» height=«33» src=«ref-3_643008-400.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105"> – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м3; <img width=«50» height=«31» src=«ref-3_643408-282.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106"> – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее, кг/м3.

Средняя движущая сила ΔРср, выраженная через единицы давления (Па), равна:

                                           <img width=«170» height=«91» src=«ref-3_643690-1268.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">                                          (20)

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем: <img width=«120» height=«33» src=«ref-3_644958-447.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> – движущая сила в начале процесса сушки, Па; <img width=«123» height=«31» src=«ref-3_645405-455.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109"> – движущая сила в конце процесса сушки, Па; <img width=«55» height=«31» src=«ref-3_645860-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">— давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

Значения <img width=«26» height=«31» src=«ref-3_646168-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111"> и <img width=«26» height=«31» src=«ref-3_646378-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112"> определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (tм1) и в конце (tм2) процесса сушки. По диаграмме I-х найдем: tм1= 52,5°С, tм2= 51 °С; при этом <img width=«26» height=«31» src=«ref-3_646168-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">= 13949,85 Па, <img width=«26» height=«31» src=«ref-3_646378-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114"> = 12956,76 Па [1]. Тогда

     <img width=«528» height=«89» src=«ref-3_647006-3704.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115"> Па

Выразим движущую силу в кг/м3 по уравнению (19)

                 <img width=«382» height=«57» src=«ref-3_650710-1897.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116"> кг/м3.

Объем сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению (16):

                           <img width=«305» height=«31» src=«ref-3_652607-1296.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> м3

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи:

                                             <img width=«146» height=«33» src=«ref-3_653903-731.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">                                             (21)

где Qп – расход тепла на прогрев материала до температуры tм1 кВт; Кν – объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м3*К); Δtср – средняя разность температур, град.

Расход тепла Qп равен:

                              <img width=«303» height=«31» src=«ref-3_654634-1129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">                             (22)

       <img width=«495» height=«29» src=«ref-3_655763-1751.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120"> кВт.

Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению [5]:

                                        <img width=«204» height=«36» src=«ref-3_657514-901.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">                                       (23)

                      <img width=«281» height=«33» src=«ref-3_658415-987.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122"> кВт/(м3*К).

Для вычисления Δtср необходимо найти температуру сушильного агента tx, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до tм1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:

                                       <img width=«209» height=«31» src=«ref-3_659402-805.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">                                      (24)

                      <img width=«374» height=«31» src=«ref-3_660207-1556.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">.

tx = 225,3<metricconverter productid=«0C» w:st=«on»>0C.

Средняя разность температур равна:

                                    <img width=«245» height=«33» src=«ref-3_661763-942.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">                                   (25)

                   <img width=«380» height=«33» src=«ref-3_662705-1541.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126"> <metricconverter productid=«0C» w:st=«on»>0C.

Подставляем полученные значения в уравнение (21):

                           <img width=«298» height=«31» src=«ref-3_664246-1272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128"> м3.

Общий объем сушильного барабана V= 77,82+ 4,86 = <metricconverter productid=«82,68 м3» w:st=«on»>82,68 м3.

Далее по справочным данным [2, 3] находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.

В таблице 2 приведены основные характеристики барабанных сушилок, выпускаемых; заводами «Уралхиммаш» и «Прогресс» [6]. По таблице выбираем барабанную сушилку № 7208 со следующими характеристиками: объем V = <metricconverter productid=«86,2 м3» w:st=«on»>86,2 м3, диаметр d = <metricconverter productid=«2,8 м» w:st=«on»>2,8 м, длина l= <metricconverter productid=«14 м» w:st=«on»>14 м.

<img width=«666» height=«194» src=«ref-3_665518-13661.coolpic» v:shapes="_x0000_s1034"><img width=«661» height=«182» src=«ref-3_679179-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">

Определим действительную скорость газов в барабане:

                                            <img width=«156» height=«33» src=«ref-3_679252-810.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">                                            (26)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м3/с) равен:

                                <img width=«284» height=«65» src=«ref-3_680062-1454.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">                               (27)

где хср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха. Подставив, получим:

             <img width=«427» height=«58» src=«ref-3_681516-2021.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131"> м3/с.

