Теплотехнический расчёт сушильного барабана для сушки глины

От точки B проводим линию  до пересечения с изотермой  и определяем положение конечной точки процесса С0. Теоретически процесс сушки на I-d диаграмме изображается линией BC0.

Тогда т.С0 характеризуется параметрами:

и 

Плотность сушильного агента, отходящего из сушилки, принимаем rсм=1,2 кг/м3 (Прилож. 6).

По I-d диаграмме найдем для точки С0 влагосодержание отработанного сушильного агента d2 = 270 г/кг сух воздуха.

Расход сухих газов (по массе) при теоретическом процессе сушки:

Построение действительного процесса в реальных условиях отличается от теоретического тем, что при действительном процессе сушки учитываются потери тепла в окружающую среду через стенки барабана и расход тепла на нагрев сушильного материала.

Общие тепловые потери будут составлять:

 (4.1)

Расход тепла на нагрев материала определим по формуле:

 (4.2)

где CM- теплоемкость высушенного материала при конечной влажности wK.

 (4.3)

где СС – теплоемкость абсолютно сухого материала

СС = 0,921кДж/кг0С (таблица 33)

Потери тепла через стенки в окружающую среду:

 (4.4)

где a1- коэффициент теплоотдачи от газов к внутренней поверхности сушильного барабана. Для дымовых газов a=100-450 . Принимаем a1=150 .

S1-толщина стенки барабана, принимаем S1=20 мм.

S2-толщина теплоизоляции барабана, равная 45 мм.

l1 и l2 –теплопроводность соответственно стальной стенки барабана l1=58,2  и

диатомитовой изоляции l2=0,2  при rд. зас.=750 кг/м3 и tвоз=200С (прилож. 14)

a2- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду. Принимаем a2=14 .

Sб- площадь боковой барабана.

-разность температур газов рабочего пространства барабана и окружающего воздуха.

, (4.5)

где  - средняя температура материала в барабане.

Тогда

Подставим числовые значения в формулу и определим потери тепла в окружающую среду:

Общие потери тепла в процессе сушки:

Построение  теоретического и действительного  процессов сушки на I - d диаграмме

В процессе сушки часть тепла теряется, поэтому  меньше  . Находим величину уменьшения энтальпии дымовых газов:

На I-d диаграмме откладываем значение IПОТ = 100,65 кДж/кг сух газа от т. С0 вертикально вниз и получаем т. Д, которую соединяем с т. В.

Линия ВД показывает направление действительного процесса сушки. Точка С – конец процесса сушки, ее можно найти, зная конечную температуру газов ( ). Линия ВС обозначает действительный процесс сушки.

Определяем на I-d диаграмме конечное влагосодержание газов для точки C:

Действительный расход газов на сушку:

Определяем расход тепла на сушку:

 (4.6)

где I’H – энтальпия смеси газов с воздухом без учета энтальпии водяных паров продуктов горения топлива. I’H определяется по I-D диаграмме при tвоз=7000С и d0=10г/кг.сух.воз. I’H = 780кДж/кг сух газ., I0 = 38кДж/кг сух газ.

Тогда

Расход тепла в топке с учетом КПД топки h=0,9:

Расход топлива:

Материальный баланс сушильного барабана

При установившемся процессе сушки количество влаги, поступающей в сушильный барабан с дымовыми газами и материалом, должно быть равно количеству влаги, остающейся в материале, и влаге, уходящей с дымовыми газами.

На основании вышеприведенных расчетов составляем таблицу материального баланса, предварительно определив расход влажных отходящих газов при выходе из сушильного барабана YCM и количество водяных паров в дымовых газах, поступающих на сушку по формулам:

Таблица 5.1

Материальный баланс сушильного барабана.

Приход	Кол-во (кг/ч)	%	Расход	Кол-во(кг/ч)	%
1.Влажный материал	19487,2	53,48	1.Высушенный материал	16000	43,91
2.Сухие дымовые  газы	16504,33	45,29	2.Отходящие газы	20498,38	56,25
3.Водяные пары  в газах	447	1,23	3.Невязка	-59,85	-0,16
Итого:	36438,53	100	Итого:	36438,53	100

Тепловой расчёт сушильного барабана.

Тепловой баланс составляется для определения расхода тепла на сушку, а также для оценки отдельных статей прихода и расхода тепла в сушильной установке. Для сушил составляется единый баланс. Тепловой баланс условно принято составлять при 00С; считается, что все тела, влага, газы, участвующие в балансе, вносят в него тепло, если их t>00C и расходуют тепло на нагрев за счет баланса, если имеют t<00C. Тепловой баланс составляется в кДж на 1 час работы сушила и в кДж на 1 кг испарённой влаги.

