Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки аммофоса

Содержание

Введение 2

1. Технологический расчет сушильной установки 3

   1.1. Расчет сушильной установки для зимних условий 3

   1.1.1. Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку 3

   1.1.2. Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента 6

   1.2. Расчет сушильной установки для летних условий 9

   1.2.1. Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку 9

   1.2.2. Параметры отработанных газов.  Расход сушильного агента 10

   1.3. Определение основных размеров сушильного барабана 13

2. Технологический  расчет вспомогательного оборудования 20

   2.1. Расчет вытяжного циклона 20

   2.2. Расчет вентилятора 22

3. Технологический  расчет рукавного фильтра 25

Заключение 27

Процесс сушки аммофоса на I-x диаграмме 28

Список  Литературы 30

 

       Введение

      Сушка – это процесс удаления из материала влаги путем ее испарения и отвода образовавшихся паров.

      В большинстве процессов химической технологии сушка является заключительной стадией, поэтому очень ответственной, в заключительной степени определяющей качество готово продукта и эффективность производства в целом.

      Аппараты, в которых осуществляется сушка, называются сушилками. Барабанные конвективные сушилки различных конструкций находят широкое применение в химической промышленности для сушки кусковых, кристаллических и зерновых материалов, как правило, в крупно тоннажных производствах. Такое положение объясняется следующим: процесс протекает экономично благодаря возможности использования высоких температур воздуха, достигается большая производительность единичного аппарата, сушилки вполне надежны в эксплуатации.

 

1. Технологический  расчет сушильной установки.

1.1. Расчет сушильной установки для зимних условий.

1.1.1. Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку.

      В качестве топлив используют природный сухой газ следующего состава (в % (об.)):92,0 СН₄; 0,5 С₂Н₂; 5Н₂; 1 СО; 1,5 N₂.

      Теоретическое количество сухого воздуха L₀, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно:

      L₀ = 138 (0,0179 CO + 0,24 H2 + ∑(m+(n/4) CmHn)/(12 m + n), (1)

где составы  горючих газов выражены в объемных долях. Подставив соответствующие значения, получим:

L₀ = 138*[(0,0179*0,01 + 0,24*0,09 + (1 + (4/4)*0,92)/(12*1 + 4) + (2 + (6/4)*0,05)/(12*2 + 6)] = 17,68 кг/кг.

     Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов:

    Количество  тепла Q_v , выделяющегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

    Q_v = 0,92*35741 + 0,005*63797 + 0,05*10810 + 0,01*12680=33868 кДж/(м³*т).

    Плотность газообразного топлива р_т:

             (2)

где М_i, — мольная масса топлива, кмоль/кг; t_т — температура топлива, равная 20 °С; ν₀ — мольный объем, равный 22,4 м³/кмоль. Подставив, получим:

    Количество  тепла, выделяющегося при сжигании 1 кг топлива:

      Q = Q_v/р_т = 33868/0,652 = 51945 кДж/кг. (3)

    Масса сухого газа, подаваемого в сушильный  барабан, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха α, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси t_см = 250 °С.

    Значение α находят из уравнений материального и теплового балансов. Уравнение материального баланса:

            (4)

где L_с.г. – масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива; С_тН_п – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

    Уравнение теплового баланса:

        (5)

где η — общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки (полноту сгорания топлива и т. д.) и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95; с_т – теплоемкость газообразного топлива при температуре t_т = 20 °С, равная 1,34 кДж/(кг*К); I_о – энтальпия свежего воздуха, кДж/кг; i_с.г – энтальпия сухих газов, кДж/кг; i_с.г = с_c.г*t_с.г; с_c.г =, t_с.г – соответственно теплоемкость и температура сухих газов: с_c.г =1,05 кДж/(кг*К), t_с.г = 250 °С; х_о – влагосодержание свежего воздуха, кг/кг сухого воздуха, при температуре t_о = -8,61 °С и относительной влажности φ₀ = 85,82 %; i_п – энтальпия водяных паров, кДж/кг; i_п = r_о + с_п*t_п; r_о – теплота испарения воды прн температуре 0 °С, равная 2500 кДж/кг; с_п — средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97 кДж/(кг*К); (t_п — температура водяных паров; t_п = t_{с г} = t_см = 250 °С. Решая совместно уравнения (4) и (5), получим:

        (6)

    Пересчитаем компоненты топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые.

