Курсовая. Сушка. Курсовая работа. Мошков А.Н.. Сушилка с кипящим слоем

• Название: Сушилка с кипящим слоем
• Анкор: Курсовая. Сушка
• Дата: 04.06.2022
• Размер: 1.41 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа. Мошков А.Н..docx
• Тип: Пояснительная записка; #569138

Министерство науки и высшего образования

Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по процессам

и аппаратам отрасли на тему: сушилка с кипящим слоем.

Выполнил: ст. гр. 3/31

Мошков А.Н.

Консультант: Овчинников Л.Н.

Проверил:Овчинников Л.Н.

Иваново 2021

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования
ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: Процессов и аппаратов химической технологии

Задание на курсовой проект № 8-31-21

студенту: Мошкову Алексею Николаевичу, 3 курса, 31 группы

1. 
   Тема проекта и исходные данные:
   

Сушилка с псвевдоожиженным слоем материала производительностью 1100 кг/час по сухому продукту (частицы кварцевого песка). Средний размер частиц 1.5 мм. Начальная влажность 8 % (масс.), конечная 0.5 % (масс.). Сушильный агент воздух. Температура воздуха на входе в сушилку 140 ⁰С, на выходе 90 ⁰С. Начальная температура материала 20 ⁰С. Условия для сушки – лето г. Иваново.

2. 
   Задание на специальную разработку:
   

Выполнить: материальный, тепловой, конструктивный и гидродинамический расчеты аппарата. Произвести подбор вспомогательного оборудования (циклона, вентилятора, питателя, калорифера).

3. 
   Объем выполнения:
   

Расчетно-пояснительная записка (20-25 стр).

Графическая часть: 2 листа в формате А1 (чертеж аппарата в двух проекциях с деталировкой пяти узлов).

4. 
   Рекомендуемая литература и материалы:
   

1. 
   Основные процессы и аппараты химической технологии / Под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.: Химия, 1983(1991). – 272с.;
   
2. 
   Овчинников Л.Н., Овчинников Н.Л. Сушка во взвешенном слое: учеб. пособие / Иваново. 2005. 104с.
   

5. 
   Срок сдачи законченного проекта: ­__________________________
   
6. 
   Дата выдачи задания: 03. 02. 2021.
   
7. 
   Руководитель: Овчинников Л.Н.
   
8. 
   Консультант: Овчинников Л.Н.
   
9. 
   Задание принял к исполнению: студент: ______________
   

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация 4

Введение 5

Глава 1. Теоретическое введение. 7

Глава 2. Технологический расчет сушилки. 14

2.1Материальный и тепловой расчеты сушилки 14

Количество влажного материала, поступившего на сушку: 14

Количество удаляемой влаги: 14

2.2Определение основных характеристик кипящего слоя и размеров аппарата 19

Глава 3. Конструктивный расчёт 22

3.1Расчет и выбор оптимальных параметров газораспределительной решетки. 22

3.2Выбор и расчет калорифера 24

1.Расход тепла в калорифере 24

5.Выбор калорифера. 24

Общее число калориферов 24

6.Сопротивление калорифера 24

3.3Выбор и расчет питателя для загрузки материала в сушилку 25

3.4Выбор и расчет питателя для выгрузки материала 26

3.5Выбор и расчет циклона 27

Выбираем циклон НИИОГаз ЦН – 15. 27

где К1-поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 1.5, стр 39); 27

К2 - поправочный коэффициент на запыленность газа(табл. 1.6, стр. 40); 27

К3-коэффициент учитывающий потери при случаях нескольких циклонов; 27

– коэффициент гидравлического сопротивления. 27

27

6.Потери давления: 27

7.Основные размеры циклона ЦН-15 [2] т.4.5. с. 52 27

3.6Выбор вентилятора 29

3.7Определение толщины стенки обечайки 30

3.8Определение диаметров штуцеров для ввода и вывода газа и материала 31

Вход и выход воздуха из аппарата 31

Вход материала в сушилку 31

3.9Выбор фланцев для обечайки и штуцеров аппарата 32

3.10Выбор опор аппарата 33

3.11Расчет тепловой изоляции 35

Заключение 36

Литература 37

Аннотация
В курсовом проекте проведен расчет сушилки с кипящим слоем для частиц кварцевого песка.

Курсовой проект состоит из 2-х частей:

1) Расчетно-пояснительная записка.

