49516

Расчет установки Сушилка Кипящий слой

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Сушилка кипящего слоя Сушилка кипящего слоя используется для непрерывной и периодической сушки самых разных сыпучих материалов: от песка и химических реактивов до пластмассовой дроблёнки и древесных опилок. Для увеличения производительности сушилка может компоноваться из нескольких секций Сушилка кипящего слоя выгодно отличается от сушилок других типов экономичностью компактностью и надёжностью. Конструирование сушилок кипящего слоя. Сушильные установки кипящего слоя состоят из сушильной камеры газораспределительного...

Русский

2014-01-15

199.5 KB

110 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Строительный факультет

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Теплотехника и теплотехническое оборудование в технологии строительных материалов, изделий и конструкций»

Тип установки: Кипящий слой.







Выполнил студент группы ПСК-03-2

Азанов Александр Александрович.

Проверил канд. техн. наук, доцент

Катаева Людмила Ивановна.

Дата выдачи задания на курсовой проект_________

Дата защиты курсового проекта_________

Оценка за курсовой проект_________

Пермь. 2006г

Содержание

[1] 1.Введение

[2] 2.Расчетная аэродинамическая схема

[3] 4.Расчет материального и теплового балансов установки

[4] 5.Тепловой баланс установки

[5] 6.Ориентированный расчет основных размеров установки

[6] 7.Расход топлива

[7] 10.Аннотация

[8]
11.Технико-экономические показатели

[9]
12. Список использованной литературы

1.Введение

Сушилка кипящего слоя

Сушилка кипящего слоя используется для непрерывной и периодической сушки самых разных сыпучих материалов: от песка и химических реактивов до пластмассовой дроблёнки и древесных опилок. Она позволяют высушить материал с начальной влажностью 20% до влагосодержания 0,1%. Сушка в ней осуществляется горячим воздухом, продуваемым сквозь слой материала с такой скоростью, чтобы частицы материала перемешивались, но в то же время не улетали

Конструкция сушилки в значительной степени зависит от вида высушиваемого материала. Для материалов с хорошей сыпучестью используются сушилки с неподвижной решёткой и рециркуляцией воздуха, для плохо сыплющихся материалов - с вибрирующей решёткой или с перемешивающим устройством. Для увеличения производительности сушилка может компоноваться из нескольких секций

Сушилка кипящего слоя выгодно отличается от сушилок других типов экономичностью, компактностью и надёжностью.

Конструирование сушилок «кипящего» слоя. Сушильные установки «кипящего» слоя состоят из сушильной камеры, газораспределительного устройства, тягодутьевого оборудования, питателя, разгрузочного устройства.

Сушильная камера. Она представляет собой стальной сварной аппарат различной формы (цилиндрической, прямоугольного сечения и др.).

При работе с высокотемпературным теплоносителем (выше 500° С) корпус камеры в местах соприкосновения с горячими газами футеруется огнеупорным кирпичом. Нижняя часть сушилки представляет собой газовую камеру, в которую поступает теплоноситель из смесительной камеры. Для равномерного подвода газа к решетке газовой камере надо придать форму конуса, сужающегося до размеров решетки. Верхняя часть сушилки состоит из зоны «кипящего» слоя и сепарационного пространства.    Высота «кипящего» слоя, по практическим данным, не превышает 300—500 мм.

Газораспределительное устройство. Это устройство выполняет две функции — играет роль опоры для материалов и служит для равномерного распределения газа по сечению аппарата.

Различают два типа решеток— провальные и беспровальные. Провальная решетка — это перфорированная (дырчатая) плита, на которой материал удерживается во время работы скоростным напором газа. При остановке, часть материала проваливается через отверстия.

Беспровальная решеспровальная реша которой нет провала материала ни во время работы, ни при остановках. Провальные решетки из стального листа 12-16 мм с диаметром до 1,5 м, для больших диаметров – в виде набора колосников. Беспровальные решетки выполняют в виде двух параллельных листов, отверстия которых не совпадают. Живое сечение решетки составляет 3—10%.