Тогда <img width=«255» height=«33» src=«ref-3_683537-1145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132"> м3/с.

Определим среднее время пребывания материала в сушилке [5]:

                                           <img width=«171» height=«31» src=«ref-3_684682-713.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">                                          (28)

Количество находящегося в сушилке материала (в кг) равно:

                                                  <img width=«99» height=«31» src=«ref-3_685395-471.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">                                                 (29)

                              <img width=«276» height=«31» src=«ref-3_685866-1056.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> кг

Отсюда <img width=«295» height=«29» src=«ref-3_686922-1147.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136"> с.

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана [5]:

                              <img width=«303» height=«33» src=«ref-3_688069-1472.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">                             (30)

        <img width=«511» height=«31» src=«ref-3_689541-2038.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">о

Если полученное значение α' мало (меньше 0,5о), число оборотов барабана уменьшают и расчет повторяют сначала.

Далее необходимо проверить допустимую скорость газов, исходя из условия, что частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания ωс в, определяют по уравнению [4]:

                                   <img width=«250» height=«65» src=«ref-3_691579-1371.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">                                  (31)

где μср и рср – вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре; d– наименьший диаметр частиц материала, м; Аг = d3рчрсрg/μср2 – критерий Архимеда; рч — плотность частиц высушиваемого материала, равная для аммофоса 1750 кг/м3.

Средняя плотность сушильного агента равна:

                          <img width=«344» height=«60» src=«ref-3_692950-1527.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">

<img width=«589» height=«57» src=«ref-3_694477-2509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> кг/м3

Критерий Архимеда:

                     <img width=«387» height=«69» src=«ref-3_696986-2019.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">

Тогда скорость уноса:

           <img width=«459» height=«72» src=«ref-3_699005-2506.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> м/с.

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке (ωд = 2,746 м/с) меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера ωс.в = 6,653 м/с, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем. В противном случае (при ωд > ωс.в) уменьшают принятую в расчете скорость сушильного агента и повторяют расчет.

2. Технологический расчет вспомогательного оборудования.

2.1. Расчет вытяжного циклона.
Для выделения частиц сухого материала из воздуха, выходящего из барабанной сушилки, выбираем циклон конструкции НИИОГАЗ серии ЦН-24. Для циклона ЦН-24 оптимальная скорость воздуха 4,5 м/с [7].

Определим необходимую площадь сечения циклона:

                                                    <img width=«81» height=«58» src=«ref-3_701511-380.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">                                                   (32)

где νг – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м3/с; ωопт – оптимальная скорость воздуха в циклоне, м/с.

                                           <img width=«147» height=«57» src=«ref-3_701891-739.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145"> м2.

Диаметр циклона:

                                                <img width=«116» height=«64» src=«ref-3_702630-688.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">                                                (33)

                                          <img width=«163» height=«64» src=«ref-3_703318-949.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> м.

Диаметр циклона округляем до стандартного значения D = <metricconverter productid=«2,4 м» w:st=«on»>2,4 м [3].

Действительная скорость воздуха в циклоне:

                                              <img width=«139» height=«57» src=«ref-3_704267-730.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">                                             (34)
                                     <img width=«197» height=«57» src=«ref-3_704997-984.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149"> м/с.

Действительная скорость не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%. Данное условие сохранилось.

Определим потери давления в циклоне:

                                                 <img width=«106» height=«57» src=«ref-3_705981-609.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">                                                 (35)

где ξ – коэффициент гидравлического сопротивления; ρ – плотность воздуха при рабочих условиях кг/м3.

ξ для циклона ЦН-24 равно 80 [2].

Плотность воздуха при рабочих условиях определим по формуле:

                                               <img width=«132» height=«58» src=«ref-3_706590-659.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">                                              (36)

где ρ0– плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; t2 – температура воздуха на выходе из сушилки, оС.

