барабанная сушилка 2000

Министерство образования Российской Федерации

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова

кафедра «Процессы И аппараты химической технолоrии»

В. М. Мясоеденкое

Расчет барабанной сушильной установки

Учебно-методическое

пособие

Москва, 2000

www.mitht.ru/e-library

ББК

Рецензент А.Л. Таран

Мясоеденков В.М. Расчет барабанной сушильной установки. - М.: МИТХТ, 2000 - 66 с.

Приведены основные требования к курсовому проекту, по­

рядок его выполнения, основные методики расчета и примеры

расчета.

Предназначено для студентов 4ГО курса всех специально-

crеЙ.

YTBep~eHO библиотечно-издательской комиссией в каче­ crBe учебно-методического пособия.

митхт им. М.В. Ломоносова, 2000 г.

www.mitht.ru/e-library

ВВЕДЕНИЕ

Барабанные сушилки широко применяются в химической

промышленности для сушки сыпучих, мелкокусковых и зернистых

материалов. В таких сушилках тепло передается от сушильного

агента непосредственно высушиваемому материалу внутри су­

шильного барабана, Т.е. барабанные сушилки относятся к конвек­

тивным.

Барабанные сушилки отличаются высокой производитель­

ностью. Устанавливаются они либо в начале технологического процесса для предварительной подсушке сырья, либо в конце

процесса для окончательной сушки готового продукта. В бара­

банных сушилках можно производить сушку топлива (бурый, ка­ менный уголь, сланец, торф), глины, известняка, фосфоритов,

марганцовых руд, бикарбоната натрия, аммиачной селитры, нит­

рата калия, пластических масс и Т.д.

Выбор режима сушки зависит от свойств продукта. Так сла­ нец сушится при температуре 500 - 600 ос, а аммиачная селитра - при 100 - 11 О ос. В качестве сушильного агента используется

как топочные газы, так и воздух, предварительно нагретый в ка­

лориферной установке.

Проектирование барабанной сушильной установки пред­

ставляет собой непроcryю задачу, а поэтому рассмотрение мето­

дики расчета параметров сушки, определения основных разме­

ров барабана, выбора аппарата, поверочного расчета отдельных

элементов барабана, подбора и расчета вспомогательного обо­

рудования в рамках самостоятельного методического пособия, - считается целесообразным.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной запис­

ки, чертежа сушильного барабана и технологической схемы уста­

новки. И чертеж и схема выполняются на листах бумаги формата

841х594.

Записка должна начинаться с задания на курсовое проекти­

рование, составленного кафедрой, где приводятся тема проекта,

исходные данные, содержание расчетной и графической частей проекта, основная рекомендуемая литература. Далее следует

1

www.mitht.ru/e-library

оглавление, основными позициями которого являются: «Введе­

ние», «Описание выбранной технологической схемы установки»,

«Расчет основного оборудования», «Расчет и выбор вспомога­ тельного оборудования», «Список литературы».

Во «Введении» излагаются в краткой форме вопросы при­

менения барабанных сушилок в химической промышленности, конструкций и принципа действия барабанных сушилок, выбора

технологической схемы и района строительства установки.

«Описание выбранной технологической схемы установки»

содержит принципиальную схему установки, выполненную на

листе миллиметровой бумаги размером 297х210 мм. И, собствен­

но, описание схемы в порядке движения сушильного агента и вы­

сушиваемого материала.

«Расчет основного оборудования» включает: расчеты рас­

хода воздуха, топлива, греющего пара; расчет диаметра и длины

барабана; выбор барабана по каталогу; поверочный расчет тол­

щины стенки барабана с предварительным выбором конструкци­

онного материала стенки; поверочный расчет поперечного сече­ ния бандажа.

«Расчет и выбор вспомогательного оборудования» содер­

жит расчеты, необходимые для обоснованного выбора стандарт­

ного вспомогательного оборудования, как то: калориферы, венти­ ляторы, бункеры, питатели, конденсатоотводчики, затворы, пыле­ улавливающие устройства, транспортирующие устройства.

Чертеж сушильного барабана представляет собой чертеж

общего вида основного аппарата с узлами и сечениями, позво­

ляющими «прочитать» принцип действия сушильного барабана.

При выполнении чертежа строго соблюдаются «Единые правила конструкторской документации».