Провальные решетки рекомендуются для сушки легко кристаллизующихся материалов, которые образуют спекающиеся куски. Во всех остальных случаях рекомендуется применять беспровальные решетки.

Смесительные камеры. Для сушилок «кипящего» слоя часто применяются в качестве агента дымовые газы, поэтому они конструируются вместе с топкой. Топки чаще всего работают под давлением Для сушилок диаметром до 2 м топка устанавливается вертикально а сушилка ставится на топку. Топка представляет собой стальной сварной корпус, в передней части которого находится камера горения, а в задней — камера смешения. Внутри топка футерована огнеупорным кирпичом. Конструкция камеры горения выбирается в зависимости от вида сжигаемого топлива. Камера смешения имеет большой объем и заканчивается переходом к сушилке. В камере смешения смешивается воздух с топочными газами, а также достигается и автоматически поддерживается постоянной необходимая температура смеси газов. Если сушка производится горячим воздухом, то вместо камеры горения устанавливается калорифер.

Пылеулавливающее устройство. Улавливание пыли обычно производится в циклонах системы НИИогаза, а окончательная очистка—в матерчатых фильтрах. Для использования высокой температуры газов И. А. Козулиным и А. Е. Ершовым предложена конструкция циклона-теплообменника. Эти циклоны оборудованы теплообменной поверхностью и используются для проведения двух процессов: отделения пыли и отбора физического тепла от газов для промышленных нужд.

Тягодутьевое оборудование. Оно предназначено для создания «кипящего» слоя и преодоления сопротивления сушильной установки. Применяют три варианта установки вентиляторов или воздуходувок: 1) нагнетательный вентилятор перед топкой; 2) вытяжной вентилятор за циклонами и фильтром; 3) два вентилятора (один дутьевой перед топкой и второй вытяжной за циклоном).

Практически установлено, что для сушильных установок «кипящего» слоя необходим суммарный напор вентилятора примерно 1,1 104—1,2-104 Па.

При работе вентилятора на вытяжку вся система работает под небольшим разрежением. Необходима герметизация установки для уменьшения подсосов, но этот вариант хорош тем, что исключает попадание пыли из сушилки в помещение. Применяется второй вариант при сушке красителей, пигментов и токсичных материалов. По третьей схеме работают сушильные установки для сушки солей.

Питатели. Тип применяемого питателя зависит от физических свойств влажного материала. Конструкция питателя должна обеспечить равномерное распределение высушиваемого материала по поверхности слоя. В зависимости от физического состояния высушиваемого материала различают питатели для зернистых или пастообразных материалов, растворов и суспензий.

Например, для зернистых материалов, минеральных солей и некоторых полимерных материалов применяют шнековые, вибрационные, секторные питатели. Для подачи паст в сушилку применяют формирующие и шнековые питатели, но они не дают хороших результатов при эксплуатации.

Конструкция вибрационного питателя с вибрирующим бункером имеет сменное днище с отверстиями. В бункере устанавливается вал вибратора, соединяющийся гибким шлангом с электродвигателем. Загруженная в бункер паста под действием вибрации вытекает из отверстий в днище в виде удлиненных капель и попадает на поверхность «кипящего» слоя.

Растворы, суспензии и легколетучие пасты могут подаваться на слой распылительными дисками с помощью механических и пневматических форсунок.

Выбор способа подачи материала производят на основании опытных данных, так как не сделаны еще обобщенные рекомендации.

Разгрузочное устройство. Выгрузка материала из аппарата «кипящего» слоя может производиться сверху слоя или над решеткой. Если выгрузка идет сверху, то избыток высушенного материала перетекает через порог в течку и попадает в приемник высушенного материала. При выгрузке материала над решеткой высота слоя поддерживается постоянной путем отбора высушенного материала. В разгрузочном патрубке ставится шнек.

Выбор места отбора высушенного материала зависит от его физико-химических свойств. Для комкующихся материалов, если комки остаются внизу слоя, выгрузку лучше производить снизу. Для мелкозернистых материалов выгрузка производится сверху слоя.

