Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Уральский государственный лесотехнический университет
Кафедра: Физико-химической технологии защиты биосферы
Дисциплина: Гидравлика и теплотехника
УСТАНОВКА СУШИЛЬНАЯ
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту
УС – 01.00.13 РПЗ
Разработала
студентка ЗФ IV курса
специальности 280201
шифр 50410 Пасютина Д.Ю.
Руководитель проекта Юрьев Ю.Л.
Заведующий кафедрой Липунов И.Н.
Екатеринбург
2010
содержание
Введение. 4
1 Принципиальная схема, ее обоснование и описание. 6
2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.. 8
2.1 Расчет топки для сушильной установки
. 8
2.2 Расчет аэрофонтанной сушилки
. 14
2.2.1 Технологический расчет
. 7
Материальный баланс. 7
Построение рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме. 7
Тепловой баланс. 7
2.2.2 Гидродинамический расчет
. 7
Диаметр аэрофонтанной сушилки. 21
Гидравлическое сопротивление сушилки. 23
3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования и коммуникации.. 24
3.1 Бункер-питатель
. 24
3.2 Ленточный транспортер
. 7
3.3 Винтовой транспортер
. 7
3.4 Шлюзовой дозатор
. 7
3.5 Шлюзовой затвор
. 7
3.6 Газовая горелка
. 7
3.7 Вентилятор подачи воздуха на горение
. 31
3.8 Вентилятор-дымосос
. 33
4 Технико-экономические показатели сушилки.. 7
Технологические показатели работы сушилки
. 7
Энергетические показатели работы сушилки
. 7
Список использованных источников.. 51
Введение
Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых материалов и проводится двумя способами:
первый способ проводится путем непосредственного соприкосновения сушильного агента с высушиваемым материалом – конвективная сушка.
второй путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло – контактная сушка.
Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты или инфракрасными лучами.
В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме – сушка возгонкой.
По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду.
Процесс сушки широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевым механическим способом (например, фильтрованием), а окончательный – сушкой.
Аэрофонтанные сушилки используют для сушки измельченной древесины (опила, щепы) в комбинации с трубой-сушилкой и барабанной сушилкой. Основной частью аэрофонтанной сушилки является диффузор – полый сосуд в форме усеченного конуса, обращенный широкой частью вверх. Следствием конусности является интенсивная циркуляция материала, он поднимается, фонтанирует в центральной части конуса и опускается в ее периферийной части. Высушенные частицы, когда их скорость витания
становится меньше скорости газа в верхней части конуса, уносятся потоком газа пневмотранспортом в циклон для улавливания.
Исследования показали, что в циклонах эффективно продолжается сушка. Продолжительность сушки в аэрофонтанной сушилке значительно больше, чем в трубе-сушилке, и ее трудно регулировать. Кроме того, сушка протекает несколько неравномерно и возможен перегрев материала [9].
1 Принципиальная схема, ее обоснование и описание
Сушка является довольно дорогой операцией, потому что на испарение 1 кг влаги необходимо подвести 2100-2500 кДж тепла. Для сушки измельченной древесины используют сушильные установки непрерывного действия, в которых процесс сушки совмещается с перемещением материала.
Влажный материал из бункера-питателя БП шлюзовым дозатором ДШ подается в сушилку С. Сушильный агент – топочные газы, разбавленные воздухом, поступают в сушилку из топки Т. Продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором-дымосом ВД в циклон-разгрузитель ЦР, где продукт частично отделяется от сушильного агента, доочистка отработанного теплоносителя осуществляется в циклоне-очистителе ЦО. Отработанный сушильный агент отсасывается вентилятором-дымососом ВД и выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу ДТ. Вся схема работает под разряжением, для того чтобы избежать свищей теплоносителя. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается в транспортер ТВ на следующую технологическую стадию.
Рисунок 1 – Схема сушильной установки: ТЛ – транспортер ленточный;
Т – топка; КС – камера смешения; С – сушилка; БП – бункер-питатель;
ДШ – дозатор шлюзовой; ЦР – циклон-разгрузитель; ЦО – циклон-очиститель; ЗШ – затвор шлюзовой; В – вентилятор; ВД – вентилятор-дымосос; ДТ – дымовая труба; ТВ – транспортер винтовой; З – задвижка;
Д – диафрагма
2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Расчет топки для сушильной установки
Исходные данные:
Состав природного газа (Ямбургское месторождение) [1, таблица 45], масс. %:
93,2 CH4
; 4,4 C2
H6
; 0,8 C3
H8
; 0,6 C4
H10
; 0,3 C5
H12
; 0,1 CO2
; 0,8 N2
.
Параметры наружного воздуха (Урал, Екатеринбург, пригород):
Температура t0
=5°С
Относительная влажность φ0
=70%
Барометрическое давление Р=750 мм.рт.ст.=0,100 МПа
Влагосодержание наружного воздуха
при t0
=5 °С; φ0
=70 %:
х0
=0,622∙φ0
∙Рнас
/(Р-φ0
∙Рнас
)=0,622·0,7·6,54/(750-0,7·6,54)=0,004 кг/кг,
где Рнас
=6,54 мм.рт.ст. при t0
=5°С [1, таблица 32] при Р=750 мм.рт.ст.
Теплосодержание наружного воздуха
при t0
=5 °С; x0
=0,004 кг/кг:
J0
=1,01∙t0
+(2493+1,97∙t0
)∙x0
=1,01·5+(2493+1,97·5)·0,004=15,061 кДж/кг.
Теплотворная способность сухого газообразного топлива:
500,3∙CH4
+475,22∙С2
Н6
+463,29∙С3
Н8
+458,48∙С4
Н10
+453,45∙С5
Н12
+
+453,32∙С2
Н2
+465,43∙С2
Н4
+101,10∙СО+1203,76∙H2
+153∙H2
S=500,3·93,2+
+475,22·4,4+463,29·0,8+458,48·0,6+453,45·0,3=49500,683 кДж/кг.
+2500∙∑(0,09∙n)/(12∙m+n)+25∙Wр
=49500,683+2500[(0,09·4)/(12·1+4)+ +(0,09·6)/(12·2+6)+(0,09·8)/(12·3+8)+(0,09·10)/(12·4+10)+(0,09·5)/(12·5+12)]+
+25·0=49719,135 кДж/кг.
Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа:
Lо
= 0,02435∙СО+0,348∙Н2
+0,0614∙Н2
S+1,39∙∑[(m+n/4)/(12∙m+n)]∙Cm
Hn
-
-1,39∙O2
=1,39∙{[(1+4/4)/(12·1+4)]·93,2+[(1+6/4)/(12·2+6)]·4,4+[(3+8/4)/(12·3+
+8)]·0,8+[(1+10/4)/(12·4+10)]·0,6+[(1+12/4)/(12·5+12)]·0,3}=16,969
кг воздуха/кг газа.
Масса сухого воздуха, подаваемого в топку для сжигания 1 кг природного газа:
Lm
=αm
∙Lо
=1,2·16,969=20,363 кг воздуха/кг газа,
где αm
=1,05-1,2 при сжигании газов.
Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг природного газа:
=1+Lm
-∑[(0,09∙n)/(12∙m+n)]∙Cm
Hn
-0,01∙Wр
=1+20,363-[(0,09·4)·93,2/(12·1+
+4)+(0,09·6)·4,4/(12·2+6)+(0,09·8)·0,8/(12·3+8)+(0,09·10)·0,6/(12·4+10)+
+(0,09·5)·0,3/(12·5+12)] =19,16 кг/кг при Wр
=0.
Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха:
d′=∑[(0,09∙n)/(12∙m+n)]∙Cm
Hn
+Lm
∙хо
+0,01∙Wр
=[(0,09·4)·93,2/(12·1+4)+ +(0,09·6)·4,4/(12·2+6)+(0,09·8)·0,8/(12·3+8)+(0,09·10)·0,6/(12·4+10)+
+(0,09·5)·0,3/(12·5+12)]+20,363·0,004+0,01·0=2,285 кг/кг.
Влагосодержание топочных газов:
хтг
=x′=d′/ = 2,285/19,16 = 0,119 кг/кг.
Количество компонентов топочных газов, полученных при сжигании 1 кг природного газа:
lco2
=0,01∙CO2
+0,0157∙CO+∑[0,04/(12∙m+n)]∙Cm
Hn
=0,01·0,1+0,0157·0+ +[0,04/(12·1+4)]·93,2+[0,04/(12·2+6)]·4,4+[0,04/(12·3+8)]·0,8+[0,04/(12·4+
+10)]·0,6+[0,04/(12·5+12)]·0,3=2,643 кг/кг;
lso2
=0,0188∙H2
S=0,0188·0=0,00 кг/кг;
lN2
=0,768∙Lm
+0,01∙N2
= 0,768·20,363+0,01·0,8=15,647 кг/кг.
lo2
= 0,232∙(αm
-1)∙Lо
= 0,232·(1,2-1)·16,969= 0,787 кг/кг.
Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:
Мсг
=/[(lco2
/44)+(lso2
/64)+(lN2
/28)+(lo2
/32)]=19,16/[(2,643/44)+(0/64)+ +(15,647/28)+(0,787/32)]=29,775 кг/кмоль.
Средняя теплоемкость сухих топочных газов
при tтг
=1000 ºC (в топке поддерживается эта температура):
Ссг
=(Ссо2
∙lco2
+Сsо2
∙lso2
+СN2
∙lN2
+Со2
∙lo2
)/(lco2
+lso2
+lN2
+lo2
)=
=(1,12·2,643+0,873·0+1,11·15,647+1,03·0,787)/(2,643+0+15,647+0,787)=
=1,108 кДж/(кг·К),
где теплоемкость при tтг
=1000 ºC [см.4, приложение, таблица 2]: Ссо2
=1,12; Сsо2
=0,873; СN2
=1,11; Со2
=1,03 кДж/(кг·К).
Средняя теплоемкость природного газа
при t=5 ºC:
Cт
=Ссн4
∙Yсн4
+Сс2
н6
∙Yc2
н6
+…+Ссm
нn
∙Ycm
нn
=2,1855·0,932+1,651·0,044+
+1,305·0,008+1,601·0,006+1,59·0,003=2,134 кДж/(кг·К),
где Ссн4
=2,1855 кДж/(кг·К); Сс2
н6
=1,651 кДж/(кг·К); Сс3
н8
=1,305 кДж/(кг·К); Сс4
н10
=1,601 кДж/(кг·К); Сс5
н12
=1,59 кДж/(кг·К) при t=5 ºC [см.4, приложение, таблица 2].
Средняя температура топочных газов на выходе из топки
без учета диссоциации углекислого газа и паров воды:
tтг
=(∙ŋт
+Cт
∙t+Lm
∙Jо
+wg
∙ig
-2500∙∙х′)/[∙(Ссг
+1,97∙х′)]=(49719,135·0,95+
+2,134·5+20,363·15,061+0-2500·19,16·0,119)/[19,16·(1,108+1,97·0,119)]=
=1627,095 °C,
где wg
= 0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром.
Температуру топочных газов снижают до tтг
=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку с целью предотвратить разрушение футеровки топки.
Теплосодержание топочных газов:
Jтг
=1,01∙tтг
+(2493+1,97∙tтг
)∙xтг
=1,01·1000+(2493+1,97·1000)∙0,119=
=1541,097 кДж/кг.
Теплосодержание пара в составе топочных газов
при t1
=350 °C:
in
=r0
+1,97∙t1
=2493+1,97∙t1
=2493+1,97·350=3182,5 кДж/кг.
Коэффициент избытка воздуха при разбавлении топочных газов воздухом
до температуры t1
=350 °C:
Количество воздуха, подаваемого в камеру смешения на 1 кг природного газа для разбавления
до t1
=350 °C:
Lсм
=Lо
∙(α2
-αm
) = 16,969·(6,222-1,2) = 85,218 кг воздуха/кг газа.
Количество сухой смеси топочных газов с воздухом на 1 кг природного газа:
+Lcм
= 19,16+85,218 = 104,378 кг/кг.
Количество паров воды в смеси топочных газов с воздухом, полученных при сжигании 1 кг природного газа:
d′′=d′+Lсм
∙xо
=2,285+85,218·0,004=2,626 кг пара/кг газа.
Влагосодержание смеси топочных газов с воздухом на выходе из смесителя:
x1
=x″=d″/=2,626/104,378=0,025 кг/кг.
Расход природного газа на сушку измельченной древесины из можжевельника в аэрофонтанной сушилке:
В = L1
/=21,179/104,378=0,203 кг/с=730,8 кг/ч,
где L1
=21,179 кг/с [см. расчет аэрофонтанной сушилки].
Объем топочной камеры:
Vгор
=∙В/qv
=49500,683·730,8/1260·103
=28,710 м3
.
где qv
– допустимое тепловое напряжение топочного объема; qv
=1260·103
кДж/(м3
·ч) [см.4, приложение, таблица 3].
Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D=1,8, тогда
Диаметр топки:
D=(Vгор
/0,785·1,8)1/3
=(28,710/0,785·1,8)1/3
=2,729 м.
Принимаем D=2,8 м.
Длина топки:
L=1,8∙D=1,8·2,8=5,04 м.
Размеры топки:
Vгор
=28,71 м3
; D=2,8 м; L=5,04 м.
2.2 Расчет аэрофонтанной сушилки
Исходные данные:
Параметры материала
Материал измельченная древесина из
можжевельника
Размер частиц 30×5×5 мм
Производительность по влажному материалу =13 т/ч=3,611 кг/с
Абсолютная влажность:
начальная wа1
=40 %
конечная wа2
=20 %
Начальная температура материала q1
=5 °С
Параметры сушильного агента
Сушильный агент – это топочные газы, разбавленные воздухом.
Топливо – природный газ (Ямбургское месторождение)
Вход в сушилку
Температура t1
=350 °С
Влагосодержание x1
=0,025 кг/кг
(см. расчет горения газа)
Плотность [1, таблица 57] rt
1
=0,544 кг/м3
Выход из сушилки
Температура t2
=90 °С
Относительная влажность wо2
=85 %
Параметры наружного воздуха
Температура t0
=5 °С
Влагосодержание x0
=0,004 кг/кг
(см. расчет горения газа)
Теплосодержание J0
=15,061 кДж/кг
Относительная влажность φ0
=70%
2.2.1 Технологический расчет
Теплофизические свойства и характеристика частиц
измельченной древесины из можжевельника
Объем частиц:
Vч
=δ∙b∙l=30·5·5·(10-3
)3
=7,5·10-7
м3
.
Поверхность частицы:
Fч
=2∙(δ∙b+δ∙l+b∙l)=2·(30·5+30·5+5·5)·10-6
=6,5·10-4
м2
.
Фактор формы:
Ф=0,5.
Эквивалентный диаметр частицы:
dэ
=(6∙Vч
/π)0,33
=[6·7,5·10-7
/3,14]0,33
=0,012 м.
