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

• 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

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 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

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

Температура t0= 18 °С

Относительная влажность ц0= 72%

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

Влагосодержание наружного воздуха при t0= °С, ц0= %:

где Pнас = 15,48 мм.рт.ст. при t0= 19,4 °C по таблице XXXVIII 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: бm=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:

гдетеплоемкость 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=5 000 103 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 2Ч1,7Ч1,9 мм

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

Относительная влажность:

начальная щ01 = 45%

конечная щ02 = 22%

Температура влажного материала и1 = 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] сt1= 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

3.1 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:

3.2 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:

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

2. 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%.

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

4. Расход тепла на нагревание материала:

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

5. Удельный расход тепла на нагрев материала:

6. Удельные потери тепла рекомендуется принимать: qпот=125−250 кДж/кг испаренной влаги. Принимаем:

qпот=200 кДж/кг влаги.

7. Внутренний тепловой баланс сушилки:

8. Координаты точки Е: Д=(I-I1)/(x-x1) или I= I1+Д (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.

11. 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:

;

иср=0,5(и1+ и2)=0,5(20+)=40,25 °С;

см=660,05 кг/м3, при щаср = % [1, таблица 4];

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

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

сн=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

По принимаем опытным данным.

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 ц=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 ц=0,07:

Гидравлическое сопротивление сушилки:

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

4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования

4.1 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 Ш30Ч1 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=0,315 м².

Диаметр кольцевой щели:

fгаз=Vг/wг=/15=0,63 м².

Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром 30 мм, равно:

f=fвоз+fгаз=0,315+0,63=0,378 м².

Этому сечению соответствует диаметр:

Принимаем трубу корпуса горелки Ш76Ч3,5 мм [6, таблица 8].

Объемная производительность вторичного воздуха:

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

Принимаем воздуховод Ш225Ч0,6 [6, таблица 2].

Диаметр воздуховода первичного воздуха:

Принимаем воздуховод Ш76Ч2 [6, таблица 8].

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

4.2 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 сto = кг/м3

Динамическая вязкость мto = 18,5 910−6 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) ок = 0,21 1 шт.;

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

отводы при б = 900 оо = 0,39 3 шт.;

заслонка (задвижка) оз = 1,54 1 шт.;

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

вход в форсунку овх = 1 1 шт.;

Гидравлическое сопротивление воздуховода:

Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки:

где ДРтопки = 500 Па — сопротивление топки.

Выбираем вентилятор высокого давления по и Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-25−1,1; V = 0,833 м3/с; ДР = 10 000 Па, n = 48,3 с-1 [6, таблица 31].

Установочная мощность электродвигателя:

где в = 1,1 [7, таблица 33], з = 0,65.

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

4.3 Расчет бункера-питателя

Производительность по влажной стружке Gн = кг/с

Абсолютная влажность стружки

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

Объем бункера питателя:

где ф = 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].

4.4 Расчет ленточного транспортера

Производительность транспортера Gн = кг/с

Насыпная плотность опила при сн = 160 кг/м3

Характеристика ленточного транспортера

Длина L = 30 м

Угол наклона к горизонту б = 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 б = 80; ц = 400 для опилок [6, с. 4].

Мощность на приводном валу транспортера:

где Н = Lsinб = 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;

з = 0,85 КПД привода.

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

Принимаем ленточный транспортер: L = 30 м; б = 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 ща2= %

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

Характеристика горизонтального винтового транспортера:

Длина L = 25 м

Шаг винта t = Dв

Угол наклона к горизонту б = 00

Объемная производительность транспортера

Частота вращения винта:

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

Принимаем винтовой горизонтальный транспортер:

Dв = 0,20 м; L = 25 м; t = 0,20 м.

Установочная мощность электродвигателя:

где ц = 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 сн = 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 в = 3; ц = 2,5.

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

4.7 Расчет шлюзового затвора

Производительность по сухой стружке Gк= кг/с

Абсолютная влажность опила ща2= %

Насыпная плотность ск = 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, t2, кг/м3

Вязкость, t2, Пас 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; м= кг/м3 -плотность материала при а2.

Расход воздуха пневмотранспортной установки:

Диаметр пневмопровода:

Выбираем стандартный диаметр газохода 355Ч0,6 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.

4.8.2 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 ДРц/сt2 = 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 355Ч0,6

Скорость воздуха, Wф, м/с

Температура воздуха, t2, єС 95

Плотность, t2, кг/м3

Вязкость, t2, Пас 10−6

Концентрация стружки в воздухе,, кг/кг

Объемная производительность, V, м3/с

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

Критерий Рейнольдса:

Коэффициент трения:

Длину пневмопровода принимаем ориентировочно по рисунку 1:

L=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 вх=1 3 шт.;

отводы при б=90є от=0,39 6 шт.;

переход с круглого сечения на

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

заслонка, з=1,54 1 шт.;

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

=3вх+6от+п+з+2в=31+60,39+10,21+11,54+20,21=7,51.