Для уяснения принципов образования кипящего рассмотрим кривую псевдоожижения в координатах ω (скорость потока), ΔР (сопротивление слоя) на рис. 1.[5]

рис.1

При прохождении потока сушильного агента через слой дисперсного материала последний оказывает сопротивление. Силы динамического давления потока преодолевают это сопротивление, и сушильный агент фильтруется через слой дисперсного материала. В этом случае силы динамического давления меньше силы тяжести слоя материала. При повышении скорости потока силы динамического давления возрастают (участок 0В). Наступает момент, когда силы динамического давления уравновешивают силы тяжести слоя (точка В], слой приобретает новые свойства и начинает переходить во взвешенное состояние. Частицы материала начинают раздвигаться, а слой увеличивается по толщине. Скорость потока

сушильного агента, при которой слой переходит во взвешенное состояние, называют критической скоростью начала псевдоожижения и обозначают ωк/ . Ко времени достижения ωк/  сопротивление слоя достигает максимума, обозначенного на рис. 1 ΔР. Участок повышения скорости до ωк/    и увеличения сопротивления слоя до ΔР  называют областью фильтрующего слоя.

При дальнейшем увеличении скорости в слое материала наблюдается сначала свободное кипение, отдельные частицы начинают совершать колебательные движения без выноса частиц из слоя.

По мере приближения к точке С (второй критической скорости ωк//) степень кипения возрастает. Участок ЕС на кривой сопротивлений слоя называют областью псевдоожижения. Сопротивление слоя на участке ВС практически постоянно. Постоянство сопротивления объясняют уменьшением контакта частиц слоя и большей возможностью их перемещения с возрастанием толщины слоя. Вторую критическую скорость ωк// . называют еще и скоростью витания частиц ω в.

2.Расчетная аэродинамическая схема

На рис.2. показана схема сушилки для сушки сыпучих материалов в кипящем слое. Сушильный агент получают за счет разбавления холодным воздухом продуктов горения топлива,    сжигаемого в топке 3. Далее сушильный агент за счет тяги, создаваемой вентилятором12, поступает через решетку 7 к слою материала со скоростью, равной скорости витания ωв. Материал питателем 6 непрерывно подается на решетку и высушивается в кипящем слое. Высушенный материал через течку 9 выгружается на конвейер 13. Отработанный сушильный агент попадает в циклон 10, далее в батарейный циклон 11 и после двойной очистки от уносов продукта вентилятором 12 выбрасывается атмосферу.

рис.2

3.Расчет и проектирование тепловой изоляции теплотехнического оборудования [4]

Дано:

1 – известково-кремнеземистые плиты.

1=0,044+0,00029 tср

2 – Маты и полосы из непрерывного стекловолокна.

2=0,04+0,00026 tср

q=165 Вт/м; t= 6000С; tст=400C; t1-2=4500C; н=11  

tср1=(600+450)/2=5250C

1из= 0,044+0,00029*525=0,1963

1из=1из [(t- t1-2)]/ q=0,1963 [(600- 450)]/ 165= 0,178 м

1 слой: 1плита 80 мм,

            2 плита 100 мм.

t1-2I= t- q(1/н+1из/1из)= 600- 165(1/11+0,18/0,1963)= 433,180C

tср2=(433,18+40)/2=236,60C

2из= 0,04+0,00026*236,6=0,102

2из=2из [(t1-2- tст)]/ q-1/н=0,102 [(433,2- 40)]/ 165-1/11= 0,233м

2 слой: 4слоя матов по 50 мм и 2 слоя матов по 20 мм.

4.Расчет материального и теплового балансов установки

Материальный баланс составляется для определения количества влаги, удаляемой из материала в процессе сушки.

Материальный баланс по всему количеству влаги:

G1 = G2 * (1 – w2/100) * (1 – w1/100) = 18000 * (1 – 1/100)/(1 – 15/100) = 20964,71 кг/ч

Где G1 и G2 – расходы влажного и высушенного материалов, кг/ч

w1и w2- начальная влажность и конечная влажность материала.

