Содержание

Введение	4
1. Состояние вопроса	5
2. Технические описания и расчеты	15
2.1 Описание принципа работы технологической схемы	15
2.2 Описание принципа работы проектируемого аппарата	16
2.3Материальный расчет установки	16
2.4 Тепловой расчет установки	17
2.5 Конструктивный расчет барабанной сушилки	20
2.6 Расчет и подбор комплектующего оборудования	25
2.6.1 Расчет и подбор калориферов	25
2.6.2 Расчет циклона ЦН-24	26
2.7 Гидравлический расчет линии воздуха и подбор вентилятора	28
Заключение	35
Список использованной литературы	36

Введение

Сушка – один из наиболее распространенных способов удаления влаги из материала. Аппараты, в которых осуществляют сушку, называют сушилками. В пищевой промышленности этот процесс применяется для уменьшения массы продуктов, повышение их транспортабельности, промышленной переработки сельскохозяйственного сырья и производства пищевых продуктов, а также как метод сохранения готовых продуктов. Сушка позволяет сократить потери ценных ингредиентов, а также эффективно реализовать побочные продукты, т.е. создавать безотходные производства.

Широкий ассортимент высушиваемых материалов обуславливает использование различных способов подвода теплоты и ведение процесса и, соответственно, разных типов и конструкций сушилок. По способу подвода теплоты к материалу различают сушилки конвективные, контактные (сушка на горячих поверхностях), терморадиационные, сублимационные и высокочастотные сушилки. Наиболее широко в пищевой промышленности применяются конвективные сушильные установки, в которых сушильным агентом является нагретый воздух или смесь его с топочными газами. Продукты, используемые для питания человека, высушиваются воздухом.

Для сушки кусковых (штучных) продуктов (хлеб, сухари, нарезанные овощи, яблочные выжимки и другое) применяют туннельные установки с передвижными вагонетками, а также ленточные сушилки. Для грубодисперсных материалов (зерно, злаковых культур и другое) используют рециркуляционные и рециркуляционно-изотермические сушилки, в которых одним из основных элементов является шахта с коробками, а также барабанные сушилки

В данной курсовой работе мы рассмотрим ленточную сушилку (с двумя лентами), для сушки яичной скорлупы. Основные элементы установки- сушильная камера, где происходит собственно сушка, колорифер, в котором воздух нагревается перед поступлением в сушильную камеру, и вентилятор, обеспечивающий принудительную циркуляцию воздуха. Сушат скорлупу для дальнейшего использования в медицине, Скорлупа птичьих яиц состоит на 90 процентов из карбоната кальция, кроме того, скорлупа содержит все необходимые для организма микроэлементы, в том числе медь, фтор, железо, марганец, молибден, фосфор, серу, кремний, селен, цинк и другое – всего 27 элементов.

Сушка является типичным необратимым процессом, для анализа которого целесообразно применять основные принципы термодинамики необратимых процессов.

Сушка – это сложный технологический (физико-химический) процесс, который должен обеспечить не только сохранение качественных показателей материала, но в ряде случаев и улучшение этих показателей.

Процесс тепловой сушки пищевых продуктов заключается в переводе влаги, находящейся в них, в парообразное состояние и удаление образующегося пара во внешнюю, окружающую продукты, среду

1 Состояние вопроса

Переработка яичной скорлупы.

Яичная скорлупа является побочным продуктом переработки яиц. Ее используют для производства кормовой муки животного происхождения или крупки из яичной скорлупы, которую используют в качестве минерального корма для птиц и животных или добавки к кормовой муке животного происхождения.

Яичную скорлупу после отделения содержимого собирают в приемный бак или транспортером, на который скорлупа попадает непосредственно из агрегата переработки яиц. Скорлупу направляют в установку РЗ-ФОБ для отделения и сбора остатков яичной массы. Яичную массу отделяют на установке Я6-ФЯА/5, направляют на производство кормовой муки, яичную скорлупу - на производство крупки.

При выработке мясокостной муки с использованием яичной скорлупы в рецептуре часть кости заменяют яичной скорлупой и техническими отходами яиц. При этом режимы изготовления мясокостной муки не меняют.

Яичную скорлупу можно перерабатывать на крупку, которая представляет собой продукт, полученный в результате сушки и размола - яичной скорлупы. Для ее производства применяют яичную скорлупу и технические отходы яиц (тумак, большое пятно, тек, красюк и др.). Крупка из яичной скорлупы представляет собой сухую рассыпчатую массу белого цвета с желтоватым оттенком, без плотных комков. Допустимое содержание влаги не более 4%, остаток частиц на сите с диаметром отверстий 3 мм не более 5%.