Она содержит 36 страницы. Приведен материальный, тепловой, гидродинамический и конструктивный расчеты сушилки с псевдоожиженным слоем. Произведен подбор вспомогательного оборудования: циклона, вентилятора, питателя, калорифера.

В записке содержится теория сушильных аппаратов, присутствуют эскизы конструктивных элементов.

2)Графическая часть выполнена на 2-х листах формата А1.

На первом листе выполнен чертеж аппарата в двух проекциях.

На втором листе вычерчены пять узлов.

Введение

Аппараты с псевдоожиженным слоем зернистого материала получили широкое распространение в химической и других отраслях промышленности.

Использование в промышленной практике сушилок с кипящим слоем позволило значительно интенсифицировать процесс обезвоживания сыпучих материалов, создать установки большой единичной мощности, улучшить условия труда путем механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций при получении дисперсных продуктов. В технологическую схему сушильной установки кроме аппарата с псевдоожиженным слоем входят устройства для подачи и нагрева теплоносителя, очистки отработанного раза от пыли и т.п. В связи с этим при проектировании приходится решать технологические и конструкторские задачи по расчету сушилки и выбору вспомогательных устройств -воздухо(газо)дувных машин, паровых и электрокалориферов, топок, циклонов и рукавных фильтров, дозаторов влажного и разгрузителей высушенного продукта. Сушилки взвешенного слоя (псевдоожиженного и фонтанирующего) находят широкое применение в процессах сушки. Конструктивно их можно разделить на одно- и многосекционные. Односекционные аппараты наиболее просты как в конструктивном, так и эксплуатационном отношениях; обладают высокими экономическими показателями, легко поддаются автоматизации. Недостатком их при обработке полидисперсных материалов является неравномерность сушки, обусловленная широким спектром времени пребывания отдельных частиц в рабочей зоне аппарата. Односекционные аппараты псевдоожиженного слоя (круглого или прямоугольного сечения) часто применяют для сушки материалов от поверхностной влаги, причем удельный влагосъем достигает в отдельных случаях 1000 кг влаги с 1м 2 газораспределительной решетки. Для повышения равномерности обработки используют многосекционные сушилки: с последовательным движением материала и подачей свежего теплоносителя в каждую секцию и ступенчато-противоточные со встречным движением материала и теплоносителя. Сушилки псевдоожиженного слоя могут иметь расширяющееся или постоянное по высоте сечение. Камеры прямоугольного сечения (с малым отношением сторон) и квадратные камеры менее предпочтительны, чем круглые, так как в них больше вероятность образования застойных зон.

Глава 1. Теоретическое введение.
К основным гидродинамическим характеристикам кипящего слоя следует отнести: сопротивление кипящего слоя, скорости начала псевдоожижения и уноса (витания), порозность и высоту псевдоожиженных систем.

Псевдоосжиженный слой. Общие понятия, область применения

За последние два десятилетия значительное применение в химической и других отраслях промышленности получили процессы, связанные с взаимодействием газов (реже — капельных жидкостей) со слоем мелкораздробленных твердых частиц, находящихся в кипящем, или псевдоожиженном состоянии. Аппараты с кипящим слоем используются для перемещения и смешивания сыпучих материалов, для проведения процессов обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитических и других процессов. Такое широкое распространение процессов в кипящем слое обусловлено рядом их преимуществ. Здесь отметим только, что псевдоожижению подвергаются частицы значительно меньших размеров, чем частицы материалов, находящихся в неподвижном слое. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя при этом относительно невелико, а уменьшение размеров частиц приводит к увеличению поверхности их контакта с потоком и снижает сопротивление диффузии внутри частиц при взаимодействии между твердой и газовой (или жидкой) фазами. В результате возрастает скорость протекания многих процессов.

Закономерности движения жидкости через зернистые слои, рассмотренные выше, соблюдаются практически при любых скоростях потока лишь при движении его сверху вниз. Когда поток движется снизу вверх, эти закономерности применимы лишь при условии, что скорость потока не превышает такого значения, при котором неподвижность слоя нарушается.

На рис. 1 показаны три возможных состояния слоя твердых частиц в зависимости от скорости восходящего потока.


