Реферат Барабанная сушилка
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
2.2.3 Тепловой баланс
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки при t2 и х1:
I12 = 1,01t2+(2493+1,97t2)x1 = 1,01·90+(2493+1,97·90)·0,033 = 179 кДж/кг
Теплосодержание подсасываемого воздуха:
при t0 и х0: In0 = I0 = 40 кДж/кг
при t2 и х0: In2 = 1,01t2+(2493+1,97t2)x0 = 1,01·90+(2493+1,97·90)·0,009 = 115 кДж/кг;
Расход тепла на испарение воды:
Qи = W(2493+1,97t2-4,19θ1) = 0,318·(2493+1,97·90-4,19·20) = 823 кДж/с
Расход тепла на нагревание материала: Qм = 36 кДж/c;
Потери тепла: Qпот = Wqпот = 0,318·200 = 64 кДж/с;
Расход сушильного агента:
L1 = (Qи+ Qм+ Qпот)/[( I11+ I12)-0,08(In2- In0)] = (823+36+64)/[(512-179)-0,08·(115-40)] = 2,82 кг/с
Принимаем L1 = 3 кг/с;
Количество парогазовой смеси, выходящей из сушилки:
сухих газов: L2 = L1+0,08L1 = 3+0,08·3 = 3,24 кг/с
паров воды: d2 = L1x1+0,08 L1x0+W = 3·0,033+0,08·3·0,009+0,318 = 0,429 кг/с
Влагосодержание парогазовой смеси на выходе из сушилки:
x2 = d2/ L2 = 0,419/3,24 = 0,1 кг/кг.
2.2.4 Гидродинамический расчет
Диаметр сушилки
Выбираем оптимальный угол наклона сушильного барабана: β = -2° и задаемся частотой вращения барабана n = 4 об/мин.
Выбираем оптимальную массовую скорость сушильного агента при β = -2° , t1 = 4000С (2, рисунок 15): ρtw = 2,1 кг/(м3·с).
Диаметр сушильного барабана:
D = [L1/0,785(ρtw)]0,5 = [3/0,785·2,1]0,5 =
Принимаем ближайший диаметр D =
Длина сушильного барабана
Действительная массовая скорость:
(ρtw) = L1/0,785D2 = 3/0,785·1,22 = 2,7 кг/(м2с)
Параметр П:
П = [(t2-30)/(t1- t2+10)]0.5 = [(90-30)/(400-90+10)]0.5 = 0.43
Параметр М:
М = 3600·Gа/[П(ρtw)D2t10,425] = 3600·0,6/(0,43·2,7·1,22·4000,425) = 101,3
Коэффициент заполнения сушильного барабана: ψ = 23% (2, рисунок 16).
Параметр К0,34: К0,34 = [ωа2/(ωа1(ωа1-ωа2))]0,34 = [14/(67·(67-14))]0,34 = 0,15.
Значения всех величин (2, формула 4) определяем по [4, таблица 13]: А0,34 = 3,13; dэ0,526 = 0,980,526 = 1; (ρtw)0,136 = 2,70,136 = 1,153; ψ0,39 = 230,39 = 3,4; Dа1 при β = -2° Dа1 = 1,02; sin βb1 = sin (-2)b1 = 0,48; (n2/18002)а = 0,62 при β = -2°.
Длина сушильного барабана:
L0.39 = [МА0,34dэ0,526(ρtw)0,136]/[1360 ψ0,39К0,34 Dа1sin βb1(n2/18002)а] = (101,3·3,13·1·1,153)/(1360·3,4·0,15·1,02·0,48·0,62) = 1,73
L =
Выбираем параметры стандартной барабанной сушилки [2, таблица 9]: БН 1,2-6НУ-01; D =
Уточняем тепловой баланс и диаметр барабана.
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки при t2 и х1:
I12 = 1,01t2+(2493+1,97t2)x1 = 1,01·90+(2493+1,97·90)·0,033 = 179 кДж/кг
Теплосодержание подсасываемого воздуха при при t2 и х0:
In2 = 1,01t2+(2493+1,97t2)x0 = 1,01·90+(2493+1,97·90)·0,009 = 115 кДж/кг;
Расход тепла на испарение воды:
Qи = W(2493+1,97t2-4,19θ1) = 0,318·(2493+1,97·90-4,19·20) = 823 кДж/с
Расход сушильного агента:
L1 = (Qи+ Qм+ Qпот)/[( I11+ I12)-0,08(In2- In0)] = (823+36+64)/[(512-179)-0,08·(115-40)] = 2,82 кг/с
Количество парогазовой смеси, выходящей из сушилки:
сухих газов: L2 = L1+0,08L1 = 3+0,08·3 = 3,24 кг/с
паров воды: d2 = L1x1+0,08 L1x0+W = 3·0,033+0,08·3·0,009+0,318 = 0,429 кг/с
Влагосодержание парогазовой смеси на выходе из сушилки:
x2 = d2/ L2 = 0,419/3,24 = 0,1 кг/кг.
