5077

Расчет барабанной сушильной установки

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов удешевляет их транспортировку и придает им определенные свойства, а также уменьшению коррозии аппаратуры. Влагу можно удалять механическим способом: отжим, центрифугирование, отстаивание....

Русский

2014-12-21

155.5 KB

195 чел.

Введение

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов удешевляет их транспортировку и придает им определенные свойства, а также уменьшению коррозии аппаратуры. Влагу можно удалять механическим способом: отжим, центрифугирование, отстаивание. Однако этими способами влага удаляется частично, более тщательное удаление влаги осуществляется путём тепловой сушки: испарение влаги, удаление паров.

Процесс тепловой сушки может быть естественным и искусственным. Естественная сушка применяется редко. По физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом. Его скорость определяется скоростью диффузии влаги из глубинных частей материала к поверхности, а затем в окружающую среду. Удаление влаги при сушке включает не только перенос материала, но и перенос тепла, таким образом является теплообменным и массообменным процессами. По способу подвода тепла к высушиваемому материалу сушку делят:

  1.  Контактная – путём передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделительную стенку;
  2.  Конвективная – путём непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом. В качестве которого используют: подогретый воздух, топочные газы либо топочные газы с воздухом;
  3.  Радиационная – путём передачи тепла инфракрасным излучением;
  4.  Диэлектрическая – в поле токов высокой частоты;
  5.  Сублимационная – в замороженном состоянии в вакууме.

Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным воздухом или газом. При конвективной сушке влажному воздуху отводится основная роль. Поэтому необходимо чётко представлять какими параметрами описывается воздух.


2.
Обзор основных конструкций.

Сушка материалов, полупродуктов или готовых изделий используется практически на всех стадиях производства строительных материалов, изделий и конструкций.

Для сушки применяют разнообразные сушилки, отличающиеся по ряду признаков которые положены в основу классификации, приведённой ниже:

Таблица №1

Признак классификации

Типы  сушилок

 1. Давление в рабочем пространстве.

Атмосферные, вакуумные, под избыточным давлением.

 2. Режим работы.

Периодического и непериодического действия.

 3. Вид теплоносителя.

Воздушные, на дымовых или инертных газах, на насыщенном или перегретом паре, на жидких теплоносителях.

 4. Направление движения теплоносителя относительно материала.

Прямоточные, противоточные, с перекрёстным током, реверсивные.

 5. Характер циркуляции теплоносителя.

С естественной и принудительной циркуляцией.

 6. Способ нагревания теплоносителя.

С паровыми воздухонагревателями, с топочными устройствами, с электронагревателями, комбинированные.  

 7. Краткость использования теплоносителя.

Прямоточные или рециркуляционные.

 8. Способ удаления влаги из сушилки.

С отходящим теплоносителем, с продувочным воздухом, компенсационные, с химическим поглощением  влаги.

 9. Способ подвода тепла     к материалу.

Конвективные, контактные, с нагревом токами высокой частоты, с лучистым нагревом, с акустически или ультразвуковым нагревом.

 10. Вид высушиваемого материала.

Для крупно дисперсных, тонкодисперсных, пылевидных, ленточных, пастообразных, жидких растворов или суспензий.

 11.Гидродинамический режим.

С плотным неподвижным слоем, перемешиваемым слоем, взвешаным слоем (псевдосжиженый слой, закрученные потоки), с распылением в потоке теплоносителя.

 12. Конструктивный тип сушилки.

Камерные, шахтные, ленточные, барабанные, трубные и т. д.


Барабанная сушилка
.

Она представляет собой сварной цилиндр – барабан, на наружной поверхности которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и приводной зубчатый венец; Ось барабана может быть наклонена к горизонту на 4о - 6о  

Барабанные атмосферные сушилки непрерывного действия предназначены для сушки сыпучих материалов топочными газами или нагретым воздухом.

Внутри барабана устанавливают насадки, конструкция которых зависит от свойств высушиваемого материала. Со стороны загрузочной камеры многозапорная винтовая насадка, с числом спиральных лопастей от шести до шестнадцати в зависимости от диаметра барабана. При сушке материала с большой адгезией к поверхности на начальном участке последнего закрепляют цепи, при помощи которых разрушают камки и очищают стенки барабана. Для этой же цели могут применять ударные приспособления, расположенные с внешней стороны барабана.

В сушилках диаметром 1000 – 1600 мм для материала с хорошей сыпучестью и средним размером частиц до 8 мм устанавливают секторную насадку. В тех же сушилках, для материалов, обладающих повышенной адгезией или сыпучих материалов со средним размером частиц  более 8 мм устанавливают подъемно – лопастные устройства. В сушилках диаметром 1000 – 3500 мм для материалов склонных к налипанию, но восстанавливающих сыпучие свойства в процессе сушки сначала устанавливают подъемно – лопастные перевалочные устройства, а затем секторные насадки.

Основной материал для изготовления барабанов сушилок, загрузочных и разгрузочных камер – углеродистые стали. В технически обоснованных случаях дополнительное изготовление барабанов, разгрузочных и разгрузочных камер частично или полностью из жаростойких сталей специальных марок.