Рис. 1. Движение газа (жидкости) через слой твердых частиц: а – неподвижный слой; б – кипящий (псевдоожиженный слой); в – унос твердых частиц потоком
При относительно небольших скоростях зернистый слой остается неподвижным (рис. 1а), и его характеристики (удельная поверхность, порозность и т. д.) не меняются с изменением скорости потока. Жидкость при этом просто фильтруется через слой. Однако, когда скорость достигает некоторой критической величины, слой перестает быть неподвижным, его порозность и высота начинают увеличиваться, слой приобретает текучесть и переходит как бы в кипящее (псевдоожиженное) состояние. В таком слое твердые частицы интенсивно перемещаются в потоке в различных направлениях (рис. 1б), и весь слой напоминает кипящую жидкость, Ограниченную ясно выраженной верхней границей раздела с потоком, прошедшим слой. При дальнейшем увеличении скорости потока порозность слоя и его высота продолжают возрастать вплоть до того момента, когда скорость достигает нового критического значения, при котором слой разрушается и твердые частицы начинают уноситься потоком (рис 1в). Явление массового уноса твердых частиц потоком газа называют пневмотранспортом и используют в промышленности для перемещения сыпучих материалов.

Скорость начала псевдоожижения

Взаимосвязь между критической скоростью газа и размером частиц твердого материала определяет конструктивные размеры аппарата, его производительность и другие показатели технологического процесса.

Для слоев, состоящих из зерен, форма которых близка к шарообразной,

средняя порозность может быть принята равной ε = 0,4. В этом случае скорость начала псевдоожижения Wкр можно определить по формуле:

где Ar – критерий Архимеда, началу псевдоожижения частиц.Reкр критерий Рейнольдса, соответствующий началу псевдоожижения частиц. При расчете скорости начала псевдоожижения с помощью этого уравнения вычисляется значение критерия Архимеда по выражению ,

затем находят величину Reкр1 и по ней рассчитывают величину Wкр

Уравнение позволяет достаточно точно определить критическую скорость Wкр при однородном псевдоожижении слоя частиц. При неоднородном псевдоожижении твердого материала газами уравнение дает погрешность  30% .

Скорость витания (уноса)

Скорость газового потока, при которой гидродинамическое давление, создаваемое потоком на поверхности единичной твёрдой частицы, становится равным её весу, называется скоростью витания. Когда скорость потока превысит скорость витания, начинается совместное восходящее движение газового потока и твёрдой частицы. При достижении порозности слоя ε ≈ 1 частицы уносятся из аппарата, т.е. наступает режим пневмотранспорта зернистого материала.

Для расчета скорости осаждения (витания) может быть использована зависимость, связывающая критерии Re и Ar для всех гидродинамических режимов:

При малых значениях Ar вторым слагаемым в знаменателе можно пренебречь, и уравнение (1.3) превращается в зависимость:

соответствующую области действия закона Стокса (вязкостная зона). При больших значениях критерия Ar можно пренебречь первым слагаемым в знаменателе, и уравнение (1.3) превращается в уравнение (1.5), отвечающее инерционной области:

Скорость уноса (осаждения) частиц неправильной формы меньше, чем скорость уноса (осаждения) шарообразных зерен. Для расчета скорости уноса частиц неправильной формы необходимо учитывать коэффициент формы  . Кроме того, в соответствующее уравнение при расчете скорости витания нешаровых частиц следует подставлять эквивалентный диаметр шара.

Высота псевдоожиженного слоя

При проектировании аппаратов с псевдоожиженным слоем твердого материала необходимо знать высоту слоя при рабочих параметрах процесса. Точное определение высоты псевдоожиженного слоя особенно необходимо учитывать при проектировании аппаратов, когда полезное использование внутреннего объема аппарата должно быть максимальным.

Движение газа через слой зернистого материала со скоростью выше первой критической вызывает его расширение, и высота кипящего слоя в общем случае может быть рассчитана по уравнению:

где H – высота псевдоожиженного слоя;

H0 - высота неподвижного слоя;

ε - порозность псевдоожиженного слоя;

ε0- порозность неподвижного слоя.

Гидравлическое сопротивление установки с кипящим слоем

Общее гидравлическое сопротивление установки с

кипящим слоем рассчитывается по уравнению:
ΔРобщ=ΔPк.c.+ΔPреш.+ΔPсоп
Где Рк.с. , Рреш., Рц ,Рсоп - соответственно сопротивления кипящего слоя газораспределительной решётки, циклона, и прочие сопротивления и динамические потери, Па.

