Курсовая работа: Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки глины. Производительность 12 т/ч.

Ташкентский архитектурно-строительный университет

Курсовой проект

По предмету: «Теплотехника и теплотехнические установки»

Тема

Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки глины. Производительность 12 т/ч.

Выполнил: Наримбоев М.

Ташкент 2023

Введение

барабанная сушилка материальный баланс

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов. Типовой сушильный аппарат может быть использован для сушки различных продуктов, сходных по своим структурно-механическим свойствам, но различающихся химическим составом, содержанием влаги, ее связью с материалом, допустимой температурой нагрева и временем сушки. Поэтому выбор сушильного аппарата в каждом конкретном случае определяется расчетом.

Барабанные конвективные сушилки находят широкое применение в промышленности для сушки кусковых, кристаллических, зернистых, порошкообразных материалов, как правило, в крупнотоннажных производствах, что обусловлено экономичностью, большой производительностью одного аппарата, высокой надежностью в эксплуатации. Одним из основных требований, предъявляемых к сушилкам, является обеспечение полного сохранения, а в необходимых случаях и улучшения качества продукта в соответствии с его назначением. В связи с этим, конструкция сушилки должна, прежде всего, обеспечивать равномерный нагрев и сушку материала при надёжном контроле температуры и влажности его в процессе сушки. При этом должны быть исключены потери вещества, связанные с его уносом с отработавшим агентом сушки. Реализацию этих мероприятий можно осуществить за счёт новых конструкционных решений, автоматизированных методов расчёта, перспективных материалов повышенной прочности, новых экономических профилей проката и т.п.

В данном проекте ставится задача расчета оптимальной конструкции барабанной конвективной сушилки для сушки глины, позволяющей эффективно решать проблему ее комплексной переработки

1.Конструкция барабанной сушилки

Описание конструкции барабанной сушилки Основной элемент барабанной сушилки (рисунок ) - сушильная камера - представляет собой наклонный цилиндрический сварной вращающийся барабан 1, на корпус которого надеты два бандажа 10 и зубчатый венец 7. Бандажами барабан опирается на свободно вращающиеся ролики, установленные на рамках опорной 4 и опорно-упорной станций 5. Два упорных ролика на раме опорно-упорной станции ограничивают осевое смещение барабана. Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0,5...8 об/мин. Вращение барабану передаётся от электродвигателя 15 через редуктор 16, смонтированных на общей раме (приводная станция 6), и зубчатую передачу. Зубчатая передача закрыта кожухом 9.

По обоим концам барабана устанавливают камеры, необходимые для загрузки 2 и выгрузки материала 3, а также для подвода и отвода сушильного агента. Сочленение вращающегося барабана с загрузочной и разгрузочной камерами осуществляется через ленточные уплотнения 14, которые предотвращают большие подсосы воздуха извне и уменьшают расход энергии на вентилятор. У одного из концов вращающегося барабана устанавливается питающее устройство, а у другого - разгрузочное устройство для ввода и вывода из аппарата обрабатываемого твёрдого вещества.

Внутри корпуса со стороны загрузочной камеры на длине, равной 800мм, размещается распределительная, насадка 12 в виде шести винтовых лопастей, за которой на всём протяжении барабана располагается основная насадка 13 . Насадки способствуют равномерному распределению и перемешиванию высушиваемого материала по сечению барабана, а также его тесный контакт с сушильным агентом при пересыпании. Форма основной насадки соответствует свойствам высушиваемого материала. Для хорошо сыпучих материалов с частицами средним размером менее 2 мм, к которым, в частности, относится и сахарный песок, в качестве основной насадки применяют подъемно-лопастную насадку, исходя из свойств высушиваемого материала.

У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство, назначение которого состоит в поддержании определенной степени заполнения барабаном материала.

2.Выбор конструкционных материалов

Среда внутри барабанной сушилки представляет собой паровоздушную смесь. Процесс протекает при температуре 60-120°С при атмосферном давлении. Тогда в соответствии с [3] выбираем материал для барабана сушилки и конструктивных элементов, которые непосредственно контактируют со средой при температуре не выше 300°С,-сталь СтЗспЗ ГОСТ 380-94. Сталь СтЗспЗ - это углеродистая сталь обыкновенного качества. Сталь в заданной среде при рабочих параметрах химически и коррозионностойка, обладает хорошей свариваемостью, хорошими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускает холодную и горячую механическую обработку, весьма распространенна в пищевой промышленности, и, значит, не является дефицитной. Бандажи изготавливают из качественных углеродистых сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, так как смена бандажей барабанов чрезвычайно трудна. По [3] выбираем сталь 35Л ГОСТ 977-86 применяемую для изготовления деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу, работающих под действием средних статических и динамических нагрузках. Отливки подвергаются термообработке: улучшение (нормализация при температуре 860...880 °С и отпуск при температуре 600...630 о С [3]). Сталь флокенонечувствительная и не склонна к отпускной хрупкости [3].

