Оглавление
1. Введение
1.1 Назначение и классификация процессов сушки
1.2 Классификация и конструкция сушилок
1.3 Обоснование выбора метода сушки
2. Тепловой расчёт процесса сушки
2.1 Расчёт количества удаляемой влаге в сушильном барабане
2.2 Размеры сушильного барабана
3. Расчёт основного оборудования
3.1 Расчёт угла наклона барабана
3.2 Расчёт мощности, затрачиваемой на вращение барабана
3.3 Бандажи и опорные ролики
3.4 Выбор и расчет зубчатого венца и привода барабана
3.5 Выбор уплотнения сушильного барабана
3.6 Выбор насадки
3.7 Выбор загрузочной камеры
3.8 Выбор разгрузочной камеры
4. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
4.1 Расчет калориферной установки
4.2 Расчет и подбор конденсатоотводчиков
4.3 Расчет и выбор транспортирующего устройства
4.4 Расчет циклона
4.5 Расчет вентилятора
4.5.3 Расчет напора
4.6 Выбор электрофильтра
4.7 Выбор питателя
4.8 Расчет затвора
4.9 Расчет бункера
Список использованной литературы
Приложения




1. Введение
1.1 Назначение и классификация процессов сушки
Сушка -- это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла.
При сушке изменяется теплопроводность материала, снижается его объемный вес и повышается прочность. Чем выше качество материала, тем больше возможность его использования. Это может быть обеспечено при соответствующем режиме процесса сушки, который должен проводиться при определенной температуре, давлении и относительной влажности сушильного агента. Режим сушки зависит от свойств высушиваемого материала.
Сушка широко применяется в химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
В химической промышленности сушка обычно является завершающим процессом в производстве почти всех химических продуктов.
Среди основных причин, которыми может быть обусловлена необходимость сушки можно выделить следующие:
Влажный продукт может портиться при хранении, так как влага вредно воздействует на товарные свойства многих материалов; слеживание, смерзание в зимний период, образование плесени на пищевых продуктах.
Влажность полупродуктов может быть вредна на последующих стадиях переработки: выступать как каталитический яд, ухудшать качество конечного продукта (например, снижать качество нити в волокнообразующих полимерах при продавливании через фильеры).
Перевозка высушенного материала потребителю, особенно на дальние расстояния, обходится дешевле из-за меньшего объемного веса.
Сушка -- один из наиболее энергоемких процессов химической промышленности: по подсчетам экспертов на нее идет до 12% производимого в стране топлива. В связи с этим, особое внимание должно быть уделено выбору режима сушки, схемы процесса и конструкции сушилки.
Как и большинство химических процессов, процесс сушки преимущественно осуществляют в непрерывном режиме, при котором, по сравнению с периодическим, легче управлять процессом и получать продукт стабильного качества с высокой производительностью.
Сушка проводится либо под атмосферным давлением, либо под вакуумом, при этом высушиваемый материал может находиться в состоянии покоя, перемещаться, перемешиваться в «кипящем слое».
Процесс сушки проводят при различных способах передачи тепла: конвективная и контактная сушка, сушка токами высокой частоты, сушка инфракрасными лучами (радиационная сушка), сушка сублимацией. Первые три метода наиболее распространены в химической промышленности.
При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала, и происходит испарение влаги с поверхности материала в теплоноситель. В качестве теплоносителей применяют воздух, топочные или инертные газы.
При контактной сушке идет передача от обогреваемой перегородки к материалу, лежащему на ней (противни с подогревом снизу, металлические барабаны с наружным газовым или водяным обогревом, металлические обогреваемые изнутри вальцы, по поверхности которых движется паста, непрерывная лента высушиваемого материала). Влага поглощается либо воздухом, либо промежуточной средой.
При радиационной сушке тепло передается тонкому слою материала, либо поверхности его, покрытой лаками и красками, от электрических или газовых инфракрасных излучателей. Сушка протекает интенсивно. Сушилки отличаются малой инерционностью.
Электрический ток (высокой или промышленной частоты) применяется для сушки древесины, пенопласта, искусственного волокна и т.д. При сушке древесины быстро прогреваются внутренние слои материала, направления потоков влаги и тепла совпадают и процесс резко ускоряется. Этот метод отличается дороговизной.
Сушка сублимацией, или молекулярная сушка, которая происходит при значительном вакууме в сушильной камере, чаще применяется в пищевой, чем в химической промышленности, с целью сохранения объема, цвета, запаха, вкусовых и биологических свойств материала. Этот метод используется при получении сгущенного и сухого молока. Оборудование для этого метода отличается высокой сложностью.
