Установка сушильная

Федеральное агентство по образованию РФ

Уральский государственный лесотехнический университет

Кафедра «Химической технологии древесины»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по процессам и аппаратам химической технологии

Установка сушильная

Разработала

Студентка Сыропятова

Руководитель проекта: Старцева Л.Г.

Зав. кафедрой: Юрьев Ю.Л.

Екатеринбург

Содержание

Введение

1 Описание принципиальной технологической схемы

2 Расчет топки для сушильной установки

3 Расчет и выбор сушилки кипящего слоя

3.1 Технологический расчет

3.2 Построение рабочей линии процесса сушки на I-x диаграмме

3.3 Тепловой баланс

3.4 Гидродинамический расчет

3.5 Гидравлическое сопротивление сушилки КС

4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования

4.1 Расчет газовой горелки

4.2 Вентилятор подачи воздуха на горение топлива

4.3 Расчет бункера-питателя

4.4 Расчет ленточного транспортера

4.5 Расчет винтового транспортера

4.6 Расчет шлюзового дозатора

4.7 Расчет шлюзового затвора

4.8 Расчет и выбор вентилятора пневмотранспортной установки

4.8.1 Трубопровод от сушилки до циклона-разгрузителя

4.8.2 Расчет циклона-разгрузителя

4.8.3 Выбор пылевого вентилятора

4.9 Расчет и выбор вентилятора дымососа

4.9.1 Расчет патрубка с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения

4.9.2 Газоход от смесительной камеры до входа в сушилку

4.9.3 Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя

4.9.4 Расчет группы циклонов

4.9.5 Газоход между группой циклонов и дымовой трубой

4.9.6 Выбор вентилятора-дымососа

5 Расчет тепловой изоляции

6 Технико-экономические показатели

Список использованной литературы

Введение

Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых материалов и проводится двумя способами:

первый способ проводится путем непосредственного соприкосновения сушильного агента с высушиваемым материалом - конвективная сушка.

второй путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло - контактная сушка.

Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты или инфракрасными лучами.

В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме - сушка возгонкой.

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду.

Процесс сушки широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевым механическим способом (например, фильтрованием), а окончательный - сушкой.

Сушилки кипящею слоя применяют в основном для сушки опила и для проведения первой стадии сушки измельченной древесины до влажности 15 - 20% с последующей досушкой в сушилках других типов.

По конструкции различают сушилки КС однокамерные, многоступенчатые (многокамерные) с перекрестным током сушильного агента, многоступенчатые противоточные, сушилки с механическими побудителями и измельчением высушиваемого материала. Сушилки КС делают цилиндрическими и прямоугольными.

Недостатком однокамерной сушилки КС является смешивание поступающего материала с выходящим, а отсюда неравномерная сушка - проскок недовысушенного материала в готовый продукт. Однако усреднение влажности продукта происходит во время хранения его на складе или за счет применения многокамерных сушилок. [1].

1 Описание принципиальной технологической схемы

Для сушки измельченной древесины используют сушильные установки непрерывного действия, в которых процесс сушки совмещается с перемещением материала.

Влажный материал ленточным транспортером ТЛ подается в бункер-питатель БП, откуда шлюзовым дозатором ДШ равномерно подается в сушилку кипящего слоя.

Принципиальная технологическая схема приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема

 

В качестве сушильного агента используют топочные газы разбавленные воздухом, получаемы сжиганием природного газа. Природный газ подается в топку через форсунку ГГ. Воздух на горение подается вентилятором В1. Сушильный агент - топочные газы, полученные при сжигании природного газа в топке Т, разбавляются воздухом в камере смешения КС и поступают в сушилку. Высушенный продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором В2 в циклон-разгрузитель ЦР, где происходит отделение сушильного агента от материала. Далее сушильный агент поступает в циклон-очиститель ЦО на доочистку, который вентилятором ВД выбрасывается в атмосферу. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается на транспортер ТВ.

 

2 Расчет топки для сушильной установки

Исходные данные:

Состав природного газа месторождения республика Коми приведен в таблице 1:

Таблица 1 - Состав природного газа республики Коми

Наименование	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	CO2	N2
Состав, % объем., [2, таблица ]	85,9	3,1	1,0	0,4	0,1	0,1	9,4
Плотность компонента ρi, кг/м3	0,71	1,34	1,96	2,59	3,21	1,96	1,25
Состав, % масс. *	76,31	5,16	2,44	1,29	0,40	0,24	14,61
* - плотность природного газа ρпг=0,804 кг/нм3 [2, таблица ]

Параметры наружного воздуха, г. Пермь (лето) [3, таблица XL]:

Температура t0= 18 °С

Относительная влажность φ0= 72 %

Барометрическое давление 750 мм.рт.ст.=0,99 МПа

Влагосодержание наружного воздуха при t0= °С, φ0= %:

где Pнас = 15,48 мм.рт.ст. при t0= 19,4 °C по таблице XXXVIII [3] при P=750 мм.рт.мт.