Потери давления при движении чистого воздуха:

Потери, возникающие при движении материала по пневмопроводу:

где лу=0,01−0,02, принимаем коэффициент сопротивления трения лу=0,015,

l=l1+l2=10+20=30 м согласно рисунку 1.

Потери давления на поддержание материала в псевдоожиженном состоянии:

под=Нt2g=209,81=37 Па,

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

Потери давления на разгон материала при загрузке его в пневмопровод:

разг=жразг (0,5w2t2)=1,50,217 (0,52)=25 Па,

где жразг — коэффициент сопротивления разгонного участка, принимается в пределах жразг=1−2; принимаем жразг=1,5.

Общее гидравлическое сопротивление пневмотранспортной установки:

пн=в+мат+под+разг+ц.р=++37+25+=1346 Па.

Приведенное сопротивление:

Объемная производительность вентилятора:

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

Установочная мощность электродвигателя:

Nэ=вVпр/1000=1,15*0,932*/1000=1,76 кВт.

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

4.9 Расчет и выбор вентилятора дымососа

4.9.1 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] сto = кг/м3

Динамическая вязкость [5, приложение 3] мto = 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 Ш 225 Ч 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) овх = 2,5 1 шт.;

выход из патрубка овых = 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 мt1 =

Плотность

Объемный расход сушильного агента:

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

Выбираем газоход Ш 315Ч0,6 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 овх = 1 1 шт.;

выход из газохода овых = 1 1 шт.;

Гидравлическое сопротивление газохода при t1 = 3500C:

Компенсационное удлинение газохода:

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

4.9.3 Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя

Параметры парогазовой смеси, выходящей из сушилки

Температура t2 = 950C

Расход L1 = кг/с

Влагосодержание х2 = кг/кг

Плотность сt2 = кг/м3

Вязкость мt2 =

Объемный расход сушильного агента:

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

Выбираем газоход Ш 315Ч0,6 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 овх = 1 1 шт.;

выход из газохода овых = 1 1 шт.;

отводы б = 900 оот = 0,39 2 шт.;

вход в циклон оц = 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].

4.9.4 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 сt3 = 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.

ц=К1К2ц500+К3 =1,0· 0,97·80+35=112,6,

где К1=1,0; К2=0,97; ц500=80; К3=35 [7, таблицы 13−16].

Отношение ц/t для циклона ЦН-24 принимаем: ц/t=500 м2/с2.

Условная скорость воздуха в циклоне:

wц=[(ц/t)/0,5ц]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=ВР=99 975−1983=97 982 Па.

Циклон работает под разрежением, поэтому в формуле ставим знак «минус». Атмосферное давление В=99 975 Па; Р — давление газов на входе в циклон: Р=Рi — сумма гидравлических сопротивлений газоходов и аппаратов до циклона, Па;

Рi=патр+t1+с+t2 =+++=1983 Па.

Плотность влажного воздуха при рабочих условиях:

Гидравлическое сопротивление группового циклона:

4.9.5 Газоход между группой циклонов и дымовой трубой

Параметры парогазовой смеси

Температура t4 = 90 0C

Плотность сt3 = 0,8835 кг/м3

Вязкость мt3 = 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 Ш 315Ч0,6 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 овх = 1 1 шт.;

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

отводы б = 900 оот = 0,39 3 шт.;

заслонка оц = 1,54 1 шт.;

выход из дымовой трубы в атмосферу од. 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, ДР = 5800 Па, з = 0,82, n = 16,6 с-1.

Установочная мощность электродвигателя:

Nэ=Vt4пр/1000=1,1/10 000,55=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 ди рассчитывается из условия равенства удельных тепловых потоков:

где ли — теплопроводность теплоизоляции, Вт/(м· К) [6, таблица 10];

tст 1 — температура стенки со стороны аппарата, 0С.

Результаты расчетов теплоизоляции аппаратов и газоходов представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Результаты расчетов толщины теплоизоляции

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:

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

Коэффициент теплового напряжения:

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

где 1=1,5 кВт — ленточный транспортер; 2=1,1 кВт — винтовой транспортер; 3=0,55 кВт — шлюзовой дозатор (под бункером-питателем); 4=0,55 кВт — шлюзовой затвор (под циклоном разгрузителем сушилки); 5=0,55 кВт — шлюзовой затвор (под циклоном разгрузителем пневмотранспортной установки); 6=0,55 кВт — шлюзовой затвор (после винтового транспортера); 7=2 кВт — вентилятор подачи воздуха на горение; 8=10 кВт — вентилятор-дымосос.

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.

3. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987. 576 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. Старцева Л. Г., Ведерникова М. И. Гидравлические расчеты. Ч. II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 44с.

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

7. 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.