Технологическая схема установки выполняется на листе форматом 841х594 на основе принципиальной схемы установки, выполненной ранее в рамках расчетно-пояснительной записки. Масштаб изображения произвольный. На схеме должны быть изображены в рабочей последовательности все аппараты, маши­

ны, вспомогательные устройства и соединяющие их трубопрово­

ды . Каждому аппарату, машине, устройству присваивается по­ рядковый номер. Номера располагаются в направлении движения сушильного агента. Направление потоков в трубопроводах указы­ ваются стрелками. На аппаратах и трубопроводах располагаются арматура и вспомогательные устройства (краны, вентили, за­

движки).

2

www.mitht.ru/e-library

2. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА БАРАБАННОЙ

СУШИЛКИ

Барабанные сушилки - аппараты непрерывного действия. Основной узел сушилки - цилиндрический сварной барабан, ус­ тановленный на роликовых опорах с наклоном (1 - 40) в сторону выгрузки продукта. Привод барабана - от электродвигателя че­

рез редуктор и зубчатую передачу, зубчатый венец которой уста­

новлен на барабане и закрыт защитным кожухом. В конструкции сушилки предусмотрены 2 упорных ролика, ограничивающие осе­ вое смещение барабана.

В начальной по ходу продукта зоне барабана установлена приемно-винтовая насадка (в этой зоне продукт, перемещаясь, предварительно подсушивается), за ней - лопастная, подъемно­ лопастная или ячейковая (для равномерного распределения и

перемешивания высушиваемого продукта при вращении бараба­ на по его сечению с целью обеспечения развитой поверхности контакта с горячим сушильным агентом).

Прямоточные сушилки выполняются с правым расположе­ нием привода (по ходу движения продукта в барабане). Противо­

точные сушилки выполняются с левым расположением привода.

Правое или левое расположение привода, - это значит, что при­

вод максимально удален от горячего конца барабана, Т.е. распо­ ложен ближе к опорно-упорной станции барабанной сушилки.

Сушилки снабжаются камерами загрузки и выгрузки продук-

та.

3. РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Расчет основного оборудования начинаем с расчета основ­

ного узла сушильной установки - барабана, Т.е. с определения

его размеров, - диаметра и длины, на основе исходных данных, а

именно: объемного напряжения барабана по влаге; расхода

влажного материала; начальной ВЛ8>Юiости материала; конечной

влажности материала.

3.1. Расчет количества удаляемой влаги в сушильном барабане

www.mitht.ru/e-library

где W - количество удаляемой влаги в сушильном барабане, кг/с

G - расход сухого материала, кг с. м./с.;

см

ир U 2 - относительная влажность материала соответст­

венно на входе в барабан и на выходе из барабана, кг ВЛ./КГ С.м.

Пример 3.1

в барабанной сушилке высушивается 6000 кгlчас влажного материала от начальной влажности 8% до конечной влажности 1%. Определить количество удаляемой влаги в сушильном аппа­

рате.

Решение

Определяем расход сухого материала:

Определяем относительную влажность материала на входе

и выходе барабана:

Определяем количество удаляемой влаги в барабане

W=Gcм(U1 -UJ=1,534(0,087-0,0101)=0,118 кг/с.

3.2. Размеры сушильного барабана

Если известно объемное напряжение барабана по влаге, Н, и количество удаляемой влаги в барабане, тогда диаметр аппа­

рата и его длина могут быть определены следующим образом. Из геометрических соображений объем барабана равен:

1liJ2

V =_ 6 ['6 (3.2)

4

Руководствуясь каталогом [6], принимаем отношение ме>tЩу

4 и Dб равным т. Тогда

4

www.mitht.ru/e-library

с другой стороны, из кинетических соображений. объем ап­

парата равен

н

Приравнивая правые части последних двух уравнений, по­

лучим

(3.4)

Прuмер3.2.

Определить размеры сушильного барабана, если известно,

что объемное напряжение по влаге равно 10 кг /м3час., а количе­

ство удаляемой влаги в барабане равно 0,118 кг 'с.

Решение

Принимаем [6] ориентировочное значение m из ряда 4 + 8 ,

например m =6.

Определяем в первом приближении диаметр барабана по формуле (3.4):

D=3 4·0,118·3600 =208 м.

б6.314, .10 '

Ближайший больший диаметр барабана [6]: Dб = 2,2 м.

При этом длина аппарата может быть равна [6]: 10, 12, 14, 16

метров. Выбор длины аппарата определяется минимально необ­

ходимым объемом барабана

V = W = 0,118·3600 = 42 48м3

Н10 '

Минимально необходимая длина аппарата при известном минимально необходимом объеме и известном диаметре аппара­ та будет определяться по уравнению (3.2)

Dб = 2,2м.,Lб =12 м.