Диаметр сушильного барабана:
D = [L1/0,785(ρtw)]0,5 = [3/0,785·2,7]0,5 =
Таким образом, диаметр барабана D =
2.2.5 Гидравлическое сопротивление сушильного барабана
Диаметр барабана Дб =
Длина барабана Lб =
Производительность по влажному опилу Gн = 1 кг/с
Производительность по высушенному опилу Gк = 0,682 кг/с
Давление в барабане Рб = Р0 = 99975 Па
Температура t1 = 400°С, t2 = 90°С
Влагосодержание x1 = 0,033 кг/кг, х2 = 0,081 кг/кг
Объемный расход сушильного агента Vt1 = 5,71 м3/с
Объемный расход сушильного агента:
Vt2 = L2(1+x2)/ ρt2 = 3,24(1+0,081)/0,939 = 3,73 м3/с,
где L2 = 3,24 кг/с; ρt2 = 0,939 кг/м3 при t2 = 90°С [7, приложение 2].
Средняя плотность парогаза при tср и хср:
tср = t1+ t2/2=400+90/2 = 245 °С; xср = x1+ x2/2 = 0,033+0,081/2 = 0,057 кг/кг,
ρср =Р(1+xср)/462(273+tср)(0,62+xср) = 105(1+0,057)/462(273+245)(0,62+0,057) = 0,652 кг/м3
При коэффициенте заполнения барабана ψ = 0,25 относительное свободное сечение барабана φ = 1 – 0,25 = 0,75.
Средняя скорость парогаза в барабане:
wср = 0,5(Vt1+ Vt2)/0,785 Дб2φ = 0,5·(5,71+3,73)/0,785·1,22·0,75 = 5,6 м/с
Эквивалентный диаметр барабана для секторной насадки:
Дэ = π Дбφ/(π+Z) = 3,141,20,75/(3,14+5) =
где Z = Lб/Дб = 6000/1200 = 5.
Критерий Re = wсрDсрρср/μср = 5,6·0,652·0,35/27,13·10-6 = 47104
где μср = 27,13·10-6 при tср = 2450С и хср = 0,057 кг/кг [7, приложение 3].
Коэффициент трения определяем для гладкой трубы по рис 1.5 [5] и по Re = 47104: λб = 0,0209.
Сопротивление барабана без учета транспортировки материала:
Δ Рб = λб(Lб/Дэ)(wср2ρср/2) = 0,0209·(6/0,35)(5,92·0,652/2) = 4,1 Па.
Относительная массовая концентрация материала:
ỹ = Gн+Gк/2 L2(1+xср) = 1+0,682/2·3,24(1+0,057) = 0,246 кг/кг.
Сопротивление сушильного барабана при к = 1,4:
Δ Рс = Δ Рб(1+кỹ) = 4,1(1+1,4·0,246) = 5,5 Па. Принимаем Δ Рс = 6 Па
3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования
3.1 Расчет бункера-питателя
Бункер-питатель используется для дозирования влажного опила в сушилку.
Производительность по влажному опилу Gн = 1 кг/с
Относительная влажность опила wо1 = 40%
Абсолютная влажность опила wа1 = 67%
Насыпная плотность влажного опила ρн = 130 кг/м3 [2, таблица 3].
Объем бункера питателя: V = τGн/ρн = 300·1/130 =
где τ = 5 мин – продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер.
По ГОСТ 9931-61 выбираем бункер вместимостью
3.2 Расчет ленточного транспортера
Ленточный транспортер перемещает влажный опил от бункер-хранилища в бункер-питатель.
Производительность транспортера Gн = 1 кг/с
Насыпная плотность опила при wа1 = 67% ρн = 130 кг/м3
Характеристика ленточного транспортера
Длина L =
Угол наклона к горизонту α = 9°
Выбираем плоскую ленту шириной В =
Объемная производительность транспортера
V = Gн/ρн =1/130 = 76,9·10-4 м3/с.
Скорость движения ленты:
W = V/1,16B2c·tg(0,35·φ) = 76,9·10-4/0,16·0,52·1·tg(0,35·40) = 0,77 м/с,
где с = 1 при α = 9°; φ = 400 для опила.
Мощность на приводном валу транспортера:
N0=(KLW+0,54·10-3GнL+10,1·10-3GнH)K1K2=(0,018·30·0,77+0,54·10-3 ·1·30+10,1·10-3·1·4,7)·1,12·1,07 = 0,48 кВт
где Н = Lsinα = 30·sin 9 =
L =
Установочная мощность электродвигателя:
N = N0K0/η = 1,2·0,48/0,85 = 0,68 кВт.
Принимаем электродвигатель по N = 0,68 кВт типа АОЛ-12-
[6, таблица 16] N = 1,1 кВт.
Принимаем ленточный транспортер: L =
w = 0,16 м/с; N = 1,1 кВт.
3.3 Расчет винтового транспортера
Винтовой транспортерперемещает высушенный опил на следующую стадию производства.
Производительность по сухому опилу Gк = 0,682 кг/с
Абсолютная влажность опила ωо2 = 12%
Насыпная плотность ρк = 102 кг/м3 [4, таблица 3]
Характеристика горизонтального винтового транспортера
Длина L =
Шаг винта t = Dв
Угол наклона к горизонту α = 00
Объемная производительность транспортера
V = Gн/ρн =0,682/102 = 0,669·10-2 м3/с.
Частота вращения винта:
n = V/0,785Dв2tK1 = 0,699·10-2/0,785·0,252·0,25·0,3 = 1,82 с-1
Принимаем Dв = t =
Выбираем винтовой горизонтальный транспортер:
Dв =
Установочная мощность электродвигателя:
N = Gк(Lφ+Р)g/1000η = 0,682·(25·1,8+0)·9,8/1000·0,8 = 0,38 кВт,
где φ = 1,8 для опила;
Принимаем электродвигатель по N = 0,38 кВт типа АОЛ-12-2
N = 1,1 кВт [5, таблица 17] N = 1,1 кВт.
