3 Расчет основных конструктивных параметров сушильной башни

Цель работы: ознакомиться с процессом сушки, видами сушилок и методикой механического расчета основных элементов сушильной башни.

3.1 Основные сведения

Сушка – процесс удаления влаги из твердого материала путем её испарения и отвода образовавшихся паров.

Типичная конструкция сушильной башни представлена на рисунке 3.1.1. Корпус башни 1 собирается из нескольких разъемных царг с фланцами. В нижней цилиндрической части башни монтируются два конуса – наружный 3 и внутренний 2, через которые выгружается готовый продукт – порошок. В наружном конусе башни находится разгрузитель-охладитель 4, в который по касательной к его поверхности подается холодный воздух, охлаждающий порошок перед выгрузкой его из башни. Охлажденный порошок выгружается из башни через нижний патрубок, а нагретый воздух, поднимаясь вверх, смешивается с поточными газами, подаваемыми через коллектор газа 9, образуя газовоздушную смесь, которая выступает сушильным агентом. На конусной крышке 14 устанавливается восемь люков с откидными смонтированными окнами 13 для наблюдения за процессом и восемь симметрично расположенных по окружности форсунок 12 для распыления композиции. Отработанные газы, пройдя сушильную башню снизу вверх, отсасываются через верхний патрубок.

Рисунок 3.1.1 – сушильная башня

3.2 Расчет сушильной башни

Методика расчета сушильных башен состоит в определении их диаметра, высоты рабочей зоны, а также проверке на устойчивость их основных механических элементов .

Диаметр сушилки определяется по формуле:

, (1)

где - объемный расход газа для сушки материала,;

- средняя скорость газа, .

Расчетное значение диаметра округляется до ближайшего значения, кратного 0,5. Полученное округленное значение принимаем за величину конструктивного диаметра .

Высота цилиндрического корпуса башни рассчитывается по формуле:

, (2)

где - активная высота сушильной башни,м;

5,5 - добавка, учитывающая, что подача топочных газов осуществляется выше конического днища.

Активная высота сушильной башни рассчитывается по формуле:

, (3)

где - полезный объем сушильной башни, который определяется приблизительно по опытным данным,.

Расчетную длину цилиндрического корпуса определим по формуле:

, (4)

где - количество царг, из которых собран цилиндрический корпус башни.

Полученное значение округляется до ближайшего целого значения.

Расчет толщины цилиндрического корпуса башни произведем по формуле:

, (5)

где - наружное атмосферное давление,Па.

- модуль упругости стали, из которой изготовлен корпус, ;

- конструктивная прибавка на коррозию и эрозию, м.

Проверим применимость формулы (5) по условиям:

- первое условие

, (6)

где - наружный диаметр корпуса башни, определяемый по формуле

; (7)

- второе условие

, (8)

где - предел текучести стали корпуса,.

Произведем расчет конических обечаек башни, приняв толщину стенки конической обечайки равной толщине стенки цилиндрической обечайки . Проверим, не превышает ли наружное давление на конуспо условию прочности допускаемого давления

, (9)

где - допускаемое напряжение стали,;

- угол уклона конической обечайки башни, .

Проверим выполнение условия применимости формулы (9)

. (10)

Произведем проверку устойчивости конической обечайки в пределах упругости

, (11)

где - внутренний диаметр основания усеченного конуса обечайки,м;

- высота усеченного конуса обечайки, м;

- коэффициент запаса устойчивости, который для рабочих условий равен 2,4;

- коэффициент, учитывающий перегрузку конической обечайки по сравнению с цилиндрической, принимается равным 1.

определяется из условия

, (12)

где - внутренний диаметр вершины усеченного конуса,м.

Высота усеченного конуса определяется по формуле

. (13)

В результате расчетов зачастую получается так, что толщина стенки гладкой цилиндрической и конической обечайки велика. А так как они изготавливаются из дорогостоящих сталей, желательно уменьшать толщину стенки, для чего в конструкции обечайки предусматривают продольные ребра жесткости. На практике это позволяет в несколько раз уменьшить толщину обечайки.

3.3 Пример расчета сушильной башни

Произвести механический расчет основных элементов сушильной башни, для которой объемный расход газа , средняя скорость газа, полезный объем сушильной башни, внутренний диаметр вершины усеченного конусам. Корпус башни собран из 5 царг. Конструктивная прибавка на коррозию и эрозию м.

Определяем диаметр сушилки по формуле (1):

.

Принимаем, что .

По формуле (3) рассчитываем активную высоту сушильной башни :

.

Высоту цилиндрического корпуса башни определяем по формуле (2):

.

По формуле (4) определим расчетную длину цилиндрического корпуса :

.

За расчетное значение принимаем .

Рассчитаем толщину цилиндрического корпуса башни по формуле (5):

.

Наружный диаметр корпуса башни определим по формуле (7):

.

Проверим применимость условий (6) и (8):

- первое условие

;

;

- второе условие

;

.

Условия применимости (5) выполняются.

Примем толщину стенки конической обечайки равной .

Произведем проверку на превышение наружного давления на конус по условию прочности допускаемого давленияпо формуле (9):

;

.

Условие прочности выполняется, следовательно, корпус башни не разрушится под действием атмосферного давления.

Проверим выполнение условия применимости формулы (9):

;

.

Условие применимости выполняется.

Определим внутренний диаметр основания усеченного конуса обечайки из условия (12):

;

.

Получаем, что .

По формуле (13) определим высоту усеченного конуса:

.

Проверим устойчивость конической обечайки в пределах упругости по формуле (11):

.

Условие устойчивости конической обечайки выполняется: .

Следует отметить, что в случае невыполнения хотя бы одного из условий применимости или надежности конструкция сушильной башни не работоспособна, так как при данных условиях работы могут произойти разрушение или потеря устойчивости. В рассмотренном примере все условия выполняются, следовательно, конструкция сушилки работоспособна.

3.4 Задание для самостоятельного расчета конструктивных параметров сушильной башни

Рассчитать диаметр и высоту рабочей зоны распылительной сушилки, а также произвести механический расчет её основных конструкционных элементов, используя данные таблицы 3.4.1.

Таблица 3.4.1 – Исходные данные для расчета сушильной башни

Номер варианта
1	74000	0,5	440	0,002	3
2	70000	0,45	390	0,004	3,5
3	75300	0,47	455	0,002	3
4	78400	0,55	398	0,003	3,5
5	72800	0,51	424	0,004	3
6	69400	0,6	441	0,003	3,5
7	67200	0,58	402	0,002	3
8	73000	0,46	448	0,003	3,5
9	77500	0,52	423	0,002	3
10	71900	0,59	434	0,004	3,5
11	68300	0,48	395	0,004	3
12	79900	0,57	417	0,003	3,5
13	76300	0,5	440	0,002	3
14	75400	0,49	425	0,004	3,5
15	78900	0,61	418	0,003	3

Корпуса всех сушильных башен выполнены из стали Х18Н10Т, для которой ,,(температура стенки корпуса). Башни собраны из 5 царг.