Срок хранения крупки из яичной скорлупы при температуре 20±5°С и относительной влажности воздуха 75±5% не более 4 мес.

БАРАБАННАЯ СУШИЛКА СБА-1.

Барабанная сушилка СБА-1 непрерывного действия предназна­чена для сушки сахара.

Сушилка СБА-1 (рис. 1) со­стоит из электропривода, питателя, сушильного барабана, разгрузоч­ного устройства, фильтра и подо­гревателя воздуха. На каркасе, сваренном из уголковой стали, крепятся все основные узлы ма­шины.

Рис.1. Сушилка СБА-1 непрерывного действия.

1 – вентилятор,

2 – питатель,

3 – калорифер,

4 – барабан.

Привод сушилки — электро­двигатель мощностью 2.2 кВт (n=1420 об/мин) и червячный редук­тор РЧП 120-Ш-2, которые соеди­нены пальцевой муфтой.

Питатель представляет собой бункер, в котором размещены два верхних и один нижний ворошители и шнек подачи мясокостного бульона в барабан. Во­рошители и шнек получают вращение от выходного вала редуктора через цепную передачу.

Сушильный барабан опирается на катки, установленные на каркасе. Ба­рабан получает вращение от электропривода через зубчатую передачу (i=8.45), ведомое колесо которой насажено на барабан. Сушильный барабан состоит из трех барабанов цилиндрической формы—переднего, среднего и заднего, различающихся формой лопаток, приваренных внутри барабана. Лопатки способствуют пересыпанию продукта и продвижению его к разгрузоч­ному устройству. Снаружи сушильный барабан обшит листовой сталью. На­ружная обшивка барабана и слой воздуха, находящийся между внутренним корпусом барабана и наружной облицовкой, служат теплоизоляцией. Лаби­ринтные уплотнения, расположенные с обоих торцов барабана, препятствуют подсосу холодного воздуха, но не мешают вращению.

Техническая характеристика сушилки СБА-1.

Производительность (при снижении влажности мясокостного

бульона с 12 до 15%), т/ч ……………………………………………… 0.1

Установленная мощность, кВт ………………………………………... 3.3

Испарительная способность, кг исп. влаги в час ….………………… 11

Расход теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж ………………………. 7000

Габаритные размеры, мм ………………………………4150х1375х3045

Масса, кг …………………………………………………………….. 1296

В конце подвижного барабана расположен неподвижный барабан, под нижним патрубком которого находится разгрузочное устройство. Оно пред­ставляет собой бункер, в нижней части которого вращается ротор с лопастя­ми. Ротор получает прерывистое движение от кулачка, установленного на вращающемся барабане, через храповой механизм.

В фильтре шесть фильтрующих рукавов из фильтродиагонали. Рукава за­креплены на плите, которая, в свою очередь, смонтирована на подвижном штоке. В конусной части корпуса фильтра имеется заслонка, которая удержи- вается в закрытом положении грузом.

Подогреватель воздуха состоит из двух калориферов с площадью нагрева не менее 64.8 м², выходного патрубка и заслонки. Между калориферами проложен стальной лист для удлинения пути прохождения воздуха. Центробежный вентилятор подсоединен к выходному патрубку, расположенному верхней части фильтра. Для поддержания необходимой температуры внутри сушилки применен дистанционный регулятор температуры прямого действия.

НЕПРЕРЫВНОДЕИСТВУЮЩАЯ БАРАБАННАЯ

СУШИЛКА А1-ИФИ.

Установка А1-ИФИ предназначена для получения сахара.

Рис. 2. Барабанная сушилка А1-ИФИ.

1 — теплогенератор;

2 — сушильный барабан;

3 — циклон;

4 — система дробления и от­вода муки;

5 — весы.

Рис. 3. Технологическая схема барабанной сушилки А1-ИФИ.

1 — транспортер;

2 — весы;

3 — наклонный шнек;

4 — малый циклон;

5 — большой циклон;

6 — сушильный барабан;

7 — битер;

8 — приемный патрубок;

9 — форсунка;

10 — вентилятор высокого давления;

11 — камера сгорания;

12 — теплогенератор;

13 — привод сушильного барабана;

14 — шлюзовый затвор (дозатор);

15 — дробилка;

16 — вентилятор отвода муки.