Теплосодержание наружного воздуха t0=18 °С, x0= кг/кг:

 кДж/кг.

Теплотворная способность сухого газообразного топлива:

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа:

Принимаем коэффициент избытка воздуха: αm=2,0.

Масса сухого воздуха, подаваемого в камеру горения топки для сжигания 1 кг природного газа:

Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг природного газа:

Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха:

Влагосодержание топочных газов:

Количество компонентов топочных газов, образующихся при сжигании 1 кг природного газа:

Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:

Теплоемкость продуктов горения при tт.г. = 1000 °C [4, таблица 2]:

Ссо2=1,12; Сsо2=0,873; СN2=1,11; Со2=1,03 кДж/(кг·К).

Средняя теплоемкость сухих топочных газов:

Средняя теплоемкость газа при 18 °С:

где -теплоемкость компонентов природного газа, кДж/кгК [4, таблица 2];

YCmHn - массовая доля компонентов топлива, масс. доли.

Средняя температура топочных газов на выходе из топки без учета диссоциации углекислого газа и паров волы:

= 1099°C,

где  - КПД топки; .

wg = 0 , т.к. газ не распыляется ни воздухом ни газом

Температуру топочных газов снижаем до tтг=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку, чтобы предохранить футеровку топки от разрушения.

Теплосодержание топочных газов:

 кДж/кг.

Теплосодержание паров воды при t1= 390°C

Коэффициент избытка воздуха при разбавлении топочных газов воздухом до t1=390 °C при wg=0; ig=0:

Количество воздуха, подаваемого в камеру смешения на разбавление топочных газов до t1=390 °C:

Количество сухой смеси топочных газов и воздуха на 1 кг природного газа:

Количество паров воды в смеси топочных газов и воздуха, полученные при сжигании 1 кг природного газа:

Влагосодержание сушильного агента при входе в сушилку:

Теплосодержание сушильного агента на входе в сушилку при x1 и t1:

Расход природного газа на сушку:

где L1 - расход сушильного агента, кг/с (см. тепловой балласнс)

Принимаем допустимое тепловое напряжение топочного объема [4, таблица 3]: qv=5000103 кДж/(м3ч).

Объем топочной камеры:

Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D=1,8, тогда:

Диаметр топки:

Принимаем диаметр топки 600 мм, тогда длина камеры горения будет равна: L=1,8D=1,8550=990 мм.

Размеры топки: = 0,235 м3, D= 0,6 м, L= 1,08 м.

3 Расчет и выбор сушилки кипящего слоя

Исходные данные:

Параметры материала:

Материал сосновый опил

Размер частиц 2×1,7×1,9 мм

Производительность по сырому материалу  = 0,8 т/ч=0,222 кг/с

Относительная влажность:

начальная ω01 = 45 %

конечная ω02 = 22%

Температура влажного материала θ1 = 20 °C

Параметры сушильного агента

Сушильный агент - топочные газы, разбавленные воздухом.

Топливо - природный газ (республика Коми)

Вход в сушилку:

Температура t1 = 390 °C

Влагосодержание x1 =  кг/кг

Плотность [5, приложение 2] ρt1= 0,508 кг/м3

Выход из сушилки:

Температура t2 = 95 °C

Параметры наружного воздуха:

Температура t0 = 18 °C

Влагосодержание x0 =  кг/кг

Теплосодержание I0 =  кДж/кг

 

.1 Технологический расчет

Характеристики частиц соснового опила:

Объем частицы:

Поверхность частицы:

Фактор формы:

Эквивалентный диаметр частицы:

Абсолютная влажность материала:

на входе в сушилку:

на выходе из сушилки:

Средняя влажность:

Материальный баланс

Производительность по сырому материалу:

Производительность по испаренной влаге:

Производительность по абсолютно сухому материалу:

.2 Построение рабочей линии процесса сушки на I-x диаграмме

Параметры наружного воздуха:

Точка А на I-x диаграмме: x0= кг/кг; t0=18 °C; I0= кДж/кг.

Параметры топочных газов:

Точка К на I-x диаграмме: xтг= кг/кг; tтг=1000 °C; Iтг= кДж/кг.

Параметры сушильного агента:

Вход в сушилку:

Точка В на I-x диаграмме: x1= кг/кг; t1=390 °C; I1= кДж/кг.

Выход из сушилки:

Точка С на I-x диаграмме: t2=95°C.

Последовательность построения рабочей линии сушки на I-x диаграмме:

.        Рабочая линия горения мазута . Находится точка А по x0= кг/кг; t0=18 °C; точку К по xтг= кг/кг; tтг=1000 °C.

.        Точка В пересечение линии и линии изотермы t1=390 °C.