3.4 Шлюзовый дозатор
Шлюзовый дозатор установлен под бункером-питателем. Назначение – равномерная, регулируемая подача влажных еловых опилок в барабанную сушилку. Дозатор одновременно выполняет и роль питателя.
Производительность транспортера Gн = 1 кг/с
Насыпная плотность опила при wа1 = 67% ρн = 130 кг/м3
Объемная производительность шлюзового дозатора
V = Gн/ρн =1/130 = 76,9·10-4 м3/с.
Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V = 76,9·10-4 м3/с типа Ш1-45, диаметр ротора D =
Частота вращения ротора:
n = V/0,785K1K2D2L = 76,9·10-4/0,785·0,8·0,8·0,452·0,4 = 0,043 с-1,
где К1 = 0,6 для опила; К2 = 0,8.
Установочная мощность электродвигателя:
N = GнLgβφ/1000η = 1·0,4·9,8·3·2,5/1000·0,6 = 0,049 кВт,
где β = 3; φ = 2,5.
Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N = 0,049 кВт типа В71В6 N = 0,55 кВт, n = 15,3 с-1 [7, таблица 2].
1 – привод; 2 – загрузочное окно; 3 – ротор; 4 – выгрузочное окно.
Рисунок 3.1 – Шлюзовый питатель
3.5 Расчет шлюзового затвора
Шлюзовые затворы хорошо себя зарекомендовали при установке под бункерами циклонов и других аппаратов при выгрузке сухого материала. Не рекомендуется применять в случае улавливания слипающихся пылей.
Производительность по сухому опилу Gк = 0,682 кг/с
Абсолютная влажность опила wа2 = 14%
Насыпная плотность ρк = 103 кг/м3 [4, таблица 3]
Объемная производительность затвора
V = Gк/ρк =0,682/103 = 66,21·10-4 м3/с.
Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V = 66,21·10- м3/с типа Ш1-45, диаметр ротора D =
Частота вращения ротора:
n = V/0,785K1K2D2L = 66,21·10-4/0,785·0,8·0,8·0,452·0,4 = 0,16 с-1,
где К1 = 0,6 для опила; К2 = 0,8.
Установочная мощность электродвигателя:
N = GнLgβφ/1000η = 0,682·0,4·9,8·3·2,5/1000·0,6 = 0,049 кВт,
где β = 3; φ = 2,5.
Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N = 0,1 кВт типа В71В6 N = 0,55 кВт, n = 15,3 с-1 [7, таблица 2].
3.6 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.
Рисунок 3.2 - Схема газовой горелки
Воздух на горение подается двумя потоками: через корпус горелки 20-40% и 80-60% непосредственно в топку (рисунок 3.2).
Расход природного газа Vг = 146 м3/ч
Расход воздуха на горение Vгt0 = 2220 м3/ч
Диаметр газового сопла при
wс=70 м/с:
dc = √Vг/36000,785wc = √146/3600·0,785·70 =
Принимаем d=30 мм.
Диаметр трубы
, подводящей газ к форсунке, при wг=15 м/с:
dтр = √Vг/3600·0,785wг = √146/3600·0,785·15 =
Принимаем трубу Ø63,5×3 мм по [6, таблица 8].
Определяем наружный диаметр трубы корпуса горелки. Принимаем расход первичного воздуха 35% от Vгt0=2220 м3/ч, т.е. Vв=0,35·2220=777 м3/ч, а скорость воздуха в кольцевом сечении форсунки wв=20 м/с, тогда сечение кольцевой щели: fвоз=Vв/3600wв=777/3600·20=0,0108 м2.
Диаметр кольцевой щели:
dщ = √fвоз/0,785 = √0,0108·0,785 =
Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром
f=fвоз+fгаз=0,0108+0,0027=0,0135 м2.
fгаз=Vг/3600wг=146/3600·15=0,0027 м2
Этому сечению соответствует диаметр:
d = √f/0,785 = √0,0135/0,785 =
Принимаем трубу корпуса горелки Ø140×4мм [6, таблица 8].
Объемная производительность вторичного воздуха:
Vввоз = Vгt0-Vв = 2220-777 = 1443 м3/ч.
Диаметр воздуховода вторичного воздуха при скорости w=3 м/с:
dввоз = √Vввоз/3600·0,785w = √1443/3600·0,785·3 =
Принимаем воздуховод Ø450×0,6 [6, таблица 2].
Диаметр воздуховода первичного воздуха:
dв =√Vв/3600·0,785w = √777/3600·0,785·15 =
Принимаем воздуховод Ø140×0,5 мм [6, таблица 2].
Гидравлической сопротивление газовой горелки ориентировочно принимаем равным ΔPг=5000 Па.
3.7 Расчет вентилятора подачи воздуха на горение природного газа
Расчет проводим согласно рисунок 3.3. Вентилятор и топка смонтированы на открытой площадке, защищенной от атмосферных осадков индивидуальным навесом. Воздух от вентилятора подается по параллельным воздуховодам, поэтому расчет проводим по линии наибольшего сопротивления, т.е. по линии подачи воздуха в форсунку.