    

    Количество  влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:

    

    Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6):

    Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 250 °С, равна:

        (7)

        кг/кг

    Удельная  масса водяных паров в газовой  смеси при сжигании 1 кг топлива:

        (8)

        кг/кг

    Влагосодержание газов на входе в сушилку (х₁ =х_см) на 1 кг сухого воздуха равно:

      

      

    Энтальпия газов на входе в сушилку:

        (9)

 кДж

    Поскольку коэффициент избытка воздуха  α велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I – х.

 

   1.1.2. Параметры отработанных  газов. Расход сушильного агента.

    Из  уравнения материального баланса  сушилки определим расход влаги W, удаляемой из высушиваемого материала:

        (10)

        кг/с

    Запишем уравнение внутреннего теплового  баланса сушилки:

        (11)

где Δ – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре θ₁, кДж/(кг*К); q_доп – удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп = 0; q_т – удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае q_т = 0; q_м – удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом, кДж/кг влаги; q_м = G_k*c_м*(θ₂ – θ₁)/W; c_м – теплоемкость высушенного материала, равная 1,25 кДж/(кг*К) [1]; θ₂ – температура высушенного материала на выходе из сушилки, °С. При испарении поверхностной влаги θ₂ принимают приблизительно равной температуре мокрого термометра t_м при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим, находим θ₂ по I – х диаграмме по начальным параметрам сушильного агента: θ₂ = 52,5 °С; q_п – удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги.

    Прежде  чем приступить к расчетам внутреннего теплового баланса, рассчитаем толщину тепловой изоляции и потери в окружающую среду.

    Определим необходимую толщину слоя изоляции сушилки внутри которой температура  t_ср. = , t_ср. = (264 + 70)/2 = 167 ^оС.

    Изоляционный  материал выбираем совелит, для которого коэффициент теплопроводности

     , где t_t средняя температура изоляционного слоя

     , где t – это температура теплоносителя, равная 250⁰С.

        

    Температура наружной поверхности изоляции не должна быть выше 30 °С (по санитарным нормам).

    Примем  температуру окружающего воздуха  t = 15°C и определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению:

    

    Удельный  тепловой поток 

    Принимая  приближенно, что все термическое  сопротивление сосредоточено в  слое изоляции можно написать:

    

    Толщина слоя изоляции

    

 167- (-8,61)] = 0,111 м.

    Принимаем δ = 120 мм.

    Так как наш сушильный барабан имеет изоляцию большой толщины, то принимаем, что потери в окружающую среду практически не совершаются, а присутствуют только удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги, q_п = 22,6 кДж/кг, что соответствует примерно 1% тепла затрачиваемого на испарение 1 кг воды.

    Подставив соответствующие значения, получим:

        кДж/кг влаги

    Запишем уравнение рабочей линии сушки:

        (12)

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

х₁ = 0,0155, I = 309. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующее значение I. Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сухого воздуха. Тогда:

    I = 309 – 200*(0,1 – 0,0155) = 292 кДж/кг сухого воздуха.

    Через две точки на диаграмме I – х с координатами х₁, I₁ и х, I проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂ = 80 °С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂ находим параметры отработанного сушильного агента: x₂ = 0,0817 кг/кг.

    Расход  сухого газа:

        (13)

        кг/c

    Расход  сухого воздуха:

        (14)

        кг/c

    Расход  тепла на сушку:

        (15)

        кВт

    Расход  топлива на сушку:

        кг/c

 

     1.2. Расчет сушильной  установки для  летних условий.

    1.2.1. Параметры топочных  газов, подаваемых в сушилку.

    Расчет  аналогичен представленному в пункте 1.1.1.

    Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6) с учетом влагосодержания свежего воздуха х₀ = 0,0085 при температуре t₀ = 19,4 ⁰С и относительной влажности φ = 59,59%, что соответствует летним условиям:

    Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 250 °С, равна:

        кг/кг

    Удельная  масса водяных паров в газовой  смеси при сжигании 1 кг топлива:

        кг/кг

    Влагосодержание газов на входе в сушилку (х₁ =х_см) на 1 кг сухого воздуха равно:

      

    Энтальпия газов на входе в сушилку:

 кДж

    Поскольку коэффициент избытка воздуха  α велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I – х.