Введение
1 Обоснование и описание технологической схемы
1.1 Подробное описание принципа действия разрабатываемой установки
1.2 Обоснование мероприятий по охране окружающей среды
2 Описание конструкции и принципа действия сушильного аппарата
3 Описание конструкции и принципа действия вспомогательного оборудования
3.1 Описание конструкции и принципа действия циклона
3.2 Описание конструкции и принципа действия калорифера
3.3 Описание конструкции и принципа действия вентилятора
4 Расчет барабанной сушилки
4.1 Выбор типа сушилки
4.2 Материальный баланс сушилки
4.3 Выбор параметров сушильного агента на входе в сушилку
4.4 Внутренний тепловой баланс
5 Подбор вспомогательного оборудования
5.1 Подбор калорифера
5.2 Подбор циклона
Заключение
Список использованных источников
Введение
Процесс сушки широко распространен в химической отрасли: сушка минеральных удобрений, солей, органических веществ, синтетических красителей, химических волокон, тканей, строительных материалов и др.
Во многих случаях сушка является одной из важнейших операций, определяющих не только качество готовой продукции, но и технико-экономические показатели производства в целом.
Сушка производится различными методами и различными аппаратами. В данном курсовом проекте процесс сушки рассматривается со стороны непрерывного действия в барабанной сушилке.
В барабанных сушилках сушат порошковые и кусковые, зернистые и сыпучие материалы с размером кусков до 40 мм: каменный уголь, известняк, глину, песок, минеральные соли и другие материалы, а также дегидратируют гипсовый камень. Сушилки этого типа работают в непрерывном режиме при атмосферном давлении.
Корпус сушилки выполнен в виде стального сварного цилиндра с двумя бандажами, каждый из которых опирается на пару роликов. Наклон барабана , частота вращения его вокруг оси об/мин. Барабан приводится в движение от электродвигателя через редуктор, подвенцовое и венцовое зубчатое колесо, насаженное на корпус барабана.
Высушиваемый материал загружается через одно торцовое отверстие барабана, а выгружается через другое. Перемещение материала по барабану осуществляется за счет его наклона и вращения. Движение материала и теплоносителя в барабане может быть прямоточным и противоточным.
При использовании прямоточной схемы сушильный агент поступает через загрузочное торцовое отверстие барабана и движется попутно с движением материала. При использовании противоточной схемы теплоноситель входит в барабан через разгрузочное отверстие и направляется на встречу движущемуся материалу. Прямоточная схема по сравнению с противоточной обеспечивает более интенсивную сушку и максимальный удельный паросъём вследствие достижения высоких температурных напоров в начале, когда влажность материала максимальна, и он легко сушится. С другой стороны, противоточная схема позволяет, по сравнению с прямоточной, достигать наиболее полного теплоиспользования и экономии топлива.
В качестве теплоносителя используют дымовые газы или нагретый воз-дух. Дымовые газы применяются для термостойких материалов. Чем выше температура газа, тем экономичнее процесс, но нельзя повышать температуру выше 600-700 0С, т.к. при большей температуре будет быстро прогорать стенка барабана и внутренние устройства. Кроме того, будут большие температурные напряжения и барабан будет деформироваться.
Если материал не допускает большой температуры нагрева, или не допустимо
1 Обоснование и описание технологической схемы
Удаление влаги из влажного материала, согласно основным положениям массопередачи, осуществляется следующим путем: влага из ядра твердого материала переходит к поверхности раздела фаз (к самой поверхности материала). Этот процесс осуществляется за счет массопроводности. Затем влага передается от поверхности раздела фаз в ядро газовой фазы за счет конвективной диффузии.
Из опыта установлено, что скорость сушки влажного материала зависит от влажности материала, при этом наблюдается несколько периодов сушки:
Первый-период постоянной скорости сушки, или первый период: из ма-териала удаляется лишь свободная влага, и процесс сушки описывается зако-нами диффузии жидкости от поверхности материала к газу. В этот период ве-личина диффузионного сопротивления внутри материала меньше величины сопротивления в газовой фазе, т.е. скорость сушки в первый период определяется диффузией в газовой фазе.
Второй - период падающей скорости сушки, или второй период: влаж-ность материала достигает критического значения. Диффузионное сопротивление в газовой фазе становится соизмеримым с сопротивлением внутри материала, а в дальнейшем - значительно меньше, и скорость сушки в этот период определяется скоростью массопроводности внутри материала.
Для проектирования и расчета процесса сушки была выбрана барабанная сушилка. Материал и сушильный агент движутся в барабане в одном направлении т.е. прямотоком. Выбор прямотока обоснован тем, чтобы не перегреть высушивае-мый материал, что в последующем может повлиять на следующие стадии технологического процесса.
Барабанные сушилки используются для сушки кусковых и зернистых сыпучих материалов. Основной частью этих сушилок является наклонный вращающийся барабан с постоянным или переменным углом наклона. Внутри барабана перемещается и одновременно перемешивается сушильный материал.
Для подачи воздуха и греющего пара в систему калориферов были подобраны 2 вентилятора. Вентиляторы радиальные применяются в системах вентиляции производственных, общественных и жилых зданий. Могут быть выполнены из различных материалов (сталь оцинкованная, нержавеющая ,углеродистая).
2 Описание конструкции и принципа действия сушильного аппарата
В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термоустойчивостью, содержанием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. В связи с этим выбор конструкции сушильного аппарата представляет собой сложную технико-экономическую задачу. Большинство сушилок, в принципе, имеют схожее применение. Но основным критерием выбора типа сушилки является температурный режим работы, агрегатное состояние высушиваемого материала и его физические и химические свойства.
Барабанные сушилки (рисунок 2.1) широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.)
Так же необходима поточная непрерывная сушка материала.
Перемещение материала вдоль барабана происходит в основном вслед-ствие наклона барабана. При его вращении материал захватывается лопатками, поднимается, а затем ссыпается с различной высоты. Это уменьшает истираемость материалов по сравнению с сушилками кипящего слоя. Еще в упрек сушилок кипящего слоя сказывается их сложная конструкция.
При сушке материалов в барабане происходит передача тепла конвекцией от газов к падающим частицам и к поверхности материала в завале и на лопатках, а также перенос тепла теплопроводностью от нагретых внутренних устройств аппарата к материалу.
Барабанная сушилка имеет цилиндрический сварной барабан 4, установленный с небольшим наклоном к горизонту и опирающийся с помощью бандажей 3 на ролики 8. барабан приводится во вращение электродвигателем 9 через зубчатую передачу с помощью венца 5. материал подается в барабан питателем 2 и поступает на внутреннюю насадку 7, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала.
Чтобы избежать усиленного уноса пыли сушильным агентом, последний просасывается через барабан вентилятором. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от образовавшейся пыли в циклоне. Высушенный материал удаляется через разгрузочную камеру 6.
3 Описание конструкции и принципа действия вспомогательного оборудования
3.1 Описание конструкции и принципа действия циклона
Для улавливания уноса в сушильных установках наибольшее распространение ввиду их простоты и дешевизны получили циклоны. Циклон конструкции НИИОгаз (рисунок 3.1) состоит из вертикально цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и крышкой 3. Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20-30 м/сек) через патрубок 4 прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. При таком вращательном движении частицы пыли, как более тяжелые, перемещаются в направлении действия центробежной силы быстрее, чем частицы газа, концентрируются в слоях газа, примыкающих к стенкам аппарата, и переносятся потоком в пылесборник 5. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубу.
Движения частиц пыли в циклоне обусловлено в основном вращательным движением потока газа по направлению к пылесборнику (влияние сил тяжести частиц имеет в данном случае значительно меньшее значение). Поэтому циклоны можно устанавливать не только вертикально, но также наклонно или горизонтально.
Степень очистки газа в циклоне зависит не только от размеров отделяе-мых частиц и скорости вращения газового потока, но и от конфигурации ос-новных элементов и соотношения геометрических размеров циклона. Кроме циклонов НИИОгаз существует большое число разновидностей циклонов, в которых повышение степени очистки достигается за счет усложнения конструкции соответственно повышения гидравлического сопротивления аппарата.
Степень очистки газов определяют по нормалям и номограммам, составленным на основе опытных данных, в зависимости от фракционного состава пыли и ее плотности, начальной запыленности газов, допускаемого гидравлического сопротивления и т.д.
Циклоны из углеродистой стали применяются для очистки газов, имею-щих температуру не более 6730К (4000С). Газы с более высокими температурами очищают в циклонах, изготовленных из жаропрочных материалов; в этих случаях корпус циклона часто футеруют изнутри термостойкими материалами (шамотным кирпичом, огнеупорными плитками и др.). Наиболее низкая температура газов, поступающих на очистку в циклон, должна быть не менее чем на 15 - 200С выше их точки росы, чтобы не происходили конденсация паров влаги и образования шлама, что вызывает резкое ухудшение очистки.
4 Расчет барабанной сушилки
Район работы установки г. Гродно. Производительность по влажному материалу 12000 кг/ч.
4.1 Выбор типа сушилки
Барабанные сушилки используют для сушки кусковых и зернистых сы-пучих материалов. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом воздухом. Тип насадки в барабане зависит от размеров частиц материала, от склонности к налипанию. Для глубокого выделения влаги из термостойких материалов используют противоточные сушилки.
4.2 Материальный баланс сушилки
Переведем производительность по влажному исходному материалу в кг/с:
Расчеты материального баланса ведут с использованием нижеприведенных уравнений [1].
где W, Gк производительности по выделенной влаге и по высушенному материалу соответственно, кг/с;
wн и wк начальная и конечная влажность материала соответственно (если считать на общую массу), кг/кг.
Производительность сушилки по высушенному материалу Gк равна:
Производительность сушилки по выделенной влаге W равна:
5 Подбор вспомогательного оборудования
5.1 Подбор калорифера
Основной задачей расчета калорифера является определение площади его поверхности нагрева. Этот расчет аналогичен расчету любого теплообменного аппарата рекуперативного типа. Площадь поверхности нагрева определяют по уравнению:
где F - площадь поверхности нагрева, м2;
- средняя разность температур греющего теплоносителя и воздуха, °С;
К - коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к воздуху, кВт/ (м2 К)
Q - расчётное количество теплоты, необходимое для подогрева воздуха, кВт;
Из этой формулы необходимая площадь поверхности нагрева (м2):
Среднюю разность температур найдём по формуле:
В качестве теплоносителя выступает водяной греющий пар. Принимаем температуру на входе в калорифер равной температуре на выходе из него при стандартном давлении греющего пара .
Запишем схему процесса теплообмена, отображенную на рисунке 5.1:
Заключение
В данном курсовом проекте была рассчитана сушильная установка для сушки нитрата аммония. В качестве основного аппарата была принята барабанная сушилка. По исходным данным были рассчитаны диаметр барабана сушилки D =1600 мм и его длина l =8000 мм.
В качестве сушильного агента в процессе сушки используется воздух, поступивший из окружающей среды и нагретый в системе калориферов. Улавливание частиц осуществляется циклоном ЦН-15 с диаметром D=1400 мм
По максимально возможному расходу газа, требуемого для сушки =19258 м /ч и по гидравлическому сопротивлению системы = 1008,7 Па выбираем вентилятор В-Ц14-46-8К-02.
В данном проекте принят прямопоточный способ подачи воздуха и материала.
1 Дытнерский, Ю.И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. / Ю. И Дытнерский. - М. : Химия, 1991. - 496 с.
2 Калишук, Д.Г. Процессы и аппараты химической технологии. Методические указания к курсовому проектированию по одноименной дисциплине. / Д. Г Калишук, С. К. Протасов, В. А. Марков. - М. : БГТУ, 1992. - 42 с.
3 Справочник проектировщика, ч. 11. Вентиляция и кондиционирование воздуха/ сост. Н. В. Остапчук, А. М. Пизик. - М. : строй. издат., - 1978. - 509 с.
4 Справочник химика / сост. Б. П. Никольский, О. Н. Григоров и др. - М. - Л. : Химия,1966. т.5-6. - 973 с.
5 Павлов, К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. - Л. : Химия, 1981. - 560 с.
6 Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин . - М.: Химия, 1973. - 754 с.
7 Чернобыльский, И.И. Сушильные установки химической промышлен-ности / И. И. Чернобыльский, Ю. М. Тананайко. - Киев: Техника, 1969. -278 с.
8 Вилькоцкий, А. И. Процессы и аппараты химической технологии / А. И. Вилькоцкий, В. А. Марков, Л. В. Новосельская. - Минск: БГТУ, 2011. - 288 с.