В – вентилятор; Ф – форсунка; Т – топка; КС – камера смешения; З – задвижка; Д – диафрагма; О – отвод; ВР – вентилятор регулирующий.
Рисунок 3.3 – Схема для расчета вентилятора подачи воздуха на горение природного газа
Параметры воздуха, подаваемого в горелку
Объемная производительность Vф=2220м3/ч
Температура tо=17,2°С
Плотность [7, приложение 2] rtо=1,171 кг/м3
Динамическая вязкость [7, приложение 3] mtо=18,03×10-6 Па×с
Диаметр воздуховода. Скорость воздуха принимаем w=10 м/с.
D = √Vф/0,785w = √2220/0,785×10 =
Выбираем стандартный диаметр воздуховода Ø315×0,6 мм. [6,таблица2]
Фактическая скорость воздуха:
w=Vф/0,785D2=2220/3600×0,785×0,3142=7,97 м/с.
Критерий Re=wDrtо/mtо=7,97×0,314×1,171/18,03×10-6=162536.
Коэффициент трения определяем по критерию Re для гладкой трубы (шероховатости практически отсутствуют, так как воздуховод новый) и по Re=162536 и по рис. 1.5 [5]: l=0,0175.
Длину воздуховода принимаем ориентировочно: L=7 м.
Местные сопротивления принимаем по [6, таблица 12, 13] и рис. 1:
конфузор (вход в вентилятор) zк=0,21 1 шт.
диффузор (выход из вентилятора) zдиф=0,21 1 шт.
отводы при a=90° zот=0,39 3 шт.
заслонка (задвижка) zз=1,54 1 шт.
диафрагма (измерение расхода воздуха) zд=2 1 шт.
вход в горелку zвх=1 1 шт.
Sz=1zк+1zдиф+3zот+1zз+1zд=1×0,21+1×0,21+3×0,39+1×1,54+1×2+1×1=6,13.
Гидравлическое сопротивление воздуховода:
ΔРгв=(1+(lL/D)+Sz)(w2rtо/2)=(1+(0,0175×7/0,314)+6,13)×(7,972×1,171/2)=414 Па.
Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки:
SDРг= ΔРгв +DРг+DРтопки=414+5000+500=5914 Па,
где DРг=5000 Па – сопротивление горелки при подаче воздуха на горение;
DРтопки=500 – сопротивление топки.
Приведенное сопротивление не рассчитываем, т.к. tо=24,7 °С и rtо=1,141 кг/м3.
Выбираем вентилятор высокого давления по Vгt0 = 2220 м3/ч = 0,617 м3/с и SDРг=5914Па по [6, таблица 31].
Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-25-1,1 V=0,833 м3/с, DР=10000 Па, n=48,3 с-1.
Установочная мощность электродвигателя:
N=bVгt0SRг/1000h=1,1×0,617×5914/1000×0,65=6,2 кВт.
Принимаем электродвигатель типа АО2-62-6, N=13 кВт [6, таблица 31].
3.8 Расчет и выбор вентилятора-дымососа
Вся сушильная установка (рис.1), начиная от камеры смешения, работает под небольшим разряжением. Это исключает утечку топочных газов через наплотности в газоходах и аппаратах и подсос воздуха на разбавление топочных газов.
3.8.1 Расчет патрубка с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения (приточная шахта)
Воздух из атмосферы подсасывается в камеру смешения с целью снизить температуру топочных газов с 1000°С до 400°С.
Параметры атмосферного воздуха
Температура t0 = 17,2°С
Влагосодержание x0 = 0.009 кг/кг
Теплосодержание I0 = 40кДж/кг
Масса сух воздуха, подаваемого в
камеру смешения Lсм =
Плотность [7, приложение 2] ρto = 1,171 кг/м3
Динамическая вязкость [7, приложение 3] μto = 18,03 · 10-6 Па·с
Объемный расход воздуха на разбавление топочных газов:
Vt0p =BLсм(1+x0)/ ρto = 111,6·72·(1+0,009)/1,171 = 6923,58 м3/ч = 1,9 м3/с
Диаметр воздуховода рассчитываем, принимая скорость воздуха w = 10 м/с [5, таблица 9].
D = √Vt0p/0,785w = √1,9/0,785·10 =
Выбираем стандартный диаметр воздуховода Ø 500 ×
Фактическая скорость воздуха:
w = Vt0p/0,785D2 = 1,9/0,785·0,4992 = 9,7 м/с;
Критерий Re = wDρto/μto = 9,7·0,499·1,171/18,03·10-6 = 314365;
Коэффициент трения определяем для гладкой трубы по рис 1.5 [5] и по Re = 314365: λ = 0,0145
Длина патрубка: L =
Местные сопротивления в патрубке [5, таблица 12, 13]:
приточная шахта (патрубок) ξвх = 2,5 1 шт.
выход из патрубка ξвых = 1 1 шт.