Сушка в жидких средах является относительно новым методом, при котором высушиваемый материал помещают в высококипящую среду (t=150°C). Обычно этот метод используется для сушки древесины при одновременной ее пропитке.
Следует также упомянуть о сушке со сбросом давления, когда влага выделяется из нагретого материала при сбросе давления в сушильной камере.
Помимо указанных, существуют комбинированные методы сушки, при которых совмещаются конвективная и высокочастотная сушка, сушка инфракрасными лучами и воздушная конвективная сушка, что снижает затраты на сушку (сушка кинопленки).
1.2 Классификация и конструкция сушилок
Из разнообразия возможных методов сушки следует множество конструкций сушилок для осуществления тех или иных методов. По технологическим признакам сушилки можно классифицировать следующим образом:
по давлению (атмосферные и вакуумные);
по периодичности процесса (периодического, полунепрерывного и непрерывного действия);
по способу подвода тепла (конвективные контактные, радиационные и сушилки с нагревом материала токами высокой частоты);
по роду сушильного агента (воздушные, газовые сушилки и сушилки на перегретом или насыщенном паре);
по направлению движения материала и теплоносителя (прямоточные, противоточные и перекрестного тока);
по тепловой схеме (калориферные, с дополнительным внутренним обогревом, с рециркуляцией части отработанного воздуха, со ступенчатым подогревом и комбинированные, например, со ступенчатым подогревом и рециркуляцией);
по способу обслуживания (с ручным обслуживанием и механизированные);
по способу нагрева (с паровым, огневым, газовым и электронагревом);
по циркуляции теплоносителя (с естественной, искусственной циркуляцией, однократной и многократной циркуляцией).
Типовые конструкции сушилок: шкафные, камерные, туннельные, шахтные, ленточные, барабанные, вальцевые (контактные), пневматические, распыливающие, с кипящим слоем, вибрационные.
Выбор давления в сушилках определяется химическим составом продукта, условиями его окисления и разложения, допускаемой температурой нагрева. В атмосферных сушилках давление либо атмосферное, либо несколько выше его. Эти сушилки используются для сушки большинства химических продуктов.
Вакуумные сушилки применяются при сушке химикатов для обработки цветной кинопленки, красителей, крошки смолы лавсан, полиамидной крошки смолы капрон и т.д. В химической технологии в качестве сушильного агента широко используется воздух (сушка калийных солей, анилиновых красителей), топочные газы (сушка суперфосфата натрия и т.д.), инертные газы (сушка поликапроамида в токе азота).
Наиболее экономичными по затрате тепла являются противоточные сушилки. Прямоточные сушилки применяются в тех случаях, когда высушиваемый материал не выдерживает высокой температуры в конце сушки. Как видно из приведенной классификации, по конструктивным особенностям сушилки весьма разнообразны. Барабанные сушилки широко применяются при сушке топлива, руды, удобрений, ядохимикатов, сопутствующих продуктов и т.д.
1.3 Обоснование выбора метода сушки
Задание на курсовое проектирование определяет необходимость осуществления процесса сушки в непрерывном режиме. Высушиваемый материал -- солянокислый анилин. Установка должна обеспечивать производительность 13800 кг/ч.
На основании этого наиболее выгодной для осуществления процесса конструкцией является барабанная сушилка из-за ее высокой производительности и надежности. В качестве самого дешевого сушильного агента выбирается воздух. Процесс в режиме прямотока.
Выбор источника теплоты определяется наличием доступного вида энергоносителя, в данном случае греющего пара (от ТЭЦ или сопряженных химических процессов).
Барабанная сушильная установка должна размещаться в производственных помещениях для защиты от атмосферных воздействий на оборудование и сокращения тепловых потерь в зимний период. Материал деталей корпуса барабанной сушилки - сталь В Ст 3 сп ГОСТ 380 - 71.




2. Тепловой расчёт процесса сушки
Расчёт основного оборудования начинаем с расчёта основного узла сушильной установки - барабана, т.е. с определения его размеров, - диаметра и длины, на основе исходных данных, а именно: объёмного напряжения барабана по влаге; расхода влажного материала; конечной влажности материала.
2.1 Расчёт количества удаляемой влаге в сушильном барабане
W - количество удаляемой влаги в сушильном барабане, кг/с;
GС.М. - расход сухого материала, ;
U1, U2 - относительная влажность материала соответственно на входе в барабан и на выходе из барабана,
;



2.2 Размеры сушильного барабана
Объём барабана
,
где m-отношение между Lб и Dб (из [1]);
Напряжение по влаге в рабочем объёме , а количество удаляемой влаги в барабане равно , принимаем ориентировочное значение m (из [1]) из ряда m=48, например m=6.
Определяем в первом приближении диаметр барабана:




Ближайший больший диаметр барабана (из [1]): Dб=2500 мм. При этом длина аппарата равна 14000 мм. Выбор длины аппарата определяется минимально необходимым объёмом аппарата:
Минимально необходимая длина аппарата при известном минимально- необходимом объёме и известном диаметре аппарата:
Окончательно имеем: Dб=2500 мм, Lб=14000 мм.
Найденное значение диаметра барабана следует проверить по предельно допустимой скорости сушильного агента в барабане, Wс.а., м/с.
Для определения скорости движения сушильного агента в барабане необходимо, прежде всего, рассчитать его потребный расход (массовый и объёмный).
Расчёт потребного расхода сушильного агента
Определение параметров воздуха на входе в сушильную камеру
В случае сушки атмосферным воздухом параметры атмосферного воздуха определяются непосредственно по диаграмме Рамзина в зависимости от географического района, в котором будет установлена сушилка. Свою сушку расположим в г. Пермь, что не так далеко от одного из крупнейших заводов по производству сернокислого аммония: ГУБАХИНСКОГО КОКСОХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА, АООТ.
В справочной части [2], (стр. 512-513) находим температуру и относительную влажность атмосферного воздуха в г. Пермь для июля месяца: t0=18 0C; 0=72%. По диаграмме I-X определяем остальные параметры воздуха: I0=41,8 кДж/кг а.с.в.; X0=0,0091 кг вл./кг а.с.в.
Определение параметров воздуха на входе в сушильный барабан.
Параметры атмосферного воздуха претерпевают изменения при прохождении через калорифер сушильной установки и становятся равными: t1, 1, I1, X1.
X1=X0 при нагревании, t1=128 0C. Определяем положение точки 1 по диаграмме I-X по этим параметрам. Далее находим значения энтальпии и относительной влажности на входе в сушильную камеру: 1<5%; I1=154,6 кДж/кг а.с.в.
Определение параметров воздуха на выходе из сушильного аппарата в случае идеальной сушки.
В соответствии с уравнением теплового баланса сушильной установки имеем:
,
где qдоп - удельный подвод тепла в сушильной камере, кДж/кг уд.вл.; q0, qT, qM, соответственно удельные потери тепла в окружающую среду, с транспортными устройствами и с материалом; I - удельный расход абсолютно сухого воздуха, кг а.с.в./кг уд.вл.; I1, I2 - энтальпия воздуха, соответственно, на входе и выходе сушильного барабана, кДж/кг а.с.в.
Согласно определению идеальной сушилки каждая из qдоп, q0, qT, qM равна нулю, следовательно, для такой сушилки I2=I1, т.е. линия сушки совпадает с линией I=const. По диаграмме Рамзина по двум параметрам (I2, t2) определяем положение точки 2, которая характеризует воздух на выходе из сушильного барабана. Получаем:




2=38,5%, Х2=0,0384 кг вл./кг а.с.в.
Определение действительных параметров воздуха на выходе из сушильного барабана.
Воспользуемся основным уравнением статики сушки:
Здесь I и X - параметры воздуха в произвольном сечении сушильного барабана. Значение ? будет определяться суммой двух величин: удельными потерями тепла в окружающую среду и с материалом.
Потери тепла в окружающую среду изолированного барабана составляют:
где -коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности барабана к окружающей среде и может быть рассчитан по формуле (из [2]):
где и, t0 - температура, соответственно, наружной поверхности изоляционного слоя барабана и окружающей среды (если установка располагается в помещении, тогда и=3050 0С, t0=1520 0С);
DИ - диаметр барабана с учётом толщины изоляции, м.
Удельные потери тепла с материалом рассчитываются по формуле:



где Н1 и Н2 - энтальпия влажного материал, соответственно, на выходе и входе в барабан, кДж/кг с.м.
Энтальпия влажного материала:
где и - теплоёмкость, соответственно сухого материала и влаги; - температура материала на выходе из барабана.
Зададимся температурой наружной поверхности изоляции и=40 0С, и температурой окружающей среды t0=20 0C. Диаметр барабана с изоляцией принимаем равным диаметру барабана без изоляции, т.е. DИ=2500 мм. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности барабана к окружающей среде:
Тогда удельные потери тепла в окружающую среду:
Рассчитаем энтальпию материала на входе и выходе барабана прямоточной сушилки, если принимаем, что температура материала на входе в барабан(со склада) равна 5 0С, температура воздуха на выходе составляет 55 0С, а теплоёмкость сухого материала (из [3], стр.228) равна 2,02 кДж/кг*град. Выбираем прямоточную подачу СА и материала, во избежание разложения (сульфат аммония разлагается при температуре чуть выше 100 0С, превращаясь при этом в гидросульфат аммония), размягчения, и слипания материала., при этом материал содержит свободную влагу и его температура не может подняться выше 100 0С.
Рассчитаем энтальпию материала на выходе и входе барабана, принимая
Удельные потери тепла с материалом:
Рассчитаем сумму удельных потерь тепла:




Задаёмся произвольным значением влагосодержания воздуха Х>Х0, Х=0,020, и находим сопряжённое ему значение теплосодержания:
Находим положение произвольной точки (Х, I), в поле диаграммы. Соединяем полученную точку с точкой 1 (Х1, t1) и продолжаем линию реального процесса до пересечения с линией t2=550C. Находим положение точки 2 и соответствующие ей параметры:
t2=55 0C, I2=116,8 кДж/кг а.с.в., X2=0,0235 кг вл./кг а.с.в.
Расчёт потребного расхода воздуха в реальной сушилке.
Потребный расход воздуха в реальной сушилке может быть выражен: через массовый расход а.с.в., L; через массовый расход влажного воздуха, Lвл; через объёмный расход влажного воздуха; соответственно:




где V0 - условный удельный объём воздуха, который может быть рассчитан по формуле:
где Rв - газовая постоянная для воздуха = 287 Дж/кг*К;
Tв - температура воздуха, К; B - барометрическое давление, Па.
Определим удельный расход воздуха:
Тогда массовый расход а.с.в. будет равен:
Условный удельный объём отработанного воздуха:
Объёмный расход влажного воздуха:




Расчёт скорости движения воздуха на выходе барабанной сушилки.
Скорость движения сушильного агента в выходном сучении барабана Wв связана с диаметром барабана Dб уравнением расхода:
где - коэффициент заполнения барабана, или доля сечения барабана, занятая высушиваемым материалом. Коэффициент заполнения изменяется с изменением типов внутренних устройств барабана (лопастная система, распределительная система, перевалочная система с закрытыми ячейками, комбинированная), с изменением диаметра подпорного кольца на выходе из барабана высушиваемого материала, с изменением свойств материала; и может колебаться от 0,05 до 0,30. Этот параметр процесса определяет среднее время пребывания материала в барабане. Время сушки уже известно по заданию в неявном виде в форме напряжения по влаге .
Находим внутренний диаметр барабана, учитывая, что толщина стенок барабана 14 мм (из [1], стр. 16):
Определяем скорость воздуха, принимая коэффициент заполнения барабана высушиваемым материалом - 0,2.:




Расчет скорости уноса частиц основной фракции
Определим среднюю температуру сушильного агента в барабане как среднее арифметическое температуры воздуха на входе и выходе из сушилки:
Для данной температуры в барабане по номограмме [2], стр.530, рис.VI коэффициент динамической вязкости воздуха:
Среднее влагосодержание воздуха в сушилке составляет:
Среднее парциальное давление водяных паров в сушилке определим по уравнению:
,
где Mасв=29 кг/кмоль - молярная масса воздуха, Mв=18 кг/кмоль - молярная масса воды.




Вычислим плотность воздуха при средней температуре в сушильном барабане:
,
где - мольный объем при стандартных условиях, T0 = 273,15 K - стандартная температура.
Найдем коэффициент кинематической вязкости воздуха:
Вычислим критерий Архимеда из [13], стр.28:
,
где - ускорение свободного падения, - плотность высушиваемого материала.




Скорость уноса основной фракции частиц высушиваемого материала определим по формуле Тодеса [13], стр.235, ф.(2.72):
Скорость уноса основной фракции частиц материала больше скорости движения сушильного агента в барабане. Уноса основной фракции материала быть не должно.
Проверка найденного значения диаметра барабана по допустимой скорости сушильного агента в барабане.
В выбранном сушильном аппарате материал и сушильный агент движутся параллельно и прямотоком. При этом достигается высокая интенсивность сушки и минимальные затраты тепла. Кроме того, материал сохраняет начальные свойства, т.к. в процессе его сушки не перегреваются даже самые мелкие частицы.
Наиболее простой зависимостью связана допустимая скорость сушильного агента в барабане с дисперсностью и плотностью частиц материала в случае прямотока. В таблице 3.1 (из [4], стр. 13) представлена зависимость допустимой скорости сушильного агента в барабане от кажущейся плотности материала и от размера частиц.
Кажущаяся плотность материала:
где - плотность материала, - порозность, примем , тогда кажущаяся плотность:



При среднем размере частиц материала составляет 0,8 мм, и кажущейся плотности материала сK=1061 кг/м3, найденное значение диаметра барабана обеспечивает скорость движения сушильного агента не превышающую допустимую.