G1 = G2 + W W = G1 – G2 = 20964,71 – 18000 = 2964,71 кг/ч

W – влага, удаленная во время сушки, кг/ч

5.Тепловой баланс установки

Lс.а.теор.<Lс.а.факт.; кг с. а./ час

G2 =w1/100+ Lс.а.теор.* d1/100= w2/100+ Lс.а.теор. * d2/100.

G2[(w2+ w1)/100)= Lс.а.теор[(d2- d1)/1000]=B; кг вл./ час

18000*0,14 = Lс.а.теор[(d2- d1)/1000]

 B=2520 кг вл./ час

из I-d диаграммы d1=42г/кг d2=248г/кг, где d-влагосодержание сухого воздуха.

Lс.а.теор= (2530*1000)/(248-42)= 12233 кг.с.а./час

6.Ориентированный расчет основных размеров установки

В данном случае определяются следующие конструктивные размеры: площадь газораспределительной решетки, диаметр решетки, высоту псевдоожиженного слоя, высоту сепарационного пространства, общую высоту аппарата и диаметр сепарационного пространства.

Площадь решетки:

F = Lс.а.теор /(опт * в) = 12233/(0,15 * 0,62) = 131537,6 м2

Из полученных расчетов следует, что при сушке такого материала используется несколько сушилок.

Где опт – оптимальная скорость сушильного агента, м/с

т – плотность сушильного агента при tср, кг/м3 равной 0.62

Оптимальная скорость сушильного агента:

опт = Reв/(вd) = 2,26 * 2,86 * 10-5/(0,62 * 7 * 10-4) = 0,15 м/с

где Re – критерий Рейнольдса;

в – динамическая вязкость сушильного агента при tср, Па*с равной2.86*10-5

d – эквивалентный диаметр частиц, м равной 7*10-4

Re = Ar/(1400 + 5.22 * Ar0.5) = 3900/(1400 + 5.22 * 39000.5) = 2,26

Ar – критерий Архимеда.

Ar = d3 * в *  * g/в2 = 7 * 10-12 * 0.62 * 1500 * 10/(2,86 * 10-5)2 = 3900

Где - плотность твердых частиц, кг/м3  равной 1500

Диаметр решетки:

Dр = (4F/)0,5 = 409,3 м

Высота псевдоожиженного слоя:

h = 4 * hсл = 0,1 * 4 = 0,4 м

hсл = 20 * dотв = 20 * 0,005 = 0,1м

где dотв – диаметр отверстий решетки, м равной 5 мм.

Высота сепарационного пространства:

hсеп = (4-6) * h = 5 * 0,4 = 2 м

Общая высота аппарата (над решеткой):

Н = h + hсеп = 0,4 + 2 = 2,4 м

Площадь сечения сепарационного пространства:

Fсеп = 1,1 * F * опт/вит = 1,1 * 131537,6 * 0,15/0,75 = 28938,3 м2

Где вит – скорость витания твердых частиц, м/с

При Re > 1000

вит = 5,2(d/в)0.5 = 5,2*(7*10-4*1500/0.62)0.5 = 6,8 м/с

Рабочую скорость витI сушильного агента выбирают в пределах от опт до  вит . Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения Kпр=вит/опт ; при Kпр более 40-50 рабочее число KпрI=витI/опт рекомендуется выбирать в интервале от 3 до 7.

витI = KпрI опт =5*0,15= 0,75 м/с

Диаметр сепарационного пространства:

Dсеп = (4Fсеп/) 0,5 = (4*28938,3/3,14)0,5 = 192 м.

Основные размеры:[3]

hсеп =2 м;

Dсеп = 2,5 м;

Dр = 8 м;

Н =2,4 м

Количество применяемых установок равно 79 штук.

Δ=(Q окр.ср. + Q мат)/ Lс.а.теор

Q мат = G2 с Δt, где с-теплоемкость материала ; Δt-разница между начальной и конечной температур материала.

Q мат = 18000*0,75*175=2362500 кДж/час

Q окр.ср.=k FI(t-t0) или Q окр.ср.= q FI.