Сопротивление кипящего слоя


где Gсл – вес слоя; Sреш – площадь поперечного сечения аппарата на уровне газораспределительной решетки.

Сопротивление газораспределительной решётки определяют по формуле

где - доля живого сечения решетки;

Wотв - скорость газа в отверстии решетки;

С – коэффициент сопротивления решетки, зависящий от отношения диаметра к толщине решетки dотв/δр

δр-толщина газораспределительной решетки.

Однокамерная сушилка

Однокамерные непрерывнодействующие сушилки различаються: по форме сечения (постоянного и переменного сечения); по направлению движения материала и газового теплоносителя; аппараты с внутренними механическими устройствами.

Сушильная установка (рис.1) состоит из аппарата с псевдоожиженным ("кипящим") слоем 1, снабженного дозатором влажного материала 2 и разгрузителей высушенного продукта воздуходувной 3, машины 4, калорифера 5, циклона 6 с бункером 7 и рукавного фильтра 8.

аппарат сушилка псевдоожиженный тепловой


Рис.1. Принципиальная схема сушильной установки с псевдоожиженным слоем зернистого материала:

1 - аппарат с кипящим слоем; 2 - дозатор влажного материала;

3 - разгрузитель высушенного продукта; 4 - воздуходувная машина;

5 - калорифер; 6 - циклон; 7 - бункер; 8 - рукавный фильтр
Влажный материал винтовым дозатором 2 подается в слой продукта, "кипящего" на газораспределительной решетке в аппарате 1. Воздух, забираемый из атмосферы, подается вентилятором 4 в калорифер 5, где нагревается до заданной температуры, а затем поступает в под решеточное пространство аппарата 1. Выходя с большой скоростью из отверстий газораспределительной решетки, нагретый воздух псевдоожижает и высушивает слой материала. Высушенный продукт непрерывно выгружается секторным (шлюзовым) разгрузителем 3. Отработанный воздух очищается от унесенной пыли в циклоне 6. Улавливаемая пыль непрерывно (или периодически) выгружается из бункера 7 и вместе с высушенным материалом в виде готового продукта направляется на склад или на дальнейшую переработку. В схеме, представленной на рис. 1, в зависимости от технологических условий, вместо калориферов могут быть использованы различные топки. Полную очистку отработанного теплоносителя можно осуществлять в рукавных фильтрах или других пылеулавливающих устройствах.

Глава 2. Технологический расчет сушилки.

1. Материальный и тепловой расчеты сушилки

Количество влажного материала, поступившего на сушку:

Количество удаляемой влаги:

Определение параметров воздуха в сушилке

1. 
   Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки
   

Δ=c_H20⋅t_M^H+q_доп−(q_T+q_M+q_П) ,

где q_доп =0 - удельный дополнительный подвод теплоты в сушилку;

q_т =0 - удельный расход тепла в сушилке с транспортными средствами;

q_м – удельный расход тепла в сушилки с высушиваемым материалом;

q_п – удельные потери тепла.

Построение теоретического процесса сушки

т.А ( t₀=20 ⁰C; ϕ=70% ;d₀=0,01кг /кг ;I₀=46кДж/кг ) - характеризует состояние атмосферного воздуха

т.B ( =140 ⁰C; d1=d₀=0,01кг /кг ;I₁=169 кДж/кг ) - характеризует состояние воздуха на входе в сушилку

т.C' ( =90 ⁰C;d₂=0,0295 кг /кг ; I₁=169 кДж/кг ) - характеризует состояние воздуха на выходе из теоретической сушилки

Отрезок В С' - характеризует теоретический процесс сушки.

2. 
   Удельный расход тепла в теоретической сушилке
   

кДж/кг

Удельная потеря теплоты 5% от q_теор:

q_пот = 0,05*6308 = 315 КДж/кг влаги.

Построение действительного процесса сушки

Удельные затраты тепла на нагрев материала

кДж/кг вл.
См =1,75 кДж/кг⁰С - теплоемкость высушенного материала, [1] c.248

3. 
   Разность между удельными потоками теоретической и действительной сушилок:
   

Δ=q_M+q_пот−С_H2O⋅t_M^H=635+315-4.19⋅20=866 кДж/кг вл.