3. Расчёт основного оборудования
3.1 Расчёт угла наклона барабана
Для продвижения материала в осевом направлении барабан устанавливается под некоторым углом наклона к горизонту, изменяющимся на практике от 10 до 40. Необходимый угол наклона барабана для данного числа оборотов может быть определён. Пренебрегая влиянием скорости сушильного агента в барабане на поведение частиц высушиваемого материала, можно записать следующее выражение для скорости перемещения материала в барабане:
где - коэффициент высоты подъёма частиц материала, зависящий от типа насадки, выбираем распределительную насадку, m=0,333; - дистанция, которую проходит каждая частица материала за один оборот барабана. Также перемещение скорость материала в барабане может быть найдена:
где VM - объёмный расход материала, м3/с; F - поперечное сечение материала, м2; - доля сечения барабана, занятая материалом. Получаем окончательно:



Т.к. , получаем:
Объёмный расход материала:
- для распределительной насадки выбираем 20% (из [5], стр. 299), n выбираем 4об./мин, тогда угол наклона барабана:
3.2 Расчёт мощности, затрачиваемой на вращение барабана
Момент, необходимый для вращения барабана, установленного на роликах, складывается из четырех слагаемых: момента трения качения бандажа по роликам; момента трения скольжения на цапфах роликов в подшипниках; момента трения от скольжения сыпучего материала по барабану при его вращении; момента, возникающего от действия силы тяжести материала вследствие непрерывного поднимания его на некоторую высоту. Произведение суммы вышеназванных моментов на угловую скорость вращения барабана и есть потребная мощность барабана. В упрощенном виде такое произведение было представлено Л.Б. Левинсоном в виде формулы:
где , а G и G0, соответственно, масса барабана и масса материала в барабане.
Согласно последней формуле можно сделать вывод, что масса загруженного в барабан материала оказывает значительно большее влияние на мощность, чем масса самого барабана.
Практика расчетов показывает, что формула Левинсона дает завышенные значения мощности по сравнению с действительной (каталожной), и кроме того, эта формула не учитывает влияние внутреннего устройства барабана на потребляемую мощность. Формула, приведенная ниже, лишена указанных недостатков и позволяет произвести расчет потребной мощности на вращение барабана с точностью достаточной для технических расчетов.
где G0 - масса загруженного материала в кг; Dб - диаметр барабана в м, п - число оборотов барабана, об/мин.; К - поправочный коэффициент, учитывающий внутреннее устройство барабана: для гладкого барабана К = 1;
для барабана с распределительными насадками К = 1,51,6;
Мощность электродвигателя назначают с учетом к.п.д. привода:



Принимаем к.п.д. привода =0,85, порозность высушиваемого материала примем =0,4.
Определяем массу материала в барабане:
Потребная мощность барабана:
Мощность электродвигателя:
Мощность электродвигателя по каталогу (из [1], стр. 15) 55кВт.
3.3 Бандажи и опорные ролики
Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей аппарата на опорные ролики. Бандажи представляют собой кольца прямоугольного, квадратного или коробчатого сечения. Иногда бандажи небольших легких аппаратов выгибаются из рельса.
Бандажи изготавливаются из качественных углеродистых сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, т.к. смена бандажей тяжелых барабанов чрезвычайно трудна.
Существуют различные способы крепления бандажей к барабану. Здесь мы остановим свое внимание на одном из них, практикуемым на заводе «Прогресс» (г. Бердичев), а именно: на свободном креплении бандажей. В этом случае бандаж надевается на 12-^24 чугунных башмака, повернутых головками в разные стороны для предупреждения аксиального смещения бандажа Под башмаки подкладываются усиливающая и две - три регулирующие подкладки. Подбором толщины регулирующих подкладок достигается совмещение центров барабана и бандажа.
Свободная посадка бандажей на барабаны предусматривает температурные зазоры для предупреждения возникновения краевых напряжений, особенно опасных во время разогрева аппарата. Благодаря тому, что внутренний диаметр бандажа больше внешнего диаметра барабана (с учетом башмаков), последний во время работы катится по бандажам. В результате бандажи раскатываются, их внутренний диаметр и зазор между барабаном (башмаками) и бандажем все время увеличиваются, что является существенным недостатком такого способа крепления бандажей

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона по пыльному газу найдем из [10], стр.42:




Примем режим работы циклона из условия оптимальной работы циклона серии ЦН в пределах 50-100 м:
Определим условную скорость газа из [11], стр.18:
Влагосодержание воздуха на выходе из сушилки составляет:
Среднее парциальное давление водяных паров в отработанном воздухе определим по уравнению [5], стр.298, ф.(9.18):
,
где Масв=29 кг/кмоль - молярная масса воздуха, Mв=18 кг/кмоль - молярная масса воды.




