Курсовая промышленные и тепломассообменные процессы и установки. курсовая. Курсовая работа по дисциплине Промышленные тепломассообменные процессы и установки на тему Расчёт барабанной сушильной установки

• Название: Курсовая работа по дисциплине Промышленные тепломассообменные процессы и установки на тему Расчёт барабанной сушильной установки
• Анкор: Курсовая промышленные и тепломассообменные процессы и установки
• Дата: 02.03.2022
• Размер: 317.58 Kb.
• Имя файла: курсовая.docx
• Тип: Курсовая; #380733

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Витебский государственный технологический университет»

Кафедра «Технология и оборудование машиностроительного производства»


КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Промышленные тепломассообменные

процессы и установки»

на тему «Расчёт барабанной сушильной установки»

Выполнил: студент гр. 4Тээ-1

факультета информационных технологий

и робототехники УО «ВГТУ» Осиновский Виталий Владимирович

Проверил: к.т.н., доц. Жерносек Сергей Васильевич

Консультант: ассистент Марущак Алексей Сергеевич
Витебск 2020

Содержание

Введение 3

Исходные данные 4

Материальный баланс сушильной установки 5

Состав и теплота сгорания топлива 5

Определение основных параметров топочных газов 5

Определение основных параметров сушильного агента в процессе сушки материала (по Id-диаграмме) 7

Расход топочных газов, присадочного воздуха, сушильного агента и топлива 9

Выбор скорости газов, определение кинетических коэффициентов и объема барабана 10

Средние значения физических параметров сушильного агента 12

Расчет угла наклона и проверка работоспособности барабана по уносу частиц 15

Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки и расхода электроэнергии 15

Заключение 18

Список использованных источников 19

Введение

Сушка представляет собой тепловую обработку материалов с целью удаления из них влаги путём испарения. Испарение влаги из материала происходит при условии, когда окружающая среда не насыщена влагой и способна воспринять водяные пары от поверхности материала. Следовательно, при сушке необходимо, чтобы концентрация (парциальное давление) водяного пара непосредственно у поверхности влажного материала (Р_пов) была больше, чем концентрация водяных паров в окружающей газовой среде (Р_газ).

Интенсивность сушки будет тем выше, чем больше разность парциальных давлений пара на поверхности материала и окружающей среды и больше приток тепла к поверхности материала.

По технологическим требованиям производства сушила должны обеспечить заданную производительность, возможную гибкость регулирования процесса и соблюдения оптимального режима сушки, чтобы получить наилучшее качество сушимого материала при наименьших затратах. При этом большое значение имеет равномерность сушки материалов или изделий по всему объёму рабочего пространства сушил.

Применяемые в промышленности сушила можно классифицировать по ряду конструктивных, технологических и других признаков. По виду обрабатываемого материала они разделяются на сушила для сушки изделий и сушки сыпучих кусковых материалов. По конструкции сушильного пространства - туннельные, шахтные, барабанные, камерные. По способу подачи и перемещения материала - распылительные, конвейерные, пневматические, размольно-сушильные. По схеме движения материала и сушильного агента - противоточные, прямоточные, с рециркуляцией и другие.

Для сушки мелкокусковых, сыпучих материалов и порошков применяются различные конструкции сушил непрерывного действия, например, барабанные, пневматические и распылительные.

Движение материалов и топочных газов внутри сушила может быть прямоточным и противоточным. Последнее обуславливается рядом факторов. Если требуется глубокое высушивание материала или, когда материал не выдерживает высокой температуры в первый период сушки и может быть нагрет до более высокой температуры в конце сушки, схема движения может быть противоточной. Противоток применяется при сушке песка, известняка и др. Однако в большинстве случаев находит применение прямоточная схема движения. Прямоток обеспечивает меньшее пыление и унос; влажные и пластичные материалы легче отдают начальную влагу и быстро приобретают необходимую сыпучесть. Обычно при температуре отходящих из барабана газов 110 - 120⁰С материал выходит с температурой 70-80⁰С. Скорость движения газов в барабане не превышает 2,5-3 м/с в избежание чрезмерного пылеуноса.

Широкое применение получили барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов.