4. 
   Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I − d необходимо задаться произвольным значением влагосодержания в интервале от 0.01 до 0.0295 кг/кг. Принимаем d = 0.02 кг/кг(точка Е).
   

Находим энтальпию воздуха для точки Е.

I =I₁−Δ⋅(d –d₀)=169−866 ⋅(0,02−0,01)=160,34 кДж/кг сух возд

Строим точку Е. Определяем положение и параметры точки С, характеризующей действительные параметры воздуха на выходе из сушилки.

Т. С: t_г^к = 90 ⁰С; I₂ = 153,12 КДж/кг, d₂ = 0.0233 кг/кг сух. возд.

Отрезок ВC - характеризует действительный процесс сушки.

Построения приведены на рис. 2.

5. 
   Расход сухого воздуха на сушку:
   

кг/с

Часовой расход воздуха: 6768 кг/ч.

6. 
   Удельный расход воздуха:
   

кг сух. возд./кг вл.

7. 
   Средняя температура воздуха в сушилке:
   

=115 ⁰C

8. 
   Среднее влагосодержание воздуха в сушилке
   

01665 кг вл./кг сух. возд.

9. 
   Средняя плотность воздуха и водяных паров:
   

кг/м3

кг/м3



Рис.2 Графическое изображение процесса сушки на I-d диаграмме

10. 
    Средняя объемная производительность по воздуху:
    

м³/с = 9525 м³/ч


Тепловой баланс сушилки:

А) Приход тепла :

- с атмосферным воздухом:

q₀=l⋅I ₀=75⋅46=3450 кДж/кг

-с влагой материала:

q_В=C_d⋅t_М ^H=4,19⋅20=83,8 кДж/кг

- с материалом:

кДж/кг

- с воздухом после калорифера:

q_K=l⋅( I₁−I₀)=75⋅(169−46)=9225 кДж/кг

Суммарный приход тепла:

Σприход=12954,3 кДж/кг

Б) Расход тепла:

- с отработанным воздухом: q_2в=l⋅I₂=75⋅153,12=11484 кДж/кг

- с высушенным материалом:

кДж/кг

- потери в окружающую среду:

q_пот =315 кДж/кг

Суммарный расход тепла:

Σрасход=12612,11кДж/кг

Невязка баланса:

Наименование статьи	Количество тепла
	кДж/кг вл.	%
Приход тепла
Тепло, вносимое атмосферным воздухом, q0	3450	26,63
Тепло, вносимое влагой материала, qв	83,8	0,65
Тепло вносимое материалом, qм	195,5	1,5
Тепло, вносимое воздухом после калорифера, qк	9225	71,2
Итог:	12954,3	100
Расход тепла
С отработанным воздухом, q2в	11484	91
С высушенным материалом, q2м	831,11	6,5
Потери в окружающую среду, qп	297	2,3
Невязка баланса	+342,19	2,6
Итог	12954,3	100

2. 
   Определение основных характеристик кипящего слоя и размеров аппарата
   

Динамическая вязкость воздуха при температуре 95 ⁰С:

μ =22⋅10^-6 Па⋅c; плотность воздуха: кг/м³.

1. 
   Критерий Архимеда
   

2. 
   Критерий Рейнольдса:
   

3. 
   Начальная скорость псевдоожижения:
   

4. 
   Критерий Рейнольдса:
   

5. 
   Скорость витания(уноса):
   

По опытным данным принимаем число псевдоожижения Kw=1,45

6. 
   Определяем рабочую скорость воздуха в сушилке:
   

Wраб=Kw⋅Wкр=1,45⋅0,472= 0,6844 м/с

Принимаем Wраб = 0,7 м/с

7. 
   Рабочее значение критерия Рейнольдса:
   

8. 
   Порозность неподвижного слоя:
   

9. 
   Порозность кипящего слоя:
   

10. 
    Диаметр аппарата:
    

м

Принимаем по ГОСТ 9617-76.