Установка (рис. 3) состоит из следующих основных узлов: теплогенератора 1, транспортера, сушильного барабана 2, циклона сухой массы 3 системы дробления и отвода муки 4, весовой установки 5 и зашивочной машины. Сушка производится смесью топочных газов с воздухом.

Материал подается в барабан транспортером 1 (рис. 3). Толщина устанавливается битером 7. Передвигаясь в потоке теплоносителя и перемешиваясь с ним, масса постепенно высыхает, а сухие частицы потоком теплоносителя выносятся в большой циклон сухой массы, в котором отделяются от агента сушки к через дозатор 14, минуя отборщик тяжелых частиц, поступают в дробилку 15. Отработавший теплоноситель через выхлопную трубу вентилятора циклона сухой массы выбрасывается в атмосферу.

Измельченная сухая масса через сменное решето потоком воздуха, создаваемого вентилятором, подается в малый циклон 4, где отделяется и, пройдя через дозатор этого циклона, шнеком 3 подается на автоматические весы.

Техническая характеристика сушилки А1-ИФИ.

Производительность по кормовой муке, т/ч …………………….. 1.25

Установленная мощность, кВт ……………………………………... 55

Расход условного топлива, кг/ч …………………………………….. 130

Испарительная способность сушилки, кг исп. влаги в час ……….. 1000

Расход теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж …………………….. 3812

Температура агента сушки, °С ……………………………………… 900

Габаритные размеры, мм ……………………………… 11010х7800х4850

Масса, кг ………………………………………………………………11735

СУШИЛКА А1-КВР.

Используется для сушки сахара.

Сушилка А1-КВР (рис. 4) состоит из сушильной камеры, двух вентиля­ционных и калориферных станций 1, 5, батареи циклонов 6, загрузочного уст­ройства 2, отсасывающего вентилятора и пульта управления.

С ушильная камера представляет собой жесткий металлический каркас из стандартного профиля, облицованный тепло- и звукоизоляционными панелями и имеющий двери. В сушильной камере смонтировано четыре металлических

Рис. 4. Сушилка А1-КВР:

1 — калориферно-вентнляционная станция второго и четвертого коробов;

2 — загрузочное устройство;

3 — вибропривод;

4 — питатель;

5 — калорнферно-вентиляционная станция первого и третьего коробов;

6 — батарея циклонов.

короба, расположенных один под другим и попарно укрепленные на вертикальных рамах-подвесках, которые кинематически связаны с эксцентриковым вибропроводом. Рамы, на которых укреплены сушильные короба, на пластинчатых рессорах, укрепленных на жесткой раме перекрытия сушильной камеры.

Первый и третий короба (считая сверху) связаны одной рамой, второй и четвертый — другой рамой и колеблются в противофазе в вертикальной плоскости с номинальной амплитудой 8 мм и частотой 450 колебаний В каждом сушильном коробе жестко закреплено перфорированное решето, под которое подается подогретый воздух для сушки. В воздухопроводящей части короба имеются поворотные щитки, предназначенные для регулирования распределения воздуха под решета.

В нижней части сушильной камеры на жесткой раме смонтированы два вибратора с электроприводом. Питатель роторный барабанный. В загрузочном бункере его размещен ворошитель типа «беличье колесо».

Две вентиляционно-калориферные станции стыкуются непосредственно, с торцовыми стенками сушильной камеры. В каждой расположены вентиляторы, калориферы и пароконденсатопроводная аппаратура для двух зон сушки. Левая станция обслуживает первую и третью зоны сушки, правая - четвертую.

В сушилке A1-KBP улучшены условия эксплуатации калориферов, вентиляторов. Вместо бачков циклоны снабжены сборными бункерами, увеличена жесткость решет.

В начале загрузки продукт постепенно накапливается на решете, пока не достигнет уровня, заданного переливным порогом. Дальнейшая подача продукта приводит к перемещению его вдоль решета и пересыпанию через порог на второе решето, и так далее с решета на решето. Таким образом, в с виброкипящем слоем движение материала обеспечивается даже на горизонтальном или с небольшим углом наклона решете в результате подпора подаваемого питателем продукта. Регулируя частоту вращения питателя порогов, можно изменять производительность и длительность пребывания материала в сушилке. Пересыпаясь через порог четвертого решета, продукт дает в вибролоток и выводится. Оптимальная высота порогов не должна превышать 100 мм.

Техническая характеристика сушилки А1-КВР.