Исходные данные

1. 
   Сушимый материал: известняк.
   
2. 
   Средняя плотность материала: ρ_м = 1870 кг/м³.
   
3. 
   Теплоемкость сухого материала: С_м = 0,92 кДж/кгºС.
   
4. 
   Состав – доля фракции: d_0,5 = 0,5 мм; d_0,3 = 1 мм; d_0,2 = 1,2 мм.
   
5. 
   Влажность: W₀ = 5%; W₂ = 0,1%.
   
6. 
   Производительность по готовой продукции: G₂ = 80 т/ч.
   
7. 
   Дымовые газы: t₁ = 800 ºС; t₂ = 110 ºС.
   
8. 
   Воздух: t₀ = 20 ºС; d₀ = 12 г/кг.
   
9. 
   Топливо: Газ.
   
10. 
    Схема получения сушильного агента: Б.
    
11. 
    Коэффициент избытка воздуха топки: α_т = 1,2.
    

Состав газа по объёму, %

Газопровод	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	C6H14	CO	CO2	N2
Газ №7	94,2	3	0,89	0,39	0,17	0,13	-	0,28	0,9

Q^d_i = 37560 кДж/кг

ρ = 0,771 кг/м³

Материальный баланс сушильной установки

Начальное, критическое и конечное влагосодержания сушимого материала:



Производительность сушильной установки по абсолютно сухой массе:

Расход влажного материала:

Количество испаряемой влаги:

Состав и теплота сгорания топлива

_{Низшая теплота сгорания сухого газообразного топлива}

Высшая теплота сгорания газообразного топлива

Определение основных параметров топочных газов

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания газообразного топлива:


Коэффициент избытка воздуха в топке для газообразного топлива


где где 𝜂_т=0,8 ­ коэффициент полезного действия топки, с_тл = 2,27 кДж/(кг*℃) – теплоемкость топлива, t_тл = 20 °С – температура топлива, i_п = 2731,07 кДж/кг – энтальпия водяного пара при температуре t_сг = t₁ = 800 ℃; c_сг = 1,58 кДж/(кг*℃) – средняя массовая теплоёмкость продуктов сгорания при температуре t_сг = t₁ (см. Приложения, табл. 6) [1].
Масса сухих продуктов сгорания для газообразного топлива

Масса водяных паров в составе продуктов сгорания для сухого газообразного топлива:

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки:

Энтальпия наружного воздуха:


где с_в=1 кДж/(кг*℃) ­ теплоёмкость воздуха; d₀ ­ влагосодержание наружного воздуха, г/кг.

Влагосодержание продуктов сгорания на выходе из топки:

Коэффициент избытка воздуха, дополнительно подаваемого в камеру смешения:

Энтальпия смеси продуктов сгорания и присадочного воздуха на выходе из камеры смешения:

Кратность смешения продуктов сгорания и присадочного воздуха:

Влагосодержание смеси продуктов сгорания и присадочного воздуха на выходе из камеры смешения:

Определение основных параметров сушильного агента в процессе сушки материала (по Id-диаграмме)

На I-d диаграмме ставим точку на пересечении линий I_см=I₁=1092,14 кДж/кг и d_см=d₁=88,45 г/кг для схемы Б. Точка лежит на вершине угла, образованного линиями I=const и d=const. Из вершины, проводим луч процесса (примерно по биссектрисе) по линии φ=100% и определяем температуру в точке пересечения. Она примерно совпадает по значению с температурой смоченного термометра , ℃ (рисунок 1).


