барабанная сушилка 2009

Федералыюе агентство по образованию

МОСКОВСкая государственная академия

тонкой химичесКОЙ технолоrnи им. М. В. Ломоносова

Кафедра

Процессы и аппараты химической технологии

В. М. Мясоеденков

РАСЧЕТ БАРАБАННОЙ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

НЕПРЕръmного ДЕЙСТВИЯ

Методические указания по выполнению курсового

проекта

Москва 2009

www.mitht.ru/e-library

УДК 66.047.57

ББК 35.1]З

Рецензент: доцент кафедры ОХТ В. Н. Цыганков

AвTop:B.~.~coeдeHKOB

Расчет барабанной сушильной установки непрерывного действия. Методические указания по выпол­

нению курсового проекта.

72 стр., 1О рис.

Москва, 2009

В пособии приведены основные требования к курсо­

вому проекту, порядок его выполнения, основные методики

расчета и примеры расчетов.

Методические указания предназначены для студен­ тов 4~гo курса всех специальностей при выполнении ими курсового проекта, а также для студентов 6-го курса при Выполнении квалификационных работ, связанных с процес­

сом сушки.

Данные у .:азания являются переработанным вариан­ том ранее рЕ.уаботанныx на l\a!)e.1r~ методических указа­ ний по прое~l'J (сtНИЮ суши .ВЫ;, С' 'flOBOK

www.mitht.ru/e-library

ВВЕДЕНИЕ

Барабанные сушилки широко применяются в химической

промышленности для сушки сыпучих, мелкокусковых и зернистых

материалов. В таких сушилках тепло передается от сушильного

агента непосредственно высушиваемому материалу внутри су­

шильного барабана, т.е. барабанные сушилки относятся к конвек­

тивным.

БарабаННl-lе сушилки отличаются высокой производитель­ ностью. Устанавливаются они либо в начале технологического

процесса для предварительной подсушке сырья, либо в конце

процесса для окончательной сушки готового продукта. В бара­ банных сушилках можно производить сушку топлива (бурый, ка­

менный уголь, сланец, торф), глины, известняка, фосфоритов,

марганцовых руд, бикарбоната натрия, аммиачной селитры, нит­

рата калия, пластических масс и Т.д.

Выбор режима сушки зависит от свойств продукта. Так сла­ нец сушится при температуре 500 - 600 ос, а аммиачная селитра - при 100 - 110 ос. В качестве сушильного агента используется как топочные газы, так и воздух, предварительно нагретый в ка­ лориферной установке.

Проектирование барабанной сушильной установки пред­ ставляет собой непростую задачу, а поэтому рассмотрение мето­

дики расчета параметров сушки, определения основных разме­

ров барабана, выбора аппарата, поверочного расчета отдельных

элементов барабана, подбора и расчета вспомогательного обо­ рудования в рамках самостоятельного методического пособия, - считается целесообразным.

1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из расчетно·пояснительноЙ запис­ ки, чертежа сушильного барабана и технологической схемы уста­

новки. И чертеж и схема выполняются на листах бумаги формата

841х594.

Записка должна начинаться с задания на курсовое проекти­ рование, составленного кафедрой, где приводятся тема проекта,

исходные данные, содержание расчетной и графической частей проекта, основная рекомендуемая литература. Далее следует

3

www.mitht.ru/e-library

оглавление, основными позициями которого являются: «Введе­

ние», «Описание выбранной технологической схемы установки», «Расчет основного оборудования», «Расчет и выбор вспомога­

тельного оборудования», «Список литературы».

Во «Введении» излагаются в краткой форме вопросы при­ менения барабанных СУШИJ10К в химической промышленности, конструкций и принципа действия барабанных сушилок, выбора

технологической схемы и района строительства установки.

«Описание выбранной технологической схемы установки»

содержит принципиальную схему установки, выполненную на

листе миллиметровой бумаги размером 297х21 О мм. И, собствен­

но, описание схемы в порядке движения сушильного агента и вы­ сушиваемого материала.

«Расчет основного оборудования» включает: расчеты рас­

хода воздуха, ТОJlлива, греющего пара; расчет диаметра и длины

барабана; выбор барабана по каталогу; поверочный расчет тол­ щины стенки барабана с предварительным выбором конструкци­ онного материала стенки; поверочный расчет поперечного сече­ ния бандажа.

«Расчет и выбор вспомогательного оборудования» содер­ жит расчеты, необходимые для обоснованного выбора стандарт­ ного вспомогательного оборудования, как то: калориферы, венти­

ляторы, бункеры, питатели, конденсатоотводчики, затворы, пыле­

улавливающие устройства, транспортирующие устройства. Чертеж сушильного барабана представляет собой чертеж

общего вида основного аппарата с узлами и сечениями, позво­ ляющими «прочитать» принцип действия сушильного барабана. При выполнении чертежа строго соблюдаются «Единые правила

конструкторской документации».