                                 <img width=«216» height=«53» src=«ref-3_707249-1094.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> кг/м3.

Тогда потери давления в циклоне:

                                <img width=«247» height=«57» src=«ref-3_708343-1191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> Па.


2.2. Расчет вытяжного вентилятора.

Для транспортировки сушильного агента через сушильную установку применяют вытяжной вентилятор. Расчет ведем по летним условиям, так как летом нагрузка на вентилятор больше. Для его выбора рассчитываем полное гидравлическое сопротивление установки:

                                      ∆Р = ∆Рб.с +∆Рц +∆Рр.ф + ∆Рп                                                        (37)

Где ∆Рб.с, ∆Рц, ∆Рр.ф, ∆Рп, — гидравлическое сопротивление соответственно барабанной сушилки, циклона, рукавного фильтра, трубопровода, в Па.

∆Рб.с для сушилок диаметром до <metricconverter productid=«2.8 м» w:st=«on»>2.8 м. составляет 20-<metricconverter productid=«35 мм» w:st=«on»>35 мм. вод. ст. = 196-343 Па. [12].

Примем:

∆Рб.с = 343 Па.

∆Рц = 808 Па.

∆Рр.ф = 2000 Па.

Примем скорость воздуха в трубопроводе ωтр = 25 м/с.

Диаметр трубопровода:

                                                     <img width=«123» height=«76» src=«ref-3_709534-2083.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">                                          (38)

Где V = 8.92 * 1.4 = 12,43;

d = <metricconverter productid=«0,796 м» w:st=«on»>0,796 м.

Примем диаметр d = 800 * <metricconverter productid=«15 мм» w:st=«on»>15 мм, ωтр = 24,73 м/с.

Температура воздуха на входе в сушилку 273 ОС, на выходе из рукавного фильтра примем t = 70 ОС.

Средняя температура:

tср = (273+70)/2 =171,5 ОС.

ρ=1,04 кг/м3 [2]

μ=2,2*10-5 Па*с

Re = (24,73*0,8*1,04)/2,2*10-5 = 9,35*105

Примем, что трубы были в эксплуатации и имеют незначительную коррозию. Тогда ∆=0,15 мм. Получим:

e = 1,5*10-4 / 0,77 = 1,95*10-4,

10/e = 51282< Re = 935000< 560/e = 2871795.

Так как Re попадает в этот промежуток, расчет λ следует проводить для смешанного трения:

                                          <img width=«195» height=«33» src=«ref-3_711617-829.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">                                     (39)

λ = 0,11*(1,95*10-4 + 68/935000)0,25 = <metricconverter productid=«0,014 м» w:st=«on»>0,014 м.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений [1]:

1) вход в трубу (принимаем с острыми краями);   ξ1=0,5

2) колено с углом 90О;                                             ξ2=1,1

3) выход из трубы;                                                  ξ3=1,0

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

<img width=«377» height=«33» src=«ref-3_712446-1222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">

Гидравлическое сопротивление трубопровода:

ΔРn = (0,014/0,77 + 4,8)*1,04*24,732/2 = 1642 Па.

Избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления всей установки и трубопровода:

ΔР = 343 + 808 + 2000 + 1642 = 4793 Па.

Таким образом, необходим вентилятор высоко давления. Полезную мощность его находим по формуле:

Nn = V*ΔР = 12,83*4793 = 60 кВт.

В центробежных насосах вал электродвигателя обычно непосредственно соединяется с валом насоса; в этих случаях ηпер = 1.

ηн центробежных насосов большой подачи примем равной 0.9.

N = Nn/( ηпер* ηн) = 66,67 кВт.

Выбираем газодувку ТВ-450-1,08, которую можно считать вентилятором высокого давления, со следующими характеристиками:

Q=7,50 м3/с; ∆р=8000 Па; п=49,5 с-1; электродвигатель типа А2-92-2; N=125 кВт; ηдв=0,94.
    продолжение
--PAGE_BREAK--