Рисунок 1 – Схема определения температуры смоченного термометра по I-d диаграмме
Температура материала на выходе из сушилки при u₂ > u_к (или u_к – отсутствует)

Удельный расход теплоты на испарение влаги:

где i₀ ­ энтальпия пара при 0 ℃, кДж/кг; с_п=2493,1 кДж/(кг*℃) ­ теплоёмкость водяного пара при температуре t₂=110 ℃ [2]; с_w=4,19 кДж/(кг*℃) ­ теплоёмкость воды; ℃ ­ начальная температура материала, равная температуре сушильного агента на входе в барабан.
Удельный расход теплоты на нагрев материала:



Потери теплоты в окружающую среду:

Термовлажностное отношение или угловой коэффициент процесса:

Энтальпия сушильного агента на выходе из сушильной установки:


где с_в2=1 кДж/(кг*℃) ­ теплоёмкость сушильного агента, равная теплоёмкости воздуха при температуре t₂=110 ℃ на выходе из сушильной установки [2]; I₁=I_см=1092,14 кДж/кг ­ энтальпия агента на входе в барабан, равная энтальпии топочных газов; d₁=d_см=88,45 г/кг ­ влагосодержание агента на входе в барабан, равное влагосодержанию газов на выходе из топки.
Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушильной установки:

Расход топочных газов, присадочного воздуха, сушильного агента и топлива

Расход сушильного агента:


где d_см=d₁=88,45 г/кг ­ влагосодержание воздуха при φ=100%.


Расход присадочного воздуха:

Расход топочных газов:

Часовой расход топлива:

Объем топочной камеры для получения сушильного агента:


где q_v = 430 кВт/м³ ­ напряжение топочного объёма для сушильных установок (приложение, таблица 7) [1].

Выбор скорости газов, определение кинетических коэффициентов и объема барабана

Объём сушильного пространства V_б складывается из объёма V_пр, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры смоченного термометра сушильного агента) и объёма V_с, требуемого для проведения процесса испарения влаги, т.е. V_б= V_пр+ V_с.

В соответствии с этим весь процесс сушки разбивают на два этапа: прогрев и испарение.

Снижение энтальпии сушильного агента в период прогрева с учётом потерь в окружающую среду определяется по формуле:

Снижение энтальпии сушильного агента в период прогрева с учетом потерь в окружающую среду:

Энтальпия сушильного агента в конце периода прогрева:

Температура сушильного агента в конце периода прогрева:

Параметры сушильного агента в конце периода прогрева показываем на графике (рисунок 3). Для этого откладываем на I-d диаграмме из точки 1 вертикально вниз по линии d=const отрезок, численно равный ΔI_пр. В полученной точке (П) получаем энтальпию I_пр и температуру t_пр сушильного агента в конце периода прогрева и уточняем ранее принятое значение температуры смоченного термометра. Точку П на графике соединяем с точкой 2.



Рисунок 2 ­ Процесс на I-d диаграмме

Количество теплоты, отданное сушильным агентом в период прогрева:

Температурный напор на участке прогрева:

Средние значения физических параметров сушильного агента

Температура t_ср, влагосодержание d_ср, плотность ρ_г, коэффициент кинематической вязкости ν_г и коэффициент теплопроводности λ_г:



Коэффициент кинематической вязкости ν_г и коэффициент теплопроводности 𝜆_г сушильного агента принимаем по температуре t_ср=455℃ по приложению, таблица 8 [1]:


Среднее значение влагосодержания и платности сушимого материла:



Парциальное давление водяных паров в газе на входе и выходе из сушки:


Среднее значение парциального давления водяных паров:

Потенциал массообмена, выраженный через парциальное давление пара:


где Р_нп1 = 15730 Па при температуре t = 55 ℃, Р_нп2 = 47300 Па при температуре t=80 ℃, ­ давления насыщенного водяного пара при температуре смоченного термометра сушильного агента в начале и конце процесса сушки (приложение, таблица 10) [1].

Значения температур смоченного термометра такие, чтобы разности в скобках и были положительными.
Потенциал массообмена, выраженный через концентрацию пара:

Объемный коэффициент теплоотдачи для сушильного барабана:

Данное уравнение справедливо при:

• 
  оборот/мин, принимаем оборот/мин;
  
• 
  % ­ коэффициент заполнения барабана материалом для распределительного перевалочного устройства, принимаем %;
  
• 
  кг/(м²*с), средняя плотность газа кг/м³, а скорость газов в барабане принимаем м/с, следовательно произведение кг/(м²*с).
  