Производительность по сухому продукту, кг/ч ………………… 1600

Начальная влажность, % …………………………………………. 70

Число сушильных решет ………………………………………….. 3

Количество зон сушки …………………………………………….. 3

охлаждения ……………………………………….…… 1

Общая площадь решет, м² ………………………………………… 8

в том числе сушильных ………………………………….. 6

охлаждающих ……………………………………………. 2

Расход воздуха на сушку, кг/ч …………………………………….. 33000

Длительность сушки, мин …………………………………………. 12

Общий расход пара, кг/ч …………………………………………... 1725

Общая мощность электродвигателей, кВт ……………………….. 57

СУШИЛКА ППС-25М.

Пневматическая сушилка представляет собой вертикальную ка­меру или трубу, в которой продукт при высушивании находится во взвешенном состоянии. Для обеспечения такого состояния необходимо, чтобы скорость движения агента сушки была больше скорости витания частиц продукта. Скорость витания колеблется от 5 до 15 м/с.

Калориферная установка состоит из шести пластинчатых калориферов КВБ-ПП-01, установленных в общем кожухе в 2 ряда. Поступающий воздух очищается в 12 масляных ячейковых фильтрах системы Рокка, установлен­ных перед калориферами.

Питатель представляет собой сварную корытообразную емкость. Внутри располагаются мешалка и винтовой конвейер.

Рыхлитель представляет собой корытообразный кожух, в котором в подшипниках вращается вал с бичами. Бичи повернуты на 15° влево или вправо по отношению к оси вала. Это способствует лучшему рыхлению и дает возможность поддерживать частицы во взвешенном состоянии. Кожух снабжен патрубками для входа горячего воздуха и продукта и выхода продукто-воздушной смеси. В сушильной трубе 6 сушка заканчивается.

Сепаратор представляет собой промежуточную емкость, которая соеди­нена верхней частью с сушильной трубой, а внизу переходит в возвратную трубу 7.

Б атарея циклонов состоит из четырех циклонов УЦ-38, расположенных в 2 ряда а соединенных между собой. В нижней части каждая пара цнкло-

Рис. 5. Пневматическая сушилка ППС-25М:

1 — скруббер;

2 — вентилятор;

3 — воздухопровод;

4 - циклонная установка;

5 - сепаратор;

6 — сушильная труба;

7 — возвратная труба;

8 — питатель;

9 — калорифер;

10 - выхлопная труба;

11 — винтовой конвейер;

12 — привод;

13 — рыхлитель;

14 – шлюзовой затвор.

нов имеет общий винтовой конвейер со специальным клапаном, препятствует подсосу воздуха и открывается лишь при наличии продукта на конвейере. Посредством вертикальных патрубков и специальных верхние участки циклонов подсоединены к входному патрубку Ц7-40.

Скруббер (мокрый пылеуловитель) - представляет собой усечённый конус со специальным днищем-завихрителем.

Сырой продукт подается в питатель, откуда поступает в патрубок рыхлителя. В рыхлителе происходит дробление продукта и интенсивное его перемешивание горячим воздухом. По мере высыхания частицы поднимаются из рыхлителя вверх по трубе и досушиваются, находясь во взвешенном состоянии в потоке воздуха. Вверху происходит поворот потока вниз. На своем пути частицы ударяются об отражательные щитки сепаратора. При этом более тяжелые частицы выпадают из потока в возвратную трубу, а более легкие направляются к циклонам. Недосушенные и крупные частицы по возвратной трубе поступают в питатель, где смешиваются с сырым продуктом снова подаются в сушилку. Высушенный продукт отделяется в циклонах и винтовыми конвейерами направляется к упаковочным машинам.

Вентилятор 2, отсасывающий воздух из циклонов, создает разряжение во всей системе. Воздух от вентилятора подается в скруббер на очистку, откуда выбрасывается в атмосферу.

СУШИЛКА РЗ-ЧСС.

Сушилка РЗ-ЧСС непрерывного действия предназначена для сушки сахара. Состоит из трех основных частей: сушильной, очистительной и транспор­тирующей.

В сушильную часть входят топка 9, передняя и задняя камеры и сушиль­ный барабан 7, которые смонтированы на раме. К очистительной части отно­сят всасывающий фильтр 8 и батарею циклонов 1. Транспортирующая часть представляет собой два транспортера 2, которые работают на загрузке и раз­грузке сушилки.