Выбор типа барабанной сушилки и сушильного агента Так как сущимый материал не боится загрязнений то применяем в качестве сушильного агента смесь дымовых газов и атмосферного воздуха с начальной температурой tн газ = 900о С. Дымовые газы рационально использовать и потому, что глина сушится при температурах t = 100о С. При этом так же выявляется небольшая потребность в топливе, снижается металлоемкость, ниже себестоимость сушки. Сушилки, работающие на дымовых газах, более производительны и экономичны. Барабанные сушилки для сушки глины являются более надежными и широко распространёнными установками. Они просты по конструкции, удобны в обслуживании, работу их можно автоматизировать. Верхний придел начальной температуры газов при сушки глины на практике колеблется от 100 до 900о С и ограничиваются технологическими параметрами.

3.Расчет барабанной сушки

Задание: Спроектировать и рассчитать барабанную сушку для глины :

Исходные данные

Производительность глины G2 = 12 т/год

Влажность глины:

Начальная 20%

Конечная 6%

Плотность сухого материала сс= 1480кг/м3

Топливо - газа следующего рабочего состава:

Температура :

Начальная 100 С

Конечная 900 С

Температура газов:

При входе в барабан tн

газ = 900о С;

На выходе из барабана tк

газ = 100о С;

Удельная теплоемкость абсолютной сухого глины

Параметры воздуха до входа в топку ц0 = 70%; t0 = 20о С; t0 = 10,6 г на 1 кг сухого воздуха; t0 = 58 кДж на 1кг сухого воздуха.

Режим работы сушилки - непрерывный.

Материальный баланс процесса сушки

Производим расчет конструктивных размеров барабана. Определяем расход по массе: влажного материала, поступающего на сушку:

??1 = ??2 + ??;

Испаренной влаги ?? = ??2 ??1 ? ??2/ 100 ? ??1 = 12000 *20 ? 6 /100 ? 20= 2195кг/ч

Тогда

??1 = 12000 + 2195 = 14195кг/ч

Влаги, содержащейся во влажном материале до сушки:

??вл.н = ??1??1/ 100 = 20?14195 / 100 = 3095 кг/ч

Влаги, содержащейся в высушенном материале (остаточная влажность после сушки):

??вл.к = ??2??2 /100 = 6? 12000/100 = 900 кг/ч

Испаренной влаги

?? = ??вл.н ? ??вг.к = 3095 ? 900 = 2195 кг/ч

Материальный баланс по абсолютно сухому материалу, расход по массе

которого не изменяется в процессе сушки, составляет:???? = ??1 (1 ? ??1 ) = ??2 (1 ? ??2 ) = 17195 (1 ? 0.26) = 12000(1 ? 0.05) =12723,3 =14250 кг/ч

Принимаем объемное напряжение барабана по влаге m0 = 58 кг/(м³*ч), тогда объем барабана составит:

??бар = ??/??0 = 2195/58 = 40м ³

Принимаем отношение длины барабана к его диаметру по ГОСТ 5151-71 ??_бар ??_бар = 6,5 определяем его диаметр:

??_бар = ????_бар = 0.785??_бар²?6,5??бар = 5,1??³_бар

Откуда

??_бар = v ??_бар/ 5,1 = v 40/ 5,1 = 8м

Принимаем ??бар = 8 м

Уточняем объем барабана

??бар = 5,1?8³ = 2611м ³

Определим площадь сечения и длину барабана:

?? = ????бар 2/ 4 = 0,785 ?8²= 50,24м ² ;

??бар = ??_бар/?? = 2611/ 50,24 = 52м

Применим длину корпуса ??бар = 52 м. Тогда отношение ??бар/??бар =52/ 8= 6,5 что вполне допустимо. Принимаем к установке барабанную сушилку размером 52*8м; производительность по высушенному материалу 15т/ч; удельный паросъем 100 кг/(м3*ч) система внутренних устройств - лопастная.

Определяем производительность барабана по высушенном песка:

??2 = ??*100 ? ??1 /??1 ? ??2

Где ?? = ??₀??_бар

Тогда ??2 = 58?40( 100- 20)/(20- 6) = 15033 кг ч

Объемное напряжение по влаге составляет

12000 = ??₀ 40*(100 - 20)/(20 - 6) ;

??0 = 99.997 = 100 кг/(м 3 ? ч).

Объемная вместимость объемное напряжение барабана по влажности составляет барабан по влажности

12000=А*14,80*(100-20)/(20-6)=A*101

A=12000/101=148,5 кг?((м^3*с) )

Учет времени, затраченного на высыхание:

Определяем время, которое ушло на нахождение предмета в барабане (нахождение) по следующей формуле:

t=120*(в*с)/A*(w_1-w_2)/(200-(w_1-w_2 ) )=120*(0,20*2650)/80*(18-6)/(200-(18-6) )=795*0,063=50,7мин=50,7*60сек=3045секунд

в нем мы берем в - коэффициент заполнения барабана (в=0,20); с - плотность, плотность песка равна с=2650 кг?м^3 ;

w_ср=(w_1+w_2)/2=(20+6)/2=12%

с=с_c*100/(100-w_ср )=2650*100/(100-12)=3011,4 кг?м^3

Расчет горения природного Газа

Состав сухого газа %

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха б = 1,2. Воздух идущий для горения, нагревается до температуры 800⁰. Принимаем содержание влаги в газе щ = 1,1 %

1) Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

СН₄^вл = СН₄^с Ч(100-Н₂О)/100 = 96,0Ч(100-1,1)/100 = 95%

Другие составляющие газа остаются без изменений.

2) Оределяем теплоту сгорания газа по формуле:

Q_{н =} 358,2ЧСН₄^вл + 637,5ЧС₂Н₆^вл + 912,5ЧС₃Н₈^вл + 1186,5ЧС₄Н₁₀^вл + 1460,8ЧС₅Н₁₂^вл = 36391,5 кдж/нм³

3) Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха по формуле:

L₀ = 0,0476Ч(2ЧСН₄^вл + 3,5ЧС₂Н₆^вл + 5,0ЧС₃Н₈^вл +6,5ЧС₄Н₁₀^вл +8ЧС₅Н₁₂^вл) = 0,0476Ч202,95= 9,660 нм³ .

4) Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха d = 10 г/кг сух. воздуха и находим необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности по формуле:

L'₀= 1,016Ч L₀ = 9,814 нм³/нм³.

5) Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода б = 1,2 по формуле:

сухого воздуха L_а= б Ч L₀'=11,59нм³/нм³

атмосферного воздуха L_а'= б Ч L_а'= 11,77 нм³/нм³

6) Определяем количество и состав продуктов горения при б = 1,2 по формулам:

V_CO2 = 0,01Ч(CO₂^вл + СН₄^вл + 2ЧС₂Н₆^вл + 3ЧС₃Н₈^вл +4ЧС₄Н₁₀^вл +5ЧС₅Н₁₂^вл) = 1,036 нм³/нм³

V_Н2О = 0,01Ч(2ЧСН₄^вл + 3ЧС₂Н₆^вл + 4ЧС₃Н₈^вл +5ЧС₄Н₁₀^вл +6ЧС₅Н₁₂^вл + Н₂О + 0,16ЧdЧL_а) = 2,2434 нм³/нм³

V_N2 = 0,01ЧN₂^вл + 0,79ЧL_а = 9,392 нм³/нм³

V_О2 = 0,21Ч( б -1)ЧL₀ = 0,405 нм³/нм³

7) Общее количество продуктов горения составляет:

V_б = V_CO2 + V_H2O+ V_N2 + V_O2 = 12,07 нм³/нм³

8) Определяем процентный состав продуктов горения:

СО₂ = (V_CO2Ч100)/V_б =8,6%

H₂O = (V_H2OЧ100) /V_б =18,6%

N₂ = (V_N2Ч100) /V_б=77,81%

O₂ = (V_O2Ч100) /V_б=3,3%

Всего: 100%

Перевод нм³ в кг производи путем умножения на плотность с ( см. приложение 1).

9) Составляем материальный баланс процесса горения на 100 нм³ газа при б = 1,2

Материальный баланс процесса горения