11. 
    Сечение аппарата на уровне решетки:
    

м²

12. 
    Исходя из опытных данных, принимаем время сушки τ_сл=1 ч
    

Масса слоя в аппарате:

G_сл=G2⋅τ_сл=1100⋅1=1100 кг

13. 
    Объем неподвижного слоя:
    

м3

14. 
    Высота неподвижного слоя:
    

м

15. 
    Высота кипящего слоя:
    

м

16. 
    Высоту аппарата принимаем в 6 раз больше кипящего слоя:
    

Hап=6⋅H=6⋅0,322=1,932 м

Принимаем высоту аппарата H_ап=2 м

Высоту конической части принимаем в 2 раза больше кипящего слоя

Hк =0.65 м

17. 
    Гидравлическое сопротивление аппарата:
    

Сопротивление слоя:

Pсл=ρ_M⋅(1−𝜀₀)⋅g⋅H₀=1500⋅(1−0,378)⋅9,81⋅0,298 = 2728 Па

В качестве газораспределительной решетки используется перфорированная сотовая решетка с расположением отверстий в ней по вершинам правильных шестиугольников.

Скорость воздуха в отверстиях решетки при живом сечении ϕ=0,05

м/с

Исходя из промышленной практики, примем диаметр отверстий решетки dотв=0,004 м , а толщину решетки δр=0,01м . При ⇒C=0,63

Сопротивление решетки:

Па

Сопротивление аппарата:

Δ Pап=ΔPсл+Δ Pреш=2728+214=2942 Па

Глава 3. Конструктивный расчёт

1. 
   Расчет и выбор оптимальных параметров газораспределительной решетки.
   

1. 
   Число отверстий на диагонали:
   

отв

t – шаг отверстий:

мм

2. 
   Число отверстий на стороне шестиугольника:
   

отв.

3. 
   Число шестиугольников:
   

шт.

4. 
   Число отверстий в решетке:
   

n=1+3c+3c²=1+3⋅58+3⋅58² = 10267 отв.

2. Выбор и расчет калорифера

1. Расход тепла в калорифере

Q=L⋅c_возд⋅(t₁−t₀)=1.88⋅1,01⋅10³⋅(140−20)=227856 Вт , где

c_возд=1,01кДж/ кг⋅К - теплоемкость воздуха при средней температуре воздуха.

2. 
   Скорость движения воздуха в калорифере.
   

Принимаем скорость движения воздуха в калорифере ω_кал = 10 м/с.

3. 
   Коэффициент теплопередачи
   
4. 
   Площадь поверхности нагрева.
   

м².

5. Выбор калорифера.

Выбираем калорифер КЧПП №7: поверхность теплопередачи калорифера

F_кал=38,9 м2 , [2] т.1.1 с.37.

Общее число калориферов

n_кал=F/F_кал=70,64/38,9 =2 шт.

6. Сопротивление калорифера

Δ P_кал=ρ⋅g⋅e(ρ ⋅ω_кал)^m=0,9⋅9,81⋅0,175⋅(0,9⋅10)^1.72=67,65Па

e=0,175, m=1,72- опытные коэффициенты для модели калорифера типа КЧПП , [2] т .4.3 с . 38.

Δ P_кал^­общ=n_кал⋅Δ P_кал=2*67,65=135 Па.

3. 
   Выбор и расчет питателя для загрузки материала в сушилку
   

Исходные данные:

- производительность по материалу G₂ = 1100 кг/час ,

Выбираем винтовой питатель ПВI-160 с параметрами: [2] т.4.6 с.64

Ориентировочный диаметр винта:

Dвинт ⩾ (10-12)dcp

Dвинт ⩾ (10-12)0,0015 м

Dвинт ⩾ (0,015-0,018)м

Принимаем: диаметр винта Dвинт=160 мм=0,16м;

шаг винта S =160 мм;

частота вращения винта n = 19 об/мин.

Производительность питателя:



Потребляемая мощность:

кВт=40Вт

Wоп=4 - опытный коэффициент сопротивления , [2] т .4.7 с .65.

4. Выбор и расчет питателя для выгрузки материала

Выбираем шлюзовый питатель ПШ1-100: [2] т .1.9 с .44

-производительность: 0,14-1,34 м³/ч

-объем ротора: V=0,0012м3

-диаметр ротора: Dp=100 мм=0,1м

-мощность вращения ротора: n=2-19 об/мин

-мощность привода: N=0,8 кВт

-длина ротора:

м

Производительность по высушенному материалу:

G_к =

Рабочая частота:

об /мин

2 об /мин<17,6 об /мин<19 об /мин

5. Выбор и расчет циклона

Выбираем циклон НИИОГаз ЦН – 15.

1. 
   Оптимальная скорость газа в аппарате Ꙍ_оп =3,5 м/с.
   