Относительная влажность материала:
на входе в сушилку: wо1
=100∙wа1
/(100-wа1
)=100·40/(100-40)=66,7 %;
на выходе из сушилки: wо2
=100∙wа2
/(100-wа2
)=100·20/(100-20)=25 %;
среднее значение: wо ср
=0,5∙(wо1
+wо2
)=0,5·(66,7+25)=45,85 %.
Материальный баланс
Производительность по высушенному материалу:
=∙(100-wо1
)/(100-wо2
)=3,611·(100–66,7)/(100–25)=1,603 кг/c.
Количество испаряемой воды:
W==3,611-1,603=2,008 кг/с.
Количество абсолютно сухого материала:
∙(100-wо1
)/100=3,611·(100-66,7)/100=1,202 кг/с.
Построение рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме
Параметры наружного воздуха
Точка А на J-х диаграмме: t0
=5 °C; x0
=0,004 кг/кг; J0
=15,061 кДж/кг.
Параметры топочных газов
Точка К на J-х диаграмме: xтг
=x′=0,119 кг/кг (см. расчет горения природного газа); tтг
=1000 °C.
Параметры сушильного агента
Вход в сушилку
Точка В на J-х диаграмме: x1
=x″=0,025 кг/кг; t1
=350 °C.
Выход из сушилки
Точка С на J-х диаграмме: t2
=90 °C.
Последовательность построения рабочей линии процесса сушки на J-x диаграмме
1) На J-x диаграмме находим точку А по x0
=0,004 кг/кг и t0
=5 °C; точку К по xтг
=0,119 кг/кг и по tтг
=1000 °C; проводим рабочую линию горения газа .
2) Находим точку В на пересечении линии и линии температур t1
=350 °C, определяем x1
=0,025 кг/кг.
Теплосодержание сушильного агента на входе в сушилку:
J1
=1,01∙t1
+(2493+1,97∙t1
)∙x1
=1,01·350+(2493+1,97·350)·0,025=433,063 кДж/кг.
3) Определяем tм1
для точки В. Принимаем, что сушка материала проходит в первом периоде (J1
≈J2
), тогда tм1
=θ2
=60 °С.
4) Расход тепла на нагрев материала:
Qм
=∙Cм
∙(q2
-q1
)= 1,603·2,5∙(60–5)=220,413 кДж/с,
где Cм
=2,5 кДж/кг∙К при wа ср
=30 %.
5) Удельный расход тепла на нагрев материала:
qм
=Qм
/W=220,413/2,008=109,767 кДж/кг влаги.
6) Удельные потери тепла принимаем qпот
=100 кДж/кг влаги.
7) Внутренний тепловой баланс сушилки:
D=4,19∙q1
-(qм
+qпот
)=4,19·5–(109,767+100)= –188,817 кДж/кг.
8) Координаты точки Е
: зададимся x=0,05 кг/кг,
тогда J=J1
+D∙(x-x1
)= 433,063–188,817∙(0,05–0,025)=428,343 кДж/кг.
9) Строим точку Е
по координатам x=0,05 кг/кг и J=428,343 кДж/кг.
10) Строим рабочую линию сушки , соединяя точку В
с Е
и продолжая
линию до пересечения с t2
=90°C, получаем точку С
– окончание сушки.
11) По координатам точки С
определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: х2
=0,120 кг/кг.
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:
J2
=1,01∙t2
+(2493+1,97∙t2
)∙x2
=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг.
tм
2
=60 °С.
Тепловой баланс
Теплосодержание сушильного агента при х1
и t2
:
J12
=1,01∙t2
+(2493+1,97∙t2
)∙x1
=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,025=157,658 Дж/кг.
Теплосодержание подсасываемого воздуха при t0
и х0
:
Jп0
=J0
=15,061 кДж/кг.
Теплосодержание подсасываемого воздуха при t2
и х0
:
Jп
2
=1,01∙t2
+(2493+1,97∙t2
)∙x0
=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,004=101,581 кДж/кг.
Расход тепла на испарение влаги:
Qи
=W∙(2493+1,97∙t2
-4,19∙q1
)=2,008∙(2493+1,97·90-4,19·5)=5319,895 кДж/с.
Расход тепла на нагрев материала:
Qм
=220,413 кДж/с (см. построение диаграммы).
Потери тепла:
Qпот
=W∙qпот
=2,008·100=200,8 кДж/с.
Расход сушильного агента:
L1
=(Qи
+Qм
+Qпот
)/[(J1
-J12
)-0,05∙(Jп2
-Jп0
)]=(5319,895+220,413+200,8)/[(433,063–-157,658)–0,05∙(101,581–15,061)]=21,179 кг/с.
Количество паровой смеси, выходящей из сушилки:
L2
=1,05∙L1
=1,05·21,179=22,238 кг/с.
Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:
x2
=x1
+W/L1
=0,025+2,008/21,179=0,120 кг/кг.
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:
J2
=1,01∙t2
+(2493+1,97∙t2
)∙x2
=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг.
По диаграмме J-x: x2
=0,120 кг/кг, J2
=411,336 кДж/кг.
2.2.2 Гидродинамический расчет
Исходные данные:
Параметры опила
Вход в сушилку
Абсолютная влажность wа1
=40 %
Эквивалентный диаметр dэ
=0,012 м
Плотность при wa1
[см.1, таблица 91] rм1
=570 кг/м3
Фактор формы Ф=0,5
Выход из сушилки
Абсолютная влажность wа2
=20 %.
Плотность при wа2
[см.1, таблица 91] rм2
=558 кг/м3
.
Параметры сушильного агента
Вход в сушилку
Расход L1
=21,179 кг/с
Температура t1
=350 °C
Влагосодержание х1
=0,025 кг/кг
Плотность [1, таблица 57] rt
1
=0,544 кг/м3
Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] mt1
=31,32·10-6
Па·с
Выход из сушилки
Расход L2
=22,238 кг/с
Температура t2
=90 °C
Влагосодержание х2
=0,120 кг/кг
Плотность [1, таблица 57] rt2
=0,884 кг/м3
Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] mt2
=20,0·10-6
Па·с
Средние значения параметров:
tср
=0,5·(t1
+t2
)=0,5·(350+90)=220 °C;
хср
=0,5·(x1
+x2
)=0,5·(0,025+0,120)=0,073 кг/кг;
rt ср
=0,5·(rt1
+rt2
)=0,5·(0,544+0,884)=0,714 кг/м3
;
mt ср
=0,5·(mt1
+mt2
)=0,5·(31,32+20)·10-6
=25,66·10-6
Па·с;
wа ср
=0,5·(wа1
+wа2
)=0,5·(40+20)=30 %;
rм ср
=630 кг/м3
при wа ср
=30 % (см.1, таблица 91);
θср
=0,5·(θ1
+θ2
)=0,5·(5+60)=32,5 °C;
Cм
=2,4 кДж/кг∙К при wа ср
=30 % и θср
=32,5 °C;
λt
=
0,17 Вт/м·К при wа ср
=30 %.
Критерий Архимеда
при tср
=220 °С, ωа
ср
=30 %:
Ar=dэ
3
∙rt ср
∙rм ср
∙g/m2
t ср
=0,0123
·0,714·630·9,81/(25,66·10-6
)2
=1,16·107
.
Критерий Reкр
:
Reкр
=Ar·Ф2
/[150·(1-ε0
)/ε0
3
+(1,75·Ar/ε0
3
)0,5
]= 1,16·107
·0,52
/[150·(1-0,4)/0,43
+
+(1,75· 1,16·107
/ 0,43
)0,5
]=150,782
Критическая скорость:
wкр
=Reкр
·mt ср
/dэ
·rt ср
=150,782·25,66·10-6
/0,012·0,714=0,452 м/с.
Предельно допустимая скорость сушильного агента
при ε=1 для dmin
рассчитывается по формулам:
Armin
= dmin
3
·rt
ср
∙rм ср
·g/m2
t ср
=0,0063
·0,714·630·9,81/(25,66·10-6
)2
=1,45·106
при dmin
=0,5· dэ
=0,5·0,012=0,006 м.
w´вит
= Ф0,5
·mt ср
·Armin
/[dmin
·rt ср
·(18+0,61·Armin
0,5
)]=
=0,50,5
∙25,66·10-6
∙1,45∙106
/[0,006·0,714·(18+0,61∙(1,45∙106
)0,5
)]=8,154 м/с.
Диаметр аэрофонтанной сушилки
Концентрация влажного опила в аэросмеси:
/L1
∙(1+x1
)=3,611/21,179∙(1+0,025)=0,175 кг/кг.
Концентрация высушенного опила в аэросмеси:
/L2
∙(1+x2
)=1,603/22,238·(1+0,120)=0,081 кг/кг.
Допустимая концентрация до 0,1 кг/кг.
Объемный расход парогазовой смеси на входе в сушилку:
Vt1
=L1
∙(1+x1
)/rt1
=21,179·(1+0,025)/0,544=39,905 м3
/с.
Объемный расход парогазовой смеси на выходе из сушилки:
Vt2
=L2
∙(1+x2
)/rt2
=22,238·(1+0,120)/0,884=28,175 м3
/с.
Критерий Архимеда при начальной влажности материала и параметрах сушильного агента на входе в сушилку:
Ar1
=(dэ
)3
∙rt1
∙rм1
∙g/m2
t1
=0,0123
·0,544·570·9,81/(31,32·10-6
)2
=5,36·106
.
Скорость витания частиц опила:
(wвит
)вх
=Ф0,5
·mt1
·Ar1
/[dэ
·rt1
·(18+0,61·Ar1
0,5
)]=0,50,5
∙31,32∙10-6
∙5,36·106
/[0,012×
×0,544·(18+0,61∙(5,36·106
)0,5
)]=12,712 м/с.
Скорость газа в горловине:
wг1
=1,5·(wвит
)вх
=1,5∙12,712=19,068 м/с.
Диаметр горловины:
dг
=(Vt
1
/0,785∙wг1
)0,5
=(39,905/0,785·19,068)0,5
=1,633 м.
Диаметр горловины принимаем 1700 мм.
Диаметр широкой части рюмки:
D=(Vt
2
/0,785∙wг2
)0,5
=(28,175/0,785·3,814)0,5
=3,068 м,
где wг2
– скорость парогазовой смеси в широкой части рюмки, м/с.
wг2
=(0,2÷0,5)∙wвит
=0,3∙12,712=3,814 м/с.
Диаметр широкой части рюмки принимаем равным 3100 мм.
Скорость wг2
должна быть равна или меньше скорости витания высушенной измельчённой древесины из бересты (wвит
)вых
.
Критерий Архимеда при конечной влажности материала и параметрах сушильного агента на выходе из сушилки:
Ar2
=(dэ
)3
∙rt2
∙rм2
∙g/m2
t2
=0,0123
·0,884·558·9,81/(20,0·10-6
)2
=2,09·107
.
Скорость витания частиц опила в широкой части рюмки:
(wвит
)вых
=Ф0,5
∙mt2
∙Ar2
/[dэ
∙rt2
∙(18+0,61∙Ar2
0,5
)]=0,50,5
∙20,0·10-6
∙2,09·107
/[0,012×
×0,884·(18+0,61∙(2,09·107
)0,5
)]=9,928 м/с.
Скорость парогазовой смеси wг2
=3,814 м/с принята правильно, так как wг2
<(wвит
)вых
.
Высота конуса:
Нк
=2·(D-d)=2·(3,1-1,7)=2,8 м.
Угол раскрытия конуса:
tg(α/2)=0,5·(D-d)/Нк
=0,5·(3,1-1,7)/2,8=0,25.
α/2=14º, откуда α=2∙14=28º.
Принимаем Нк
=2,8 м, при α=28º.
Объем усеченного конуса:
Vк
=[π·Hк
·(D2
+d2
+ D·d)]/12=[3,14∙2,8·(3,12
+1,72
+3,1∙1,7)/12=13,019 м3
.
Общий объем аэрофонтанной сушилки
при А=180 кг/(м3
∙ч):
Vсуш
=W/A=2,008∙3600/180=40,160 м3
.
Количество конусов (рюмок), последовательно установленных в аэрофонтанной сушилке:
n=Vсуш
/Vк
=40,160/13,019=3,085. Принимаем n=3 шт.
Общая высота сушилки:
Н=(2∙d)∙2+n∙Нк
+0,5∙(D+d)∙4+2∙d=2∙1,7∙2+3∙2,8+0,5∙(3,1+1,7)∙4+2∙1,7=28,2 м.
Гидравлическое сопротивление сушилки
Гидравлическое сопротивление одного корпуса:
ΔР=0,062∙ρм ср
∙(D/d)2,54
∙(tg(α/2))0,18
∙(D/d-1)=0,062∙630∙(3,1/1,7)2,54
∙(0,25)0,18
×
×(3,1/1,7-1)=115,281 Па.
Гидравлическое сопротивление сушилки:
ΔРc
=n∙ΔР=3∙115,281=345,843 Па.
Принимаем аэрофонтанную сушилку, состоящую из трех конусов (рюмок): D=3,1 м; d=1,7 м; Нк
=2,8 м; Н=28,2 м; ΔРc
=345,843 Па.
3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования и
коммуникации
3.1 Бункер-питатель
Бункер-питатель используется для дозирования влажного опила в сушилку.
Производительность по влажному опилу, , кг/с 3,611
Относительная влажность опила, ωо1
, % 66,7
Абсолютная влажность опила, ωа1
, % 40
Насыпная плотность влажного опила [см.1, таблица 90] при ωа1
=40 %
rм1
=570 кг/м3
.
Объем бункера-питателя:
V=t∙/rн
=300×3,611/570=1,901 м3
,
где t – продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер, t=5 мин=300 с.
По ГОСТ 9931-61 выбираем бункер [1, таблица 79]:
ёмкость 2,0 м3
диаметр 700 мм
высота 1300 мм
сварной вертикальный цилиндрический аппарат с конически отбортованным днищем, углом конуса 90, с крышками и без них.
3.2 Ленточный транспортер
Ленточный транспортер перемещает влажный материал от бункера-хранилища в бункер-питатель.
Производительность транспортера, , кг/с 3,611
Насыпная плотность опила при ωа1
=40 %, rм1
, кг/м3
570
Характеристика ленточного транспортера
Транспортер на трех роликовых опорах и на подшипниках скольжения.
Длина, L, м 30
Угол наклона к горизонту, a, град 10
Выбираем плоскую ленту шириной В=0,5 м, которая принимает форму желоба благодаря трем роликовым опорам.
Объемная производительность транспортера:
V=/rм1
=3,611/570=0,006 м3
/с.
Скорость движения ленты:
w=V/0,16∙B2
∙c∙tg(0,35∙j)=0,006/0,16×0,52
×1×tg(0,35×40)=0,602 м/с,
где с=1 при a=10°, j=40°.
Мощность на приводном валу транспортера:
N0
=(K∙L∙w+0,54×10-3
∙∙L+10,1×10-3
∙∙Н)∙К1
∙К2
=(0,018×30×0,602+0,54×10-3
×
×3,611×30+10,1×10-3
×3,611×5,209)×1,12×1,07=0,687 кВт,
где H=L∙sina=30·sin10=5,209 м; K=0,018 при В=0,5 м; К1
=1,12 при L=30 м; К2
=1,07.