Технологическая схема установки выполняется на листе форматом 841 х594 на основе принципиальной схемы установки,

выполненной ранее в рамках расчетно-пояснительной записки.

Масштаб изображения произвольный. На схеме должны быть

изображены в рабочей последовательности все аппараты, маши­

ны, вспомогательные устройства и соединяющие их трубопрово­ ды. Ka>f\ЦOMY аппарату, машине, устройству присваивается по­ рядковый номер. Номера располагаются в направлении движения сушильного агента. Направление потоков в трубопроводах указы­ ваются стрелками. На аппаратах и трубопроводах располагаются

арматура и вспомогательные устройства (краны, вентили, за­

движки).

4

www.mitht.ru/e-library

2. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА БАРАБАННОЙ

СУШИЛКИ

Барабанные сушилки - аппараты непрерывного действия. Основной узел сушилки - цилиндрический сварной барабан, ус­

тановленный на роликовых опорах с наклоном (1 - 40) в сторону

выгрузки продукта. Привод барабана - от электродвигателя че­ рез редуктор и зубчатую передачу, зубчатый венец которой уста­ новлен на барабане и закрыт защитным кожухом. В конструкции

сушилки предусмотрены 2 упорных ролика, ограничивающие осе­

вое смещение барабана.

В начальной по ходу продукта зоне барабана установлена приемно-винтовая насадка (в этой зоне продукт, перемещаясь, предварительно подсушивается), за ней - лопастная, подъемно­ лопастная или ячейковая (для равномерного распределения и перемешивания высушиваемого продукта при вращении бараба­ на по его сечению с целью обеспечения развитой поверхности контакта с горячим сушильным агентом).

Прямоточные сушилки выполняются с правым расположе­

нием привода (по ходу движения продукта в барабане). Противо­

точные сушилки выполняются с левым расположением привода.

Правое или левое расположение привода, - это значит, что при­ вод максимально удален от горячего конца барабана, Т.е. распо­

ложен ближе к опорно-упорной станции барабанной сушилки.

Сушилки снабжаются камерами загрузки и выгрузки продук-

та.

З. РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Расчет основного оборудования начинаем с расчета основ­ ного узла сушильной установки - барабана, Т.е. с определения

его размеров, - диаметра и длины, на основе исходных данных, а

именно: объемного напряжения барабана по влаге; расхода

влажного материала; начальной влажности материала; конечной

влажности материала.

3.1. Расчет количества удаляемой влаги в

сушильном барабане

5

www.mitht.ru/e-library

где W - количество удаляемой влаги в сушильном барабане, кг/с

G - расход сухого материала, кг с. M.lC.;

см

И]' и: - относительная влажность материала соответст­

венно на входе в барабан и на выходе из барабана, кг вл.lкг С.М.

Пример 3.1

В барабанной сушилке высушивается 6000 кгlчас влажного материала от начальной влажности 8% до конечной влажности 1%. Определить количество удаляемой влаги в сушильном аппа­

рате.

Решение

Определяем расход сухого материала:

Определяем относительную влажность материала на входе

и выходе барабана:

и] == ~= ~-= 0,087 кгвл./кгС.М.

l-W" 92

и, = J-V~==_l =0010]

. l-W 99 '

к

Определяем количество удаляемой влаги в барабане

W = Gc..(U] - UJ= Э,534(О,О87 - 0,0101)= 0,118 кг/с.

3.2. Размеры сушильного барабана

Если известно объемное напряжение барабана по влаге, Н, и количество удаляемой влаги в барабане, тогда диаметр аппа­ рата и его длина могут быть определены следующим образом.

Из геометрических соображений объем барабана равен:

Руководствуясь каталогом [6J, принимаем отношение между

Lб и Dб равным т. Тогда

www.mitht.ru/e-library

с другой стороны, из кинетических соображений, объем ап­

парата равен

ПрuмерЗ.2.

Определить размеры сушильного барабана, если известно,

что объемное напряжение по влаге равно 1О кг /мЗчас., а количе­

ство удаляемой влаги в барабане равно 0,118 кг /с.

Решение

Принимаем [6] ориентировочное значение m из ряда 4 -;- 8 , например m =6.

Определяем в первом приближении диаметр барабана по

формуле (3.4):

D=V4 . 0,1i8.3600 =208 М.

б6.314, .10 '

Ближайший больший диаметр барабана [6]: J)б = 2,2 м.

При этом длина аппарата может быть равна [6]: 10, 12, 14, 16 метров. Выбор длины аппарата определяется минимально необ­ ходимым объемом барабана

V = W == 0,118·3600 = 42 48м3

Н10 '

Минимально необходимая длина аппарата при известном минимально необходимом объеме и известном диаметре аппара­ та будет определяться по уравнению (3.2)

чение длины барабана равно 12. Окончательно имеем:

Dб = 2,2 М., Lб == 12 м.

