ВВЕДЕНИЕ

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.

Пневматическая труба-сушилка применяется для сушки опила, стружки, щепы и волокна. Сушка происходит в горизонтальной или вертикальной трубе. Эти сушилки используют как стадию сушки с досушкой в других сушилках. В зависимости от продолжительности сушки и длины трубы-сушилки сушильный аппарат может иметь одну или несколько последовательно или параллельно соединенных вертикальных труб.

Горизонтальная труба-сушилка представляет собой пневмотранспортер, в котором одновременно протекает и процесс сушки древесных частиц; применяется как первая ступень сушки в сочетании с барабанной или аэрофонтанной сушилкой.

Труба-сушилка особенно эффективна для удаления поверхностной влаги, так как материал и сушильный агент движутся в одном направлении. Вследствие кратковременности сушки допустимы повышенные до 800С температуры сушильного агента даже для термочувствительных продуктов.

1 Принципиальная схема, её обоснование и описание

Сушка является довольно дорогой операцией , потому что на испарение 1 кг влаги необходимо подвести 2100-2500 кДж тепла. Для сушки измельченной древесины используют сушильные установки непрерывного действия, в которых процесс сушки совмещается с перемещением материала. Влажный материал из бункера-питателя БП шлюзовым дозатором ДШ подается в сушилку. Сушильный агент – топочные газы, разбавленные воздухом, также поступают в сушилку из топки Т. Продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором-дымососом ВД в циклон-разгрузитель Ц1, где продукт отделяется от сушильного агента. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается в транспортер ТВ, а отработанный сушильный агент выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу ДТ.

ПЗ – подогреватель змеевиковый; ТЛ – транспортер ленточный; Т – топка; КС – камера смешения; ТС – труба-сушилка; БП – бункер-питатель; ДШ – дозатор шлюзовой; Ц – циклон; ЗШ – затвор шлюзовой; В – вентилятор; ВД – вентилятор-дымосос; ДТ – дымовая труба; НШ – насос шестеренчатый; КО – конденсатоотводчик; ТВ – транспортер винтовой; ВР – вентиль регулировочный; ВЗ – вентиль запорный; З – задвижка.

Рисунок 1 – Схема сушильной установки

2 Расчет основных аппаратов сушильной установки

2.1 Расчет топки для сушильной установки

Исходные данные

Состав мазута: марка М80 (малосернистый) [1, таблица 40]:

С_г=87,6; Н_г=10,5;S_г=0,9;N_г+O_г=1,0; А_р=0,3;W_р=4,0.

Температура мазута, t_г=100 °С.

Параметры наружного воздуха

Температура t₀=0 °С

Относительная влажность φ₀=70 %

Барометрическое давление Р=750 мм.рт.ст.=0,099 МПа

Влагосодержание наружного воздуха при t₀=10°С; φ₀=75 %:

х₀=0,622φ₀Р_нас/(Р-φ₀Р_нас)=0,622·0,70·4,579/(750-0,70·4,579)=0,003 кг/кг,

где Р_нас=4,579 мм.рт.ст. при t₀=0 °С [см.1, таблица 32] при Р=750 мм.рт.ст.

Теплосодержание наружного воздуха при t₀=0 °С и х₀=0,003 кг/кг:

J₀=1,01t₀+(2493+1,97t₀)х₀=1,01·0+(2493+1,97·0) ·0,003=7,5 кДж/кг.

Состав мазута в процентах от рабочей массы:

С_р=С_г(100-W_р-А_р)/100=87,6(100-4,0-0,3)/100=83,8 %;

Н_р=Н_г(100-W_р-А_р)/100=10,5(100-4,0-0,3)/100=10,0 %;

N_р=N_г(100-W_р-А_р)/100=0,5(100-4,0-0,3)/100=0,5 %;

О_р=О_г(100-W_р-А_р)/100=0,5(100-4,0-0,3)/100=0,5 %;

S_р=S_г(100-W_р-А_р)/100=0,9(100-4,0-0,3)/100=0,9 %.

Теплотворная способность мазута:

Q_н^р=339С_р+1030Н_р-108,9(О_р-S_р)-25W_р=339·83,8+1030·10,0-108,9(0,5-0,9)-25·4= =38652 кДж/кг;

Q_в^р= Q_н^р+25(9Н_р+W_р)=38652+25·(9·10,0+4)=41002 кДж/кг.

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг мазута:

L₀=0,116С_р+0,348Н_р-0,0435(О_р-S_р)=0,116·83,8+0,348·10,0-0,0435(0,5-0,9)=

=13,2 кг воздуха/кг мазута.

Принимаем коэффициент избытка воздуха α_m=2.

Масса сухого воздуха, подаваемого в камеру горения топки:

L­_m­­= α_mL₀=2·13,2=26,4 кг воздуха/кг мазута.

Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг мазута:

l′_сг=1+ α_mL₀-(9H_p+W_p+A_p)/100=1+2·13,2-(9·10,0+4+0,3)/100=

=26,3 кг газа/кг мазута.

Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг мазута с избытком воздуха:

d′=(9H_p+W_p)/100+ α_mL₀x₀+0,01W_p+w_g=(9·10,0+4)/100+2·13,2·0,003+0,01·4+0=

=1,1 кг пара/ кг мазута,

где w_g=0, так как распыление мазута производят воздухом, а не паром.

Влагосодержание топочных газов: х_тг=x′=d′/l′_cг=1,1/26,3=0,042 кг/кг.

Количество компонентов топочных газов, образующихся при сжигании

1 кг мазута:

lco₂=0,0367C_p=0,0367·83,8=3,1 кг/кг

lso₂=0,020S_p=0,02·0,9=0,02 кг/кг

lN₂=0,768α_mL₀+0,01N_р=0,768·2·13,2+0,01·0,5=20,3 кг/кг.

lo₂=0,232(α_m-1)L₀=0,232(2-1)13,2=3,06 кг/кг.

Теплоемкости продуктов горения при t_тг=1000 ºC [см.4, приложение, таблица2]: Ссо₂=1,12; Сsо₂=0,873; СN₂=1,11; Со₂=1,03 кДж/(кг·К).

Средняя теплоемкость сухих топочных газов:

С_сг=( Ссо₂lco₂+ Сsо₂lso₂+ СN₂lN₂+Со₂lo₂)/(lco₂+lso₂+lN₂+lo₂)=

=(1,12·3,1+0,873·0,02+1,11·20,3+1,03·3,06)/(3,1+0,02+20,3+3,06)=

=1,1 кДж/(кг·К).

Теплоемкость мазута при t_m=100 ºC:

C_m=1,65+0,0025t_m=1,65+0,0025·100=1,9 кДж/(кг·К).

Температура топочных газов:

t_тг=(Q_в^рŋ_m+C_mt_m+α_mL₀J₀)/l′_cг(C_сг+1,97х′) - 2500l′_сгх′/l_cг(С_сг+1,97х′)=

(41002·0,97+1,9·100+2·13,2·7,5)/26,3(1,1-1,97·0,042) -

- 2500·26,3·0,042/26,4(1,1-1,97·0,042)=1398 °C.

Температуру топочных газов снижаем до t_тг=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку, чтобы предохранить футеровку топки от разрушения.

Теплосодержание топочных газов:

J_тг=1,01t_тг+(2493+1,97t_тг)x_тг=1,01·1000+(2493+1,97·1000)0,042=1197 кДж/кг.

Теплосодержание паров воды при t₁=530 °C:

i_n=2493+1,97t₁=2493+1,97·530=3537 кДж/кг.

Коэффициент избытка воздуха при разбавлении топочных газов воздухом до t₁=530 °C при w_g=0; i_g=0:

α₂=[Q_в^рη_m+C_mt_m-(1-0,09H_р-0,01W_р-0,01А_р)С_сгt₁]/L₀(С_сгt₁+х₀i_n-J₀) -

- [(0,09Н_р+0,01W_p)i_n+w_g(i_n-i_g)]/L₀(C_cгt₁+x₀i_n-J₀) =

Количество воздуха, подаваемого в камеру смешения на разбавление топочных газов до t₁=530 °C: L_см=L₀(α₂-α_m)=13,2(5,12-2)=41 кг воздуха/кг мазута.

Количество сухой смеси топочных газов и воздуха в расчете на 1 кг мазута:

l″_cг=l′_сг+L_cм=26,3+41=67,3 кг/кг мазута.

Количество паров воды в смеси топочных газов и воздуха на 1 кг мазута:

d"=d'+L_смx₀=1,1+41·0,003=1,2 кг пара/кг мазута.

Влагосодержание сушильного агента при входе в сушилку:

x₁=x″=d″/l″_сг=1,2/67,3=0,018 кг/кг.

Теплосодержание сушильного агента при входе в сушилку:

J₁=1,01t₁+(2493+1,97t₁)x₁=1,01·530+(2493+1,97·530)0,018=599 кДж/кг.

Расход мазута на сушку елового опила в трубе-сушилке:

В=L₁/l″_сг=0,99/67,3=0,015 кг/с=54 кг/ч,

где L₁=0,99 кг/с [см. расчет расхода сушильного агента].

Объем топочной камеры:

V_гор=Q_н^рВ/q_v=38652·54/1200·10³=1,74 м³=1,75 м³.

где q_v=1200·10³кДж/(м³·ч) [см.4, приложение, таблица 3].

Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D=1,8, тогда

V_гор=0,785D²L=0,785·D²·1,8D=1,75 м³.

Диаметр топки:

D=(V_гор/0,785·1,8)^1/3=(1,75/0,785·1,8)^1/3=1,07 м.

Принимаем диаметр топки 1100 мм, тогда длина камеры горения будет равна L=1,8D=1,8·1,1=1,98 м=2 м.

Размеры топки:

V_гор=1,75 м³;

D=1,1 м;

L=2,0 м.