Топка сушилки изготовлена из жаростойкого листового материала, рабо­тает на жидком топливе, поступающем в горелку самотеком. Смесительная камера оборудована рычажной системой блокировки дросселей. Боковой па­трубок соединен с задней камерой, верхний — с дымовой трубой. При работе сушилки дроссель-клапан дымовой трубы закрыт, в период розжига топки — открыт. Блокировка предусмотрена одним рычагом. Распыливается топливо потоком воздуха от вентилятора, который смонтирован на раме сушилки.

Задняя камера 10 установлена рядом с топкой и служит для подачи аген­та сушки в барабан. В передней стенке камеры имеется блок со съемной крышкой. Конусное дно камеры заканчивается клапаном-мигалкой, через ко­торый излишек материала удаляется из камеры.

Сушильный барабан 7 шестисекционный с подъемно-лопастной системой. В передней части барабана шесть винтовых дорожек, подводящих материал к секторам; такие же дорожки в конце барабана служат для отвода материала. Барабан заканчивается конусом, к торцу которого прикреплено съемное коль­цо с шестью лючками. Барабан опирается на четыре пары приводных и опор­ных роликов. Передняя камера 3 служит для отвода отработавшего агента сушки и вывода просушенного материала через затвор, расположенный внизу камеры, на разгрузочный транспортер. Для изменения скорости прохождения продукта вдоль барабана на двух опорах предусмотрены специальные регули­рующие винты.

Привод сушилки от двух электродвигателей: один — для вентилятора топ­ки, другой — для сушильного барабана. Кроме того, электродвигатели установ­лены на батарее циклонов, всасывающем фильтре и вентиляторе.

Продукт по загрузочному транспортеру через трубу поступает на винто­вые дорожки барабана, перемещается по всей его длине и омывается агентом сушки, проходящим по сечению барабана параллельно. По мере высыхания наиболее тонкая фракция продукта переходит во взвешенное состояние и про­должает движение вместе с агентом сушки. Пройдя барабан, высушенный про­дукт через затворы передней камеры поступает на разгрузочный транспортер.

Агент сушки при помощи вентилятора высокого давления из топки через заднюю камеру поступает в сушильный барабан, омывает влажный продукт, подсушивает его и, захватывая наиболее тонкую фракцию, через переднюю камеру по воздухопроводу поступает в батарею циклона и фильтр. Здесь час­тицы продукта осаждаются, а воздух вентилятором удаляется в атмосферу.

В начальный период пуска необходимо следить за тем, чтобы не было преждевременной подачи топлива до зажигания свечей, что может вызвать взрыв. При внезапном затухании или срыве факела, когда не срабатывает прибор контроля факела, следует прекратить подачу топлива, устранить неис­правности и после продувки топки и выжигания факелом топлива в камере приступить к повторному розжигу топки.

Рис. 6. Сушилка РЗ-ЧСС

1 — батарея циклонов;

2 — транспортеры;

3 — передняя камера;

4 — пульт управления;

5 — рама;

6 — привод сушильного барабана;

7 — сушильный барабан;

8 — всасывающий фильтр;

9 — топка;

10 — задняя камера;

11 — топливный бак;

12 — вентилятор высокого давления

Техническая характеристика сушилки РЗ-ЧСС.

Производительность, т/ч …………………………………………….. 1.1

Установленная мощность, кВт ……………………………………… 20

Расход условного топлива, кг/ч ……………………………………... 21.6

Испарительная способность сушилки, кг исп. влаги в час … 85-166

Расход теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж …………….……… 7450

Габаритные размеры, мм ………………………………….… 10000х9000х5630

2 Технические описания и расчёты

2.1 Описание принципа работы технологической схемы

Исходный продукт – скорлупа яичная, с влажностью ω_н=28% и температурой θ₁=8°С, из бункера Б₁ подается в барабанную сушилку БС. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ. Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t₀=8°С и относительную влажность φ₀=69 %. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t₁=140°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 300°С при давлении 0,25 МПа. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t₂=82°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон ЦН-24 и далее выбрасывается в атмосферу.

Сухой продукт с влажностью 3% и имеющий температуру θ₂=38,7°С из нижней части сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б₂ и далее на ленточный транспортёр, а из циклона ЦН-24 – прямо на ленточный транспортёр.

2.2 Описание принципа работы проектируемого аппарата

Барабанная сушилка предназначена для сушки пищевых продуктов.

Яичная скорлупа поступает в сушилку с начальными параметрами W_н=28% и температурой θ₁=8°С.

Продукт в сушильную камеру загружается дозировано из бункера, через патрубок 1.

