Скорость воздуха во входном патрубке циклона:

.

Найденное значение скорости находится в пределах рекомендуемых [26] .

Гидравлическое сопротивление циклона (Па) рассчитаем по формуле:

Па,

где _y - коэффициент сопротивления, зависящий от конструкции циклона (для циклонов конструкции ЦККБ _y = 2,5, для циклонов ВТИ _y = 6, для циклонов НИИОГАЗа _y = 7) [26]. В нашем случае примем _y =7.

Сопротивление 4-х циклонов:

Па.

Расчёт скруббера

Скруббер представляет собой вертикальный цилиндр с конусным днищем (рис. 8). Ввод запылённых газов производится радиально через окна, которые расположены по окружности внизу цилиндрической части скруббера. Газы, выйдя из распределительных окон, поднимаются вверх, проходят через распылённую жидкость, очищаются и выкидываются в атмосферу.

Жидкость распыливается с помощью механических форсунок грубого распыла. Форсунки расположены под определённым углом к горизонтальной плоскости, по окружности на некотором расстоянии от верха скруббера. Такое расположение форсунок позволяет получить равномерное распределение плотности потока распылённой жидкости по сечению скруббера. Для предупреждения попадания жидкости в распределительный канал для газа над окнами делается по всей окружности козырёк. В конусной части скруббера делается сливной штуцер, чтобы предупредить попадание жидкости в газоход.

Рисунок 8 – Схема скруббера

Расчёт скруббера выполним по методике, изложенной в [7].

Предварительно принимаем, что на очистку поступает количество воздуха, необходимое для сушки в летних условиях V = 1,15 м³/с с температурой t₁ = 80 С (Значение принято на 10 С ниже температуры воздуха на выходе из сушильной камеры в предположении, что на пути от сушильной камеры, проходя воздуховоды и циклон, он охладится именно на 10 С). Температуру воздуха на выходе из скруббера примем равной t₂ = 30 С (при контакте воздуха с распылённым раствором воздух охлаждается, а раствор нагревается). Плотность орошения скруббера примем равной А = 3 т/(м²ч) = 3000 кг/(м²ч).

Тогда количество теплоты, отданное воздухом в скруббере:

Q = Vc(t₁ – t₂) = 1,151,031005(80 – 30) = 59521,1 Вт,

где  = 1,03 кг/м³ – плотность воздуха при средней его температуре в скруббере: С; с = 1005 Дж/(кгК) – средняя удельная теплоёмкость воздуха при его средней температуре.

Средняя разность температур между газом и распыляемым раствором:

С,

где t_м = 28 С – температура мокрого термометра газов на выходе из скруббера (t = 30 С,  = 90 %).

Объёмный коэффициент теплообмена _ определим по эмпирической формуле Н. М. Михайлова [7]:

_ = 95A^0,821,16 = 953^0,821,16 = 271,3 Вт/(м³ч).

Объём скруббера определим по формуле [7]:

м³.

Диаметр скруббера определим из уравнения расхода:

м,

где _ск = 0,8 м/с – скорость воздуха в скруббере. (По данным [7] при _ск < 1,0 м/с унос жидкости минимален и не превышает 0,8 %).

Количество распыливаемого раствора:

.

Поскольку это количество раствора значительно превышает производительность сушилки, то необходимо организовать циркуляцию раствора в скруббере с отбором его части, концентрированной до 60 % на сушилку [7].

Рабочая высота скруббера определяется по объёму и диаметру скруббера:

м.

Под рабочей высотой скруббера понимается расстояние между местом ввода газа и форсунками.

По данным [7, c. 140] сопротивление скруббера обычно не превышает 10 – 15 мм. вод. ст. Принимаем р_ск = 10 мм. вод. ст.

Подбор вентилятора

Вентилятор подбирают по производительности и создаваемому напору.

Производительность вентилятора выбираем по летним условиям, т. к. при этом объём воздуха, перекачиваемый вентилятором, максимален и равен V = 1,15 м³/с.

Требуемый напор вентилятора определяем как сумму потерь напора (сопротивлений) во всех аппаратах воздушного тракта (калориферы, сушильная камера, циклоны, скруббер) и воздуховодах, соединяющих вентилятор и аппараты.

Сопротивление калориферов

Суммарное сопротивление калорифера определено в разделе 3 и равно р = 12 мм. вод. ст.