Для составления теплового баланса необходимо рассчитать некоторые статьи прихода и расхода тепла.

Приход тепла.

1. Тепло от сгорания топлива:

1. Тепло, вносимое воздухом, подаваемым на горение и разбавления дымовых газов:

Расход тепла.

1. Тепло на испарение и нагрев влаги материала

2493  - скрытая теплота парообразования при 0 0С

1,97  - теплоемкость водяных паров

4,2  - теплоемкость влаги материала

1. Тепло с отходящими дымовыми газами, за исключением тепла, уносимого испарившейся влагой:

IУХ - находим по I-t диаграмме

1. Потери в топке:

Таблица 6.1.

Тепловой баланс сушильного барабана

Приход	Общее количество теплоты			Расход	Количество  теплоты
	кДж/час	кДж/ кг вл	%		кДж/час	кДж/ кг вл	%
1.От сгорания  топлива, QГОР	133020	3832,02	97,7	1. На нагрев глины,  QМ	1128400	323,58	8,25
2. С атмосферным  воздухом, QВ	320450	91,89	2,3	2. В окружающую  среду, QП	338362	97,03	2,47
				3. На испарение  и нагрев влаги материала, QИСП	9160874,4	2627	66,95
				4. С отходящими  дымовыми газами, QУХ	1794768,4	514,67	13,12
				5. Потери в топке, QT	1336302	383,2	9,76
				6. Невязка баланса	-75236	-21,57	-0,55
ИТОГО	13683470	3923,91	100		13683470	3923,91	100

 

Тепловой  расчёт сушильного барабана.

Удельное количество теплоты на 1 кг испаренной влаги:

Обычно q = 3700-5000 кДж при tГАЗ = 400-800 0С (3)

Удельный расход топлива на 1 кг испаренной влаги:

Тепловой КПД барабанной сушилки:

Обычно КПД сушилок такого типа составляет 0,6-0,8 (3)

Расчет  времени сушки материала, частоты  вращения и мощности привода сушильного барабана

Определим время нахождения материала в барабане по формуле:

 (7.1)

b - коэффициент заполнения барабана, принимаем b = 0,1;

r - плотность глины при средней влажности wСР, можно определить по формуле:

w

Таким образом, получаем

По практическим данным время пребывания материала в барабане составляет 20-40 минут.

Число оборотов барабана приближенно можно определить по формуле:

 (7.2)

где A – коэффициент, зависящий от типа насадки и характера движения материала, для глины и песка обычно А= 0,4-0,65 (2);

a - угол наклона барабана.

Тогда

Обычно барабаны вращаются со скоростью 1-9 .

Мощность, необходимую для вращения барабана, можно определить по формуле А.П.Ворошилова (2):

 (7.3)

где s - коэффициент мощности, зависящий от типа насадки и коэффициента заполнения объема барабана b. При b = 0,1 для лопастной системы s = 0,038.

Тогда

Подбор  вспомогательных устройств к  сушильному барабану

ТОПКА

: Топки, представляющие собой замкнутые камеры определенного объема, предназначены для сжигания любого топлива. В барабанных сушилках топка определяется от рабочего пространства. Объем топочного пространства можно определить по опытной величине его теплового напряжения q

, величина которой колеблется в значительных пределах для одних и тех же установок (350-1400  ). Для жидкого топлива тепловое напряжение – до 580  .

 (8.1)

Принимаем q = 400  и определяем объем топочного пространства:

Размеры топки по длине и ширине определяются в данном случае конструктивно, исходя из условий удобства их обслуживания, поэтому выбираем следующие размеры:

длина = 2м

ширина = 1,4м

высота = 4,65м

ГОРЕЛОЧНОЕ

УСТРОЙСТВО

Для сжигания мазута в топке сушильного барабана применяют форсунки низкого давления с распылением вентиляторным воздухом. Выбираем (2) для сжигания мазута форсунку со следующими параметрами:

производительность 120  ;

диаметр мазутного сопла 5 мм;

диаметр сопла для воздуха 95 мм;

внутренний диаметр воздухопроводов 150 мм;

давление воздуха 7000 Па;

Для нашей установки потребуется три форсунки, т.к. расход топлива в нашем случае составляет 340  .

ВЕНТИЛЯТОР  ПОДАЧИ

воздуха для горения мазута

Определяем сначала объемный расход воздуха, необходимый для горения мазута:

Производительность вентилятора при данной температуре определяется по следующей формуле:

где t0

примем равным 200С.