FI – площадь наружной поверхности, м2 

FI = [(a+b)/2]h,

где a= 8*3,14*79= 1984,48 м

      b=2,5*3,14*79=620,15 м

      h=2,4 м

FI = [(1984,48+620,15)/2]*2,4= 2604,63 м2.

Q окр.ср.= 165*2604,63= 429763,95 кДж/час.

Δ=(429763,95 + 2363500)/ 12233= 228,3 кДж/кг.с.а.

Lс.а.факт.=B [1000\(dc3-d1)]=2520[1000\(192-42)]=16800 кг с. а./ час

Lс.а.теор.<Lс.а.факт.;

Q сушкифакт= Lс.а.факт Bc3)=16800 (710-210)

Q сушкифакт=8400000 кДж/час

7.Расход топлива

Q сушкифакт= Q х.т.+Q ф.т. +Q ф.в. , где Q ф.т. и Q ф.в. → 0.

Q х.т.= Bт Q нм.с. ; Bт = Q сушкифакт/ Q нм.с., где

Q нм.с.- теплота сгорания газопровода Заполярное – Надым – Пермь

Q нм.с.= 33,482 МДж/м3

Bт = 8400000/ 33482=250,9 м3/час

8.Основной расчет размеров установки

Площадь решетки:

F = Lс.а.факт /(опт * в) = 16800/(0,15 * 0,62) = 180625,2 м2

Диаметр решетки:

Dр = (4F/)0,5 = 479,7 м

Высота псевдоожиженного слоя:

h = 4 * hсл = 0,1 * 4 = 0,4 м

hсл = 20 * dотв = 20 * 0,005 = 0,1м

где dотв – диаметр отверстий решетки, м равной 5 мм.

Высота сепарационного пространства:

hсеп = (4-6) * h = 5 * 0,4 = 2 м

Общая высота аппарата (над решеткой):

Н = h + hсеп = 0,4 + 2 = 2,4 м

Площадь сечения сепарационного пространства:

Fсеп = 1,1 * F * опт/вит = 1,1*180625,2*0,15/0,75 = 39742м2

Диаметр сепарационного пространства:

Dсеп = (4Fсеп/) 0,5 = (4*39742/3,14)0,5 = 225 м.

Основные размеры:[3]

hсеп =2 м;

Dсеп = 2,5 м;

Dр = 8 м;

Н =2,4 м

Количество применяемых установок равно 90 штук.

9.Расчет гидравлического сопротивления сушилки [6]

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки составляют сопротивления псевдоожиженного слоя Рпс и решетки Рр:

Р = Рпс + Рр = 3600 + 54,25 = 3654,25 Па

Величину Рпс находят по уравнению:

Рпс =  * (1 - ) * g * h = 1500 * (1 – 0,4) * 10 * 0,4 = 3600 Па

где - порозность псевдоожиженного слоя, которая рассчитывается по формуле:

= ((18 * Re + 0.36 * Re2)/Ar)0.21 = ((18 * 2,26 + 0.36 * 2,262)/3900)0.21 

= 0,4

Гидравлическое сопротивление выбранной решетки:

Рр =  * (опт/Fс)2 * (в/2) = 1,75 * (0,15/0,05)2 * (0,62/2) = 54,25 Па

где - коэффициент сопротивления решетки = 1,75

Fс – доля живого сечения.

10.Аннотация

Сведения по пояснительной записке:

  •  Объем пояснительной записки – 13 стр.
  •  Количество рисунков – 3
  •  Количество библиографических ссылок – 5

Сведения по графической части:

  •  Кипящий слой. План на отм. 2.500
  •  Кипящий слой. Разрез 1-1
  •  Кипящий слой. 2 узла
  •  Спецификация оборудования


11.Технико-экономические показатели

Показатель

Значение

  •  Расход тепла (по п.5)
  •  Расход топлива (по п.7)
  •  КПД установки [3]
  •  Съем продукции с единицы объема установки

(по п. 5.1)

8400000 кДж/час

250,9 м3/час

25%

18т


12. Список использованной литературы 

  1.  Тепловая изоляция. Под ред. Кузнецова Г.Ф. – М.: Стройиздат 1985 (Справочник строителя).
  2.  Теплотехники и теплотехническое оборудование технологий строительных материалов, изделий и конструкций: Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины, курсовому и дипломному проектированию \ Л. И. Катаева; Перм. Гос. тех. ун-т. Пермь, 2004.
  3.  Кувшинский М. Н., Соболева А. П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. для учащихся техникумов. М.: Высш. школа, 1980.
  4.   Павлов В. Ф., Павлов С.В. Основы проектирования тепловых установок. М.: Высш. школа, 1987.
  5.  Перегудов В. В., Роговой М. И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М.: Стройиздат, 1983.
  6.  Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. М.: Химия, 1991


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39668. СОЦИОЛОГИЯ КОНФЛИКТА 160 KB
  СОЦИОЛОГИЯ КОНФЛИКТА Лекция Череповец 2003Тема 3. Социология конфликта Содержание лекции Природа конфликта в организации. Понятие конфликта. Типы конфликта.
39669. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ И ДЕВИАНТНОЕ ПОВЕДЕНИЕ 231.5 KB
  Социальный контроль как механизм социальной регуляции поведения людей. Они не только обучают детей но и контролируют правильность усвоенных образцов поведения и следовательно выступают агентами социального контроля. Он выступает средством социальной регуляции поведения людей. Объяснить сущность и причины отклоняющего поведения.
39670. Социология труда 173 KB
  Социология труда Содержание процесса трудовой деятельности. Труд как предмет социологии труда. Предметная область социологии труда. особенности социологического исследования труда Содержание труда как социального процесса.
39671. Предмет и задачи социологии 147.5 KB
  Предмет и задачи социологии Лекция Череповец 2005 Содержание лекции Причины появления социологии как науки. Материальные социальнополитические и теоретические предпосылки возникновения социологии. Развитие взаимодействия людей возрастание роли субъективного фактора в общественной жизни возникновение коллективных форм сознания преодоление границ локальных общностей развитие символического и культурного взаимодействия сотрудничество сотворчество в деле реализации всеобщих интересов человеческого рода как причины институализации...
39672. Основные этапы развития социологии 229 KB
  Основные этапы развития социологии Лекция Череповец Содержание лекции Предпосылки возникновения социологии: материальноэкономические социальные духовные теоретические. Институализация социологии: О. Развитие социологии на Западе в 19 нач. Французская школа в социологии: Э.
39673. Организация социологического исследования 275 KB
  Организация социологического исследования Лекция Череповец 2007 Тема 1. Организация социологического исследования Содержание лекции Назначение роль и виды социологических исследований. Классификация методов: по масштабу применения по уровню знания по методической стратегии по этапам исследования. Содержание организационного раздела: рабочий план инструкция по организации полевого исследования инструкция анкетеру правила работы и этические нормы.
39674. Цели, задачи и механизм социологического исследования 83.5 KB
  Цели задачи и механизм социологического исследования Вопросы лекции: Назначение и виды социологических исследований. Содержание программы социологического исследования Назначение роль и виды социологических исследований. Классификация методов: по масштабу применения по уровню знания по методической стратегии по этапам исследования. Содержание организационного раздела: рабочий план инструкция по организации полевого исследования инструкция анкетеру правила работы и этические нормы.
39675. Стратегии аргументации 22.42 KB
  Стратегии аргументации направлены на то чтобы взять верный курс при постановке ключевых задач а методы и приемы – чтобы одержать верх при обсуждении ключевых вопросов переговорного процесса. Высказывание Конфуция или указание на историческую аналогию может в рамках такой аргументации нести в себе элемент воздействия который недоступен носителю другой культурной традиции. Европейская – аналитическая система аргументации вырастает из рационалистической философии для которой характерно расчленение основного содержания на части в...
39676. Культура полемики и дискуссии 24.19 KB
  Виды публичных споров. Требования к ведению спора. Доказательство в споре.