Курсовая работа (т): Сушилка псевдоожиженного слоя частиц нитрата-аммония

Отрезок ВC - характеризует действительный процесс сушки.

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

t0=20°C

=120°C

=90°C

d0=d1=0,012кг/кг

d’=0,018кг/кг

d=0,02кг/кг

I0=51кДж/кг

I2=140кДж/кг

I1=170кДж/кг

Расход сухого газа равен:

кг/с

Удельный расход сухих газов на 1кг испаренной влаги:

 кг/кг

Средняя температура и влагосодержание воздуха в сушилке:

=1050C

015кг/кг

Средняя плотность воздуха и водяных паров:

кг/м3

 кг/м3

Средняя объемная производительность по воздуху:

м3/с= 7884м3/ч

Тепловой баланс сушилки:

Статьи прихода тепла:

с атмосферным воздухом:

q0=l⋅I 0=166⋅51=8466кДж/кг

-с влагой материала:

qВ=CВЛ⋅tМ H =4,19⋅20=83,8кДж/кг

- с материалом:

кДж/кг

- с воздухом после калорифера:

qK=l⋅( I1−I 0)=166⋅(170−51)=19754кДж/кг

Суммарный приход тепла:

Σприход=29734 кДж/кг

Статьи расхода тепла:

с отработанным воздухом: q2в=l⋅I2=166⋅140=23240кДж/кг

- с высушенным материалом:

кДж/кг

- потери в окружающую среду:

qпот =229кДж/кг

Суммарный расход тепла:

Σрасход=29325кДж/кг

Невязка баланса:

Определение основных характеристик кипящего слоя и размеров аппарата

Динамическая вязкость воздуха при средней температуре 1130С:

μ =0,0235⋅10−3 Па⋅c

Критерий Архимеда

Критерий Рейнольдса:

Начальная скорость псевдоожижения:

м/с

Критерий Рейнольдса:

Скорость витания:

м/с

По опытным данным принимаем число псевдоожижения Kw=1,45

Рабочая скорость воздуха в сушилке:

Wраб=Kw⋅Wкр=1,45⋅0,93=1,35м/с

Принимаем Wраб=1,4 м/с

Рабочее значение критерия Рейнольдса:

Порозность неподвижного слоя:

Порозность кипящего слоя:

Диаметр аппарата:

 м

Принимаем

Сечение аппарата на уровне решетки:

 м2

Исходя из опытных данных, принимаем время сушки τсл=0,5 ч

Масса слоя в аппарате:

Gсл=G2⋅τсл=1800⋅0,5=756 кг

Объем неподвижного слоя:

м3

Высота неподвижного слоя:

 м

Высота кипящего слоя:

 м

Высота аппарата:

Hап=4⋅H=4⋅0,65=2,3 м

Принимаем

Гидравлическое сопротивление аппарата:

Сопротивление слоя:

Pсл=ρM⋅(1−ϵ0)⋅g⋅H0=1770⋅(1−0,38)⋅9,81⋅0,59=6351,64Па

В качестве газораспределительной решетки будем использовать перфорированную сотовую решетку с расположением отверстий в ней по вершинам правильных шестиугольников

Рис.3. Газораспределительная решетка

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=6351+892=7243 Па

Расчет и выбор оптимальных параметров газораспределительной решетки:

мм

Число отверстий по диагонали

отв

Число отверстий на стороне шестиугольника

отв

Число шестиугольников

шт

Число отверстий в решетке

n=1+3c+3 c2=1+3⋅41+3⋅412=5167 отв.

. Выбор вспомогательного оборудования

2.1 Выбор и расчет калорифера

Расход тепла в калорифере

Q=L⋅cвозд⋅(t1−t0)=2⋅1,005⋅(120−90)=60300 Вт , где

cвозд=1,005кДж/ кг⋅К - теплоемкость воздуха при средней температуре воздуха tсp=120C ,[1] т. ХХVII с.528.

Средняя разность температур пара и воздуха в калорифере

Принимаем давление насыщенного водяного пара в калорифере Pп=8 ат=0,8МПа . При Pп=8 ат=0,8МПа , tп=169,90C [1] с. 550.

Выбор калорифера

Для калориферов типа КЗПП массовая скорость воздуха калорифера:

кг / м2⋅c

fкал =0,354м2 для КЗПП №7, поверхность теплопередачи калорифера

Fкал=30,4м2 , [2] т.4.2 с.50.

Скорость движения воздуха в калорифере

 кг/ м2⋅с

Коэффициент теплопередачи

K=1,162⋅(2+7√ωK )=1,162⋅(2+7√7)=24Вт/м2⋅K

Поверхность теплопередачи

F=Q/K⋅Δtcp=60300/(24⋅105)=239 м2

Общее число калориферов

nкал=F/Fкал=239/30,4 =8 шт.

Принимаем nкал=8 шт.

Сопротивление калорифера

Δ P'кал=9,81⋅e⋅ρωкm =9,81⋅0,122⋅61,76=28Па

e=0,122, m=1,76- опытные коэффициенты для модели калорифера типа КЗПП , [2] т .4.3 с . 51.

Δ Pкал=nкал⋅Δ P'кал=8⋅28=224 Па

Расход пара

Dп=Q/rп=60300/2194⋅103 =0,027кг/c=97,2 кг/ч ,

rп=2194 кДж/кг - удельная теплота парообразования при tп=129C ,[1] с. 548.

2.2 Выбор и расчет циклона

Диаметр циклона

Выбираем число циклонов типа ЦН n ц =1, скорость газа в циклоне

Vц=2,5-4 м/c .

Принимаем Vц=3,8 м/c

 м

Принимаем Dц=1 м .

Гидравлическое сопротивление циклона типа ЦН

ζ=105 для ЦН-15- коэффициент сопротивления для циклона ЦН -15 , [2] т .4.4. с .51

Напор газа в циклоне:

 Па

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

- диаметр выходной трубы: d=0,59м

ширина выходного патрубка: b=0,26м

длина входного патрубка: l=0,6м

высота выхлопной трубы: hт=1,74м

высота цилиндрической части: Hц=2,26м

высота конуса циклона: Нк=2м

общая высота циклона: Н=4,56м

2.3 Выбор и расчет питателя

Исходные данные:

производительность по влажному материалу G2 = 1800 кг/час ,

Выбираем винтовой питатель типа ПВI-320 с параметрами: [2] т.4.6 с.64

Ориентировочный диаметр винта:

Dвинт⩾(10-12)dcpвинт⩾(10-12)0,0035 мвинт⩾(0,035-0,042)мвинт=320 мм=0,32м

Шаг винта S = 320 мм

Потребляемая мощность:

 кВт=35Вт

Wоп=2,5 - опытный коэффициент сопротивления , [2] т .4.7 с .65.

2.4 Выбор и расчет разгрузителя

Исходные данные :

Шлюзовый разгрузитель ПШ1-250: [2] т .4.6 с .65

производительность: 1,46-14,2 м3/ч

объем ротора: V=0,0126м3

диаметр ротора: Dp=250мм=0,25м

длина ротора:

 м

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

мощность привода: N=1,1 кВт

Рабочая частота:

 об /мин

2 об /мин<5 об /мин<19 об /мин

Производительность:

 м3/ч

2.5 Выбор газодувной машины

Гидравлическое сопротивление сушильной установки с псевдоожиженным слоем

Δ Робщ=Δ Pc+Δ Pк+ΔPц+Δ Pтр

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

Δ Робщ=1,2⋅(ΔPc+ΔPк+Δ Pц)=1,2⋅(6351,64+224+682,3)=8710 Па

При Vс=1,25 м3/ч; ΔPобщ=8710 Па

Выбираем газодувку типа ТВ-100-1,12, с параметрами: [3] т.10 с. 42

производительность: V=2,47 м3/ч

напор: ρgH=ΔР=12000 Па

частота вращения колес: n=48,3 с-1

мощность электродвигателя типа А02-81-2: NH=40 кВт

. Конструктивный расчет аппарата

3.1 Определение толщины стенки обечайки

δ⩾

P=Pатм=0,1МПа - давление в сушилке

D=DP=1,44м - диаметр обечайки

ϕш=0,9 - коэффициент сварного шва для автоматической двухсторонней сварки; [3] т.13.3 с. 395

Принимаем материал аппарата - нержавеющую (легированную) сталь 03Х18Н11 с нормативным допускаемым напряжением при [σ]=125МПа ; [3] т. 13.1 с. 394

Прибавка на коррозию за 10 лет со скоростью коррозии 0,1 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.