Определяется x1=0,030 кг/кг и сравнивается с расчетным значением x1. По расчетам процесса горения мазута x1= кг/кг. Ошибка при построении точки В: (-0,03)*100/ =1,3 %, что допустимо, т.к погрешность инженерного обычного расчета составляет 5 %.

.        Определяется tм1 для точки В. Принимаем, что сушка стружки происходит в первом периоде (I1≈I2), тогда .

.        Расход тепла на нагревание материала:

где - теплоемкость материала при , кДж/кгК [1, таблица 6]

5.      Удельный расход тепла на нагрев материала:

.        Удельные потери тепла рекомендуется принимать: qпот=125-250 кДж/кг испаренной влаги. Принимаем:пот=200 кДж/кг влаги.

.        Внутренний тепловой баланс сушилки:

.        Координаты точки Е: Δ=(I-I1)/(x-x1) или I= I1+Δ(x-x1). Задаемся значение x>x1; x=0,05 кг/кг и определяется:

I =  (0,05-)=485,4 кДж/кг.

9.      Строится точка E в координатах x=0,05 кг/кг и I=485,4.кДж/кг.

10.    Рабочая линия : Точка Е лежит на рабочей линии, поэтому, соединяя точки В и С и продолжая линию до пересечения с линией температуры t2=95°C, получаем точку С - окончание сушки.

.        По координатам точки С определяется влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: x2= 0,125 кг/кг.

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

Термодинамические процессы, протекающие в этой установке представлены на рисунке 2.

3.3 Тепловой баланс

Расход сушильного агента L1 на входе в сушилку рассчитывается из уравнения теплового баланса по влагосодержанию x1 и температурам t1 и t2.

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки при x1 и t2:

Теплосодержание подсасываемого воздуха:

при x0 и t0: Iп0=I0= кДж/кг;

при x0 и t2:

Расход тепла на испарение воды:

Расход тепла на нагревание материала: Qм= кДж/с.

Потери тепла: Qпот=Wqпот= 200=13 кДж/с.

Расход сушильного агента:

Параметры парогазовой смеси на выходе из сушилки:

3.4 Гидродинамический расчет

Средние значения параметров:

;

θср=0,5(θ1+ θ2)=0,5(20+)=40,25 °С;

ρм=660,05 кг/м3, при ωаср =  % [1, таблица 4];

См=2,792 кДж/кг·К, при θср=39,4 °С и ωаср = % [1, таблица 6];

λм= 0,210 Вт/м·К, при ωаср =% [1, таблица 7];

ρн=150 кг/м3, [1, таблица 5].

Объемный расход сушильного агента при x2 и t2:

.

Объемный расход сушильного агента при x1 и t1:

.

Критерий Архимеда при и :

Критерий  соответствующий условиям начала псевдоожижения:

Критическая скорость начала псевдоожижения:

Предельно допустимая скорость сушильного агента в псевдоожиженном слое при

Предельное число псевдоожиженния:

Так как принимаем =3.

Диаметр сушилки КС

Исходные данные

Параметры соснового опила:

Вход в сушилку:

Абслютная влажность

Эквивалентный диаметр

Плотность при  769,1 кг/м3 [1, таблица 4]

Фактор формы 0,755

Выход из сушилки:

Абсолютная влажность

Плотность при  546,4 кг/м3 [1, таблица 4]

Параметры сушильного агента

Вход в сушилку

Расход L1=

Температура 390 °C

Влагосодержание

Теплосодержание

Плотность  [5, приложение 2]

Динамическая вязкость  [5, приложение 3]

Выход из сушилки

Температура 95 °C

Влагосодержание

Теплосодержание

Плотность  [5, приложение 2]

Динамическая вязкость  [5, приложение 3]

Рабочая скорость псевдоожиженния

Объемный расход сушильного агента при xср и tср:

.

Диаметр сушилки:

.

Принимаем D = 1600 мм [1, таблица 12].

Сечение газораспределительной решетки:

Высота псевдоожиженного слоя

Скорость витания частиц опила:

где  для частиц прямоугольной формы;

 - ширина частицы, мм.

Критерий Архимеда:

Критерий Рейнольдса:

Критерий Нуссельта:

где  - высота неподвижного слоя, мм [1, с. 33].

Объемный коэффициент теплоотдачи:

где теплопроводность сушильного агента при tср, Вт/(м3К), [1, таблица 12]

Средняя разность температур:

Объем рабочей зоны сушилки:

Высота псевдоожиженного слоя:

Принимаем конструктивно  т.к.

Выбираем беспровальную колпачковую решетку, в которой сушильный агент подается в слой в виде струй газа под углом от 0 до 60° к поверхности решетки. Доля живого сечения решетки φ=0,15 - 0,17.

Проверим, будут ли выносится из сушилки наименьшие частицы опила:

Скорость витания частиц опила:

Рабочая скорость псевдоожижения w=0,6 м/с меньше , поэтому наименьшие частицы dmin выноситься из сепарационного пространства сушилки не будут.

Принимаем сушильный цилиндрический аппарат.

Высота сепарационного пространства:

Высота сушильной камеры:

3.5 Гидравлическое сопротивление сушилки КС

Критерий Рейнольдса:

Порозность псевдоожиженного слоя при рабочей скорости:

Гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя:

Гидравлическое сопротивление газораспределительной решетки:

где  коэффициент сопротивления решетки, [1, c. 34];

 - доля живого сечения для беспровальной колпачковой решетки, [1, c. 34].

Минимальное допустимое гидравлическое сопротивление решетки:

Расчет показал, что <, поэтому принимаем φ=0,07:

Гидравлическое сопротивление сушилки:

Выбираем сушилку КС-1,6-2 по таблице 12 [1]

4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования

 

.1 Расчет газовой горелки

Газовые горелки при сжигании природного газа работают с невысоким давлением и скоростью выхода газовой струи из сопла не более 60-70 м/с.

Расход воздуха на горение газа:

где  - плотность воздуха при t0 и x0 [5, приложение 2].

Расход природного газа:

Диаметр газового сопла при wс=70 м/с:

Принимаем 14 мм.

Диаметр трубы, подводящей газ к форсунке, при wг=15 м/с:

Принимаем трубу Ø30×1 мм [6 , таблица 8]

Определяем наружный диаметр трубы корпуса горелки. Принимаем расход первичного воздуха 35% от , т.е. Vв=0,35·=0,063 м3/с, а скорость воздуха в кольцевом сечении форсунки wв=20 м/с, тогда сечение кольцевой щели:

fвоз=Vв/wв=0,063/20=0,00315 м2.

Диаметр кольцевой щели:

fгаз=Vг/wг=/15=0,00063 м2.

Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром 30 мм, равно:

f=fвоз+fгаз=0,00315+0,00063=0,00378 м2.

Этому сечению соответствует диаметр:

Принимаем трубу корпуса горелки Ø76×3,5 мм [6, таблица 8].

Объемная производительность вторичного воздуха:

Диаметр воздуховода вторичного воздуха при скорости w=3 м/с:

Принимаем воздуховод Ø225×0,6 [6, таблица 2].

Диаметр воздуховода первичного воздуха:

Принимаем воздуховод Ø76×2 [6, таблица 8].

Гидравлической сопротивление газовой горелки ориентировочно принимаем равным ΔPг=5000 Па.

 

.2 Вентилятор подачи воздуха на горение топлива

Вентилятор и топка смонтированы на открытой площадке, защищенной от атмосферных осадков индивидуальным навесом. Воздух от вентилятора подается по параллельным воздуховодам, поэтому расчет проводится по линии наибольшего сопротивления, т.е. по линии подачи воздуха в горелку.

Исходные данные

Параметры воздуха, подаваемого в форсунку:

Объемная производительность Vв = 0,063 м3/с

Температура t0=18 °C

Плотность ρto =  кг/м3

Динамическая вязкость μto = 18,05910-6 Пас

Фактическая скорость воздуха:

Критерий Re:

Коэффициент трения:

где e=0,1 мм.

Длину воздуховода принимаем ориентировочно L = 7 м.

Местные сопротивления [5, таблица 12, 13]

конфузор (вход в вентилятор) ξк = 0,21 1 шт.;

диффузор (выход из вентилятора) ξд = 0,21 1 шт.;

отводы при α = 900 ξо = 0,39 3 шт.;

заслонка (задвижка) ξз = 1,54 1 шт.;

диафрагма (измерение расхода воздуха) ξд = 2 1 шт.;

вход в форсунку ξвх = 1 1 шт.;

Гидравлическое сопротивление воздуховода:

Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки:

где ΔРтопки = 500 Па - сопротивление топки.

Выбираем вентилятор высокого давления по  и  Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-25-1,1; V = 0,833 м3/с; ΔР = 10000 Па, n = 48,3 с-1 [6, таблица 31].

Установочная мощность электродвигателя:

где β = 1,1 [7, таблица 33], η = 0,65.

Принимаем электродвигатель типа АО2-31-2, N = 3 кВт [6, таблица 31].

 

.3 Расчет бункера-питателя

Производительность по влажной стружке Gн =  кг/с

Абсолютная влажность стружки

Насыпная плотность влажной стружки ρн = 160 кг/м3 [1, таблица 5].

Объем бункера питателя:

где τ = 300 с - продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер.

По ГОСТ 9931-61 выбираем бункер вместимостью 1,5 м3 [2, таблица 81].