Снизу, через патрубок 2 во вращающийся сушильный барабан поступает воздух с t₁=140°С, где и идёт процесс сушки. Частицы яичной скорлупы, попадая в сушильную камеру, встречаются с нагретым воздухом, средняя температура которого t_ср=111°С и с этого начинается процесс сушки.

Высушенный продукт отводится из сушилки через патрубок 4 с конечной влажностью W_к =3% и температурой θ₂=38,7°С.

Воздух из сушилки отводится через патрубок 3 с температурой t₂=82°С. Вместе с воздухом вылетают частички муки, которые осаждаются в циклоне при очистке воздуха.

2.3 Материальный расчёт установки

Из уравнения материального баланса сушильной установки определим расход влаги W, удаляемый из высушиваемого материала:

G_н =2000 кг/ч =2000/3600=0,56 кг/с,

кг/с,

кг/с,

где

G_к – производительность установки по сухому веществу, кг/с

W_н – начальная влажность продукта, %

W_к – конечная влажность продукта, %.

W_н=28%,

W_к=3%.

2.4. Тепловой расчёт установки

Определение основных параметров влажного воздуха.

К основным параметрам влажного воздуха относятся:

1. температура t,°С

2. относительная влажность воздуха φ,%

3. удельное влагосодержание х, кг/кг

4. энтальпия I, кДж/кг

Температуру и относительную влажность воздуха на входе в калорифер определяем по климатическим таблицам, для г. Минска на январь месяц:

1. температура t₀=8°С,

2. относительная влажность φ₀=69%.

Удельное влагосодержание воздуха рассчитаем по формуле:

,

где

0,622 – отношение мольных масс водяного пара и воздуха,

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Р_н=1079 Па при t₀=8°С.[4, стр.193, табл.2]

В – барометрическое давление воздуха, Па. (Для Европейской части СНГ принимается 745 мм рт. ст. = 99100 Па.)

Т.к. подогрев воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер тоже, что и на входе в сушилку:

, кг/кг

Энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

,

где

С_с.в. – средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха, (при t<200°С С_с.в.=1,004 кДж/(кг^.К)),

t – температура влажного воздуха, °С,

х – удельное влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.,

i_n – удельная энтальпия перегретого пера, кДж/кг,

,

где r₀ – удельная теплота парообразования воды, (при 0°С r₀=2500 кДж/кг),

c_n – средняя удельная теплоёмкость водяного пара,

c_n=1,842 кДж/(кг^.К).

Энтальпия воздуха на входе в калорифер:

, кДж/кг

Энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку):

, кДж/кг

Тепловой расчёт сушилки

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

,

где

- разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

- теплоемкость влаги во влажном материале при температуре θ₁=8°С, кДж/(кг^.К);

=4,19 кДж/(кг^.К);

q_доп. - удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп.=0;

q_т. - удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае q_т.=0;

q_м. - удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

с_м - теплоемкость высушенного материала:

, кДж/(кг^.К),

с_с - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг^.К);

с_с=0,879 кДж/(кг^.К);[1, стр.8, табл.7]

q_п. - удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги,

l - удельный расход абсолютно сухого воздуха:

, кг возд./кг влаги,

I₂ – энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг,

х₂ – удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в..

Значение х₂ находим по I-х диаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему рассчитываем значение I₂.

Теплоемкость высушенного материала:

, кДж/кг влаги

Удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

Удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги

Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

, кДж/кг влаги

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

,

или

,

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-х необходимо знать координаты (I и х) минимум двух точек. Координаты одной точки известны:

I₁=153,5 кДж/кг,

х₁=0,0047 кг/кг,

Для нахождения координат второй точки, зададимся произвольным значением х, и определим соответствующее ему значение I. Пусть х=0,016 кг влаги/кг с.в., тогда:

, кДж/кг

Через две точки на диаграмме I-х с координатами I₁, х₁ и I, х проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂=82°С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂=82°С находим параметры воздуха: х₂=0,0232 кг/кг с.в..

Энтальпию воздуха рассчитываем по формуле:

, кДж/кг

Расход воздуха на сушку:

, кг/с

Средняя температура воздуха в сушилке:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

, кг/кг

Средняя плотность воздуха:

, кг/м³

Средняя плотность водяных паров:

, кг/м³

Средняя объемная производительность по воздуху:

, м³/с

Расход тепла на сушку:

, кВт

2.5 Конструктивный расчёт барабанной сушилки

Объем сушильного пространства V складывается из объема V_п, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсив­ное испарение влаги (до температуры мокрого термо­метра сушильного агента), и объема V_c, требуемого, для проведения процесса испарения влаги, т. е.:

Объем сушильного пространства барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, вычисляем по модифицирован­ному уравнению массопередачи:

где ΔХ_ср. - средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³,

K_v - объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура влаж­ного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи K_v=β_v.