Установочная мощность электродвигателя:
N=K0
∙N0
/h=1,2×0,687/0,85=0,97 кВт.
Принимаем электродвигатель по N=0,97 кВт [см.5, таблица 17] типа АОЛ-12-2 N=1,1 кВт.
Принимаем ленточный транспортер типа Т1-К42Т
L=30 м, a=10°, В=500 мм, w=0,702 м/с, N=1,1 кВт.
3.3 Винтовой транспортер
Винтовой транспортер перемещает высушенный опил на следующую стадию производства.
Производительность, , кг/с 1,603
Относительная влажность, ωo2
, % 25
Абсолютная влажность, wа2
, % 20
Насыпная плотность материала [см.1, таблица 90] rм2
=558 кг/м3
.
Характеристика винтового транспортера горизонтального
Длина, L, м 30
Шаг винта, м t=Dв
Угол наклона к горизонту, a, град 0
Объем
V=/r м2
=1,603/558=0,003 м3
/с.
Частота вращения винта:
n=V/0,785∙∙t∙K1
∙K2
=0,003/0,785×0,52
×0,5×0,25∙1=0,122 с-1
.
Принимаем Dв
=t=0,5 м; K1
=0,25; К2
=1, т.к. a=0°.
Выбираем винтовой горизонтальный транспортер:
Dв
=0,5 м; L=30 м; t=0,5 м.
Установочная мощность электродвигателя:
N=∙(L∙φ+H)∙g/1000∙h =1,603∙(30×2+0)∙9,81/1000×0,8=1,179 кВт.
Принимаем электродвигатель по N=1,179 кВт [см.5, таблица 17] типа А02-31-2 N=3,0 кВт.
3.4 Шлюзовой дозатор
Шлюзовой дозатор установлен под бункером-питателем. Назначение – равномерная, регулируемая подача влажного материала в сушилку. Дозатор одновременно выполняет и роль питателя.
Производительность , кг/с 3,611
Температура материала, q1
, °С 5
Насыпная плотность при ωа1
=40 %, rм1
, кг/м3
570
Объемная производительность шлюзового дозатора:
V=/rм1
=3,611/570=0,006 м3
/с.
Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V=0,006 м3
/с [см.3, таблица 2] типа Ш1-45, диаметр ротора D=450 мм, длина ротора L=400 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора n=0,035-0,33 с-1
.
Частота вращения ротора для обеспечения производительности V=0,006 м3
/с:
n=V/0,785∙К1
∙К2
∙D2
∙L=0,006/0,785×0,8×0,8×0,452
×0,4=0,147 с-1
,
где К1
=0,8; К2
=0,8.
Установочная мощность электродвигателя:
N=∙L∙g∙b∙j/1000∙h=3,611×0,4×9,81×3×2,5/1000×0,6=0,079 кВт,
где b=3; j=2,5.
Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N=0,049 кВт по [см.3, таблица 2], типа В80В6 N=1,1 кВт, n=24,3 с-1
.
3.5 Шлюзовой затвор
Шлюзовые затворы установлены под циклонами и под винтовым транспортером.
Производительность , кг/с 1,603
Насыпная плотность при ωа2
=20 %, rм2
, кг/м3
558
Объемная производительность шлюзового затвора:
V=/r м2
=1,603/558=0,003 м3
/с.
Выбираем стандартный шлюзовой затвор по V=0,003 м3
/с по [см.3, таблица 2] типа Ш1-30, диаметр ротора D=300 мм, длина ротора L=250 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора n=0,035-0,33 с-1
.
Частота вращения ротора для обеспечения производительности V=0,003 м3
/с:
n=V/0,785∙К1
∙К2
∙D2
∙L=0,003/0,785×0,8×0,8×0,32
×0,25=0,265 с-1
,
где К1
=0,8, К2
=0,8.
Установочная мощность электродвигателя:
N=∙L∙g∙b∙j/1000∙h=1,603×0,25×9,81×3×2,5/1000×0,6=0,049 кВт,
где b=3; j=2,5.
Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N=0,049 кВт по [см.3, таблица 2], типа В80В6 N=1,1 кВт, n=24,3 с-1
.
Принимаем к установке три шлюзовых затвора.
3.6 Газовая горелка
Газовые горелки при сжигании природного газа работают с невысоким давлением и скоростью выхода газовой струи из сопла не более 60-70 м/с. Воздух на горение подается двумя потоками: через корпус горелки 20-40 % и 80-60 % непосредственно в топку (рисунок 1).
Расход природного газа, В, кг/ч 730,8
Плотность природного газа, ρг
, кг/м3
[см.1, таблица 45] 0,78
Расход воздуха на горение, L, кг воздуха/кг газа 20,363
Плотность воздуха при t0
=5 ºС и x0
=0,004 кг/кг
ρв
, кг/м3
[см.6, приложение 2] 1,226
Расход природного газа:
Vг
=В/ρг
=730,8/0,78=936,923 м3
/ч.
Расход воздуха на горение:
=L∙B∙ρв
=20,363·730,8/1,226=12138,075 м3
/ч.
Диаметр газового сопла при wс
=70 м/с:
0,069 м.
Принимаем d=70 мм.
Диаметр трубы, подводящей газ к форсунке, при wг
=15 м/с:
0,149 м.
Принимаем трубу Ø152×7 по [см.5, таблица 8].
Определяем наружный диаметр трубы корпуса горелки.
Принимаем расход первичного воздуха
35% от =12138,075 м3
/ч, т.е.
Vв
=0,35·12138,075=4248,326 м3
/ч,
а скорость воздуха в кольцевом сечении форсунки wв
=20 м/с, тогда сечение кольцевой щели:
fвоз
=Vв
/3600∙wв
=4248,326/3600·20=0,059 м2
.
Диаметр кольцевой щели:
=0,274 м.
fгаз
=Vг
/3600∙wг
=936,923/3600·15=0,017 м2
.
Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром 152 мм,
равно:
f=fвоз
+fгаз
=0,059+0,017=0,0076 м2
.
Этому сечению соответствует диаметр:
0,311 м.
Принимаем трубу корпуса горелки Ø325×12 по [см.5, таблица 8].
Объемная производительность вторичного воздуха:
12138,075-4248,326=7889,749 м3
/ч.
Диаметр воздуховода вторичного воздуха при скорости w=3 м/с:
=0,965 м.
Принимаем воздуховод Ø1000×1,0 [см.5, таблица 2].
Диаметр воздуховода первичного воздуха:
=0,274 м.
Принимаем воздуховод Ø280×0,6 [см.5, таблица 2].
Гидравлической сопротивление газовой горелки ориентировочно принимаем равным ΔPг
=5000 Па.
3.7 Вентилятор подачи воздуха на горение
Расчет проводим согласно рисунку 1. Вентилятор и топка смонтированы на открытой площадке, защищенной от атмосферных осадков индивидуальным навесом. Воздух от вентилятора подается по параллельным воздуховодам, поэтому расчет проводим по линии наибольшего сопротивления – по линии подачи воздуха в горелку.
Параметры воздуха, подаваемого в форсунку
Объемная производительность, Vв
, м3
/ч 4248,326
Температура, t0
,°С 5
Плотность, rt0
, кг/м3
[см.6, приложение 2] 1,226
Динамическая вязкость, mt0
, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10-6
Диаметр воздуховода, мм Ø280×0,6
Фактическая скорость воздуха:
w=Vв
/0,785∙D2
=4248,326/3600×0,785×0,27882
=19,34 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt0
/mt0
=19,34×0,2788×1,226/17,49×10-6
=377963,533.