Сопротивление сушильной камеры

Различают два вида потерь напора (сопротивлений) [19]: потери по длине (путевые):

;

и в местных сопротивлениях:

.

Местные сопротивления имеют место (см. рис. 9) при входе воздуха в камеру (внезапное расширение) и при выходе из неё (внезапное сужение).

Рис. 9. К расчёту сопротивления камеры

Путевые потери имеют место при движении воздуха в камере от входного отверстия к выходному. При этом путь, проходимый воздухом равен высоте камеры l = H = 5 м. Диаметр D = 3,6 м. Скорость движения воздуха в камере  = 0,311 м/с.

Режим движения воздуха в камере:

,

следовательно, режим движения турбулентный.

Принимая камеру (как канал) гидравлически гладкой, рассчитаем гидравлический коэффициент трения  по формуле Блазиуса:

,

тогда:

м. возд. ст.

Размеры всех газоходов (воздуховодов), применяемых в сушильной установке для соединения всех аппаратов примем одинаковыми и равными рассчитанным ранее – газоход квадратного сечения из оцинкованного стального листа с длиной сторон а = 0,28 м.

Площадь сечения газохода:

S₁ = a² = 0.28² = 0,0784 м².

Площадь сечения сушильной камеры:

м².

Коэффициенты местных сопротивлений (рис. 9):

а) при входе потока воздуха через воздуховод в сушильную камеру (внезапное расширение):

,

б) при выходе потока воздуха из сушильной камеры в воздуховод (внезапное сужение):

.

Потери напора при входе в камеру:

м.

Потери напора при выходе из камеры:

м. возд. ст,

где _г = 15 м/с – скорость газа в газоходе (за местным сопротивлением).

Сумма потерь напора в местных сопротивлениях:

h_мс = h^’_мс + h^”_мс = 0,6410^-3 + 5,68 = 5,681 м. возд. ст,

Общее сопротивление сушильной камеры:

h_ = p_суш = h_l + h_мс = 2,6110^-5 + 5,681 = 5681 мм. возд. ст. =5,68 мм. вод. ст.

Сопротивление циклонов

Общее сопротивление 4-х циклонов определено ранее и равно р_ц = 1457,6 Па = 150 мм. вод. ст.

Сопротивление скруббера

Сопротивление скруббера установлено ранее и составляет р_ск = 10 мм. вод. ст.

Сопротивление воздуховодов

Воздуховоды служат для соединения всех аппаратов установки в единый тракт. Размеры газохода рассчитаны в разделе 2: газоход квадратного сечения с длинной сторон а = 0,28 м; длина газохода от калорифера до сушилки l = 2 м.

Примем размеры (сечение) газохода на всех участках одинаковыми. Длины на различных участках примем:

• от вентилятора до калорифера – 2 м (t = 20,6 С);

• от калорифера до сушилки – 2 м (t = 200 С);

• от сушилки до циклонов – 3 м (t = 90 С);

• от циклонов до скруббера – 12 м (t = 80 С).

Так как температуры сушильного агента на перечисленных участках газохода различны, то расчёт сопротивлений будем вести отдельно на каждом участке.

Режимы движения воздуха на каждом из участков:

• от вентилятора до калорифера:

– турбулентный;

• от калорифера до сушилки:

– турбулентный;

• от сушилки до циклонов:

– турбулентный;

• от циклонов до скруббера:

=199146,5 – турбулентный.

Т. к. на большинстве участков газохода числа Рейнольдса Re > 10⁵, то для расчёта гидравлического коэффициента трения  воспользуемся универсальной формулой:

где k_э = 0,1510^-3 м – эквивалентная шероховатость оцинкованной железной поверхности газоходов (табл. 6) [19]; d_экв = а = 0,28 м – эквивалентный диаметр газохода.

Таблица 6

эквивалентная шероховатость оцинкованной железной поверхности газоходов

Материал и вид трубы	Состояние трубы	kэ, мм
Тянутые трубы из стекла и цветных металлов	Новые, технически гладкие	0-0,003 0 ,001
Бесшовные сварные трубы	Новые и чистые, тщательно уложенные После нескольких лет эксплуатации	0 ,01-0,02 0,014 0 ,15-0,3 0,2
Стальные трубы сварные	Новые и чистые С незначительной коррозией после очистки Умеренно заржавевшие Старые заржавевшие Сильно заржавевшие или с большими отложениями	0 ,03-0,1 0,06 0,1-0,2 0 ,15 0,3-0,7 0 ,5 0 ,8-1,5 1 2 -4 3
Клепанные стальные трубы	Легко клепаные Сильно клепаные	0,5-3 До 9
Оцинкованные железные трубы	Новые и чистые После нескольких лет эксплуатации	0,1-0,2 0 ,15 0,4-0,7 0 ,5
Чугунные трубы	Новые асфальтированные Новые без покрытия Бывшие в употреблении Очень старые	0,016 0 ,12 0 ,2-0,5 0,3 0,5-1,5 1 До 3

Тогда гидравлический коэффициент трения и потери напора по длине на участках:

• от вентилятора до калорифера:

;

м.

• от калорифера до сушилки:

;

м.

• от сушилки до циклонов:

;

м.

• от циклонов до скруббера:

;

м.

Суммарные потери по длине на всех участках:

h_l = h_l1 + h_l2 + h_l3 + h_l4 = 1,18 + 1,54 + 1,93 + 7,98 = 12,52 м. возд. ст.

Потери напора в местных сопротивлениях газохода примем равными 20 % от потерь по длине. Тогда:

р_г = h_п = 1,2h_l = 1,212,52 = 15,02 м. возд. ст. = 15,0 мм вод. ст.

Требуемый напор вентилятора:

р = р_кал + р_сум + р_ц + р_г = 12 + 5,68 + 10 + 15 = 42,68 мм. вод. ст.

Выбираем центробежный вентилятор низкого давления (до 100 мм. вод. ст.) серии ВРВ [23] № 6.

Технологическая схема линии производства сухого молока

Рассматриваемая в данном проекте установка для сушки молочных продуктов работает по следующему принципу (см. технологическую схему).

Свежий воздух центробежным вентилятором В по трубопроводу 3.1 подаётся в ряд последовательно установленных пластинчатых калориферов К 1-4. нагретый в калорифере воздух по трубопроводу 3.2 поступает в распределительное устройство, непосредственно расположенное в сушильной камере РС.

В тот же момент из ёмкости Е с обезжиренным молоком через дозатор Д раствор подаётся непосредственно на лопатки быстровращающегося диска и распыливается им по всему объёму камеры. При соприкосновении горячего воздуха и мелкодиспергированного раствора происходит практически мгновенное его высушивание. Высушенный раствор в виде твёрдых частиц малого диаметра под действием гравитационных сил оседает на конусообразное днище сушильной камеры. При соприкосновении горячего воздуха и мелкодиспергированного раствора происходит практически мгновенное его высушивание. Высушенный раствор в виде твёрдых частиц малого диаметра под действием гравитационных сил оседает на конусообразное днище сушильной камеры и ссыпается через центральное отверстие в приёмный бункер готового продукта Б, а далее фасуется (обычно в бумажные мешки) и отправляется на склад.

Сушильный агент (воздух) после сушки удаляется из сушильной камеры через патрубок (расположенный в конусообразном днище аппарата) на очистку, поскольку в воздухе остаётся до 10 % неосевшего высушенного материала. По трубопроводу 3.3 неочищенный воздух поступает в циклоны Ц 1-2, где осуществляется основная очистка воздуха от пыли в поле центробежных сил. Уловленная в циклоне пыль собирается в бункере Б.

Т. к. циклоны не обеспечивают 100 % очистку воздуха от пыли, то далее воздух по трубопроводу 3.4 поступает в мокрый пылеуловитель (скруббер) МП, в котором осуществляется окончательная очистка воздуха от мелких частиц продукта (пыли). Полностью очищенный воздух (с концентрацией пыли ниже предельно допустимой концентрации) удаляется в атмосферу.

Полученная после очистки в скруббере смесь циркулирующего раствора и уловленного материала с концентрацией насосами Н1 и Н2 вновь подаётся в скруббер для повторения процесса очистки.

Многократно циркулирующая смесь постепенно достигает определённой концентрации, после чего её направляют в ёмкость Е2, а оттуда на сушку в распылительную камеру.

Операция по циркуляции раствора обезжиренного молока между скруббером и ёмкостью осуществляется запорными вентилями ВЗ 1-6.