∑ζ = ξвх·1+ ξвых·1 = 2,5·1+1,0·1 = 3,5
Гидравлическое сопротивление патрубка:
ΔРпатр=(1+(λL/d)+∑ζ)( w2ρto/2)=(1+(0,0145·2/0,499)+3,5)·(9,72·1,171/2) = 251 Па
3.8.2 Газоход от смесительной камеры до входа в барабанную сушилку
Сушильный агент
Температура t1 = 400°С
Расход L1 = 2,82 кг/с
Влагосодержание х1 = 0,033 кг/кг
Теплосодержание J1 = 512 кДж/кг
Динамическая вязкость μt1 = 33,08 · 10-6 Па·с
Плотность сушильного агента:
ρt1 = Р(1+x1)/462(273+t1)(0,62+х1) = 105·(1+0,033)/462·(273+400)·(0,62+0,033) = 0,51 м3/с
Объемный расход сушильного агента:
Vt1 = L1(1+х1)/ρt1 =2,82·(1+0,033/0,51) = 5,71 м3/с
Принимаем диаметр воздуховода для барабанной сушилки D = 0,5Dсушилки·D = 0,5 · 1,2 =
Фактическая скорость воздуха:
w = Vt1/0,785D2 = 5,71/0,785·0, 6292 = 18,3 м/с
Критерий Re = wDρt1/μt1 = 18,3·0,629·0,51/32,92·10-6 = 183743
Коэффициент трения определяем для гладкой трубы по рис 1.5 [5] и по Re = 183743: λ = 0,0159
Длина воздуховода: L =
Местные сопротивления [6, таблица 12, 13]:
вход в газоход ξвх = 1 1 шт.
выход из газохода ξвых = 1 1 шт.
∑ζ = ξвх·1+ ξвых·1 = 1,0·1+1,0·1 = 2
Гидравлическое сопротивление газохода при
t
1
= 4000
C
:
ΔРt1=(1+(λL/d)+∑ζ)( w2ρt1/2)=(1+(0,0159·15/0,629)+2)·(18.32·0.51/2) = 256 Па
Компенсационное удлинение газохода:
l = 12,5·10-6 tcmL = 12,5·10-6·400·15 = 75·10-
Принимаем линзовый компенсатор по диаметру D=630 мм и по табл.11[6].
Таблица 1.1 – Результат расчета и выбора линзового компенсатора на участке от камеры смешения до сушилки
| d,мм | dн,мм | D,мм | б,мм | d,мм | a,мм | b,мм |
| 630 | 720 | 1120 | 2,5 | 715 | 160 | 83 |
Рисунок 3.4 - Компенсатор однолинзовый
3.8.3 Газоход от сушилки до циклона первой степени очистки
Параметры парогазовой смеси, выходящей из сушилки
Температура t2 = 90°С
Расход L2 = 3,24 кг/с
Влагосодержание х2 = 0,1 кг/кг
Плотность ρt2 = 0,892 кг/м3
Вязкость μt2 = 20,23·10-6 Па·с
Объемный расход сушильного агента:
Vt2 = L2(1+x2)/ ρt2 = 3,24(1+0,1)/0,892 = 4,0 м3/с.
Диаметр газохода выбираем, принимая скорость воздуха w = 12 м/с [6, таблица 9]:
D = √Vt2/0,785w = √4,0/0,785·12 =
Выбираем газоход Ø 710×0,7 мм [6, таблица 2].
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w = Vt2/0,785D2 = 4,0/0,785·0, 7092 = 10,1 м/с
Критерий Re = wDρt2/μt2 = 10,1·0,709·0,8921/20,23·10-6 = 315781
Коэффициент трения определяем для гладкой трубы по рис 1.5 [5] и по Re = 315781: λ = 0,0144.
Длина газохода: L =
Местные сопротивления [5, 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.
∑ζ = ξвх·1+ ξвых·1+ξот·2+ ξц·1 = 1·1+1·1+0,39·2+0,21·1 = 2,99.
Гидравлическое сопротивление газохода без учета пыли, содержащейся в парогазовой смеси:
ΔРt2=(1+(λL/d)+∑ζ)( w2ρt2/2) = (1+(0,0144·20/0,709)+2,99)(10,12·0,892/2) = 200 Па
Гидравлическое сопротивление газохода с учетом перемещающейся пыли в циклон:
ΔРt2II = ΔРt2(1+kỹ)+Нỹρt2g
где k – опытный коэффициент, для древесной стружки и опила k = 1,4;
ỹ - относительная массовая концентрация высушиваемого материала, кг материала/кг паровоздушной смеси.
ỹ = 0,1 Gк/ L2(1+x2) = 0,1·0,682/3,24(1+0,1) = 0,019 кг/кг.
Н – высота вертикального участка газохода Н = 15-
ΔРt2II = 200(1+1,4·0,019)+15·0,019·0,892·9,8 = 208 Па
Компенсационное удлинение газохода:
l = 12,5·10-6 tcmL = 12,5·10-6·90·20 = 22,5·10-
Принимаем линзовый компенсатор по диаметру D=710 мм и по табл.11[6].
Таблица 1.2 – Результат расчета и выбора линзового компенсатора на участке от сушилки до циклона первой степени очистки
| d,мм | dн,мм | D,мм | б,мм | d,мм | a,мм | b,мм |
| 710 | 820 | 1220 | 2,5 | 815 | 160 | 83 |
Рисунок 3.5 - Компенсатор однолинзовый
3.8.4 Расчет циклона первой степени очистки
Назначение – улавливание частиц высушенных еловых опилок после барабанной сушилки. Циклон работает на сеть.
Размер частиц опила dэ = 2,2·10-
Гидравлическое сопротивление сушилки и
газоходов до входа в циклон ∑ΔРi = 554 Па
Объемный расход очищаемого газа Vt2 = 3,73 м3/с
Температура воздуха t2 = 900С
Влагосодержание x2 = 0,1 кг/кг
Вязкость[6, прил. 3] μt2 = 20,23·10-6 Па·с
Запыленность воздуха на входе:
C = Gк/Vt2 = 1,16/3,73 = 183·10-3 кг/м3.