 

.4 Расчет ленточного транспортера

Производительность транспортера Gн =  кг/с

Насыпная плотность опила при ρн = 160 кг/м3

Характеристика ленточного транспортера

Длина L = 30 м

Угол наклона к горизонту α = 80

Выбираем плоскую ленту шириной В = 0,4 м, которая принимает форму желоба благодаря трем роликовым опорам.

Объемная производительность транспортера:

Скорость движения ленты:

где с = 1 при α = 80; φ = 400 для опилок [6, с. 4].

Мощность на приводном валу транспортера:

где Н = Lsinα = 30sin 8 = 4,2 м; К = 0,015 при В = 0,4 м; К1 = 1,12 при L = 30 м; К2 = 1,07.

Установочная мощность электродвигателя:

где К0 = 1,12 коэффициент запаса привода;

η = 0,85 КПД привода.

Принимаем электродвигатель по N =  кВт типа А480А2 [6, таблица 16] N = 1,5 кВт.

Принимаем ленточный транспортер: L = 30 м; α = 80; В = 400 мм; w =  м/с; N = 1,5 кВт.

4.5 Расчет винтового транспортера

Производительность по сухой стружке Gк=кг/с

Абсолютная влажность опила ωа2= %

Насыпная плотность ρк = 145 кг/м3 [1, таблица 3]

Характеристика горизонтального винтового транспортера:

Длина L = 25 м

Шаг винта t = Dв

Угол наклона к горизонту α = 00

Объемная производительность транспортера

Частота вращения винта:

Принимаем Dв = t = 0,20 м; К1 = 0,35 для опила; К2 = 1 при α = 00.

Принимаем винтовой горизонтальный транспортер:в = 0,20 м; L = 25 м; t = 0,20 м.

Установочная мощность электродвигателя:

где φ = 2,2 для опила;

Принимаем электродвигатель по N =  кВт типа АОЛ-12-2 N = 1,1 кВт [6, таблица 17].

 

4.6 Расчет шлюзового дозатора

Производительность транспортера Gн =  кг/с

Насыпная плотность опила при ρн = 160 кг/м3

Объемная производительность шлюзового дозатора:

Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V =  м3/с типа Ш1-30, диаметр ротора D = 300 мм, длина ротора L = 250 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора 0,035-0,33 с-1 [7, таблица 2].

Частота вращения ротора:

где К1 = 0,6 для опила; К2 = 0,8.

Установочная мощность электродвигателя:

где β = 3; φ = 2,5.

Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N =  кВт типа В71В6 N = 0,55 кВт, n = 15,3 с-1 [7, таблица 2].

 

.7 Расчет шлюзового затвора

Производительность по сухой стружке Gк= кг/с

Абсолютная влажность опила ωа2= %

Насыпная плотность ρк = 145 кг/м3 [1, таблица 3]

Объемная производительность затвора:

.

Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V =  м3/с типа Ш1-30, диаметр ротора D = 300 мм, длина ротора L = 250 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора 0,035-0,33 с-1 [7, таблица 2].

Частота вращения ротора:

Установочная мощность электродвигателя:

Выбираем электродвигатель по N =  кВт типа В71В6 N = 0,55 кВт, n = 15,3 с-1 [7, таблица 2].

4.8 Расчет и выбор вентилятора пневмотранспортной установки

4.8.1 Трубопровод от сушилки до циклона-разгрузителя

Параметры парогазовой смеси, выходящей из сушилки

Температура, t2, °С 95

Расход воздуха, L1, кг/с

Влагосодержание, х2, кг/кг

Плотность, rt2, кг/м3

Вязкость, mt2, Па×с ×10-6

Производительность по стружке, Gк, кг/с

Участок решается как пневмотранспортная установка.

Концентрация стружки в транспортируемом воздухе:

Производительность пневмопровода по транспортируемой стружке:

где Кн - коэффициент неравномерности подачи материала в пневмотранспорт; Кн=2.

Скорость воздуха в горизонтальном пневмопроводе:

где К=1,05; Wв/Wм=1/А; А=0,95; b=9; rм= кг/м3 -плотность материала при wа2.

Расход воздуха пневмотранспортной установки:

Диаметр пневмопровода:

Выбираем стандартный диаметр газохода Æ355×0,6 мм [6, таблица 2].

Фактическая скорость парогазовой смеси:

Критическая скорость воздуха:

Фактическая скорость воздуха Wф= м/с больше критической Wкр= м/с. Следовательно, стружка будет транспортироваться, не оседая на дно горизонтального участка трубопровода.

 

.8.2 Расчет циклона-разгрузителя

Расход воздуха  = м3/с

Температура воздуха t2 = 950С

Производительность по сухому материалу Gк =  кг/с

Размер частиц опила  м.