2. 
   Необходимая площадь сечения циклона:
   

м²

3. 
   Диаметр циклона(при числе циклонов N=2):
   

м

Принимаем Dц=700 мм.

4. 
   Действительная скорость газа в циклоне:
   

Отклонение от – 2,9%.

5. 
   Коэффициент гидравлического сопротивления:
   

,

где К1-поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 1.5, стр 39);

К2 - поправочный коэффициент на запыленность газа(табл. 1.6, стр. 40);

К3-коэффициент учитывающий потери при случаях нескольких циклонов;

– коэффициент гидравлического сопротивления.

6. Потери давления:

7. Основные размеры циклона ЦН-15 [2] т.4.5. с. 52

-внутренний диаметр выхлопной трубы: d= 420 мм;

-внутренний диаметр пылевыпускного отверстия: d₁ = 245 мм;

-ширина входного патрубка в циклоне: b=140 мм;

-ширина входного патрубка на входе : b₁=182 мм;

-длина входного патрубка: l=420 мм;

-диаметр средней линии циклона: D_ср = 560 мм;

-высота установки фланца: h_фл = 70мм;

-угол наклона крышка и входного патрубка циклона: α = 15⁰;

-высота входного патрубка: а = 462 мм;

-высота выхлопной трубы: h_т=1218 мм;

-высота цилиндрической части циклона: Hц=1582 мм;

-высота конуса циклона: Нк=1400 мм;

-высота внешней части выхлопной трубы: h_в = 210 мм;

-общая высота циклона: Н=3192 мм;

-толщина стенки циклона: δ = 5 мм.

6. Выбор вентилятора

1.Гидравлическое сопротивление сушильной установки с кипящим слоем:

Δ Робщ= Δ Pтр +Δ Pc+Δ Pк+ΔPц,

где Δ Pтр – сопротивление трубопровода

Δ Pc – сопротивления аппарата;

Δ Pк - сопротивление калорифера;

ΔPц - сопротивление циклона.

Принимаем гидравлическое сопротивление воздуховодов 20% от общего сопротивления установки , то есть Δ Pтр=0,2⋅Δ Pобщ, тогда

Δ Робщ=1,2⋅(ΔPc+ΔPк+Δ Pц)=1,2⋅(2942 + 135 + )=4819 Па.

По сопротивлению и расходу воздуха (Vр = 1,782м³/с) выбираем вентилятор ТВ-150-1,12, с параметрами: [3] т.10 с. 42

-производительность: V=2,5 м3/ч

-напор: ρgH=ΔР=12000 Па

-частота вращения колес: n=48,3 с-1

-мощность электродвигателя типа А02-82-2: N_H=55 кВт

7. Определение толщины стенки обечайки

δ⩾

P=Pатм=0,1МПа – давление в сушилке

D=1,8м – диаметр аппарата

ϕ_ш=0,9 - коэффициент сварного шва для автоматической двухсторонней сварки.

Принимаем материал аппарата – нержавеющую (легированную) сталь 12Х18Н10Т с нормативным допускаемым напряжением при [σ]=184МПа.

Прибавка на коррозию за 10 лет со скоростью коррозии 0,2 мм/г:

Скор=10⋅0,1=1 мм=0,001 м

δ⩾ м

Принимаем из практических рекомендаций δ=8 мм т.к. перед эксплуатацией аппарат подвергают пневмоиспытаниям на прочность сварных швов и герметизации соединений при давлении превышающее рабочее в 2-3 раза.

8. Определение диаметров штуцеров для ввода и вывода газа и материала

Из практических рекомендаций скорость газа и материала в штуцерах принимаем:

-для материала: Vшм=0,1-0,5 м/с

-для газа: Vшг=30м/с

Вход и выход воздуха из аппарата

м

Принимаем dшг = 300 мм.

Вход материала в сушилку

м

Принимаем d_шм=40 мм

9. Выбор фланцев для обечайки и штуцеров аппарата

Принимаем стальные плоские приварные фланцы по ГОСТ 28759.2-90, [5] т. 4.9 с. 29.



Рис.4. Плоский приварной фланец.

