Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки аммофоса

        (24)

       .

    t_x = 225,3 ⁰C.

    Средняя разность температур равна:

        (25)

        ⁰C.

    Подставляем полученные значения в уравнение (21):

        м³.

    Общий объем сушильного барабана V= 77,82+ 4,86 = 82,68 м³.

    Далее по справочным данным [2, 3] находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.

    В таблице 2 приведены основные характеристики барабанных сушилок, выпускаемых ; заводами «Уралхиммаш» и «Прогресс» [6]. По таблице выбираем барабанную сушилку № 7208 со следующими характеристиками: объем V = 86,2 м³, диаметр d = 2,8 м, длина l = 14 м.

    Определим действительную скорость газов в барабане:

        (26)

    Объемный  расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м³/с) равен:

        (27)

    где х_ср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха. Подставив, получим:

        м³/с.

Тогда м³/с.

    Определим среднее время пребывания материала  в сушилке [5]:

        (28)

    Количество  находящегося в сушилке материала (в кг) равно:

        (29)

        кг

    Отсюда  с.

    Зная  время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана [5]:

        (30)

       ^о

    Если  полученное значение α' мало (меньше 0,5о), число оборотов барабана уменьшают и расчет повторяют сначала.

    Далее необходимо проверить допустимую скорость газов, исходя из условия, что частицы  высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания ω_{с в}, определяют по уравнению [4]:

        (31)

    где μ_ср и р_ср – вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре; d – наименьший диаметр частиц материала, м; Аг = d³р_чр_срg/μ_ср² – критерий Архимеда; р_ч — плотность частиц высушиваемого материала, равная для аммофоса 1750 кг/м³.

    Средняя плотность сушильного агента равна:

      

        кг/м³

    Критерий  Архимеда:

      

    Тогда скорость уноса:

        м/с.

    Рабочая скорость сушильного агента в сушилке  (ω_д = 2,746 м/с) меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера ω_с.в = 6,653 м/с, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем. В противном случае (при ω_д > ω_с.в) уменьшают принятую в расчете скорость сушильного агента и повторяют расчет.

    2. Технологический  расчет вспомогательного оборудования.

    2.1. Расчет вытяжного циклона. 

    Для выделения частиц сухого материала  из воздуха, выходящего из барабанной сушилки, выбираем циклон конструкции НИИОГАЗ серии ЦН-24. Для циклона ЦН-24 оптимальная скорость воздуха 4,5 м/с [7].

    Определим необходимую площадь сечения циклона:

        (32)

где ν_г – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м³/с; ω_опт – оптимальная скорость воздуха в циклоне, м/с.

        м².

    Диаметр циклона:

        (33)

        м.

    Диаметр циклона округляем до стандартного значения D = 2,4 м [3].

    Действительная  скорость воздуха в циклоне:

        (34) 

        м/с.

    Действительная  скорость не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%. Данное условие сохранилось.

    Определим потери давления в циклоне:

        (35)

где ξ  – коэффициент гидравлического  сопротивления; ρ – плотность  воздуха при рабочих условиях кг/м³.

    ξ для циклона ЦН-24 равно 80 [2].

    Плотность воздуха при рабочих условиях определим по формуле:

        (36)

где ρ₀ – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³; t₂ – температура воздуха на выходе из сушилки, ^оС.

        кг/м³.

    Тогда потери давления в циклоне:

        Па.

 

     2.2. Расчет вытяжного вентилятора.

    Для транспортировки сушильного агента через сушильную установку применяют вытяжной вентилятор. Расчет ведем по летним условиям, так как летом нагрузка на вентилятор больше. Для его выбора рассчитываем полное гидравлическое сопротивление установки:

          ∆Р = ∆Р_б.с +∆Р_ц +∆Р_р.ф + ∆Р_п (37)

    Где ∆Р_б.с, ∆Р_ц, ∆Р_р.ф, ∆Р_п, - гидравлическое сопротивление соответственно барабанной сушилки, циклона, рукавного фильтра, трубопровода, в Па.

    ∆Р_б.с для сушилок диаметром до 2.8 м. составляет 20-35 мм. вод. ст. = 196-343 Па. [12].

    Примем:

    ∆Р_б.с = 343 Па.

    ∆Р_ц = 808 Па.

    ∆Р_р.ф = 2000 Па.

    Примем  скорость воздуха в трубопроводе ωтр = 25 м/с.