Запыленность воздуха на входе в циклон-разгрузитель:

Принимаем циклон ЦН-24, так как улавливаются частицы размером более 0,02 мм. Коэффициент сопротивления циклона:

где к1 = 1,0 при D = 500 мм [7, таблица 14];

к2 = 0,89 при Gy =  кг/м3 [7, таблица 15];

для ЦН-24 [7, таблица 13];

к3 = 35 для прямоугольной компоновки с централизованным подводом и отводом воздуха [7, таблица 16].

Условная скорость воздуха в циклоне разгрузителе:

где ΔРц/ρt2 = 600 м2/с2 для ЦН-24.

Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона, D = 500 мм:

Число циклонных элементов в групповом циклоне:

.

Принимаем групповой циклон ЦН-24 из 4 элементов диаметром D = 500 мм.

Скорость газа в элементах группового циклона:

Гидравлическое сопротивление циклона-разгрузителя:

сушильный установка тепловой горелка

4.8.3 Выбор пылевого вентилятора

Воздух, перемещающий высушенный материал от сушилки на последующую переработку, всасывается вентилятором. Расчет и выбор вентилятора проводим согласно рисунку 1.

Диаметр пневмопровода, d, мм Æ355×0,6

Скорость воздуха, Wф, м/с

Температура воздуха, t2, ºС 95

Плотность, rt2, кг/м3

Вязкость, mt2, Па×с ×10-6

Концентрация стружки в воздухе, , кг/кг

Объемная производительность, V, м3/с

Расчет потери давления при движении чистого воздуха, DRв при разветвленной сети проводим по самому длинному участку.

Критерий Рейнольдса:

Коэффициент трения:

Длину пневмопровода принимаем ориентировочно по рисунку 1:

=l1+l2+l3+l4+l5+l6=10+20+15+20+30+8=103 м.

Местные сопротивления принимаем по [6 таблица 12] и рисунку 1:

вход в трубу zвх=1 3 шт.;

отводы при α=90º zот=0,39 6 шт.;

переход с круглого сечения на

прямоугольный (вход в циклон) zп=0,21 1 шт.;

заслонка, zз=1,54 1 шт.;

вход и выход из вентилятора zв=0,21 2 шт.;

Sz=3zвх+6zот+zп+zз+2zв=3×1+6×0,39+1×0,21+1×1,54+2×0,21=7,51.

Потери давления при движении чистого воздуха:

Потери, возникающие при движении материала по пневмопроводу:

где λу=0,01-0,02, принимаем коэффициент сопротивления трения λу=0,015,=l1+l2=10+20=30 м согласно рисунку 1.

Потери давления на поддержание материала в псевдоожиженном состоянии:

DRпод=Нrt2g=209,81=37 Па,

где Н - сумма всех вертикальных участков, H=l4=20 м.

Потери давления на разгон материала при загрузке его в пневмопровод:

DRразг=ζразг(0,5w2rt2)=1,50,217 (0,5×2×)=25 Па,

где ζразг - коэффициент сопротивления разгонного участка, принимается в пределах ζразг=1-2; принимаем ζразг=1,5.

Общее гидравлическое сопротивление пневмотранспортной установки:

DRпн=DRв+DRмат+DRпод+DRразг+DRц.р=++37+25+=1346 Па.

Приведенное сопротивление:

Объемная производительность вентилятора:в=1,12V=1,12×=1,86 м3/с=6697 м3/ч,

где 1,12 - коэффициент запаса.

По объемной производительности Vв=6,7 тыс.м3/ч, DRпр= Па и =0,217 кг/кг выбираем вентилятор высокого давления типа ВДН-8 V=9 тыс.м3/ч, DR=2500 Па, n=25 с-1 [6, таблица 28].

Установочная мощность электродвигателя:

э=βVDRпр/1000=1,15*0,932*/1000=1,76 кВт.

Выбираем электродвигатель по [6, таблица 27] типа АО2-31-2, N=2 кВт, ηдв=0,82.

 

4.9 Расчет и выбор вентилятора дымососа

 

.9.1 Расчет патрубка с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения

Параметры атмосферного воздуха

Температура t0=18 °С

Влагосодержание x0= кг/кг

Масса сухого воздуха, подаваемого в

камеру смешения для разбавления

топочных газов Lсм = кг/кг

Плотность [5, приложение 2] ρto =  кг/м3

Динамическая вязкость [5, приложение 3] μto = 18,059·10-6 Па·с

Объемный расход воздуха на разбавление топочных газов:

Диаметр воздуховода рассчитываем, принимая скорость воздуха w = 10 м/с [6, таблица 9]:

Выбираем стандартный диаметр воздуховода Ø 225 × 0,6 мм [6, таблица 2].

Фактическая скорость воздуха:

Критерий Re:

Коэффициент трения:

Длина патрубка: L = 2 м.