10. Выбор опор аппарата

1. Общая масса аппарата

Мобщ=Мап+Ммат+Мнз

Масса конструкций аппарата ( ρстали=7900 кг /м3 )

Мап=Мобеч+Мкр+Мдн+Мфланц+Мреш

-масса обечайки

Мобеч=ρ_стали⋅π/4⋅(D_H² −D_ВН² )⋅H_обеч = 7900⋅3,14/4 ⋅(2, 216²−2,2²)⋅2,4=1051,6

-масса крышки( по ГОСТ):Мкр=209 кг.

-масса днища (по ГОСТ12623-78): Мдн=170 кг.

-масса газораспределительной решетки

Мреш=ρ_стали⋅π/4⋅D_H ² ⋅δ p=7900⋅3,14/4 ⋅4⋅0,005 = 124 кг

-масса фланцев(по ГОСТ 28759.2-90):

Мфл=2⋅М_фл1+2⋅М_фл2+6⋅М_фл3=2*98,7+2*140,4+6⋅15,9= 573,6 кг

Масса аппарата: Мап=2128 кг

-масса влажного материала в аппарате

Ммат = 1170 кг.

-масса неучтенных элементов сушилки принимаем в размере 20% от Мобщ

Мобщ=1,2⋅(Мап+Ммат)=1,2⋅(2128+1170)=3958 кг=3,95 т

Число опор принимаем Zоп=3 шт

Нагрузка на одну опору

Моп=Мобщ/3=3,95/3 = 1,32т

Принимаем лапы опорные подвесных вертикальных сосудов и аппаратов с допустимой нагрузкой 16 кН (ГОСТ 26296-84
(СТ СЭВ 4349-83)


Рис.5 Сварные опорные лапы.

11. Расчет тепловой изоляции

В качестве материала тепловой изоляции выбираем асботермит, коэффициент теплопроводности изоляционного материала: 

и = 0,295 кДж/кг•⁰С.

Принимаем температуру наружной поверхности стенки t_ст.в.=60 С; температуру окружающей среды t0 = 20 С, тогда толщина слоя изоляции:

δи=λи (tг .п .−tст. в . )/(αв (tст. в .−tв )),

_в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду,

αв=8,4+0,06⋅(t_{ст. в.} −t₀)=8,4+0,06⋅(60−20)= 10,8 Вт/м2⋅K.

δ_и=0,295⋅(140−20)/(10,8⋅(60−20)=0,082 м

Принимаем толщину тепловой изоляции 90 мм.




Заключение
В расчетно-пояснительной записке представлены тепловой, гидродинамический, конструктивный, материальный, расчеты сушильной установки с псевдоожиженным слоем для сушки влажного материала кварцевого песка.

Получены следующие показатели сушки, по расчетам материального и теплового балансов:

• 
  количество удаляемой влаги W =90 кг/ч
  
• 
  расход сухого воздуха L = 1,88 м³ / с
  
• 
  влагосодержание воздуха на выходе из сушки d₂ =0,0233 кг / кг
  

В результате гидродинамического расчета получили следующие основные характеристики :

• 
  диаметр решетки Dp =2,2 м
  
• 
  высота кипящего слоя материала Нсл = 0,322 м
  
• 
  высота аппарата Нап =2 м
  
• 
  рабочая скорость воздуха в сушилке Wраб = 0,7 м/с
  
• 
  порозность кипящего слоя ε =0,425
  
• 
  гидравлическое сопротивление аппарата ΔРс = 2942 Па
  
• 
  общее сопротивление установки ΔРобщ = 4819 Па
  
• 
  Произведен выбор вспомогательного оборудования:
  

циклона ЦН-15, 2 калориферов типа КЧПП №7, винтового питателя ПВI-160, шлюзового питателя для выгрузки материала ПШ I-100 и вентилятора ТВ-150-1,12.

В результате конструктивного расчета были определены: толщина стенки аппарата, диаметры штуцеров, типы и размеры фланцев и опор.





Литература



1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.– Л.: Химия, 1987.–576 с.

2. Овчинников Л.Н. Примеры расчета сушильного оборудования для химической и силикатной промышленности / Л.Н. Овчинников, Н.Л Овчинников; Иван. Гос. Хим. –технол. ун-т.- Иваново, 2015. 162 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.: Химия, 1991. – 496 с.

4. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1970. -752 с.

5. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели: Методические указания /Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Сост. Н.Ю. Смирнов, Г.Д.Демидова, Б.П.Дотокин, А.А. Мельников, Е.В. Таланов, В.В.Яшков. – Иваново, 2004. – 60 с.