Вычислим плотность воздуха, поступающего в циклон, из [5], стр.302:
,
где - мольный объем при стандартных условиях, T0=273,15 K -стандартная температура.
Найдем требуемый диаметр циклонов в группе по [10], стр.25:
, где n=8 - число циклонов в сборке.
Принмем ближайший стандартный диаметр циклона D = 0,7 м. Проверим условную скорость из [10], стр.26:




Проверим режим работы циклона из [10], стр.8, ф.(1):
Режим работы соответствует оптимальному режиму. Найдем потери давления на циклоне:
Определим необходимые размеры циклонов из [11, стр.37, табл.4]: ширина входного патрубка , высота входного патрубка, , высота цилиндрической части циклона , радиус циклона R2 = 0,35 м, радиус выхлопной трубы
Найдем число оборотов газового потока в циклоне по [10], стр.18:
Вычислим скорость во входном патрубке каждого из циклонов из [11], стр.19:




Определим из [2], стр.530, рис. VI коэффициент динамической вязкости воздуха .
Определим предельный размер улавливаемых частиц из [10}, стр.11, ф.(6):
Окончательно выбираем сборку из восьми циклонов ЦН-15 диаметром 700 мм.
4.5 Расчет вентилятора
Вентиляторы представляют собой устройства, перемещающие газовые среды со степенью повышения давления до 1,15. В промышленности наиболее широкое распространение получили центробежные вентиляторы. Для приведения вентилятора в движение обычно используют асинхронные электродвигатели. Наиболее часто используется непосредственное соединение вала электродвигателя с вентилятором.
В сушильной установке вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха через установку, преодолевая ее аэродинамическое сопротивление, а также сопротивление трубопроводов.
Расчет диаметра трубопровода
Расход воздуха через вентилятор будет соответствовать расходу воздуха через циклон
.




Длину соединительных трубопроводов приняли равной l=25 м.
Скорость в трубопроводе приняли в разумных пределах при движении газа при небольшом давлении (от вентиляторов) по [5], стр.16 .
Определили необходимый диаметр трубопровода из [5], стр.16, ф.(1.8):
Выбираем трубопровод из углеродистой стали наружным диаметром по [7], стр.114, табл. 2.31. Дн = 920?9мм.
Определение гидравлического сопротивления установки
Определим значение критерия Рейнольдса в трубопроводе:
Значение соответствует развитому турбулентному режиму. По формуле Никурадзе [4], стр,160, ф.(2.28в) определили коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода:
Посчитаем гидравлическое сопротивление установки:




где , откуда ,
- гидравлическое сопротивление сушильного барабана, ранее определенный гидравлическое сопротивление калорифера: .
Расчет напора
Определим коэффициенты местных сопротивлений:
4 колена о1 = 2, вентиль о2 = 0,89.
Напор вентиля:
Выбираем из [14], стр. 82, табл. 15 вентилятор ВМ-100/1200.
Диаметр рабочего колеса, мм………………………………………….1325
Скорость вращения колеса, об/мин………………………1480
Наибольшая допустимая температура всасываемого воздуха, 0С…...200
Температура дутья, 0С…………………………………………………...80
Производительность, тыс. м3/ч……………………………….96,75
Полное давление, кГ/м2…………………………………….1158
Полный наибольший КПД…………………………………0,695
Потребляемая мощность, кВт…………………………………...440
Маховой момент ротора, кГ?м2………………………………….1200
Вес (без электродвигателя), кг…………………………..4000