Местные сопротивления в патрубке [6, таблица 12, 13]:

приточная шахта (патрубок) ξвх = 2,5 1 шт.;

выход из патрубка ξвых = 1 1 шт.;

Гидравлическое сопротивление патрубка:

4.9.2 Газоход от смесительной камеры до входа в сушилку

Сушильный агент

Температура t1 = 3900C

Расход L1 =  кг/с

Влагосодержание х1 =  кг/кг

Динамическая вязкость μt1 =

Плотность

Объемный расход сушильного агента:

Скорость в воздуховоде принимаем равным 18 м/c [6, таблица 9].

Выбираем газоход Ø 315×0,6 мм [6, таблица 2].

Фактическая скорость парогазовой смеси:

Критерий Re:

Коэффициент трения:

Длина воздуховода: L = 15 м (принимаем ориентировочно).

Местные сопротивления [5, таблица 12, 13]:

вход в газоход ξвх = 1 1 шт.;

выход из газохода ξвых = 1 1 шт.;

Гидравлическое сопротивление газохода при t1 = 3500C:

Компенсационное удлинение газохода:

Принимаем компенсатор по диаметру газохода D = 315 мм [6, таблица 11].

Температура t2 = 950C

Расход L1 =  кг/с

Влагосодержание х2 =  кг/кг

Плотность ρt2 =  кг/м3

Вязкость μt2 =

Объемный расход сушильного агента:

Диаметр газохода выбираем, принимая скорость воздуха w = 12 м/с [6, таблица 9]:

Выбираем газоход Ø 315×0,6 мм [6, таблица 2].

Фактическая скорость парогазовой смеси:

Критерий Re:

Коэффициент трения:

Длина газохода: L = 20 м (принимаем ориентировочно).

Местные сопротивления [6, таблица 12, 13]:

вход в газоход ξвх = 1 1 шт.;

выход из газохода ξвых = 1 1 шт.;

отводы α = 900 ξот = 0,39 2 шт.;

вход в циклон ξц = 0,21 1 шт.;

Гидравлическое сопротивление газохода без учета пыли, содержащейся в парогазовой смеси:

Гидравлическое сопротивление газохода с учетом перемещающейся пыли в циклон:

где k - опытный коэффициент, для древесной стружки и опила; k = 1,4;

Н - высота вертикального участка газохода; Н = 15-20 м.

Компенсационное удлинение газохода:

Принимаем компенсатор по диаметру газохода D = 315 мм [6, таблица 11].

 

.9.4 Расчет группы циклонов

Назначение - улавливает частицы высушенного опила после циклона-раз-грузителя. В циклоне-разгрузителе уловлено 90% опила, т.е. в группу циклонов попадает оставшийся опил (10%). Таким образом, производительность по стружке составит  = *0,1=0,0157 кг/с.

Производительность по сухому материалу G = 0,0157 кг/с

Температура t3 = 900C

Влагосодержание x3 = x2 =  кг/кг

плотность ρt3 = 0,8835 кг/м3

Объемный расход парогазовой смеси:

Запыленность воздуха на входе в циклон:

Выбираем циклон ЦН-24, так как улавливаются крупные частицы dэ=2,5 мм.

zц=К1К2zц500+К3 =1,0·0,97·80+35=112,6,

где К1=1,0; К2=0,97; zц500=80; К3=35 [7, таблицы 13-16].

Отношение DRц/rt для циклона ЦН-24 принимаем: DRц/rt=500 м2/с2.

Условная скорость воздуха в циклоне:

ц=[(DRц/rt)/0,5zц]0,5=[500/0,5·112,6]0,5=2,98 м/с.

Принимаем диаметр элемента циклона D = 500 мм.

Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона:

Число циклонных элементов в групповом циклоне:

Выбираем групповой циклон ЦН-24 из 6 элементов диаметром 500 мм.

Скорость газа в элементах группового циклона:

Абсолютное давление запыленного воздуха в циклоне:

Ра=В±Р=99975-1983=97982 Па.

Циклон работает под разрежением, поэтому в формуле ставим знак «минус». Атмосферное давление В=99975 Па; Р - давление газов на входе в циклон: Р=SDРi - сумма гидравлических сопротивлений газоходов и аппаратов до циклона, Па;

SDРi=DRпатр+DRt1+DRс+DRt2 =+++=1983 Па.

Плотность влажного воздуха при рабочих условиях:

Гидравлическое сопротивление группового циклона:

 

.9.5 Газоход между группой циклонов и дымовой трубой

Параметры парогазовой смеси

Температура t4 = 90 0C

Плотность ρt3 = 0,8835 кг/м3

Вязкость μt3 = 19,995·10-6 Па·с

Влагосодержание х3 =  кг/кг.

Объемный расход парогазовой смеси:

Диаметр газохода выбираем, принимая скорость воздуха w = 12 м/с [6, таблица 9]:

Выбираем газоход Ø 315×0,6 мм [5, таблица 2].

Фактическая скорость парогазовой смеси:

Критерий Re:

Коэффициент трения:

Общая длина газохода L = 45 м. Высота дымовой трубы 16 м.