Коэффициент массоотдачи вычисляем по эмпирическому уравнению:

где ρ_ср. - средняя плотность сушильного агента, кг/м³ (при средней температуре в барабане t_cр.=111⁰С);

, кг/м³

с - теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, кДж/(кг∙К); [4, стр.194, табл.3]

с=1,021 кДж/(кг∙К);

β - степень заполнения ба­рабана высушиваемым материалом;

β=14%;

Р₀ - давление, при котором осуществляется сушка, Па;

Р₀=10⁵ Па;

n - частота вращения барабана, об/ мин;

n=5об/ мин.

ω - скорость газов в барабане, м/с;

ω=3 м/с;

ρ_м - насыпная плотность высушиваемого материала, кг/м³;

ρ_м=390 кг/м³;

Р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане (среднеарифметическая величина между парциальным давлением на входе газа в сушилку и на выходе из нее), Па.

На входе в сушилку:

На выходе из сушилки:

Откуда:

Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

, с^-1

Движущую силу массопередачи ΔХ_ср. определим по уравнению:

Средняя движущая сила ΔР_ср, выраженная через единицы давления (Па), равна:

- движущая сила в начале процесса сушки, Па;

- движущая сила в конце процесса сушки. Па

- давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па. Определяем по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале t_м1 и в конце t_м2 процесса сушки. По диаграмме I-x находим:

t_м1=39,1⁰С,

t_м2=37,7⁰С,

= =8799,3, Па

Тогда:

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находим по модифицированному уравнению теплопередачи:

где Q_П - расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1, кВт;

, кВт

K_v - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³∙К);

, кВт/(м³∙К)

Δt_ср.- средняя разность температур, град.

Для вычисления Δt_ср. находим температуру сушильного агента t_x, до которой он охла­дится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_мl. Эту температуру находим из уравнения теплового баланса:

Откуда t_х=98,25⁰С.

, ⁰С

, ⁰С

, м³

Общий объем сушильного барабана:

, м³

Принимаем: , тогда , м³

, м

, м

Принимаем V=8,7м³, d=1,4м, l=6м.[Стабников, стр.107]

Действительная скорость газов в барабане:

, м/с

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана:

, м³/с

, м³/с

, м/с

Среднее время пребывания материала в сушилке:

, с

Количество находящегося в сушилке материала:

, кг

, кг

, с

Угол наклона барабана:

, ⁰

Скорость уноса, равная скорости свободного витания:

, м/с

где μ_ср. - вязкость сушильного агента при средней температуре;

, Па·с

, Па·с

ρ_ср. - плотность сушильного агента при средней температуре;

, кг/м³

, кг/м³

d - наименьший диаметр частиц мате­риала, м;

d=1∙10^-3 м;

ρ_ч - плот­ность частиц высушиваемого материала, кг/м³;

ρ_ч=390 кг/м³;

Аr - критерий Архимеда;

, м/с

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке ω_д меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера ω_cв , поэтому частицы высу­шиваемого материала наименьшего диаметра не будут уноситься потоком сушильного агента из барабана.

2.6 Тепловые расчеты комплектующего оборудования

2.6.1 Расчёт калорифера

Принимаем к установке калорифер КФБО-6 , для которого:

1. площадь поверхности нагрева F_к=32,65 м² ;

2. площадь живого сечения по воздуху f_к=0,222м².

Площадь поверхности теплопередачи:

, м²

где

Q – расчётное количество теплоты, необходимое для подогрева воздуха, кВт

Q =1149,39кВт

k – коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к воздуху, Вт/(м²·К)

, Вт/(м²·К)

b, n – опытные коэффициенты,

b=16,47

n=0,456

ρν – массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(м²·К)

ρν=10 кг/(м²·К)

, Вт/(м²·К)

Δt_ср. – средняя разность температур греющего теплоносителя и воздуха, °С

, °С

где

Δt' – большая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Δt'' – меньшая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Для подогрева воздуха в калорифере используется греющий пар, имеющий при давлении температуру 300°С.