    Диаметр трубопровода:

            (38)

    Где V = 8.92 * 1.4 = 12,43;

    d = 0,796 м.

    Примем диаметр d = 800 * 15 мм, ωтр = 24,73 м/с.

    Температура воздуха на входе в сушилку  273 ^ОС, на выходе из рукавного фильтра примем t = 70 ^ОС.

    Средняя температура:

    tср = (273+70)/2 =171,5 ^ОС.

    ρ=1,04 кг/м³ [2]

    μ=2,2*10^-5 Па*с

    Re = (24,73*0,8*1,04)/2,2*10-5 = 9,35*10⁵

    Примем, что трубы были в эксплуатации и имеют незначительную коррозию. Тогда ∆=0,15 мм. Получим:

    e = 1,5*10^-4 / 0,77 = 1,95*10^-4,

    10/e = 51282< Re = 935000< 560/e = 2871795.

    Так как Re попадает в этот промежуток, расчет λ следует проводить для смешанного трения:

            (39)

    λ = 0,11*(1,95*10^-4 + 68/935000)^0,25 = 0,014 м.

    Определяем коэффициенты местных сопротивлений [1]:

    1) вход в трубу (принимаем с острыми краями); ξ1=0,5

    2) колено с углом 90^О;  ξ2=1,1

    3) выход из трубы;  ξ3=1,0

    Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

    

    Гидравлическое  сопротивление трубопровода:

    ΔР_n = (0,014/0,77 + 4,8)*1,04*24,73²/2 = 1642 Па.

    Избыточное  давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления всей установки и трубопровода:

    ΔР = 343 + 808 + 2000 + 1642 = 4793 Па.

    Таким образом, необходим вентилятор высоко давления. Полезную мощность его находим  по формуле:

    N_n = V* ΔР = 12,83*4793 = 60 кВт.

    В центробежных насосах вал электродвигателя обычно непосредственно соединяется с валом насоса; в этих случаях η_пер = 1.

    η_н центробежных насосов большой подачи примем равной 0.9.

    N = N_n/( η_пер* η_н) = 66,67 кВт.

    Выбираем  газодувку ТВ-450-1,08, которую можно  считать вентилятором высокого давления, со следующими характеристиками:

    Q=7,50 м3/с; ∆р=8000 Па; п=49,5 с^-1; электродвигатель типа А2-92-2; N=125 кВт; η_дв=0,94.

    

 

     3. Технологический  расчет рукавного фильтра.

    Для дальнейшей очистки воздуха после  циклона устанавливаем рукавный фильтр. Фильтрующая поверхность аппарата определяем из выражения:

        (40)

    где V_п – объем газа, поступающего на очистку, м³/ч;

    V_р – объем газа или воздуха, расходуемого на обратную продувку, м³/ч;

    q – удельная газовая нагрузка при фильтровании, м³/(м²*мин);

    F_p – фильтрующая поверхность, отключаемая на регенерации в течение 1 ч, м².

    Для фильтров с импульсной продувкой, в  связи с кратковременностью процесса регенерации, поверхностью фильтра, выводимой из процесса фильтрации на время регенерации, и объемом газа, расходуемого на обратную продувку, можно пренебречь.

    С достаточной для практических расчетов точностью удельная газовая нагрузка в рукавных фильтрах может определяться из следующего выражения:

      q = q_н·С₁·С₂·С₃·С₄·С₅ (41)

    где q_н – нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к агломерации, м³/(м²·мин):

    q_н = 2,6 м³/(м²·мин).

    С₁ – коэффициент, характеризующий особенность регенерации фильтровальных элементов. Для коэффициента, учитывающего влияние особенностей регенерации фильтровальных элементов, в качестве базового варианта принимается фильтр с импульсной продувкой сжатым воздухом с рукавами из ткани.

    Для этого аппарата коэффициент C₁ = l [8].

    С₂ – коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку.

    С₂ = 0,9 [8].

    С₃ – коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе.

    С₃ = 1,2 [8].

    С₄ – коэффициент, учитывающий влияние температуры газа.

    С₄ = 0,78 [8].

    C₅ – коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки.

    С₅ = 1 [8].

      q = 2,6·1·0,9·1,2·0,78·1 = 2,2 м³/(м²·мин).

    Определим фильтровальную площадь:

        м².

    Выбираем  рукавный фильтр с импульсной продувкой  ФРИП-540 [9], фильтровальная площадь которого 540 м², допустимое давление (разряжение) внутри аппарата 5 кПа.