НаЙденное значение Dиаметра барабана следует прове­ рить по предельно ..аопустимой скорости сушильного агента в ба­ рабане, Wc.a., м/с.

7

www.mitht.ru/e-library

Для определения скорости движения сушильного агента в барабане необходимо, прежде всего, рассчитать его потребный расход (массовый и объемный).

3.2.1. Расчет потребного расхода сушильного areHTa в случае

сушки атмосферным воздухом

3.2.1.1. Определение параметров воздvха на входе в сушильную

установку

В случае сушки атмосферным воздухом параметры атмо­ сферноro воздуха определяются непосредственно по диаграмме Рамзина в зависимости от географического района, в котором будет установлена сушилка.

Прuмер3.3.

Определить параметры атмосферного воздуха в самом те­

плом месяце года на входе в сушильную установку, если послед­

няя будет расположена в районе г. Казань.

Решение

в справочной части учебного пособия [7] находим темпера­

туру и относительную влажность атмосферного воздуха в г. Ка­ зань для июля месяца: to = 19,9 ОС; q>o =63%. По диаграмме I-X определяем остальные параметры воздуха: l~= 40 КДж/КГ а.С.В.: хо = 0,008 КГ ВЛ.lкг а.С.В.

3.2.1.2. Определение параметров воздуха на входе в сушильный барабан

Параметры атмосферного воздуха претерпевают изменения при

прохождении через калорифер сушильной установки и становятся

равными: t1, СР1, 11, Х1. Заметим, что Х1 равно ха при нагревании, а t1 известно по заданию на проектирование Поэтому (j)1 и 11 могут быть найдены по диаграмме Рамзина.

Прuмер3.4.

Определить параметры воздуха на входе 8 сушильный ба­ рабан, если известно: ХО =0,008 кг вл.lкг а.С.В.; t1 =100 ос.

Решение

Заметим, что Xt =Хо, следовательно, нам известно два параметра суши;]ьного агента на входе в СУШИ;]ЬНЫЙ барабан: х. и t 1. ОпредеЛЯС\1 положение точки 1 по диаграмме I-Хпо этим

двум параметрам. Далее находим значения знтальпии и относи-

8

www.mitht.ru/e-library

тельной влажности на входе в сушильную камеру: <1'1 < 5%;

11=123 кДж/кг а.С.В.

3.2.1.3.Определение параметров воЗдуха на выходе из сушильного барабана в случае идеальной сушки

Всоответствии с уравнением теплового баланса сушиль­ ной установки имеем:

кДж/кг УД.вл.; qo, qr. qM соответственно удеЛЬНblе потери тепла в окружающую среду, с траНСПОРТНblМИ устройствами и с материа­

входе и Вblходе сушильного барабана, кДж/кг а.С.В.

Согласно определению идеальной сушилки каждая из со­ ставляющих правой части уравнения (3.5) равно нулю, следова­ тельно, для такой сушилки 12 =11. Т.е. линия сушки совпадает с линией 1= const. Таким образом, зная какой-либо параметр воз­ духа на Вblходе из барабана, легко определить с помощью диа­

граммЬ! Рамзина значения остаЛЬНblХ параметров.

ПрuмерЗ.5.

Определить параметрЬ! воздуха на Вblходе из сушильного

барабана, если известно, что qдon =О, qo =О, qM =О, qт =О,

<f'2 =70010, а энтальпия воздуха на входе в сушильный барабан равна 123 кДж/кг а.С.В.

Решение

Так как каждая из составляющих правой части уравнения (3.5) равна нулю, поэтому 12 =]1. По диаграмме Рамзина по двум параметрам (12. <J>2} определяем положение точки 2, которая ха­ рактеризует воздух на ВblXоде из сушильного барабана. Откуда: t2 =40 ОС; Х2 =0,033 кг вл.lкг а.С.В.

3.2.1.4. Определение действительных парамеmров воздуха на выходе из сушильного барабана

Вновь воспользуемся OCHOBHblM уравнением статики сушки

(3.5), но в преобразованном виде

х-хо

9

www.mitht.ru/e-library

Здесь 1 и Х - параметры воздуха в произвольном сечении

сушильного барабана. Значение А будет определяться суммой

двух величин: удеЛЬНblМИ потерями тепла в окружающую среду и

с материалом.

Потери тепла в окружающую среду изолированного бара­ бана составляют:

1

о

i

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Рис. 3.1. Пос·rРОСllие ЛИНИИ реа.:tъноЙ сущки 8 I-X диаграмме

10

www.mitht.ru/e-library