Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

Тверской государственный технический университет

Кафедра «Машины и аппараты химических производств»

Курсовая работа

По дисциплине «Основы массообменных процессов»

На тему: Расчет и проектирование сушилки для сушки песка

подпись, дата

Выполнил: Дмитриев В.В. ___________________

П

подпись, дата

ринял: Копылова Т.С. ______________________

Тверь 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технологическая схема

2. Расчетная часть

2.1. Определение топочных газов, подаваемых на горение.

2.2. Материальный баланс.

2.3. Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента.

2.4. Определение основных размеров сушильного барабана.

Заключение

Список использованной литературы.

Введение

В данной курсовой работе рассчитан процесс сушки песка в барабанной сушилке. В качестве сушильного агента используются топочные газы. Описаны конструктивные особенности сушильного барабана. В пояснительной записке также представлена принципиальная схема сушки.

Процесс сушки заключается в удалении влаги из материалов с целью улучшения качества продукта, предохранения от слеживания, снижения массы, придания транспортабельности и т.д. В производственных условиях сушку проводят при атмосферном давлении или при вакууме, периодически или непрерывно при различных способах подвода тепла к высушиваемому материалу. С одной стороны, сушка является теплообменным процессом, так как к высушиваемому материалу подводится тепло, затрачиваемое на испарение влаги (часть тепла в виде теплосодержания влаги отдаётся окружающей среде), с другой стороны, сушка - массообменный процесс, так как влага из высушиваемого материала переходит в окружающую среду за счёт разности парциальных давлений водяных паров над поверхностью материала и в окружающем воздухе. Характер процесса сушки зависит от свойств и параметров высушиваемого материала и сушильного агента. [1].

Вследствие разнообразных условий сушки имеется много конструкций сушилок, которые классифицируют по различным признакам.

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки [2]

1) конвективная сушка - путём непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используется нагретый воздух или топочные газы;

2) контактная сушка - путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3) радиационная сушка - путём нагревания инфракрасными лучами;

4) диэлектрическая сушка – путем нагревания в поле высокой частоты;

5) сублимационная сушка - сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. [2].

В химической и других отраслях промышленности для сушки сыпучих различных материалов широко применяют барабанные сушилки. Такое положение объясняется тем, что процесс протекает в них экономично, благодаря возможности использования высоких температур газов при параллельном движении материала и агента сушки; достигается большая производительность единичного аппарата и, кроме того, они вполне надёжны в эксплуатации.

По принципу действия барабанные сушилки подразделяют на 3 группы [2]:

1) сушилки прямого действия, в которых сушильный агент непосредственного соприкасается с высушиваемым материалом

2) сушилки непрямого действия, в которых сушильный агент не соприкасается с материалом, а всё необходимое тепло передаётся материалу через стенку;

3) сушилки смешанного действия, в которых сушильный агент передаёт материалу часть тепла через стенку, а часть - путём непосредственного соприкосновения.

Наибольшее распространение имеют барабанные сушилки прямого действия.[3].

1. Технологическая часть.

В настоящее время всё более широкое распространение приобретают сушка топочными газами. Это объясняется тем, что температура топочных газов значительно выше температуры воздуха, нагреваемого перед сушкой. В результате влагопоглощающая способность газов во много раз больше влагопоглощающей способности воздуха. Обычно температура топочных газов превышает предельно-допустимую для высушиваемого материала и поэтому их разбавляют воздухом для получения сушильного агента с требуемой температурой.

Основной частью сушильной установки является вращающийся барабан 3 (pис.1) диаметром метра и длиной метров. На барабане имеются два бандажа 12, каждой из которых катится по двум роликам 14, укреплённым на металлической раме, и зубчатый венец 13, служащий для приведения барабана во вращение от электродвигателя 15 через редуктор. Влажный материал (древесные опилки) из бункера 1поступает в сушилку, пройдя предварительно ячейковый питатель 2, необходимый для обеспечения герметичности установки. Внутри барабана имеется подъёмно-лопастная насадка, прикреплённая к стенке барабана. Назначение насадки - дать за один оборот барабана возможно большее число пересыпаний материала. При вращении барабана материал проходит вдоль сушилки, причём продвижение частиц происходит во время их падения, как за счёт наклона барабана, так и вследствие откоса частиц потоком сушильного агента. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания природного газа в топке 4 и смешения топочных газов с воздухом в смесительной камере 5. Воздух в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами 6 и 7. транспортирование сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора 11. при этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки. Высушиваемый материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер 8, а из него на транспортирующее устройство 9. Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. Отсасывание газов из циклона производится вытяжным вентилятором 11. Температуру поступающих газов в сушилку газов измеряют термометром 16. Температуру газов, уходящих из сушилки, измеряют термометром 17, их влагосодержание - психрометром 18, а количество - при помощи расходомера 19. Частицы не улавливаемые циклоном задерживаются водой в мокром пылеуловителе 20 и насыщенный раствор с опилками поступает из отстойника 21 в сушильный барабан.