Принимаем циклон ЦН-24, так как улавливаются частицы размером более dэ =
Принимая прямоугольную компоновку циклонных элементов типа ЦН-24 с организованным подводом воздуха, определяем коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:
ξцгр = К1К2zц500+К3 =1·0,86·75+35=99,5,
где zц500 = 75 для ЦН-24 [3, таблица 13]; К1 = 1,0 при D =
Условная скорость воздуха в циклоне:
wц = [(DRц/rt)/0,5 ξцгр]0,5 = [300/0,5·99,5]0,5 = 2,46 м/с,
где ΔРц/ρt = 300 м2/с2 для ЦН-24.
Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона:
Υ = 0,785D2wц = 0,785·0,82·2,46 = 1,24 м3/с.
Число циклонных элементов в групповом циклоне:
Z = Vt3/υ = 3,73/1,24 = 3.
Выбираем групповой циклон ЦН-24 из 4 элементов диаметром
Фактическая скорость воздуха в элементах группового циклона:
wф = Vt3/0,785D2Z = 3,73/0,785·0,82·4 = 1,86 м/с.
Абсолютное давление запыленного воздуха в циклоне:
Ра = В±Р = 9,81·104-554 = 97546 Па.
Циклон работает под разряжением, поэтому в формуле ставим знак “минус”, если под давлением знак ”плюс”. Атмосферное давление В = 9,81·104 Па; Р – давление газов на входе в циклон: Р = ∑ΔРi – сумма гидравлических сопротивлений газоходов и аппаратов до циклона, Па.
Плотность влажного воздуха при рабочих условиях:
ρt2 = Ра(1+х2)/462(273+ t2)(0,62+х2) = 97546(1+0,1)/462(273+90)(0,62+0,1) = 0,89 кг/кг.
Гидравлическое сопротивление группового циклона:
DRц1 = 0,5 ξцгр wц2rt2=0,5·99,5·1,862·0,89 = 153 Па.
3.8.5 Газоход от циклона первой степени очистки до циклона второй степени очистки
Параметры парогазовой смеси, выходящей из сушилки
Температура t3 = 85°С
Расход L3 = 2,96 кг/с
Влагосодержание х3 = 0,1 кг/кг
Плотность ρt3 = 0,899 кг/м3
Вязкость μt3 = 19,99·10-6 Па·с
Объемный расход сушильного агента:
Vt3 = L3(1+x3)/ ρt3 = 2,96(1+0,1)/0,899 = 3,62 м3/с,
Диаметр газохода выбираем, принимая скорость воздуха w = 12 м/с [6, таблица 9]:
D = √Vt3/0,785w = √3,62/0,785·12 =
Выбираем газоход Ø 630×0,7 мм [6, таблица 2].
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w = Vt3/0,785D2 = 3,62/0,785·0, 6292 = 11,7 м/с
Критерий Re = wDρt3/μt3 = 11,7·0,629·0,899/19,99·10-6 = 330966
Коэффициент трения определяем для гладкой трубы по рис 1.5 [5] и по Re = 330966: λ = 0,0143.
Длина газохода: L =
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 3 шт.
вход в циклон ξц = 0,21 1 шт.
∑ζ = ξвх·1+ ξвых·1+ξот·3+ ξц·1 = 1·1+1·1+0,39·3+0,21·1 = 3,38.
Гидравлическое сопротивление газохода без учета пыли, содержащейся в парогазовой смеси:
ΔРt3=(1+(λL/d)+∑ζ)( w2ρt3/2) = (1+(0,0143·20/0,629)+3,38)(11,72·0,899/2) = 298 Па
Компенсационное удлинение газохода:
l = 12,5·10-6 tcmL = 12,5·10-6·85·20 = 21,25·10-
Принимаем линзовый компенсатор по диаметру D=630 мм и по табл.11[6].
Таблица 1.3 – Результат расчета и выбора линзового компенсатора на участке от циклона первой степени очистки до циклона второй степени очистки
| d, мм | dн, мм | D,мм | б,мм | d,мм | a,мм | b,мм |
| 630 | 720 | 1120 | 2,5 | 715 | 160 | 83 |
Рисунок 3.6 - Компенсатор однолинзовый
3.8.6 Расчет циклона второй степени очистки
Назначение – улавливает частицы высушенного опила после циклона первой степени очистки. В циклоне второй степени очистки уловлено 85% опила, т.е. в циклон-очиститель попадает оставшийся опил (15%). Таким образом, производительность по стружке составит
Циклон работает на выхлоп.
Размер частиц волокна dэ=2,2·10-3м
Производительность по высушенному волокну Gк= 0,1023 кг/с
Объемный расход очищаемого газа Vt3 = Vt2 =3,73 м3/с
Запыленность воздуха на входе в циклон:
C = Gк/Vt3 = 0,1023/3,73 = 0,027 кг/м3.
Выбираем циклон ЦН-15, так как улавливаются крупные частицы dэ=2,2 мм.