3.2 Определение диаметров штуцеров для ввода и вывода газа и материала

Из практических рекомендаций скорость газа и материала в штуцерах принимают :

для материалов: Vшм=0,1-0,5 м/с

-для газов: Vшг=10-30 м/с

Вход и выход воздуха из аппарата

м

Принимаем dшг=430 мм=0.43м

Вход и выход материала из аппарата

 м

Принимаем dшм=100 мм=0.1 м

3.3 Выбор фланцев для обечайки и штуцеров аппарата

Принимаем плоские приварные фланцы, [4] т. 21.9 с. 547 ÷ 551

Рис.4. Приварной фланец

3.4 Выбор опор аппарата

Общая масса аппарата

Мобщ=Мап+Ммат+Мнз

Масса металлоконструкций аппарата ( ρстали=7900 кг /м3 )

Мап=Мобеч+Мкр+Мдн+Мфланц+Мреш

-масса обечайки

Мобеч=ρстали⋅π/4⋅(DH2 −DВН2 )⋅Hобеч

=7900⋅3,14/4 ⋅(1,442−1,312)⋅2,45=5431 кг

-масса крышки

Мкр=ρстали⋅π/4⋅(DH2 −DВН2 )⋅Hкр

=7900⋅3,14 /4⋅(1,442−1,312)⋅0,3=709,5 кг

Нкр=0,25⋅DВ=0,25⋅1,572=0,32 м

-масса днища

Мдн=ρстали⋅π/4⋅(DH 2 −DВН2 )⋅Hдн++ρстали+π/4⋅DH2⋅δ =

= 7900⋅3,14/4 ⋅(1,442−1,312)⋅0,7+7900+3,14/4 ⋅1,442⋅0,0016=327 кгдн=0,5⋅Dв=0,5⋅1,31=0,7м

-масса газораспределительной решетки

Мреш=ρстали⋅π/4⋅DH 2 ⋅δ p=7900⋅3,14/4 ⋅1,442⋅0,005 = 64,3 кг

-масса фланцев

Мфл=4⋅Мфл1+4⋅Мфл 2+4⋅Мфл 3=4⋅64,3+4⋅14+4⋅3,1 = 325 кг

Мап=1925 кг

-масса влажного материала в аппарате

Ммат=ρнас⋅π/4⋅DH 2 ⋅Hсл=800⋅3,14/4 ⋅1,44⋅0,65=587кг

-масса неучтенных затрат принимаем в размере 20% от Мобщ

Мнз=0,2⋅Мобщ

Мобщ=1,2⋅(Мап+Ммат)=1,2⋅(1925+587)=3014 кг=3,014т

Число опор принимаем Zоп=2 шт

Нагрузка на одну опору

Моп=Мобщ/2=3,014/2=1,507т

Принимаем опору (лапу) для вертикальных цилиндрических обечаек с нагрузкой на одну опору в 2,5 тонны; [4] т. 29.2 с. 673

Рис.5 Опоры

Основные размеры опоры:=150 мм Н=340 мм m=10,9 кг

В=180 мм S=12 мм

В1=140 мм a=30 мм=40 мм d=28 мм

3.5 Расчет тепловой изоляции

В качестве материала тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии +15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности lи = 0,09 Вт/м×К.

Принимаем температуру наружной поверхности стенки tст.в.=40 °С; температуру окружающей среды t0 = 18,8 °С, тогда толщина слоя изоляции:

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

aв - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду,

αв=8,4+0,06⋅(tст. в.−t0)=8,4+0,06⋅(40−18,8)=9,67Вт/м2⋅K

δи=0,09⋅(130−18,8)/9,67⋅(40−18,8)=0,048 м

Принимаем толщину тепловой изоляции 50 мм.

Заключение

В расчетно-пояснительной записке представлены тепловой, гидродинамический, конструктивный , материальный, расчеты сушильной установки с псевдоожиженным слоем для сушки влажного материала (карбамида).