Рис. 1. Технологическая схема барабанной сушилки.

1 – бункер; 2 – ячейковый питатель; 3 – сушильный барабан; 4 – топка; 5 – смесительная камера; 6, 7 – вентилятор; 8 – бункер высушенного материала; 9 – транспортное устройство; 10 – циклон; 11 – вытяжной вентилятор; 12 – бандаж; 13 – зубчатый венец; 14 – ролики; 15 – эл. двигатель; 16, 17 – термометр; 18 – психрометр; 19 – расходомер.

2. Расчётная часть.

2.1. Определение топочных газов, подаваемых на горение.

В качестве топлива используется природный газ следующего состава [в % (об.)] CH₄ – 91,6%; С₂Н₆ – 1,6%; С₃Н₈ – 0,8%; С₄Н₁₀ – 0,4%; С₅Н₁₀ – 0,2%; СО₂ – 0,6%; N₂ – 4,7%; Н₂S – 0,1%.

Теоретическое количество сухого воздуха L₀, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно: [4]

,

где составы горючих газов выражены в объёмных долях. Подставив соответствующие значения, получим:

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов [10].

Таблица 1.

Характеристика горения простых газов.

Газ	Реакция	Тепловой эффект Реакции, кДж/м3
Водород Метан Этан Пропан Бутан Пентан Сероводород	H2+0,5CO2=H2O CH4+2O2=CO2+H2O C2H6+3,5O2=2CO2+3H2O C3H8+5O2=3CO2+4H2O C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O C5H12+8O2=5CO2+6H2O H2S+1,5O2=SO2+H2O	108100 358200 637500 912500 1186500 1460800 23100

Количество тепла выделившегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

,

где - тепловой эффект реакции горения простого газа.

Плотность газообразного топлива ρ_m равна:

,

где M_i - молярная масса i - того компонента топлива, кмоль/кг;

t_T - температура топлива, равная 20⁰C;

молярный объём, равный 22,4 м³/кмоль;

Т_о - термодинамическая температура, равная 273 К.

.

Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1кг топлива:

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчёте на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха , необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси .

Значение находим из уравнений материального и теплового балансов. Уравнение материального баланса:

,

где L_с.г. - масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива; C_mH_n - массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

Уравнение теплового баланса:

,

где - общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95;

- теплоёмкость газообразного топлива при =20⁰С, равная 1,34 кДж/кг*К;

- энтальпия свежего воздуха, равная 41,53 кДж/кг;

- энтальпия сухих газов кДж/кг; ;

и - теплоёмкость и температура сухих газов;

= 1,0743кДж/кг К, = 425⁰С;

- влагосодержание свежего воздуха, ( 0,00924 кг/кг сухого воздуха), при температуре t_о= 21 ^оС и относительной влажности = 60%;

- энтальпия водяных паров, кДж/кг;

;

- теплота испарения воды при температуре 0 ^оС, равная 2493,1 кДж/кг;

- средняя теплоёмкость водяных паров, равная 1,97 кДж/(кг К);

- температура водяных паров = 425 ^оС.

.

Решая совместно два уравнения, получим:

(7) Пересчитаем компоненты топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые:

,

где, C_mH_n - объёмная доля компонента в смеси;

V_м - молярный объём, равный 22,4 моль/л;

- плотность газообразного топлива;

Т_о - абсолютная температура;

t_Т - начальная температура топлива, °С.

_{СН4 = 0,916 16 273/22,4 0,727(273+20)= 0,8385;}

С₂Н₆ = 0,016 30 273/22,4 0,727(273+20)= 0,0275;

С₃Н₈ = 0,008 44 273/22,4 0,727(273+20)= 0,0201;

С₄Н₁₀ = 0,004 58 273/22,4 0,727(273+20)= 0,0133;

С₅Н₁₂ = 0,002 72 273/22,4 0,727(273+20)= 0,0082;

Н₂S = 0,001 34 273/22,4 0,727(273+20)= 0,0019.

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:

;

Коэффициент избытка воздуха:

,

где Q - количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива.

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и набавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 425^oC равна:

(8)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

(9)

Влагосодержание газов на входе в сушилку x₁ на 1 кг сухого воздуха равно:

Энтальпия газов на входе в сушилку: