|
|
Диплом Редин Д.В.старый вар. Давления и влажности в барабанной сушилке. С качеством продукции коррелируют значения температур, давления и влажности
2.5 Выбор прочего оборудования
Согласно информации производителя, остальное оборудование, включающее в себя кабельную продукцию, устройства видеонаблюдения и индикации, а также защитные термокожухи для них, и клеммные и распределительные коробки с преобразователями интерфейса поставляются комплектно с АСУ ТП сушки.
2.6 Выбор контроллерного оборудования
Для выбора контроллерного оборудования были рассмотрены следующие варианты:
Использование регуляторов:
ОВЕН ТРМ 138;
ОВЕН ТРМ 251;
Использование ПЛК:
Siemens SIMATIC S7-300;
Schneider Electric Modicon
Yokogawa YS1700;
В итоге было принято решение использовать ПЛК, т.к. они обладают лучшей обработкой и скорости информации. Обладают большими модуля,
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
26
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
а также возможность работы от встроенных аккумуляторов, в случае отключения энергии от сети.
В качестве ПЛК был выбран Yokogawa YS1700, т.к. затраты на внедрение и обслуживание намного ниже чем у других рассмотренных ПЛК. При этом выбранный контроллер удовлетворяем по всем параметрам ТЗ.
Рисунок 5 – ПЛК Yokogawa YS1700
Программируемые контроллер, в котором управляющие и вычислительные функции комбинируются пользователем с использованием средств программирования YSS1000.
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
27
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
3 Робот-палетоукладчик QUANTEC KR 140 R3200-2 PA
Роботы-палетоукладчики семейства KR QUANTEC PA отвечают всем современным требованиям автоматизации: минимальные требования к пространству, более короткие циклы, максимальная доступность и низкие эксплуатационные расходы . Благодаря своей тонкой конструкции эти пятиосевые роботы могут достигать высоты штабеля более 2500 миллиметров. Полый вал диаметром 60 миллиметров обеспечивает защищенную подводку энергии.
Если сравнить время цикла, это один из самых быстрых укладчиков на поддоны на рынке. KR QUANTEC PA имеет постоянную производительность даже при коротком времени цикла и полной полезной нагрузке.
Промышленный робот оснащен запястьем на номинальную полезную нагрузку 140 кг. Запястье прикреплено к руке посредством редуктора с электродвигателем, которые приводят запястье в движение. Основные компоненты запястья с полым валом являются поворотная рама, шестиосный двигатель и соответствующий редуктор. Электропривод состоит из бесщеточного серводвигателя переменного тока, однодискового тормоза с постоянными магнитами и полого вала. Однодисковой тормоз с постоянными магнитами выполняет функцию удержания, когда сервопривод находится в состоянии покоя и способствует торможению шести осей в режиме короткого замыкания. Торможение в режиме короткого замыкания не должно использоваться, чтобы остановить робота при нормальных обстоятельствах. Запястье выполнено в виде полого вала и имеет сквозное отверстие диаметром 60 мм. Узел также имеет датчик положения шарнира с калибровочным
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
29
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
картриджем, через которые механический нуль оси может быть определен с помощью стрелочного индикатора или электронного датчика и переданы в контроллер.
Рука является элементом передачи между запястьем и рычажной тягой. Поворотная рама запястья смонтирована на руке с помощью мотор-редуктора. Этот мотор-редуктор включает в себя пять осей, которые не могут свободно использоваться, во время выполнения операций. Рука приводится в движение серводвигателем переменного тока через редуктор, которая установлены между рукой и рычажной тягой. Этот редуктор также является опорой для руки. Трехосный двигатель привинчивается к руке. Максимальный допустимый поворотный угол механически ограничен упором на каждом направлении. Соответствующие упоры расположены на рычажной тяге.
Рычажная тяга расположена между рукой и вращающейся колонкой. Она установлена на одной стороне вращающейся колонны через двухосный редуктор и приводится в движение серводвигателем переменного тока. Во время движения вокруг второй оси, рычажная тяга движется относительно стационарной вращающейся колонны. Жгут проводов из блока управления проложен внутри рычажной тяги и монтируется в навесных зажимах.
Во вращающейся колонке находятся моторы с осями. Вращательное движение первой оси осуществляет поворот вращающейся колонки. Она привинчивается к опорной раме через редуктор первой оси. Серводвигатель переменного тока для приведения в движение первой оси смонтирован внутри вращающейся колонки. Контропоры для системы уравновешивания интегрированы в задней части вращающегося корпуса колонки.
Опорная рама является основой робота. Она привинчивается к монтажному основанию. Интерфейсы для электрических установок и
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
30
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
система энергоснабжения размещены в опорной раме. Опорная рама и вращающаяся колонка соединены через ось редуктора. Система уравновешивания устанавливается между вращающейся колонкой и рычажной тягой и служит для минимизации момента, создаваемого вокруг оси, когда робот находится в движении или в состоянии покоя. Система состоит из двух аккумуляторов, гидравлического цилиндра с связанного шлангом с манометром. Разрывная мембрана служит элементом безопасности, чтобы защитить от перегрузки при заполнении системы уравновешивания.
|
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
31
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
4 Расчет оборудования
4.1 Расчет барабанной сушилки
Задание на проектирование.Рассчитать и спроектировать барабанную сушилку для сушки влажного материала производительностью Gм=6 т/ч (в расчете на сухой материал). Влажный материал имеет начальную влажность Wн=20% и высушивается до влажности Wк=0,3%. Фракционный состав материала d1 =  , и d2 =  . Теплоемкость материала С = 0,92 кДж/(кг∙К). Сушка производится топочными газами: энтальпия газов на входе в сушилку I1 =420 кДж/кг, влагосодержание х1 = 0,024 кг влаги/кг, температура теплоносителя на входе в сушилку Т1=400 0С, на выходе Т2=100 0С. Параметры свежего воздуха: температура Т3=25 0С, относительная влажность воздуха φо=65 %.
Определим расход влаги, удаляемой из высушенного материала по уравнению:
W=Gм (Wн – Wк)/(100–Wн), (1)
где Gм – производительность сушилки по высушенному материалу, кг/с;
Wн, Wк – влажность соответственно начальная и конечная, %;
W = 1,67 (20-0,3)/(100–20) = 0,41 кг/с.
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
Δ = с∙Т3 – qм – qп, (2)
где Δ – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре Т3, кДж/(кг∙К);
qм – удельный расход тепла в сушильном барабане, кДж/кг,
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
32
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
qм = Gк∙С(tм –Т3)/ W, (3)
С – теплоемкость материала, кДж/(кг∙К);
tм – температура мокрого термометра, 0С; находим по I – х диаграмме по начальным параметрам сушильного агента: проводим линию от I1 =420 до пересечения с φо=100% и находим соответствующую температуру.
qп – удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг;
qм = 1,67∙0,92(60–25)/0,41 =131,16 кДж/кг;
Δ = 1,67∙25-131,16–22,6 =-112,01 кДж/кг влаги.
Запишем уравнение рабочей линии сушки:
Δ = (I – I1)/(х – х1) или I = Δ(х – х1) + I1, (4)
где I1 – начальная энтальпия газов на входе в сушилку, кДж/кг;
х1 – начальное влагосодержание, кг влаги/кг.
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I – х необходимо знать координаты (х и минимум двух точек: х1 = 0,024 и I1 =420). Координату х задаем произвольно.
Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сухого воздуха, тогда
I = -112,01(0,1–0,024)+420 = 411,49 кДж/кг.
Через две точки на диаграмме I – х с координатами х1, I1, х и I проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром Т2=1000С. В точке пересечения линии сушки с изотермой Т2 находим параметры отработанного сушильного агента: х2 =0,098 кг/кг Расход сухого газа Lс.г. равен:
Lс.г. = W/(х2 – х1), (5)
Lс.г. = 0,41/(0,098–0,024)=5,54 кг/с.
Расход сухого воздуха L:
L = W/(х2 – х0), (6)
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
33
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
L = 0,41/(0,098–0,01)=4,66 кг/с.
Расход топлива на сушку:
Gт = Qс /Q, (7)
где Q – количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива кДж/кг;
в качестве топлива используем этан (Q=63797).
Gт = 2271,4/63797=0,036 кг/с.
4.2 Определение основных размеров сушильного барабана
Определим среднюю плотность сушильного агента при средней температуре в барабане:
ρср =  ∙ , (8)
где М – мольная масса, равная 29 кмоль/кг 𝑣0 – мольный объем, равный 22,4 м3/кмоль;
Т0 – температура, равная 2730С;
t – средняя температура в барабане, 0С;
t = (400+100)/2=2500С,
ρср =  ∙ = 0,676 кг/м3.
Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи β𝑣 может быть вычислен по эмпирическому уравнению:
β𝑣 = 1,6∙10 -2  , (9)
где с – теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная 1 кДж/(кг∙К);
β – степень заполнения барабана высушиваемым материалом, %;
Р0 – давление при котором осуществляется сушка, равная 105 Па;
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
34
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
р – среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па;
п – частота вращения барабана, об/мин.
Для полидисперсных материалов с частицами размером 0,1-0,3 мм и насыпной плотностью ρм = 1200 кг/м3 обычно принимают скорость газов в интервале 2-5 м/с. Принимаем скорость газов в барабане ω=2,4 м/с.
При этом ωρср = 2,4∙0,676 = 1,62 кг(м2∙с).
Частота вращения барабана обычно не превышает 5-8 об/мин: принимаем п = 5 об/мин. Степень заполнения барабана β = 14%.
Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению
рi =  , (10)
где Мв – молярная масса воздуха, равная 18 кмоль/кг;
Мс.в. – молярная масса сухого воздуха, равная 29 кмоль/кг.
На входе в сушилку
р1 =  = 3722,72 Па,
на выходе из сушилки
р2 =  =13635,93 Па, откуда
р = ( р1+ р2)/2, (11)
р = (3722,72 +13635,93)/2 = 8679,33 Па.
Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:
β𝑣 =1,6∙10 -2  = 0,52 с-1.
Движущую силу массопередачи Δ определим по уравнению:
Δ =  , (12)
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
35
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
где  – средняя движущая сила, Па;
=  , (13)
где  =  – движущая сила в начале процесса сушки, Па =  – движущая сила в конце процесса сушки, Па и  – давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.
Значения и определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале tм1 и в конце tм2 процесса сушки. По диаграмме I – х найдем: tм1 = 320С, tм2 = 300С; при этом =8822.07Па, = 12237,48Па.
= 8822,07-3722,72=5099,35 Па,
= 12273,90-13635,93=1362,03 Па.
Все данные значения подставляем в формулу (13) и получаем:
=  =6518,64 Па.
По формуле (2.13) вычисляем движущую силу:
Δ =  = 0,62 кг/м3.
Объем сушильного пространства барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев, влажного материала находим по уравнению:
Vс = W/(К𝑣∙Δ ), (14)
где К𝑣 – объемный коэффициент массопередачи, численно равен коэффициенту массоотдачи К𝑣 = β𝑣.
Vс = 0,41/(0,29∙0,62)=2,28 м3.
Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находим по модифицированному уравнению теплопередачи:
Vп = Qп/ К𝑣Δ tср , (15)
где Qп – расход тепла на прогрев материала до температуры tм1, кВт;
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
36
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
Δtср – средняя разность температур, 0С;
Расход тепла Qп равен:
Qп = GкС(tм1– Т3)+ Мвс(tм1– Т3), (16)
Qп = 1,67∙0,92(60–25)+0,41∙1,67(60–25) = 77,74 кВт
Объемный коэффициент теплопередачи
К𝑣 = 16(ωρср)0,9п0,7β0,54 , (17)
К𝑣 = 16∙1,620,9∙50,7∙140,54 = 316,86 Вт/(м3∙К) = 0,31686 кВт/(м3∙К).
Для вычисления Δtср необходимо найти температуру сушильного агента tх, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до tм1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:
Qп = Lс.г.(1+х1)сг(Т1– tх), (18)
где сг – теплоемкость газа, кДж/(кг∙К);
77,74=5,54(1+0,024)1,05(400 – tх)
откуда tх = 386,95 0С.
Средняя разность температур Δtср равна:
Δtср =  , (19)
Δtср =  = 350,98 0С.
Подставляем полученные значения в уравнение (15):
Vп = 77,74/(0,31686∙350,98)=0,7 м3.
Общий объем сушильного барабана равен: V = Vс+Vп ,
V = 112,01+0,7= 112,71 м3.
При использовании величины А𝑣 объем сушильного барабана рассчитывают по уравнению:
V = 3600∙ W/А , (20)
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
37
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
|
где А𝑣 – объемное напряжение по влаге, равная 80 кг/(м3∙ч).
V = 3600∙ 0,41/80 = 18,45 м3.
4.3 Основные законы теплообмена и массообмена
Теплопередача – это передача тепловой энергии за счет разницы температур.
Тема, которую вы, возможно, затрагивали в химии, — это термодинамика. Термодинамика имеет дело с равновесными процессами и конечными точками. Он не дает нам ставок. Теплопередача имеет дело с температурными градиентами и неравновесными явлениями.
Теплопроводность : теплопередача в твердом теле или стационарной жидкости (газе или жидкости) из-за случайного движения составляющих его атомов, молекул и/или электронов.
Конвекция : теплопередача из-за комбинированного влияния объема (адвекции) и случайного движения потока жидкости по поверхности.
Излучение : Энергия, испускаемая веществом из-за изменений электронных конфигураций его атомов или молекул и переносимая в виде электромагнитных волн (или фотонов).
Основные законы теплообмена: закон Фурье, закон Ньютона-Рихмана, закон Ламберта.
| |
|
|
|
|
|
ВКР 18-пБ6-13 2022.ПЗ
|
Лист
|
|
|
|
|
|
38
| |
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подпись
|
Дата
| |
|
|
Скачать 0.98 Mb.