Барабанные вакуумные сушилки работают, как правило, периодически и их применяют для сушки термочувствительных материалов от воды и органических растворителей, а также для сушки токсичных материалов. В зависимости от свойств материала и требований к готовой продукции применяют сушилки среднего или глубокого вакуума. Вакуумные барабанные сушилки применяют в основном в производстве полимерных материалов.


3.
Принципиальная схема барабанной сушилки

1 – барабан; 2 – питатель; 3 – сушильный барабан; 4 – топка; 5 – смесительная камера; 6, 7, 11. – вентиляторы; 8 – промежуточный бункер; 9 – транспортёр; 10– циклон; 12 – зубчатая передача.

Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 попадает во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения газов в смесительной камере 5. Воздух  в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами 6,7. Высушеный материал с противоположного конца сушильного барабана 8, а из него на транспортирующее устройство 9.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное, мокрое пылеулавливание.

Транспортировка сушильного агента через сушильную камеру осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности упаковки.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.


4.
Расчет основных параметров

4.1.Расчет привода

Определяем необходимое число оборотов барабана:

, об/мин

где Dб – наружный диаметр барабана

, об/мин

Принимаем n = 4 об/мин

Необходимая мощность привода:

,кВт

где - коэффициент мощности, зависящий от типа насадки и коэффициента заполнения объема барабана . При = 0,18 для перевалочной системы = 0,038; Lб – длина барабана, н  - насыпная плотность высушиваемого материала. Для кукурузы н = 760 кг/м3.

, кВт

С учетом КПД мощность двигателя составит

N = 1,3Nэ = 1,3*6,8 = 8,8 кВт

Выбираем электродвигатель АИР160S4 с синхронной частотой вращения 750 об/мин, мощностью 9 кВт.

Определяем общее передаточное число:

,

Принимаем передаточное число редуктора равным iр = 20

Определяем момент на валу двигателя:

,

Где 1 – угловая скорость на валу электродвигателя.

, с-1

с-1,

Н*м,

Вращающий момент на выходном валу редуктора:

,

Н*м,

Выбираем двухступенчатый редуктор Ц2У – 250 с номинальным вращающим моментом на выходном валу 4000 Н*м.

4.2.Расчет параметров зубчатого венца

Расстояние между осями барабана и выходным валом редуктора принимаем  конструктивно:

Aw = 1000 мм

Определяем передаточное число пары зацепления шестерня – зубчатый венец:

,

,

Из условия отсутствия подрезания примем число зубьев шестерни z1 = 17

Число зубьев венца:

Модуль зацепления:

Принимаем m = 12 мм

4.3.Расчет бандажа на контактную прочность

Рис.1 Расчетная схема

Определим реакцию ролика:

Где T – реакция ролика, Н; Q – нагрузка на один бандаж, Н; - половина центрального угла между реакциями роликов.

Проведем расчет при случае полностью заполненного барабана.

Примем Q = 250 кН. Оптимальный угол = 30. Тогда  

кН.

Определим ширину бандажа:

,

Где b – ширина бандажа, м; Р – погонная нагрузка на один бандаж, Н/м.

Примем Р = 150 кН/м. Тогда

м.

Конструктивно принимаем b = 120 мм.

Диаметр опорного ролика:

,

Где D – наружный диаметр бандажа, м.

Принимая в расчет малый размер барабана:

мм.

Определим напряжения в месте контакта по формуле Герца:

, МПа

Где σк – максимальное сжимающее напряжение, E – модуль упругости стали, R и r – наружные диаметры ролика и бандажа соответственно.

МПа

В соответствии с полученными данными примем:

материал бандажа – Сталь 35,

материал ролика – Сталь 25,

4.4.Расчет бандажа на прочность при изгибе

Для компенсации температурных напряжений используем свободно надетый бандаж. При этом максимальный изгибающий момент Мmax=0,0633PR.

 кН*м

Условие прочности бандажа при изгибе:

,

Где W – момент сопротивления поперечного сечения бандажа, - допускаемое напряжение на изгиб, для стали 35  = 50 МПа.  

, м3

Где Dвн – внутренний диаметр бандажа.

м3,

МПа

Условие прочности выполнено.

4.5.Расчет корпуса на прочность

Толщина стенки корпуса:

Принимаем s1 = 12 мм.

Толщина подбандажной обечайки:

Принимаем s2 = 28 мм

Рассмотрим корпус как двухопорную балку, нагруженную равномерно распределенной нагрузкой.

Внутренний диаметр барабана:

Масса материала, находящегося в сушилке:

= кг

Массу сушилки примем равной 16000 кг.

Распределенная нагрузка:

=Н/м

Реакция на опорах:

, Н

, Н

Где l1 = 4700 мм , l2 = 1600 мм – длины участков корпуса.

Н

=91324,78 Н.

Максимальный изгибающий момент, действующий на барабан:

Н*м

Момент сопротивления сечения корпуса барабана:

м2

Напряжение в корпусе барабана:

Па = 1,37 МПа

Допускаемое напряжение для корпуса сушилки МПа

. Условие выполнено.