Объемный коэффициент массообмена:

Объем сушильного барабана, необходимый для прогрева материала:

Объем сушильного барабана, необходимый для испарения влаги:

Общий объем сушильного барабана:

Напряжение рабочего объема сушильного барабана:


Выбираем ближайший по объему стандартный барабан и находим его основные характеристики – длину L_Б = 20 м и диаметр D_Б = 2,8 м по ГОСТ [3].
Площадь живого сечения барабана для прохода сушильного агента:


Действительная скорость газов в барабане:




Расхождение между действительной и ранее принятой скоростями газов не больше 30%, следовательно, расчёт произведён верно.

Расчет угла наклона и проверка работоспособности барабана по уносу частиц

Средняя продолжительность пребывания материала в сушилке:

Угол наклона барабана:

Скорость уноса, равная скорости витания частиц:

где м ­ минимальный диаметр частиц материала; Ar ­ критерий Архимеда.

Действительная скорость сушильного агента в барабане меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера , следовательно, расчёт произведён верно.
Критерий Архимеда:

Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки и расхода электроэнергии

Потери напора при трении сушильного агента о стенки газоходов:


где ­ число Рейнольдса, принимаем Re = 9*10⁴.

(м²)

(м)
Потери напора в местных сопротивлениях (сужениях, поворотах):

где ­ число поворотов, принимаем из конструктивных соображений.
Расчетный диаметр циклона
Задаёмся условной скоростью газа в сечении циклона ω_y= 3 м/с.

Габариты стандартных циклонов серии ЦН выбираем по каталогу оборудования D_ц = 2600 мм, [4].
Гидравлическое сопротивление циклона:

где ­ коэффициент гидравлического сопротивления циклона.
Полное гидравлическое сопротивление сушильной установки:

По найденному полному сопротивлению и расходу сушильного агента производится выбор тягодутьевого оборудования [5]:

Выбирается вентилятор ВДН-8 со следующими характеристиками:

- тип электродвигателя: 5А160S6.

- мощность: N_у = 11 кВт.

- масса: 1100 кг.
Мощность тягодутьевой установки:

где ­ КПД тягодутьевой установки.
Расход электроэнергии на вращение барабана:

где σ=0,013 ­ константа для лопастной насадки, зависящая от конструкции насадки и степени заполнения барабана β, %.

Заключение

В данной курсовой работе рассчитана и спроектирована сушильная установка для сушки известняка. Производительность сушилки по влажному материалу 79920 кг/ч, объёмом 119,32 м³, длина сушильного барабана 20 м, диаметр – 2,8 м, сушильный агент – дымовые газы температурой t₁=800 ̊С, конечной t₂=110 ̊С.

Определена рабочая скорость сушильного агента 3,67 м/с, а также время пребывания материала в сушилке – 15665,33 с.

Определён расход сушильного агента – кг/с.

Также были выбраны циклон диаметром 2,6 м и тягодутьевое оборудование – вентилятор ВДН-8. Рассчитан расход электроэнергии на вращение барабана 42,74 кВт.

Произведённые расчёты подтверждают правильность выбора оборудования и эффективность технологического процесса сушки.

Список использованных источников

1. 
   Лакомкин, В.Ю. Расчёт и проектирование барабанной сушильной установки: «Санкт-Петербургский технологический университет растительных полимеров» / В.Ю. Лакомкин, С.Н. Смородин. – Санкт-Петербург: учебно-методическое пособие, 2012. –37 с.
   
2. 
   Таблица свойств перегретого пара [личный сайт]. – https://www.tlv.com/global/RU/calculator/superheated-steam-table.html (дата обращения :26.11.2020).
   
3. 
   ГОСТ 27120-86 Печи химических производств с вращающимися барабанами общего назначения [личный сайт]. – http://docs.cntd.ru/document/1200021738 (дата обращения :28.11.2020).
   
4. 
   Каталог пылеулавливающего оборудования [личный сайт] ­ https://kalorifer.net/sites/default/files/catalog/katalog_medved_ciklony_lite.pdf (дата обращения 28.11.2020).
   
5. 
   Каталог тягодутьевых машин [личный сайт] ­ https://kpsk.ru/oborudovaniye/ventilyatsionnoe/katalog-tyagodutevykh-mashin.html#006 (дата обращения 28.11.2020).