4.6 Выбор электрофильтра
Для снижения концентрации пыли в отработанном воздухе сушильной установки, которая не должна превышать санитарных норм (предельно допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны), устанавливают вторую ступень очистки воздуха. В качестве второй ступени используют мокрые пылеуловители или электрофильтры.
Электрофильтры применяются при больших объемах очищаемого газа как наиболее эффективные пылеочистительные устройства (степень очистки до 99%). Кроме того, высушиваемый материал растворим в воде, и для его выделения пришлось бы направлять сточные воды мокрого пылеуловителя на выпарку, кристаллизацию и возвращать на сушку. Использование же электрофильтра позволяет напрямую отправлять осажденный материал на выходной конвейер установки.
В электрофильтре запыленный газ проходит через постоянное электрическое поле высокого напряжения (несколько тысяч вольт), под действием которого газ почти полностью ионизируется (наблюдается ударная ионизация). Ионизация -- процесс распада газа на ионы и электроны. Электроны быстро движутся к противоположному по знаку электроду, вызывая протекание тока через газ (коронирующий разряд). Образующиеся ионы сталкиваются с частицами пыли и заряжают их. Заряженные частицы пыли отклоняются в электрическом поле к осадительным электродам, заряженным положительно, и осаждаются на них. Удаление пыли с электродов осуществляется периодическим встряхиванием последних посредством специального устройства.
Для предотвращения искрового разряда между электродами (короткого замыкания) электрическое поле делают неоднородным, для чего используют электрода специальной формы: трубчатые и пластинчатые.
Выбор электрофильтра осуществляется по требуемой производительности по очищаемому газу из условия того, что скорость движения газа в электрофильтре должна лежать в определенных пределах (обычно ).
Требуемая производительность электрофильтра по газу составляет . Этой производительности соответствует односекционный электрофильтр ЭГА-10-4-6-3 (производительность до 39600 м3/ч при скорости газа 1 м/с, активный объем 126,7 м3, площадь активного сечения 11 м2, площадь поверхности осаждения 967 м2, массовая концентрация пыли на входе не более 90 г/м3, масса 27000 кг. В рассчитываемой установке скорость газа в электрофильтре составит:
,
что не выходит за рекомендованные рамки.
4.7 Выбор питателя
Шнековые питатели (конвейеры) предназначены для пневмотранспорта пылевидных и мелко зернистых материалов. Они обеспечивают непрерывную и равномерную подачу пыли в трубопро вод. Модифицированный питатель состоит из загрузочной камеры, быстроходного шнека с электродвигателем, броневой гильзы, смесительной камеры с обратным грузовым клапаном и коллектора для подвода сжатою воздуха. Шнек выполен с уменьшенным шагом заборных и увеличивающимся шагом напорных витков, что улучшает работу питателя (не требует дозатора, исключает пиковые нагрузки и уменьшает износ шпека). Шнек закрепляется на валу электродвигателя через специальную втулку с помощью шпильки, проходящей внутри вала шнека, и вала электродвигателя. Рабочая поверхность витков шнека наплавляется износоустойчивыми электродами. Конструкция подвески обратного клапана выполнена на выносных опорах. Лобовая крышка смесительной камеры быстросъемная.
Питатели устанавливают непосредственно под бункерами за шиберным затвором, необходимым для прекращения подачи пыли в насос при проведении ремонтных работ. В зависимости от физико-механических свойств транспортируемых материалов шнек выполняется с постоянным или переменным (уменьшающимся) шагом для придания материалу уплотнения перд разгрузкой в трубу. Скорость вращения шнека обычно находится в пределах 750 - 1000 об/мин; подаваемый им материал принудително направляется в диффузор, служащий одновременно и смесительной камерой. Вход в смесительную камеру может быть закрыт клапаном в аварийных случаях, например при заклинивании шнеквала. Привод вала может быть ручным или пневматическим. Выбираем из [15], стр.547 по производительности шнековый питатель К-287С.
Производительность, т/ч.......................10
Дальность подачи, м:
по горизонтали......................................200
по вертикали...........................................30
Давление воздуха в трубе, Н/см2………40
Расход воздуха м3/мин..........................4,1
Диаметр трубопровода, мм…………..100
Мощность элекродвигателя, кВт…….14
Габаритные размеры…………….2,38?5,2?0,65
Масса, т………………………………..0.9
У питателей типа К вследствие уменьшения шага витков шнека и постепенного уплотнения материала требуются повышенные скорости истечения воздуха на сопел (для лучшего дыхания). В условиях больших длин трубопровода это приводит к повешению расхода и давления в рабочей камере, особенно для материалов, склонных к слеживанию в этих условиях потери давления в камере смешения достигают (100 - 150)кПа. Срок службы шнека на абразивных материалах снижается до 300ч, а с наплавкой шнека не превышает 600ч.

Для снижения подачи пыли шнековыми питателями предусмотрено регулирование скорости вращения шнека через текстропную передачу.
4.8 Расчет затвора
Затворы предназначены для загрузки и выгрузки материала из сушильного аппарата, выгрузки пылевидных материалов из бункеров пылеулавливающих аппаратов.
Рассчитаем условный диаметр затвора-мигалки, который также обеспечивает ликвидацию подсосов воздуха в аппараты:
где Gул - масса уловленной пыли (твердого материала), пропускаемой через мигалку, кг/с;
q - удельная нагрузка мигалки (можно принять равной 60 - 100 кг/(см2?ч)).
тогда




Принимаем d = 200 мм [15],стр. 538, табл. П.2.9.1.
4.9 Расчет бункера
Бункеры представляют собой грузохранилища требуемой ёмкости. Они могут быть различной геометрической формы.
Рассчитаем бункер, имеющий цилиндрическую обечайку и коническое днище с углом 600.
Расчет бункера имеет приблизительный характер, т.к. его размеры определяют из того соображения, что в бункере содержаться материала в количестве запаса примерно на 2 часа.
Найдем двухчасовой объем материала из расхода влажного материала:
Для расчета бункера воспользуемся основами геометрии.
Объем цилиндрической части:




Для нахождения объема конуса необходимо Знать его высоту, которую определим из прямоугольного треугольника (на рисунке не показан):
Объем конуса:
Полный объем бункера:
Поскольку полный объем бункера равен двухчасовому объему материала, а высота цилиндрической части обычно почти равна его диаметру, то получим следующее уравнение:
Тогда диаметр бункера будет равен:
Выбираем бункер с диаметром цилиндрической части 4 м.




