РефератыПромышленность, производствоРаРасчёт аэрофонтанной сушилки

Расчёт аэрофонтанной сушилки

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:



= 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:



=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:



=δ∙b∙l=30·5·5·(10-3
)3
=7,5·10-7
м3
.


Поверхность частицы:



=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:



=(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:



=∙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
/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.



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:



=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:



=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;



=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:



=(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:



=[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

ная производительность винтового транспортера:


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:



=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:



=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.



=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

=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

=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

=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

=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:



=[(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:



=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

=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:



=[(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:



=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

=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:



=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.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчёт аэрофонтанной сушилки

Слов:6563
Символов:71765
Размер:140.17 Кб.