Принимая прямоугольную компоновку циклонных элементов типа ЦН-15 с организованным подводом воздуха, определяем коэффициент гидравлического сопротивления:
ξцгр = К1К2zц500+К3 =1·0,92·163+35=184,96 ,
где zц500 = 163 [3, таблица 13]; К1 = 1 при D =
Принимаем диаметр циклона D =
Условная скорость воздуха в циклоне:
wц = [(DRц/rt)/0,5 ξцгр]0,5 = [500/0,5·184,96]0,5 = 2,32 м/с.
Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона:
Υ = 0,785D2wц = 0,785·0,62·2,32 = 0,66 м3/с.
Число циклонных элементов в групповом циклоне:
Z = Vt3/υ = 3,73/0,66 = 5,65.
Выбираем групповой циклон ЦН-15 из 6 элементов диаметром
Фактическая скорость воздуха в элементах группового циклона:
wф = Vt3/0,785D2Z = 3,73/0,785·0,62·6 = 2м/с.
Гидравлическое сопротивление группового циклона:
DRц2 = 0,5 ξцгр wц2rt3=0,5·184,96·2,322·0,91 = 453 Па.
3.8.7 Газоход между циклоном второй степени очистки и дымовой трубой
Параметры парогазовой смеси
Температура t4 = 75°С
Расход L4 =2,96 кг/с
Влагосодержание х4 = 0,1 кг/кг
Плотность ρt4 = 0,93 кг/м3
Вязкость μt4 = 19,54·10-6 Па·с
Объемный расход сушильного агента:
Vt4 = L4(1+x4)/ ρt4 = 2,96(1+0,1)/0,93 = 3,5 м3/с,
Диаметр газохода выбираем, принимая скорость воздуха w = 12 м/с [6, таблица 9]:
D = √Vt4/0,785w = √3,5/0,785·12 =
Выбираем газоход Ø 630×0,7 мм [6, таблица 2].
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w = Vt4/0,785D2 = 3,5/0,785·0, 6292 = 9,5 м/с
Критерий Re = wDρt3/μt3 = 9,5·0,629·0,93/19,54·10-6 = 284402
Коэффициент трения определяем для гладкой трубы по рис 1.5 [5] и по Re = 284402: λ = 0,0148.
Длина газохода принимаем ориентировочно: L =
Местные сопротивления [6, таблица 12, 13]:
вход в газоход zвх=1 1 шт.
отводы a=90° zот=0,39 3 шт.
заслонка (задвижка) zз=1,54 1 шт.
диафрагма при dо=0,5D, m=0,25 zд=29,4 1 шт.
переход (вход и выход из вентилятора) zп=0,21 2 шт.
выход из дымовой трубы в атмосферу с зонтом zд.тр=1,3 1 шт.
Sz=zвх+3zот+zз+zд+2zп+zд.тр=1+3×0,39+1,54+29,4+2×0,21+1,3=34,83.
Гидравлическое сопротивление газохода без учета пыли, содержащейся в парогазовой смеси:
ΔРt4=(1+(λL/d)+∑ζ)( w2ρt4/2) = (1+(0,0148·75/0,629)+34,83)(9,52·0,93/2) = 1578 Па
Компенсационное удлинение газохода:
l = 12,5·10-6 tcmL = 12,5·10-6·75·75 = 70,31·10-
Принимаем линзовый компенсатор по диаметру D=630 мм и по табл.11[6].
Таблица 1.4 – Результат расчета и выбора линзового компенсатора на участке между циклоном второй степени очистки и дымовой трубой
| d,мм | dн,мм | D,мм | б,мм | d,мм | a,мм | b,мм |
| 630 | 720 | 1120 | 2,5 | 715 | 160 | 83 |
Рисунок 3.7 - Компенсатор однолинзовый
3.8.8 Выбор вентилятора-дымососа
Суммарное гидравлическое сопротивление сети:
SDR=DRпатр+DRt1+DRc+DRt2+DRц2+DRt4 = 251+256+6+200+453+1578 = 2744 Па.
Приведенное сопротивление: DRпр=SDR(273+t4)Pо/273(Pо+SDR)=2744·(273+75)×1,013×105/273(1,013×105+2744)=3406 Па.
По Vt4=3,5 м3/с=12600 м3/ч и DRпр=3406 Па выбираем вентилятор высокого давления по табл.28 [6].
Принимаем вентилятор ВДН-11,2, V=25000 м3/ч, n=25 c-1,h=0,55, N=41 кВт.
Установочная мощность электродвигателя:
Nэ=bVt4DRпр/1000h=1,1×3,5×3554/1000×0,55=24,9 кВт.
Выбираем электродвигатель по табл.27 [6]
Принимаем электродвигатель типа АО2-72-4, N=30 кВт, h=0,5.
4 Расчет толщины тепловой изоляции
Оборудование и трубопроводы требуют изоляции, если температура нагретых поверхностей превышает 45°С, а трубопроводов – 60°С.
Цель нанесения теплоизоляции: поддержание заданной температурный режим в аппарате; исключить потери тепла в окружающую среду и создать нормальные санитарно-гигиенические условия работы обслуживающему персоналу.
Требования, предъявляемые при выборе изоляции: малая теплопроводность, небольшая теплоемкость, невысокая стоимость, легкость нанесения на трубы, малая масса и долговечность
Толщина теплоизоляции.
Толщину тепловой изоляции δи (рис.8) находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции (λи/δи)(tст1–tст2) и от поверхности изоляции в окружающую среду α2(tст2–tср2), т.е. (λи/δи)(tст1–tст2)= α2(tст2–tср2),
Рисунок 4.1 - Схема теплопередачи
Температуру изоляции со стороны аппарата (газохода) tст1 принимаем равной температуре среды в аппарате tср1 ,т.к. термическое сопротивление стенки аппарата (трубы) незначительно по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции.