Рис.2

Эпюра поперечных сил и изгибающих моментов

4.6.Расчет корпуса на жесткость.

Распределенная нагрузка от массы барабана:

Н/м

Распределенная нагрузка от массы материала:

Н/м

Определяем момент инерции единичного кольца барабана:

м3

Суммарный прогиб от действующих нагрузок:-

м.

Относительный прогиб:

Для барабанов без футеровки допускаемый относительный прогиб составляет 0,005.

Условие жесткости выполнено.

5.Требования безопасности, охраны здоровья и окружающей среды.

Температура, влажность, скорость движения воздуха и содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.005 – 88.

Сушилка должна быть оборудована предохранительными устройствами в виде взрывных клапанов и мембран.

Электрооборудование, комплектующее сушилку, должно соответствовать ГОСТ 12.1.019 – 79, ГОСТ 12.2.007.0 – 75, ГОСТ 12.2.007.1 – 75, и «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ)

Сушилка должна быть заземлена. Электрическое сопротивление не должно превышать 0,1 Ом.

Линии подачи воздуха и сырья в сушилку должны быть оборудованы аварийной сигнализацией и предохранительными устройствами.

Сушилки с нагрузкой на опору более 400 кН должны быть оборудованы тормозными устройствами, позволяющими остановить барабан в любом положении

Защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током должна обеспечиваться путём выбора степени защиты электрооборудования по ГОСТ 14254 – 80 и ГОСТ 17494 – 87 .

Температура рабочей поверхности сушилки, доступная прикосновению с рабочих мест обслуживающего персонала, не должна превышать 40С при установке внутри производственных помещений и 60С при установке на открытой площадке.

Сушилки не являются источниками повышенного шума и вибрации.

Органы управления сушилкой должны соответствовать ГОСТ 12.2.064 – 81

Заключение

По данным условиям была рассчитана барабанная сушилка, подобраны необходимые материалы и проведен её расчёт на прочность.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19299. Сетевая печать 328 KB
  Лекция 14 Сетевая печать В сетях Windows 2003 используются печатающие устройства подключенные к рабочим станциям XP и серверам приложений контроллерам доменов принтеры со встроенными сетевыми интерфейсами. Все эти способы подключения позволяют разделять ресурсы пе
19300. Защита информации в сетях Windows 20000 2.2 MB
  Лекция 15 Защита информации в сетях Windows 20000 Защита информации в сетях Windows 2003 предполагает использование локальной политики безопасности на рабочих станциях и системы безопасности обеспечиваемой Active Directory по доступу к ресурсам домена или доменов. В Windows 2003 опреде
19301. Интернет-приложения. Средства телекоммуникаций. Поисковые машины. Новостные ленты. Интернет-магазины. Электронная коммерция 607 KB
  Лекция 16 Интернетприложения. Средства телекоммуникаций. Поисковые машины. Новостные ленты. Интернетмагазины. Электронная коммерция Интернетприложения. Средства телекоммуникаций Наиболее распространенные современные средства общения для своей работы использ
19302. Конденсаторы. Система условных обозначений и маркировки конденсаторов 163 KB
  Лекция № 5 Конденсаторы 1. Классификация основные электрические характеристики и параметры 2. Система условных обозначений и маркировки конденсаторов 1. Классификация и основные характеристики Основные понятия Конденсаторы лат Condenso сгущать уплотнят...
19303. Резисторы. Устройство, характеристики и параметры нелинейных резисторов 88.5 KB
  Лекция 4 2.1 Резисторы 1. Классификация и параметры резисторов 2. Устройство и применение линейных резисторов 3. Устройство характеристики и параметры нелинейных резисторов 1. Классификация и параметры резисторов Основные понятия Термин резистор про
19304. Основы техники измерений параметров технических систем 455.75 KB
  Модели измерения и основные постулаты метрологии. Виды и методы измерений. Погрешности измерений. Нормирование погрешностей и формы представления результатов измерений. Внесение поправок в результаты измерений. Оценка не исключенной составляющей систематической погрешности измерений. Выявление и исключение грубых погрешностей (промахов). Качество измерений.
19305. Полупроводниковый диод. Выпрямительные и импульсные диоды 248.5 KB
  Содержание лекции Общее устройство классификация и системы обозначений диодов. Полупроводниковыми диодами называют электро-преобразовательные полупроводниковые приборы с одним электрическим переходом имеющие два вывода. Основу полупроводникового...
19306. Полупроводниковые светодиоды и лазеры 156.5 KB
  Содержание лекции. Полупроводниковые лазеры. По своей сущности полупроводниковые лазеры подразделяются на два основных типа: инжекционные; неинжекционные. Инжекционные лазеры. Инжекционный лазер представляет собой полупроводниковый двухэле...
19307. Магнитомягкие материалы 363.5 KB
  Магнитомягкие материалы Магнитомягкие материалы это такие материалы которые обладают малой корцетивной силой Нс и высокой магнитной проницаемостью μ. Они характеризуется узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на пёремагничивание и но используются в основном в...