, °С

, °С

,°С

Площадь поверхности теплопередачи:

, м²

Количество параллельно установленных калориферов:

, шт

где

L – расход воздуха, кг/с

L= 1,07 кг/с

, шт

Принимаем х=4

Уточняем массовую скорость воздуха в живом сечении калорифера:

, м/с

Количество последовательно установленных калориферов:

, шт

Принимаем y=1

Установочная площадь поверхности теплопередачи калориферной батареи:

, м²

Сопротивление калорифера:

, Па

где

e, m – опытные коэффициенты,

e=0,43

m=1,94

Па

Сопротивление калориферной батареи:

Па

2.6.2 Расчёт циклона ЦН-24

Определим плотность газа ρ_г при температуре t=82⁰C :

кг/м³.

Оптимальная скорость газа в аппарате ω_опт =4,5 м/с.

Необходимая площадь сечения циклона:

, м²

Определяем диаметр циклона :

N- число циклонов, N=1.

м.

Принимаем D=1600 мм.

Действительная скорость газа в циклоне:

, м/с

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона:

- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона, =75.[3, стр.295, табл.10.3]

К₁ – поправочный коэффициент на диаметр циклона, К₁=1.

К₂ – поправочный коэффициент на запылённость газа, К₂=0,92.

К₃ – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, К₃=0.

Гидравлическое сопротивление циклона:

Па

Таблца 1 - Соотношение размеров в долях внутреннего диаметра D циклона ЦН-24

Наименование	Обозначение	Размер
		в долях	в мм
Внутренний диаметр выхлопной трубы	d	0,59	944
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия	d1	0,3	480
Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер)	b	0,2	320
Ширина входного патрубка на входе (внутренний размер)	b1	0,26	416
Длина входного патрубка	l	0,6	960
Диаметр средней линии циклона	Dcp	0,8	1280
Высота установки фланца	hфл	0,1	160
Угол наклона крышки и входного патрубка	α	24^0	24^0
Высота выхлопной трубы	hт	2,11	3376
Высота входного патрубка	a	1,11	1776
Высота цилиндрической части циклона	Hц	2,11	3376
Высота конической части циклона	Hк	1,75	2800
Высота внешней части выхлопной трубы	hв	0,4	640
Общая высота циклона	H	4,26	6816

2.7 Гидравлический расчёт линии воздуха и подбор вентилятора

Исходные данные:

L= 8,6 кг/с, - массовый расход воздуха;

Разобьем участок движения воздуха на IV участка предварительно образмерив.

1 участок.

, м

Для трубопровода примем скорость движения воздуха =22м/с.

Диаметр трубопровода равен

где V-объемный расход воздуха равен

Относительная влажность φ₀=69%;

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Р_н =1079 Па[4, стр.193, табл.2]

Температура воздуха на первом участке 8 ⁰С.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 630 мм.

Внутренний диаметр трубы d=630-2=628 мм.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение:

где при данной температуре плотность воздуха

.

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0,210^-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна:

Далее получим

10/e < Re < 560/e

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет  следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений:

где

коэффициенты местных сопротивлений.

Потери давления на придание скорости потоку:

Общие потери напора

2 участок.

м

Для трубопровода примем диаметр: d=0,63м.

V-объемный расход воздуха равен:

Относительная влажность φ₀=1%;

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Р_н=361894,7 Па. [4, стр.193, табл.2]

Температура воздуха на втором участке 140⁰С.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение

где при данной температуре плотность воздуха

.

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0,210^-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

10/e < Re < 560/e

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет  следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений

где

коэффициенты местных сопротивлений.

Потери давления на придание скорости потоку:

Общие потери напора

3 участок.

м

Для трубопровода примем диаметр: d=0,63м.

V-объемный расход воздуха равен:

относительная влажность φ₀=7,5%;

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Р_н =51307 Па [4, стр.193, табл.2]

Температура воздуха на третьем участке 82⁰С.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение

где при данной температуре плотность воздуха

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0,210^-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

10/e < Re < 560/e

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет  следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений

где

коэффициенты местных сопротивлений.

Потери давления на придание скорости потоку:

Общие потери напора

4 участок.

м

Для трубопровода примем диаметр: d=0,63м.

V-объемный расход воздуха равен:

относительная влажность φ₀=7,5%;

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Р_н =51307 Па [4, стр.193, табл.2]

Температура воздуха на третьем участке 82⁰С.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение

где при данной температуре плотность воздуха

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0,210^-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

10/e < Re < 560/e

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет  следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений

где

коэффициенты местных сопротивлений.

Потери давления на придание скорости потоку: