От точки В проводим линию Ннгаз = const до пересечения с изотермой tкгаз =120°С и определяем положение конечной точки процесса L0. Теоретический процесс сушки на Н-d диаграмме изобразится линией ВС0. Параметрами точки С0 на 1 кг сухих газов являются постоянная энтальпия Ннгаз =1100 кДж и влагосодержание d2 = 300 г.

6.6 Расход сухих газов по массе при теоретическом процессе сушки

6.7 Построение действительного процесса в реальной сушилке сводится к определению направления линии сушки для чего находим удельное количество теплоты, отданное в окружающую среду поверхностью сушильного барабана и на нагрев материала.

где: - количество теплоты, расходуемой на нагрев сушимого материала, кДж/кг.

где: см – удельная теплоемкость высушенного материала при конечной влажности .

где: – теплоемкость,

- количество теплоты, потерянной сушилкой в окружающую среду.

где: α1 – коэффициент теплоотдачи от газов к внутренней поверхности сушильного барабана равной 150 Вт/(м2*°С);

s1 – толщина стенки барабана = 14 мм;

s2 – толщина теплоизоляции барабана равна 40 мм;

и - теплопроводность соответственно стальной стенки

= 58,2 Вт/°С;

= 0,2 Вт/°С;

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду обычно принимаемый 12-15 Вт/(м2*°С), ;

– площадь боковой поверхности сушильного барабана

- разность температур газов рабочего пространства барабана и окружающего воздуха, °С

- средняя температура материала в барабане

где: средняя температура материала в барабане.

Следовательно:

Подставляем числовые значения в формулу :

Подставляем числовые значения в формулу :

6.8 Так как часть теплоты теряется, то энтальпия в конце процесса будет меньше энтальпии газов в начале процесса сушки, т.е

Находим величину уменьшения энтальпии дымовых газов.

Откладываем на Н-d диаграмме значение = кДж на 1 кг сухих газов от точки С0 вертикально вниз и получаем точку D, которую соединяем с точкой В. Линия BD показывает направление линии действительного процесса сушки с учетом тепловых потерь. Линия пересечения пучка действительного процесса сушки с линией = 600°С дает точку С – конца процесса сушки. При заданной конечной температуре процесса =65°С весь процесс в действительной сушилке выразился линией ВС. Следовательно, процесс пойдет по более крутой линии и конечная точка переместится по вертикали вниз от С до точки D на величину, равную потере теплоты, отнесенной к 1 кг сухого газа, проходящего через сушилку. Притом энтальпия уменьшается при постоянном влагосодержании, поскольку потери теплоты снижают температуру газов. Определяем на Н-d диаграмме конечное влагосодержание газов для точки С, dк = 270г на 1 кг сухих газов.

6.9 Действительный расход газов по массе на сушку составит

6.10 Определяем количество теплоты на сушку

6.11 Приняв к.п.д. топки η=0,9 определим количество подводимой теплоты в топку

6.12 Определим тепловую мощность топки

6.13 Расход топлива по массе составляет

7.Материальный и тепловой баланс сушильного барабана

При установившемся процессе сушки количество влаги, поступающей в сушильный барабан с материалом и дымовыми топочными газами, должно быть равно количеству влаги, остающейся в материале, и влаги, ушедшей с дымовыми газами (баланс влаги) на 1 ч работы сушилки. Малая величина потерянной теплоты в окружающую среду объясняется применением тепловой изоляции. Проверим конструктивные размеры сушильного барабана.

7.1 Определяем объем сушильного барабана Vбар,м3

где: Кб—коэффициент, учитывающий долю объема барабана, занятого насадками и винтовыми направляющими (Кб=1,1 ...1,2) Кб=1,2;

Ф — тепловой поток, передаваемый от газов к материалу и расходуемый на испарение влаги и нагрев материала:

Ф=( 2493+1,97*tкгаз-4,2*tнм)*0,278*W+0,278*Qм (61)

где: Qм- количество теплоты, расходуемой на нагрев сушимого материала:

кДж/ч

Ф=(2493+1,97*120-4,2*15)*0,278*1704,55+0,278*505227,1=1403967,86 кВт

7.2 Определяем среднюю логарифмическую разность температур между газами и материалом в барабане для случая прямотока по формуле

∆tср=∆tмакс-∆tмин/﴾2,3*lg*(∆tмакс/∆tмин)﴿ (62)

∆tмакс= tнгаз - tнм (63)

∆tмакс=600-15=585°С

∆tмин= tкгаз – tкм (64)

∆tмин =120-65=55°С

∆tср=585-55/(2,3*lg*(585/55)=224,58°С

Принимаем объемный коэффициент теплоотдачи, отнесенный к единице свободного объема барабана, не занятого перегородками и лопастями Вт/(м3*°С)

Таблица 1. Материальный баланс

7.3 Определим количество водяных паров в газах

8.Расчет удельного количества теплоты, топлива и к.п.д. сушилки

Таблица 2. Тепловой баланс сушильного барабана.

9. Расчет частоты вращения и мощности привода сушильного барабана

9.1 Определяем удельный расход сухих газов на 1 кг испаренной влаги

lсм=1000/ (d2-dн) (66)

lсм=1000/(300-26,4)=3,65 кг

9.2 Удельное количество теплоты на 1 кг испаренной влаги составит

q= Qтоп/W(67)

Определим количество теплоты потерянные в топке, кДж/ч:

q=578965,92/1704,55=339,66 кДж

9.3 Удельный расход топлива на 1 кг испаренной влаги составит

b= mт/W(69)

b=142,35/1704,55=0,084

9.4 Тепловой к.п.д. барабанной сушилки равен

η= Qисп/qq(70)

Определим количество теплоты на испарение и нагрев влаги материала, кДж/ч;

η=20,65/339,66 =0,06

10. Расчет частоты вращения и мощности привода сушильного барабана

10.1 Частоту вращения барабана определяем по формуле

n= LБАР/(a* t *D* tg α) (71)

где: a- коэффициент, зависящий от типа насадки и диаметра барабана.

Для подъемно лопастной насадки принимаем угол наклона барабана: α=30 (tg =0,052)

n=11,46/(1.2*2649*1,77*0.052) =0,039 об/с = 2,35 об/м

10.2 Мощность, необходимую на вращение барабана, определяем по формуле А.П.Ворошилова

N=0,0013* D3БАР* LБАР*n* η*ρн (72)

где: η- коэффициент мощности для барабана

ρн- объемная насыпная масса суперфосфата гранулированного в барабане при средней влажности , кг/м3

Следовательно:

N=0,0013*1,773*11,46*2,35*0.038*2600=19,18 кВт

11 Аэродинамический расчет, подбор приборов для сжигания топлива и вентиляционных устройств

Расчет топочного устройства и подбор горелочного устройства

11.1 Объем топки Vт,м3:

Vт=Qт/qv(73)

qv =(100000)кВт/м3

Vт=(40762*142,35)/100000=5,8 м3

11.2 Диаметртопки Dт, м:

Dт= (75)

Dт= =1,55

11.3 Длина топки Lт, :

Lт=2* Dт (76)

Lт=2*1,55=3,1

Рассчитаем мощность горелки, мВт:

Qг=(mт *Q)/106 (77)

Qг=(142,35* )/106=50,8

По рассчитанной мощности принимаем к установке газомазутную горелку с форсунками воздушного распыливания Оргмонтажэнергогаз ОЭН-75-ГМВ-6, номинальной производительностью-86 м3/ч, с давлением газа перед горелкой 1-1.5 кПа.

11.4 Определяем объемный расход воздуха V'ВОЗ,м3/ч, необходимого для горения газа :

(78)

11.5 Определяем подачу воздуха вентилятором Vt, м3/ч, при температуре воздуха t0 = 15°C (летние условия работы):

Вентилятор подбирают в зависимости от требуемых подачи и создаваемого давления, необходимого для преодоления сопротивлений воздушного тракта с целью нормальной работы горелки.

11.6 Принимаем полное давление, развиваемое вентилятором при плотности воздуха ρв=1,2 кг/м3: Pt = 1500 Па

По таблицам выбираем центробежный вентилятор ВЦ-14-46, имеющего следующие характеристики:

к. п. д. в — 0,6 .

11.7 Определяем мощность на валу электродвигателя NДВ, кВт, приняв к.п.д. привода для вентилятора, соединенного с двигателем при помощи эластичной муфты ηп=0,98

11.8 Определяем установочную мощность электродвигателя Nуст, кВт, с учетом запаса

где: К — коэффициент запаса мощности электродвигателя на пусковой момент, который принимают в зависимости от мощности на валу NДВ, кВт. К=1.1-1.2, К=1.2

Принимаем к установке электродвигатель типа АИР 56 А4, мощностью 0.12 кВт.

С целью понижения температуры дымовых газов, а также интенсивного перемешивания их с воздухом и предохранения загрузочной течки от быстрого перегорания воздух подают специальным вентилятором в подсводовое пространство смесительной камеры.

11.9 Определяем объемный расход холодного воздуха V''в, м3/ч, необходимого для разбавления дымовых газов в камере смешивания

(82)

С учетом температурной поправки подача воздуха вентилятором Vt, м3/ч

По таблице выбираем вентилятор ВЦ-14-46-2.5 с КПД равным 0.6.

Вентилятор соединяют с электродвигателем с помощью муфты, что требует соответствия частоты вращения его и двигателя. К. п. д. привода =0,98.

11.10 Определяем мощность NДВ, кВт, на валу электродвигателя

11.11 Определяем установочную мощность Nуст, кВт, двигателя

Nуст=K*Nдв (85)

Nуст=1,2*1,7=2,06

где К — коэффициент запаса мощности на пусковой момент, равный 1,1 .

Принимаем к установке электродвигатель типа АИР100L6, мощностью 2,2 кВт, 1000 об/мин.

11.12 Определяем действительный объемный расход влажных отходящих газов Vсм,м3/с, при выходе из сушильного барабана:

где gcm — расход газов по массе, выходящих из сушильного барабана, кг/ч

11.13 Определяем плотность уходящих дымовых газов ρ см, кг/м3, при tГАЗК =120° С

По H,d-диаграмме при tГАЗК =120° С и dK=270г на 1 кг сухих газов парциальное давление водяного пара в отходящих газах составит

Рп = 26664.5 Па

Тогда

Следовательно,

11.14 Сопротивление барабанной сушилки принимают 100—200 Па при скорости газа =1,7...2 м/с и коэффициенте заполнения = 20,6 %

Наибольшее сопротивление движению газового потока оказывает батарейный циклон для очистки от пыли отходящих газов. Подбираем батарейный циклон с элементами диаметром D=150 мм, коэффициент гидравлического сопротивления элемент =90. Исходя из технико-экономических соображений, а также из требований надежности работы батарейных циклонов принимаем гидравлическое сопротивление батарейного циклона из соотношения (отношение перепада давления в циклоне к плотности газа): Принимаем

11.15 Определяем пропускную способность Vэл, м/с, через один элемент циклона по запыленному газу

11.16 Определяем требуемое количество элементов циклона n:

11.17 Принимаем тип секции ПС-5-5, количество элементов в секции n=50. Располагаем их в 5 рядов по ходу газа ( 10 элементов в каждом ряду)

Определяем гидравлическое сопротивление циклона ,Па

ΔР=550*ρсм (91)

ΔР=550*0,8=440

Начальная запыленность газа, поступающего в батарейный циклон, допускается до 100 г/м3. К. п. д. батарейного циклона зависит от фракционного состава пыли и в среднем колеблется от 78 до 95%.

11.18 Определяем скорость газов на выходе из барабана Vгаз, м/с

11.19 Определяем скорость газов ν, м/с, в цилиндрической части циклонного элемента

11.20 Общее аэродинамическое сопротивление, которое должен преодолеть дымосос, складывается из следующих сопротивлений

газоходов от топки до входа в сушильный барабан….…………....100 Па

барабанной сушилки……………………………..………….................200

выходной газовой камеры от конца барабана до выходного патрубка циклона…………………………………………………………………………...50

батарейного циклона………………………………………..............440

Полное сопротивление сушильной установки составит = 790Па.

11.21 Обычно газы отсасываются вентилятором среднего давления, подачу которого рассчитывают из условий обеспечения скорости газов по массе в сечении барабана 2—3 кг/(с-м2) с учетом подсосов по газовому тракту в размере 50—70%

Определяем подачу дымососа Vдым, м3, с учетом подсосов воздуха в размере 50%:

Vдым=Vcм*1,5 (94)

Vдым= *1,5=16867,32

11.22 При подборе дымососа следует учитывать запас давления примерно до 40% к общей сумме аэродинамических сопротивлений, Па

Соответственно:

ΔРсу=790*1,4=1106

11.23 В качестве дымососа можно использовать обычный центробежный вентилятор среднего давления (желательно с охлаждением подшипников)

Так как характеристики для подбора вентиляторов составлены для нормальных условий при Т0=273+15 = 288° К, Па.

По этим данным (Vдым=2735 м3/ч и Р0=1509 Па) подбираем центробежный вентилятор типа ВЦ-14-46-6.3: к.п.д. B = 0,63.

11.24 Определяем мощность электродвигателя Nдв, кВт, вентилятор

где: — к. п. д. передачи при помощи эластичной муфты, равный 0,98.

11.25 Определяем установочную мощность двигателя Nуст, кВт, при коэффициенте запаса мощности К=1,1, кВт.

Nуст=Nдв*К К (97)

Nуст=11,45*1,1=12,59

Принимаем к установке двигатель серии АИР160S-4 с номинальной мощностью 15 кВт, 1500 оборотов в минуту. Дымосос и циклон необходимо изолировать в том случае, если ожидается охлаждение газов в них ниже 70—75 °С.

Вращающиеся барабанные сушилки обычно работают под полным давлением (585-635 Па), чтобы предотвратить выход в цех запыленных вредных топочных газов. Слишком большой подсос воздуха снизит температуру сушки, поэтому стремятся за счет уплотнений (лабиринтных радиальных и торцовых) снизить подсос воздуха до минимального предела.

12. Примерный расчет дымовой трубы

12.1 Определяем температуру газов в устье трубы tу, °С, из условий понижения температуры по высоте = 1,5° С на 1 м для кирпичной трубы и 2—3° С в металлических нефутерованных трубах:

tу=tосн-30Δt(98)

tу=120-30*1,5=75

12.2 Определяем среднюю температуру tср, °С ,газов в трубе:

12.3 Определяем среднюю плотность окружающего воздуха , кг/м3 :

12.4 Определяем диаметр устья трубы Dу, м, принимая скорость νоу=4м/с, если плотность газов при давлении 101,3 кПа и t=80° С составляет 0 = 1 кг/м3:

12.5 Принимаем Dy-1,22м.

Тогда

12.6 Определяем диаметр основания трубы Dосн, м:

DOCH =l,5Dy =1,5*1,22= 1,83

12.7 Определяем средний диаметр Dср, м:

12.8 Определяем среднюю скорость газов в трубе νср, м/с:

При искусственной тяге высоту дымовой трубы выбирают с учетом санитарно-гигиенических требований и «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий» . Металлические трубы изготовляют высотой не более 30—40 м. При сжигании сернистых топлив не следует применять металлические трубы вследствие их износа от коррозии за 3—4 года. Согласно санитарно-техническим нормам, дымовую трубу высотой 30 м допускают при суточном массовом расходе многозольного топлива до 5 т/ч. При работе на газе и мазуте высота дымовых труб может быть уменьшена, но она должна быть больше высоты зданий, расположенных вблизи сушильной или печной установки. Если в радиусе 200 м от сушильной установки имеются здания высотой более 15 м, минимальную высоту трубы принимают равной 45 м. В соответствии с требованиями пожарной охраны минимальную высоту дымовой трубы принимают не менее 16 м.

Кирпичные трубы выполняют высотой 30—70 м и диаметром не менее 800 мм для сушильных и печных установок средней и большой производительности. Железобетонные трубы выполняют высотой 80—150 м для тепловых установок большой и сверхбольшой мощности. Кирпичные и железобетонные трубы являются дорогими сооружениями, поэтому одну трубу устанавливают на 2—4 агрегата. Скорость газов на выходе из трубы выбирают в пределах 12—20 м/с. При колебании расхода топлива скорость в устье трубы не должна превышать 2— 6 м/с. При скорости меньше 2 м/с возможны нарушения тяги трубы от воздействия ветра.

Принимаем к установке кирпичную дымовую трубу высотой ориентировочно H=30 м. При естественной тяге рассчитывают необходимую высоту дымовой трубы и ее диаметр. Расчетную скорость газов при выходе из трубы выбирают при условии минимальных ее сопротивлений, значительно более низкой, чем при искусственной тяге, (в пределах 6—10 м/с и не менее 4 м/с во избежание «задувания» трубы).

13. Расчет толщины теплоизоляционных покрытий

13.1 Определяем толщину тепловой толщины δиз, мм, из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

где α2- коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2 °К;

tст2- температура поверхности изоляции со стороны окружающей среды, для аппаратов, работающих в закрытом помещении не должна превышать tст2=45°С;

tст1- температура изоляции со стороны аппарата, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1, принимаем равный средней температуре между газами и материалом в барабане сушилки tст1=50,7;

tок- температура окружающей среды (воздуха), tок=15°С, пункт

Толщина изоляции δиз ,м

где: λи- коэффициент теплопроводности изоляции, принимаем асботермит: λи =0,112 Вт/м°К

14. Основные требования ПТЭ к сушилкам

Камеры сушилок должны быть герметичными. Двери камер должны иметь рычажные, клиновые, винтовые или другие устройства, плотно закрывающие их.

Если в конвейерных сушилках по условиям эксплуатации не могут быть устроены двери или конструкция сушилки не обеспечивает зону с нулевым давлением, у входа и выхода сушилки необходимо устраивать тепловые (воздушные) завесы.

Сушильные установки должны иметь тепловую изоляцию, обеспечивающую минимальные технологические потери теплоты.

При установке сушилок на открытом воздухе теплоизоляция должна быть влагостойкой с гидроизоляционным покрытием.

В сушильных установках, в которых происходит пропаривание материала или изделий, ограждающие конструкции должны покрываться слоем гидроизоляции.

В сушилках с принудительной циркуляцией воздуха должны устанавливаться ребристые или гладкотрубные подогреватели или пластинчатые калориферы. Для лучшего обеспечения стока конденсата пластинчатые калориферы должны устанавливаться вертикально.

Для обеспечения равномерного распределения воздуха в сушильной камере должны устанавливаться направляющие экраны, решетки и другие устройства. Сушилка материалов в камерных сушилках с неполными габаритами штабеля по высоте запрещается

При сушке порошкообразных или дробленых материалов удаляемый из сушилки воздух должен очищаться путем устройства пылеосадочных камер, сухих или мокрых циклонов, мультициклонов, матерчатых фильтров. В этих сушилках должна применяться рециркуляция воздуха.

Кратность рециркуляции воздуха должна быть определена расчетным путем с учетом режима взрывоопасных паров и пыли, выделяемой при сушке, и указана в инструкции по эксплуатации.

На рабочем месте работника, обслуживающего сушильную установку, должна быть режимная карта. При эксплуатации сушилки должен осуществляться контроль за параметрами теплоносителя! регламентируемыми температурами по зонам, за качеством высушиваемого материала с регистрацией показателей в оперативном журнале

Режим работы сушильных установок и характеристики работы основного и вспомогательного оборудования определяются энергетическими испытаниями, которые должны производиться:

после капитальных ремонтов сушилок;

после внесения конструктивных изменений или внедрения рационализаторских предложений;

для устранения неравномерности сушки, связанной с выходом бракованной продукции

При испытаниях сушилки должны определяться часовой расход и параметры греющего теплоносителя, температура и влажность сушильного воздуха в разных точках камеры, коэффициент теплопередачи нагревательных поверхностей, производительность вентиляторов и частота вращения электродвигателей (в сушилках с принудительной циркуляцией воздуха.

Список используемой литературы

1. М.М. Роговой, М.Н. Кондакова, М.Н. Сагановский « Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов»

2. В.Ф. Степанчука, Справочное пособие по теплотехническому оборудованию промышленных предприятий. Мн.: Высшая школа, 1983-256с.

3. В.А.Григорьев, В.М. Зорин, «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника:Справочник».-М.:Энергоатомиздат,1983.

4. Ю.И. Дытнерский, Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: «Химия», 1991-545с.

5. Р.И.Эстеркин, Промышленные котельные установки. Л.: Энергоатом издательство, 1985-400с.

6. «Правила технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей потребителей. Техника безопасности при эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей потребителей».-Мн.:ЦОТЖ,2004

содержание   ..  326  327  328   ..