Температуру изоляции со стороны окружающей среды (воздуха) принимаем: tст2=35-40°С для аппаратов, работающих в закрытом помещении.
Температуру воздуха принимаем:
tср2=20°С в закрытом помещении.
Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду: α2 = 9,3+0,058tст2 = 9,3+0,058·40 = 11,62 Вт/(м2·К).
Выбор материала теплоизоляции проводят по данным табл.10 [6].
1) Топка:
tст1 = 1000°С.
По табл. 10[6]: λи = 0,072 Вт/(м·К) – зонолит.
δи =λи(tст1-tст2)/α2(tст2-tср2) = 0,072(1000-40)/11,62(40-20) =
Принимаем изоляцию из зонолита толщиной
2) Газоход от смесительной камеры до сушилки:
tст1 = 400°С.
По табл.10 [6]: λи = 0,072 Вт/(м·К) – зонолит.
δи = λи(tст1-tст2)/α2(tст2-tср2) = 0,072(400-40)/11,62(40-20) =
Принимаем изоляцию из зонолита толщиной
3) Сушилка:
tст1 = 400°С.
По табл. 10 [6]: λи = 0,09 Вт/(м·К) – совелит.
δи = λи(tст1-tст2)/α2(tст2-tср2) = 0,09(400-40)/11,62(40-20) =
Принимаем изоляцию из совелита толщиной
4) Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя:
tст1 = 90°С.
По табл. 10 [6]: λи = 0,465 Вт/(м·К) – войлок строительный.
δи = λи(tст1-tст2)/α2(tст2-tср2) = 0,465(900-40)/11,62(40-20) =
Принимаем изоляцию из войлока строительного толщиной
5) Газоход между циклоном-разгрузителем и циклоном-очистителем:
tст1 = 85°С.
По табл. 10 [6]: λи = 0,465 Вт/(м·К) – войлок строительный.
δи = λи(tст1-tст2)/α2(tст2-tср2) = 0,072(85-40)/11,62(40-20) =
Принимаем изоляцию из войлока строительного толщиной
6) Газопровод между циклоном-очистителем и дымовой трубой
tст1 = 75°С.
По табл. 10 [6]: λи = 0,16 Вт/(м·К) – войлок строительный.
δи =λи(tст1-tст2)/α2(tст2-tср2) = 0,465(75-40)/11,62(40-20) =
Принимаем изоляцию из войлока строительного толщиной
5 Технико-экономические показатели сушилки
Технологические показатели работы сушилки.
Производительность:
Удельная производительность по испаренной влаге (напряжение по влаге):
A = W/Vc = 0,318/7 = 0,0454 кг/(м3×с) = 163 кг/(м3×ч),
где Vc = 0,785D2L=0,785·1,22·6 =
Удельный объемный расход сушильного агента:
υ = Vt1/Vc = 6,22/7 = 0,89 м3/(м3×с) = 3024 м3/(м3×ч).
Энергетические показатели работы сушилки
Тепловой КПД процесса сушки:
η1 = Qи/Qоб = 823/923 = 0,89 кДж/с,
где Qоб = Qи+Qм+Qпот = 823+36+64 = 2506 кДж/с.
Термический КПД сушилки:
h2 = (J1-J2)/J1 = (512-307)/512 = 0,4.
Коэффициент теплового напряжения:
Bt = (t1-t2)/t1 = (400-90)/400 = 0,775.
Удельный расход природного газа на один кг испаренной влаги:
dВ = B/W = 0,033/0,318 = 0,1 кг/кг.
Удельный расход природного газа на один кг высушенного опила:
dG = B/
Удельный расход тепла на один кг испаренной влаги:
dQ = Qоб/W = 923/0,318 = 2903 кДж/кг.
Удельный расход электроэнергии на один кг испаренной влаги:
dN=SNi/W=(1,1+1,1+0,55+0,55+13+30)/0,318=146 кДж/кг,
где N1=1,1 кВт – ленточный транспортер; N2=1,1 кВт – винтовой транспортер; N3=0,55 кВт – шлюзовой дозатор (под бункером-питателем); N4=0,55 кВт – шлюзовой затвор; N5=13 кВт – вентилятор подачи воздуха на горение; N6=30 кВт – вентилятор-дымосос.
Список использованных источников
1 Процессы и аппараты химической технологии. Справочные материалы. Сост. канд. техн. наук Орлов В.П. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. – 121 с.
2 Вдерникова М.И., Орлов В.П., Терентьев В.Б., Штеба Т.В., Кожевников Н.П. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. I. Технологические и гидродинамические расчеты. Екатеринбург, УГЛТА, 2001. 44с.
3 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. 44 с.
4 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.
5 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия. 1987. 576с.
6 Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. I. Расчет и выбор насосов и вентиляторов. Екатеринбург, УГЛТА, 2000. 40с.
7 Старцева Л.Г., Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург, УГЛТА, 2000. 44с.
8 Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к текстовой части. Ч. I. Екатеринбург, УГЛТУ: 2002. 56 с.
9 Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к графической части. Ч. II. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. 50 с.
10 Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Юрьев Ю.Л. Оборудование для переработки растительного сырья. Атлас чертежей. Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. 75 с.