Список использованной литературы
1. «Сушильные аппараты и установки. Каталог»/А.А. Корягин, В.Г. Восконянц, В.П. Осинский, В.В. Мамистов, Э.Л. Ламм, Б.Г. Езерницкий, В.В. Токарёв, Л.Ф. Соколовская./издание пятое, исправленное и дополненное/издательство «ЦЕНТИХИМНЕФТЕМАШ» Москва 1988г.
2. «Примеры и задачи по курсу ПАХТ»/Павлов К.Ф., Романков П.Г, Носков А.А./ Ленинград.: «Химия», 1976г.
3. «Справочник Азотчика»/ред. Е.Я. Мельников/издание 2-е переработанное/изд-во «Химия» Москва 1987г.
4. «Расчет барабанной сушильной установки. Учебно-методическое пособие.»/МясоеденковВ.М./ ИПЦ МИТХТ, Москва 2009г.
5. «Основные процессы и аппараты химической технологии»/Дытнерский Ю.И. и др./изд-во «Химия», Москва 1991г.
6. «Методические указания по курсовому проектированию сушильных установок»/Гельперин Н.И. и др./изд-во МИТХТ, Москва 1976г.
7. «Краткий справочник физико-химических величин»/А.А. Равдель, А.М. Пономарева/издание девятое, изд-во «Специальная Литература», Санкт-Петербург 1999г.
8. «Подбор конденсатоотводчиков. Учебно-методическое пособие»/Мясоеденков В.М./ИПЦ МИТХТ, Москва 2000г.
9. «Транспортирующие машины»/А.О. Спиваковский, В.К. Дьячков/изд-во «Машиностроение», Москва 1983г.
10. «Расчет и подбор циклонов»/Мясоеденков В.М./изд-во МИТХТ, Москва 2000г.
11. «Сушильные установки химической промышленности»/Чернобыльский И.И., Тананайко Ю.М., /изд-во «Техшка», Киев 1969г.
12. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник»/Лащинский А.А., Толчинский А.Р./изд-во «Машиностроение», Ленинград 1970г
13. «Общий курс процессов и аппаратов химической технологии»/Айнштейн В.Г. и др./изд-во «Химия», Москва 1999г.
14. «Атлас конструкций. Вентиляторы. Справочное пособие»/Галимзянов Ф.Г./государственное научно - техническое издательство машиностроительной литературы, Москва 1963г.
15. «Зарубежное и отечественное оборудование для очистки газов. Справочное издание»/ Ладыгичев М.Г., Бернер Г.Я./изд-во «Теплотехник», Москва 2004г.




Приложения
Описание технологической схемы
Влажный материал со склада направляется на элеватор влажного материала (поз. Э). По нему материал движется в бункер влажного материала (поз. Б1), откуда шнековым питателем (поз. П) с постоянным расходом Gн=13800 кг/ч подается в загрузочную камеру барабанной сушильной установки. Двигаясь вдоль барабана, материал соприкасается с сушильным агентом (воздухом), получая от него теплоту и отдавая ему влагу.
Высушенный материал (с производительностью Gсм=3,68 кг С.М./с) из барабана через разгрузочную камеру попадает в бункер высушенного материала (поз. Б2). Из него материал ссыпается на ленточный транспортер сухого материала (поз. ЛТ). По ленточному транспортеру сухой материал отправляется на склад.
Воздух (с объемным расходом V=8,76 м3/ч) под действием разряжения, создаваемого вентилятором ВМ-100/1200 (поз. В), засасывается в калориферную установку КП3-СК-01 АУЗ (поз. Ка). В калориферной установке ему сообщается необходимая для процесса сушки теплота за счет конденсации греющего пара в теплообменных трубах калориферов. Нагретый воздух (с температурой t1=128 °C) через штуцер прямоточной загрузочной камеры направляется в сушильный барабан, где передает тепло высушиваемому материалу.
Отработанный воздух (с температурой tк=550C) направляется через штуцер загрузочной камеры в батарейный циклон ЦН-15 (поз. Ц), где из него осаждается основная часть захваченной в барабане пыли. Далее воздух через регулировочный вентиль перекачивается вентилятором в электрофильтр ЭГА-10-4-6-3 (производительность до 39600 м3/ч при скорости газа 1 м/с, активный объем 126,7 м3, площадь активного сечения 11 м2, площадь поверхности осаждения 967 м2) (поз. ЭФ). В нем происходит окончательная очистка газа от примесей высушиваемого материала, после чего воздух выбрасывается в атмосферу.
Осажденные в циклоне и электрофильтре частицы высушиваемого материала направляются на конвейер сухого материала.