Местные сопротивления [6, таблица 12, 13]:

вход в газоход ξвх = 1 1 шт.;

вход и выход из вентилятора ξп = 0,21 2 шт;

отводы α = 900 ξот = 0,39 3 шт.;

заслонка ξц = 1,54 1 шт.;

выход из дымовой трубы в атмосферу ξд.тр = 1,3 1 шт.;

Гидравлическое сопротивление газохода:

Компенсационное удлинение газохода:

.

Принимаем компенсатор по D = 315 мм [6, таблица 11].

4.9.6 Выбор вентилятора-дымососа

Суммарное гидравлическое сопротивление сети:

+++

Приведенное сопротивление:

По  и  выбираем дутьевой вентилятор марки ДН-21, V = 144 тыс. м3/ч, ΔР = 5800 Па, η = 0,82, n = 16,6 с-1.

Установочная мощность электродвигателя:

э=bVt4DRпр/1000h=1,1××/1000×0,55=9,2 кВт.

Выбираем электродвигатель типа АО2 51-2, N=10 кВт [6, таблица 27].

5 Расчет тепловой изоляции

Теплоизоляции подлежат нагретые поверхности, температура которых превышает: аппаратов 450С, а газоходов - 600С.

Исходные данные

Температура изоляции со стороны воздуха tст 2 = 100С

Температура воздуха (зима) tср 2 = - 160С

Коэффициент теплоотдачи:

Толщина теплоизоляции δи рассчитывается из условия равенства удельных тепловых потоков:

где λи - теплопроводность теплоизоляции, Вт/(м·К) [6, таблица 10];ст 1 - температура стенки со стороны аппарата, 0С.

Результаты расчетов теплоизоляции аппаратов и газоходов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты расчетов толщины теплоизоляции

Наименование	Температура tст 1, 0С	Характеристика теплоизоляции
		Материал	Теплопроводность λи, Вт/ (м·К)	Толщина изоляции δи, мм
				расчетная	фактическая
Топка	1000	Шлаковая вата	0,058	224	225
Сушилка	390			86	90
Циклон-разгрузитель	95			19	20
Групповой циклон	90			18	20
Газоходы: от топки до сушилки	390			86	90
от сушилки до ЦР	95			19	20
от ЦР до ГЦ	90			18	20
от ГЦ до дымовой трубы	90			17	20

6 Технико-экономические показатели

Технологические показатели сушилки.

Производительность: = 0,8 т/ч=0,222 кг/с.

Удельная производительность по испаренной влаге (напряжение по влаге):

Удельный объемный расход сушильного агента:

Энергетические показатели работы сушилки

Тепловой КПД процесса сушки:

где Qоб=Qи+Qм+Qпот==  кДж/с.

Термический КПД сушилки:

h2=(J1-J2)/J1=(-)/= 0,0805.

Коэффициент теплового напряжения:

=(t1-t2)/t1=(390-95)/390=0,756.

Удельный расход мазута на один кг испаренной влаги:

dВ=B/W=/=0,110 кг/кг.

Удельный расход мазута на один кг высушенного опила:

dG=B/2=/=0,045 кг/кг.

Удельный расход тепла на один кг испаренной влаги:

dQ=Qоб/W=/=3066 кДж/кг.

Удельный расход электроэнергии на один кг испаренной влаги:

dN=SNi/W=(1,5+1,1+0,55+3·0,55+2+10)/=258,5 кДж/кг,

где N1=1,5 кВт - ленточный транспортер; N2=1,1 кВт - винтовой транспортер; N3=0,55 кВт - шлюзовой дозатор (под бункером-питателем); N4=0,55 кВт - шлюзовой затвор (под циклоном разгрузителем сушилки); N5=0,55 кВт - шлюзовой затвор (под циклоном разгрузителем пневмотранспортной установки); N6=0,55 кВт - шлюзовой затвор (после винтового транспортера); N7=2 кВт - вентилятор подачи воздуха на горение; N8=10 кВт - вентилятор-дымосос.

Список использованной литературы

1.   Ведерникова М.И., Орлов В.П., Терентьев В.Б., Штеба Т.В. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. I. Технологические и гидродинамические расчеты сушилок. Екатеринбург: УГЛТА, 2001. 40 с.

2.      Процессы и аппараты химической технологии: Справочные материалы. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 121 с.

.        Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987. 576 с.

.        Ведерникова М.И., Старцева Л.Г, Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. III. Примеры расчетов сушилок. Екатеринбург: УГЛТА, 2001. 41с.

.        Старцева Л.Г., Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 44с.

.        Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. I. Расчет и выбор насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 40с.

.        Ведерникова М.И., Старцева Л.Г, Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. II. Вспомогательное оборудование. Екатеринбург: УГЛТА, 2001. 44с.