Подбор вентилятора произведем с помощью специальных номограмм, которые устанавливают зависимость между производительностью Vt

, полным давлением P

и КПД

при определенном числе оборотов (2). Давление воздуха принимаем равным 6000 Па и по номограмме (2, рис. 74) выбираем центробежный вентилятор высокого давления №8 со следующими характеристиками:

КПД h = 0,54

h = 6000 н/м2

А = 15500

Подбираем электродвигатель для вентилятора. Определим мощность по валу электродвигателя :

где hП - КПД привода генератора, принимаем равным 0,98 для передачи при помощи эластичной муфты.

Учитывая коэффициент запаса мощности на пусковой момент k = 1,15 (3), установочная мощность двигателя будет равна:

.

ВЕНТИЛЯТОР

ПОДАЧИвоздуха для разбавления дымовых газов

Температура дымовых газов в топке всегда бывает выше, чем требуется в сушилке, а поэтому и подсводное пространство смесительной камеры, перед входом в сушильный агрегат, подают специальным вентилятором атмосферный воздух.

Определяем объемный расход холодного воздуха, необходимого для разбавления дымовых газов в смесительной камере.

С учетом температурной поправки:

Для передачи воздуха на смешивание достаточно установки вентилятора низкого давления до P = 1000 Па. Принимаем Р = 900 Па.

По номограмме (2, рис.73) графической характеристики центробежных вентиляторов подбираем вентилятор низкого давления с КПД h = 0,657.

Мощность на валу электродвигателя:

Принимаем к установке двигатель серии А, типа АО-51-4, мощностью 4,5 кВт, w = 144 рад/с.

ЦИКЛОНЫ

Для улавливания пыли из отходящих газов используют циклоны. Наиболее часто применяют циклон ЦН-15 с углом наклона входного патрубка a=150. Этот циклон обеспечивает наибольшую степень улавливания пыли при наименьшем значении коэффициента гидравлического сопротивления.

Для того чтобы определить количество циклонов, находим действительный объемный расход влажных отходящих газов при выходе из сушильного барабана по формуле

Подбор  вспомогательных устройств к  сушильному барабану

 (8.2)

где rсм –плотность уходящих дымовых газов

 (8.4)

По I-

d

диаграмме (2) при  и dK = 240 г на 1 кг сухих газов парциальное давление водяного пара в отходящих дымовых газов составит PП = 27000 Па.

Тогда

Приближенные значения производительности для одиночных циклонов можно определить по номограмме (IV). В этом случае необходимо принять диаметр циклона и отношение перепада давления в циклоне к плотности газа  . Оптимальные условия работы циклонов обеспечиваются при  .

Принимаем диаметр циклона равный 700 мм и  . По номограмме находим производительность одного циклона РЦ = 4750 . Тогда число циклонов будет равно:

К установке принимаем 6 циклонов НИИОГАЗ ЦН-15 диаметром 700мм.

Гидравлическое сопротивление циклонов будет равно:

ДЫМОСОС

для отбора дымовых газов

Для отсасывания дымовых газов обычно устанавливаются вентиляторы среднего давления, чтобы обеспечить скорость по массе в сечении барабана 2-3 кг/см3 с учетом подсосов по газовому тракту в размере50-70 %

Учитывая подсос воздуха в размере 50% , подача дымососа составит:

Исходя из практических данных, принимаем значения аэродинамических сопротивлений:

газоходов от топки до входа в сушильный барабан –100 Па

барабанной сушилки – 300 Па

выходной газовой камеры от конца барабана до выходного патрубка циклона – 50 Па

группы циклонов – 554 Па

Общее давление сушильной установки составит  .

При подборе дымососа следует учитывать запас давления примерно до 40% к общей сумме аэродинамических сопротивлений.

Тогда

Для заданных условий:  можно принять к установке дымосос типа Д №13,5 при w = 73 рад/с, hB = 0,68.

Мощность на валу электродвигателя к дымососу:

Установочная мощность двигателя при коэффициенте запаса мощности k = 1,1:

Заключение 

 

 

    В данной курсовой работе произведён теплотехнический расчёт барабанного сушила для сушки глины  производительностью 21702 кг/ч. Определены конструктивные параметры барабана: диаметр D=2,8 м и длина L=14 м.   

 Определены: количество испарённой влаги в сушиле- 3487,2 кг/ч, расход топлива –340кг/ч. Произведены подбор вспомогательных устройств: дымососа и циклона.