Найденное значение диаметра барабана следует прове­ рить по предельно допустимой скорости сушильного агента в ба­ рабане, Wc.a , м/с.

5

www.mitht.ru/e-library

Для определения скорости движения сушильного агента в

барабане необходимо, прежде всего, рассчитать его потребный

расход (массовый и объемный).

3.2.1. Расчет потребного расхода суwильного агента в случае суwки атмосферным воздухом

3.2.1.1. Определение параметРОв воздуха на входе в сушильную ycтaHOВКV

В случае сушки атмосферным воздухом параметры атмо­ сферного воздуха определяются непосредственно по диаграмме Рамзина в зависимости от географического района, в котором будет установлена сушилка.

Прuмер3.3.

Определить параметры атмосферного воздуха в самом те­

плом месяце года на входе в сушильную установку, если послед­

няя будет расположена в районе г. Казань.

Решение

в справочной части учебного пособия [7] находим темпера­ туру и относительную влажность атмосферного воздуха в г. Ка­ зань для июля месяца: to = 19,9 ОС; q>o = 63%. По диаграмме I-X

определяем остальные параметры воздуха: 10 = 40 кДж/J(I' а.С.В.;

хо = 0,008 J(I'вл.lJ(I' а.С.В.

3.2.1.2. Определение nарамвтров воздуха на входе в сушилЬНblЙ барабан

Параметры атмосферного воздуха претерпевают измене­ ния при прохождении через калорифер сушильной установки и

становятся равными: ~, '1>1, 11, Х1. Заметим, что Х1 равно хо при

нагревании, а t1 известно по заданию на проектирование. Поэто­

му '1>1 И 11 могут быть найдены по диаграмме Рамзина.

Пример 3.4.

Определить параметры воздуха на входе в сушильный ба­ рабан, если известно: хо =0,008 кг вл.lкг а.С.В.; t1 = 100 ос.

Решение

Заметим, что Х1 = Хо, следовательно, нам известно два па­

раметра сушильного агента на входе в сушильный барабан: Х1 и t1. Определяем положение точки 1 по диаграмме I-X по этим двум параметрам. Далее находим значения энтальпии и относи-

6

www.mitht.ru/e-library

тельной влажности на входе в сушильную камеру; <}>1 < 5%; 11 = 123 кДж!кг а.С.В.

3.2.1.3. Определение параметров воздvха на выходе из

сvшильного барабана в случае идеальной сушки

В соответствии с уравнением теплового баланса сушиль­

ной установки имеем:

t(I2 -IJ=qдQn-qо-qm-q",=Д, (3.5)

где qдon - удельный подвод тепла в сушильной камере,

кДж/кг УД.вл.; qo, qT. qM соответственно удельные потери тепла в

окружающую среду, с транспортными устройствами и с материа­

лом; I - удельный расход воздуха абсолютно сухого,

кг a.c.B.lKr УД.вл.; 11. 12 - энтальпия воздуха, соответственно, на входе и выходе сушильного барабана, кДж/кг а.С.В.

Согласно определению идеальной сушилки каждая из со­

ставляющих правой части уравнения (3.5) равно нулю, следова­

тельно, для такой сушилки 12 =11, Т.е. линия сушки совпадает с линией 1 =const. Таким образом, зная какой-либо параметр воз­ духа на выходе из барабана, легко определить с помощью диа­ граммы Рамзина значения остальных параметров.

Пример 3.5.

равна 123 кДж/кг а.С.В.

Решение

Так как ка)fЩВЯ из составляющих правой части уравнения (3.5) равна нулю, поэтому 12 = 11. По диаграмме Рамзина по двум

параметрам (12, <4>V определяем положение точки 2, которая ха­ рактеризует воздух на выходе из сушильного барабана. Откуда: t2 = 40 ОС; Х2 =0,033 кг вл.lкг а.С.В.

3.2.1.4. Определение действитеЛЬНblХ параметров воздуха на

выходе из сvшильного барабана

Вновь воспользуемся основным уравнением статики сушки

(3.5), но в преобразованном виде

х-хо

7

www.mitht.ru/e-library

Здесь 1 и Х - параметры воздуха в произвольном сечении сушильного барабана. Значение А будет определяться суммой

двух величин: удельными потерями тепла в окружающую среду и

с материалом.

Потери тепла в окружающую среду изолированного бара­ бана составляют:

1

1

1= const

о

Рис. 3.1. Построение линии реальной суwки в I-X диаграмме

8

www.mitht.ru/e-library