Коэффициент трения определяем по критерию Re для гладкой трубы (шероховатости практически отсутствуют, так как воздуховод новый) и по Re=377963,533; е
=0,1 мм, при dэ
/е
=278,8/0,1=2788 [см.1, рисунок 5]; l=0,018.
Длину воздуховода принимаем ориентировочно: L=7 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
конфузор (вход в вентилятор) zк
=0,21 1 шт.
диффузор (выход из вентилятора) zдиф
=0,21 1 шт.
отводы при a=90° zот
=0,39 3 шт.
заслонка (задвижка) zз
=1,54 1 шт.
диафрагма (измерение расхода воздуха) zд
=2 1 шт.
вход в горелку zвх
=1 1 шт.
Sz=1∙zк
+1∙zдиф
+3∙zот
+1∙zз
+1∙zд
+1∙zвх
=1×0,21+1×0,21+3×0,39+1×1,54+1×2+1×1=6,13.
Гидравлическое сопротивление воздуховода:
=(1+(l∙L/D)+Sz)∙(w2
∙rt0
/2)=(1+(0,018×7/0,2788)+6,13)×( 19,342
×1,226/2)=
=1738,415 Па.
Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки:
SDРг
=+DРг
+DРтопки
=1738,415+5000+500=7238,415 Па,
где DРг
=5000 Па – сопротивление горелки при подаче воздуха на горение;
DРтопки
=500 Па – сопротивление топки.
Выбираем вентилятор высокого давления [см.5, таблица 31] по =12138,075 м3
/ч=3,372 м3
/с и SDРг
=7238,415 Па.
Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-250-1,12 V=4,16 м3
/с, DР=12000 Па, n=49,3 с-1
.
Установочная мощность электродвигателя:
N=b∙∙SDРг
/1000∙h=1,1×3,372×7238,415/1000×0,65=41,306 кВт.
Принимаем электродвигатель типа АО2-82-2, N=55,0 кВт [см.5, таблица 17].
3.8 Вентил
ятор-дымосос
Вся сушильная установка (рисунок 1), начиная от камеры смешения, работает под небольшим разрежением. Это исключает утечку топочных газов через неплотности в газоходах и аппаратах и подсос воздуха на разбавление топочных газов.
3.8.1 Патрубок с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения (приточная шахта)
Воздух из атмосферы подсасывается в камеру смешения с целью снизить температуру топочных газов с 1000 °С до 350 °С.
Параметры атмосферного воздуха
Влагосодержание, х0
, кг пара/кг воздуха 0,004
Температура, t0
, °С 5
Масса воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления топочных газов в расчете на 1 кг газа, Lсм
, кг воздуха/кг газа 85,218
Расход топлива, В, кг/ч 730,8
Плотность, rt0
, кг/м3
[см.6, приложение 2] 1,226
Вязкость, mt0
, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10-6
Давление, Рt0
, Па 1,013×105
Объемный расход воздуха на разбавление топочных газов:
=B·Lсм
·(1+x0
)/rt0
=730,8×85,218·(1+0,004)/1,226=51000,346 м3
/ч=14,167 м3
/с.
Диаметр воздуховода
рассчитываем, принимая скорость воздуха w=10 м/с по [см.5, таблица 9]:
D=1,343 м.
Выбираем стандартный диаметр воздуховода [см.5, таблица 2]: Ø 1400×1,0 мм, D=1,398 м.
Фактическая скорость воздуха:
w=/0,785·D2
=14,167/0,785×1,3982
=9,234 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w·D·rt0
/mt0
=9,234×1,398×1,226/17,49×10-6
=904893,987.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=904893,987, е
=0,1 мм, при dэ
/е
=1398/0,1=13980 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длина патрубка: L=2 м.
Местные сопротивления в патрубке принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
патрубок zвх
=2,5 1 шт.
выход из патрубка zвых
=1 1 шт.
Sz=zвх
+zвых
=2,5+1=3,5.
Гидравлическое сопротивление патрубка:
DRпатр
=(1+(l·L/D)+Sz)(w2
·rt0
/2)=(1+(0,013×2/1,398)+3,5)·(9,2342
×1,226/2)=
=236,18 Па.
3.8.2 Газоход от смесительной камеры до входа в сушилку
Сушильный агент
Температура, t1
,°C 350
Расход, L1
, кг/с 21,179
Влагосодержание, х1
, кг пара/кг воздуха 0,025
Динамическая вязкость, mt1
, Па×с [см.6, приложение 3] 31,32·10-6
Плотность сушильного агента:
rt1
=Р·(1+х1
)/462·(273+t1
)·(0,62+x1
)= 105
·(1+0,025)/462·(273+350)·(0,62+0,025)=
=0,552 кг/м3
.
Объемный расход сушильного агента:
Vt
1
=L1
·(1+x1
)/rt1
=21,179·(1+0,025)/0,552=39,327 м3
/с.
Принимаем скорость сушильного агента w=18 м/с.
Диаметр газохода:
1,668 м.
Принимаем газоход Ø 1800×1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м.
Фактическая скорость воздуха:
w=Vt
1
/0,785·D2
=39,327/0,785×1,9792
=15,514 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w·D·rt1
/mt1
=15,514×1,797×0,552/31,32·10-6
=491347,995.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=491347,995, е
=0,1 мм, при dэ
/е
=1797/0,1=17970 и по [см.1, рисунок 5] l=0,014.
Длину газохода принимаем ориентировочно: L=15 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в газоход zвх
=1 1 шт.
отвод α=90° zот
=0,39 2 шт.
выход из газохода zвых
=1 1 шт.
Sz=zвх
+2·zот
+zвых
=1×1+2×0,39+1×1=2,78.
Гидравлическое сопротивление газохода при t1
=350
°
C:
DRt1
=(1+(l·L/D)+Sz)·(w2
·rt1
/2)=(1+(0,014×15/1,797)+2,78)·(15,5142
×0,552/2)=
=258,864 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
l=12,5×10-6
·t1
·L=12,5×10-6
×350×15=0,066 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1800 мм, dн
=1820, D=2220 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблица 11].
Рисунок 2 – Компенсатор однолинзовый
3.8.3 Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя
Параметры парогазовой смеси, в
ыходящей из сушилки
Температура, t2
, °С 90
Расход с учетом подсоса, L2
, кг/с 22,238
Влагосодержание, х2
, кг/кг 0,120
Плотность, rt2
, кг/м3
0,884
Вязкость, mt2
, Па×с 20,0·10-6
Производительность по высушенному материалу, , кг/с 1,603
Участок решается как пневмотранспортная установка
Концентрация материала в транспортируемом воздухе:
=0,081 кг/кг (см. гидравлический расчет сушилки).
Производительность пневмопровода по транспортируемому материалу:
=·Kн
=1,603·2=3,206 кг/с,
где Кн
– подача материала в пневмопровод непосредственно из сушилки; Кн
=2.
Скорость воздуха в горизонтальном пневмопроводе:
wпн
=K∙(4∙-Wв
/Wм
+0,01∙rм2
+b)∙(1,2/rt2
)0,5
=[1,05∙(4·0,081-1/0,8+0,01·558+8)]× ×(1,2/0,884)0,5
=17,927 м/с,
где К=1,05; Wв
/Wм
=1/А; А=0,80; b=10 [см.3, таблицу 1]; rм2
=558 кг/м3
– насыпная плотность материала при wа2
=20 % [см.2, таблица 5].
Расход воздуха пневмотранспортной установки:
V=/(∙rt2
)=1,603/(0,081·0,884)=22,387 м3
/с.
Диаметр пневмопровода:
D=1,231 м.
Выбираем стандартный диаметр газохода Ø 1250×1,0 мм [см.5, таблица 2], D=1,248 м.
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w=V/0,785∙D2
=22,387/0,785×1,2482
=18,31 м/с.
Критическая скорость воздуха:
wкр
=5,6∙D0,34
∙dэ
0,36
∙(ρм2
/ρt2
)0,5
∙0,25
=5,6·1,2480,34
·0,0120,36
·(558/0,884)0,5
·0,0810,25
=
=16,467 м/с.
Фактически скорость воздуха w=18,31 м/с больше критической wкр
=16,467 м/с. Следовательно, материал будет транспортироваться, не оседая на дно горизонтального участка трубопровода.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt2
/mt2
=18,31×1,248×0,884/20,0×10-6
=1010008,9.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=1010008,9, е
=0,1 мм, при dэ
/е
=1248/0,1=12480 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длину пневмопровода принимаем ориентировочно по рисунку 1 L=30 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в трубу zвх
=1 1 шт.
отводы при α=90º zот
=0,39 2 шт.
переход с круглого сечения на прямоугольный
(вход в циклон) zп
=0,21 1 шт.
заслонка zз
=1,54 1 шт.
Sz=zвх
+2·zот
+zп
+zз
=1×1+2×0,39+1×0,21+1×1,54=3,53.
Потери давления при движении чистого воздуха:
DRв
=(1+l·L/D+Sz)·(w2
·rt2
/2)=(1+(0,013×30/1,248)+3,53)·(18,312
×0,884/2)=
=717,577 Па.
Потери, возникающие при движении материала по пневмопроводу:
DRмат
=0,5·λу
··l·w2
·rt2
/D=0,5×0,015×0,081×30×18,312
×0,884/1,248=4,328 Па,
где λу
=0,01-0,02, принимаем коэффициент сопротивления трения λу
=0,015,
l=l1
+l2
=10+20=30 м согласно рисунку 1.
Потери давления на разгон материала при загрузке его в пневмопровод:
DRразг
=ζразг
··0,5·w2
·rt2
=1,5×0,067×0,5×18,312
×0,884=18,004 Па,
где ζ – коэффициент сопротивления разгонного участка, принимается в пределах ζразг
=1-2; принимаем ζразг
=1,5.
Общее гидравлическое сопротивление пневмопровода:
DRпн
=DRв
+DRмат
+DRразг
=717,577+4,328+18,004=739,909 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
L=30 м.
l=12,5×10-6
·t2
·L=12,5×10-6
×90×30=0,034 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1400 мм, dн
=1420, D=1820 мм, a=180 мм, b=93 мм [см.5, таблице 11].
3.8.4 Циклон-разгрузитель пневмотранспортной установки
Назначение – отделение транспортируемого материала от воздуха.
Размер частиц материала, dэ
, м 0,012
Производительность по высушенному материалу, , кг/с 1,603
Объемный расход очищаемого газа, V, м3
/с 22,387
Температура, t2
, °С 90
Вязкость, mt2
, Па·с 20,0·10-6
Запыленность воздуха на входе в циклон:
=/V=1,603/22,387=0,072 кг/м3
.
Выбираем циклон ЦН-24, так как улавливаются крупные частицы dэ
=12 мм. Принимаем циклон диаметром D=1000 мм.
Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:
=К1
·К2
·zц500
+К3
=1,00·0,90·75+35=102,5,
где zц500
=75 [см.3, таблица 13] для ЦН-24, работающего на сеть; К1
=1,00 при D=1000 мм [см.3, таблица 14]; К2
=0,90 при =0,072 кг/м3
[см.3, таблица 15], К3
=35 для прямоугольной компоновки с центральным подводом и отводом воздуха [см.3, таблица 16].
Отношение по DRц
/rt
для циклона ЦН-24 принимаем: DRц
/rt
=500 м2
/с2
.
Условная скорость воздуха в циклоне:
wц
=[(DRц
/rt
)/(0,5·)]0,5
=[500/(0,5·102,5)]0,5
=3,123 м/с.
Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона:
υ=0,785·D2
·wц
=0,785·12
·3,123=2,452 м3
/с.
Число циклонных элементов в групповом циклоне:
Z=V/υ=22,387/2,452=9,13.
Выбираем групповой циклон ЦН-24 из 10 элементов диаметром 1000 мм.
Скорость газа в элементах группового циклона:
wц
=V/0,785·D2
·Z=22,387/0,785·1,02
·10=2,852 м/с.
Гидравлическое сопротивление группового циклона:
DRц1
=0,5∙∙wц
2
∙rt2
=0,5·102,5·2,8522
·0,884=368,507 Па.
где rt2
=0,884 кг/м3
(см. расчет пневмотранспортной установки).
3.8.5 Газоход между циклонами
Температура, t2
, °С 90
Расход, L2
, кг/с 22,238
Влагосодержание, х2
, кг/кг 0,120
Плотность, rt2
, кг/м3 0,884
Вязкость, mt2
, Па×с 20,0·10-6
Объемный расход, Vt2
, м3/с 22,387
Диаметр газохода
находим, принимая скорость воздуха w=12 м/с:
1,542 м.
Выбираем стандартный диаметр газохода Ø 1600×1,0 мм [см.5, таблица 2], D=1,598 м.
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w=Vt
2
/0,785∙D2
=22,387/0,785×1,5982
=11,168 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt2
/mt2
=11,168×1,598×0,884/20,0×10-6
=788813,709.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=788813,709, е
=0,1 мм, при dэ
/е
=1598/0,1=15980 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длину газохода принимаем ориентировочно: L=2 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в газоход zвх
=1 1 шт.
отводы a=90° zот
=0,39 3 шт.
переход с круглого сечения на прямоугольный
(вход в циклон) zп
=0,21 1 шт.
Sz=zвх
+3zот
+zп
=1+3×0,39+0,21=2,38.
Гидравлическое сопротивление газохода при t2
=90
°
C:
DRt2
=(1+l∙L/D+Sz)∙(w2
∙rt2
/2)=(1+0,013×2/1,598+2,38)∙(11,1682
×0,884/2)=
=187,23 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
l=12,5×10-6
∙t2
∙L=12,5×10-6
×90×2=0,002 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1600 мм, dн
=1620, D=2020 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблице 11].
3.8.6 Циклон-о
чиститель
Назначение – улавливает частицы высушенного материала после циклона-разгрузителя. В циклоне-разгрузителе уловлено 85 % материала, т.е. в циклон-очиститель попадает оставшийся материал (15 %). Таким образом, производительность по материалу составит к
= 1,603·0,15=0,240 кг/с.
Циклон работает на выхлоп.
Размер частиц материала, dэ
, м 0,012
Производительность по высушенному материалу, , кг/с 0,240
Объемный расход, Vt2
, м3
/с 22,387
Температура, t2
, °С 90
Влагосодержание, х2
, кг/кг 0,120
Запыленность воздуха на входе в циклон:
=/Vt
2
=0,240/22,387=0,011 кг/м3
.
Принимаем к установке групповой циклон ЦН-15.
Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:
=К1
∙К2
∙zц500
+К3
=1,0·0,87·163+35=176,81,
где zц500
=163 [см.3, таблица 13] для ЦН-15, работающего на выхлоп; К1
=1,0 [см.3, таблица 14]; К2
=0,87 при =0,011 кг/м3
[см.3, таблица 15]; К3
=35 для прямоугольной компоновки с централизованным подводом и отводом воздуха [см.3, таблицы 16].
Принимаем диаметр циклона D=1000 мм. Отношение по DRц
/rt
для циклона ЦН-15 принимаем: DRц
/rt
=750 м2
/с2
.
Условная скорость воздуха в циклоне:
wц
=[(DRц
/rt
)/0,5∙]0,5
=[750/0,5·176,81]0,5
=2,913 м/с.
Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона:
υ=0,785∙D2
∙wц
=0,785·1,02
·2,913=2,287 м3
/с.
Число циклонных элементов в групповом циклоне:
Z=V/υ=22,387/2,287=9,789.
Выбираем групповой циклон ЦН-15 из 10 элементов диаметром 1000 мм.
Скорость газа в элементах группового циклона:
wц
=V/0,785∙D2
∙Z=22,387/0,785·1,02
·10=2,852 м/с.
Абсолютное давление запыленного воздуха в циклоне (циклон работает под разрежением):
Ра
=В±Р=9,81·104
–1768,026=96331,974 Па.
где В=9,81·104
Па – атмосферное давление;
Р – давление газов на входе в циклон – сумма гидравлических сопротивлений газоходов и аппаратов до циклона:
Р=∑Рi
=DRпатр
+DRt1
+DРс
+DRпн
+DRt2
=236,18+258,864+345,843+739,909+187,23=
=1768,026 Па
Плотность влажного воздуха при рабочих условиях:
rt
=Ра
∙(1+х2
)/462∙(273+t2
)∙(0,62+х2
)= 96331,974∙(1+0,120)/462∙(273+90)∙(0,62+
+0,120)=0,869 кг/м3
Гидравлическое сопротивление группового циклона:
DRц2
=0,5∙∙wц
2
∙rt
=0,5·176,81·2,8522
·0,869=624,879 Па.
3.8.7 Газоход между циклоном и дымовой трубой
Температура, t2
, °С 90
Расход, L2
, кг/с 22,238
Влагосодержание, х2
, кг/кг 0,120
Плотность, rt2
, кг/м3
[см.6, приложение 2] 0,884
Вязкость, mt2
, Па×с [см.6, приложение 3] 20,0×10-6
Объемный расход парогазовой смеси:
Vt
4
=L2
∙(1+x2
)/rt2
=22,238∙(1+0,120)/0,884=28,175 м3
/с.
Диаметр газохода
находим, принимая скорость воздуха w=12 м/с:
1,729 м.
Выбираем стандартный диаметр газохода Ø 1800×1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м.
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w=Vt
4
/0,785∙D2
=28,175/0,785×1,7972
=11,115 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt2
/mt2
=11,115×1,797×0,884/20,0×10-6
=882835,551.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=882835,551, е
=0,1 мм, при dэ
/е
=1797/0,1=17970 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длину газохода принимаем ориентировочно: L=45 м, минимальная высота дымовой трубы 16 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в газоход zвх
=1 1 шт.
отводы a=90° zот
=0,39 3 шт.
заслонка (задвижка) zз
=1,54 1 шт.
диафрагма при dо=0,5D, m=0,25 zд
=29,4 1 шт.
переход (вход и выход из вентилятора) zп
=0,21 2 шт.
выход из дымовой трубы в атмосферу с зонтом zд.тр
=1,3 1 шт.
Sz=zвх
+3∙zот
+zз
+zд
+2∙zп
+zд.тр
=1+3×0,39+1,54+29,4+2×0,21+1,3=34,83.
Гидравлическое сопротивление газохода при t2
=90
°
C:
DRt4
=(1+l∙L/D+Sz)∙(w2
∙rt2
/2)=(1+0,013×45/1,797+34,83)∙(11,1152
×0,884/2)=
=1974,313 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
l=12,5×10-6
∙t2
∙L=12,5×10-6
×90×45=0,051 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1800 мм, dн
=1820, D=2220 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблице 11].
3.8.8 Выбор вентилятора-дымососа
Суммарное гидравлическое сопротивление сети:
SDR=DRпатр
+DRt1
+DRc
+DRпн
+DRц
1
+DRt2
+DRц
2
+DRt4
=236,18+258,864+345,843+
+739,909+368,507+187,23+624,879+1974,313=4735,725 Па.
Приведенное сопротивление:
DRпр
=SDR∙(273+t2
)∙Pо
/273∙(Pо
+SDR)=4735,725∙(273+90)×105
/273∙(105
+4735,725)=
=6012,23 Па.
По Vt
4
=28,175 м3
/с=101430 м3
/ч и DRпр
=6012,23 Па выбираем газодувку по [см.5, таблица 31].
Принимаем дымосос ДН-21, V=144 тыс. м3
/с, DR=6000 Па, n=16,6 c-1
.
Установочная мощность электродвигателя:
Nэ
=b∙Vt
4
∙DRпр
/1000∙h=1,1×28,175×6012,23/1000×0,55=207,038 кВт.
Выбираем электродвигатель типа А3-315М-2, N=200 кВт [см.5, таблица 31].
4 Технико-экономические показатели сушилки
Технологические показатели работы сушилки
Производительность:
=13 т/ч=3,611 кг/с.
Удельная производительность по испарённой влаге (напряжение по влаге):
A=180 кг/(м3
∙ч).
Удельный объёмный расход сушильного агента:
υ= Vt1
/Vсуш
=39,905/40,160=0,994 м3
/(м3
∙с).
Энергетические показатели работы сушилки
Тепловой КПД процесса сушки:
η1
= Qи
/Qобщ
=5319,895/5741,108=0,927,
где Qобщ
=Qи
+Qм
+Qпот
=5319,895+220,413+200,8=5741,108 кДж/с.
Термический КПД сушилки:
η2
= (J1
-J2
)/J1
=(433,063-411,336)/433,063=0,05.
Коэффициент теплового напряжения:
Bt
=(t1
-t2
)/t1
=(350-90)/350=0,743.
Удельный расход природного газа на 1 кг испарённой влаги:
dB
=B/W=0,203/2,008=0,101 кг/кг.
Удельный расход природного газа на 1 кг высушенного материала:
dG
=B/=0,203/1,603=0,127 кг/кг.
Удельный расход тепла на 1 кг испарённой влаги:
dQ
=Qобщ
/W=5741,108/2,008=2859,118 кг/кг.
Удельный расход электроэнергии на 1 кг испарённой влаги:
dN
=ΣNi
/W=(1,1+3,0+1,1+1,1∙3+55,0+200,0)/2,008=131,225 кДж/кг=
=0,036 (кВт·ч)/кг,
где N1
=1,1 кВт – ленточный транспортер;
N2
=3,0 кВт – винтовой транспортер;
N3
=1,1 кВт – шлюзовый дозатор (под бункером-питателем);
N4
=1,1 кВт – шлюзовый затвор (под циклоном-разгрузителем);
N5
=1,1 кВт – шлюзовый затвор (под циклоном-очистителем);
N6
=1,1 кВт – шлюзовый затвор (после винтового транспортера);
N7
=55,0 кВт – вентилятор подачи воздуха на горение;
N8
=200,0 кВт – вентилятор-дымосос.
Список использованных источников
1 Процессы и аппараты химической технологии. Справочные материалы. Сост. канд. техн. наук Орлов В.П. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. – 121 с.
2 Ведерникова М.И., Орлов В.П., Терентьев В.Б., Штеба Т.В., Кожевников Н.П. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. I. Технологические и гидродинамические расчеты сушилок. Екатеринбург: УГЛТА, 2001. 40 с.
3 Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. II. Технологические и гидродинамические расчеты сушилок. Екатеринбург: УГЛТА,2001.44 с.
4 Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. III. Примеры расчетов сушилок. Екатеринбург: УГЛТА, 2001. 44 с.
5 Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. I. Расчет и выбор насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 40 с.
6 Старцева Л.Г., Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 44 с.
7 Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к текстовой части. Ч. I. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 56 с.
8 Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к графической части. Ч. II. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 50 с.
9 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.: Химия, 1991. 495 с.