Расчет барабанной сушилки

 

Содержание

 

1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   1 

2. Основные параметры  влажного газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .   2

3. I — х-диаграмма влажного воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4. Равновесие при сушке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4

5. Материальный и тепловой балансы сушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .   6

6. Скорость сушки ( I-II периоды сушки ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11

6. Устройство сушилок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

7. Камерные сушилки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

8. Туннельные сушилки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

9. Ленточные сушилки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

10. Барабанная сушилка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

11. Расчет сушильной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

12. Материальный баланс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

13. Определение основных  размеров барабанной сушилки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  27

14. Гидравлический расчёт  сушилки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

15. Выбор вентилятора и  калорифера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

16. Механический расчёт сушилки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

1. Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии» 1973г.
2. Дытнерский Ю.И. «Основные процессы и аппараты химической технологии» «Пособие по проектированию» 1983г.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А «Примеры и задачи по процессам и аппараты химической технологии» 1981г.
4. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. «Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии» 1980г.
5. Лащинский А.А., Толчинский В. «Основы конструирования химических машин» 1989г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Удаление влаги из твердых  и пастообразных материалов позволяет  удешевить их транспортировку, придать  им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений или улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.

Влагу можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более  полное обезвоживание достигается  путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т. е. с помощью  тепловой сушки.

Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто  является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску  готового продукта. При этом предварительное  удаление влаги обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием), а окончательное — сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.

В химических производствах, как правило, применяется искусственная  сушка материалов в специальных  сушильных установках, так как  естественная сушка на открытом воздухе  — процесс слишком длительный.

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Как будет показано ниже, удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена).

По способу подвода  тепла к высушиваемому материалу  различают следующие виды сушки:

1) конвективная сушка — путем непосредственного сопри-косновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);

2) контактная сушка — путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3) радиационная сушка — путем передачи тепла инфракрасными лучами;

4) диэлектрическая сушка — путем нагревания в поле токов высокой частоты.

5)  сублимационная сушка — сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи тепла этот вид сушки аналогичен контактной, но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять в особую группу.

Последние три вида сушки  применяются относительно редко  и обычно называются специальными видами сушки.

Высушиваемый материал при  любом методе сушки находится  в контакте с влажным газом (в  большинстве случаев воздухом). При  конвективной сушке влажному газу (являющемуся  сушильным агентом) принадлежит  основная роль в процессе. Поэтому  изучение свойств влажного газа необходимо при рассмотрении процессов сушки  и их расчетах.

Основные параметры  влажного газа

При конвективной сушке сушильный  агент передает материалу тепло  и уносит влагу, испаряющуюся из материала  за счет этого тепла. Таким образом, сушильный агент играет роль тепло- и влагоносителя. При прочих методах сушки находящийся в контакте с материалом влажный газ (обычно воздух) используется лишь для удаления испарившейся влаги, т. е. выполняет роль влагоносителя. Влажный воздух как влаго- и теплоноситель, характеризуется следующими основными параметрами: абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (теплосодержанием).

Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в кг, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха, абсолютная влажность равна массе 1 м³ пара, или плотности водяного пара ρ_п (в кг/м³) при температуре воздуха и парциальном давлении pп.

Относительной влажностью, или степенью насыщения воздуха  φ называется отношение массы водяного пара в 1 м³ влажного воздуха ρ_п при данных условиях, температуре и общем барометрическом давлении к максимально возможной массе водяного пара в 1 м³ воздуха ρ_н (плотности насыщенного пара) при тех же условиях:

 

В соответствии с уравнением состояния идеальных газов (уравнение  Менделеева — Клапейрона)

  и 

где Т — абсолютная температура, °К;  М_п — масса 1 кмоль водяного пара, равная 18 кг/кмоль; R — универсальная газовая постоянная, равная 8314 дж/(кмоль-град) = 1,99 ккал/(кмоль град); p_н—давление насыщенного водяного пара при данной температуре (в Т °К) и общем барометрическом давлении, н/м².

 

Энтальпия I влажного воздуха относится к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха t (в °С) как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха c_с.в t и водяного пара xi_п (дж/кг сухого воздуха)

I = c_с.в + xi_п

где с_с.в — средняя удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха, которая может быть принята приближенно равной 1000 дж/(кг-град) [0,24 ккал/(кг-град)]; i_п —энтальпия водяного пара, дж/кг.

Кроме x, φ и I при расчетах процесса сушки необходимо знать плотность или обратную ей величину — удельный объем влажного воздуха. Плотность влажного воздуха ρ_вл.в равна сумме плотностей абсолютно сухого воздуха ρ_с.в и водяного пара ρ_п. Учитывая, что, плотность водяного пара ρ_п = хρ_с.в, плотность влажного воздуха

 

ρ_вл.в=ρ_с.в+ρ_п=ρ_с.в (1+x)

 

I — х-диаграмма  влажного воздуха

Основные свойства влажного воздуха можно с достаточной  для технических расчетов точностью  определять при помощи I — x-диаграммы, впервые разработанной Л. К. Рамзиным. Диаграмма I —x: построена для постоянного давления Р = 745 мм рт.ст. (около 99 кн/м²), которое, по многолетним статистическим данным, можно считать среднегодовым для центральных районов СССР.

Диаграмма имеет угол 135° между  осями координат, причем на оси ординат  отложены в определенном масштабе, энтальпии I, а на наклонной оси абсцисс — влагосодержания х, которые, для удобства пользования диаграммой, спроектированы на вспомогательную ось, перпендику-лярную оси ординат. На диаграмме нанесены: 1) линии постоянного влагосодержания (х = const) — вертикальные прямые, параллельные оси ординат; 2) линии постоянной энтальпии   (I = const) — прямые, параллельные оси абсцисс, т. е. идущие под углом 135° к горизонту; 3) линии постоянных температур, или изотермы (t = const); 4) линии постоянной относительной влажности (φ = const); 5) линия парциальных давлений водяного пара р_п во влажном воздухе, значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равновесие при  сушке

Если материал находится  в контакте с влажным воздухом, то принципиально возможны два процесса: 1) сушка (десорбция влаги из материала) при парциальном давлении пара над поверхностью материала р_м, превышающим его парциальное давление  в воздухе или газе p_п, т. е. при p_м > p_п; 2) увлажнение (сорбция влаги материалом) при p_м < p_п.

В процессе сушки величина р_м уменьшается и приближается к пределу p_м = p_п. При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной влажностью ω_p.

Формы связи влаги с материалом. Механизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом: чем прочнее эта связь, тем труднее протекает процесс сушки. При сушке связь влаги с материалом нарушается.

П. А. Ребиндером предложена следующая классификация форм связи влаги с материалом: химическая, физико-химическая и физико-механическая.

Химически связанная влага  наиболее прочно соединена с материалом в определенных (стехиометрических) соотношениях и может быть удалена  только при нагревании материала  до высоких температур или в результате проведения химической реакции. Эта  влага не может быть удалена из материала при сушке.

В процессе сушки удаляется, как правило, только влага, связанная  с материалом физико-химически и механически. Наиболее легко может быть удалена механически связанная влага, которая, в свою очередь, подразделяется на влагу макро капилляров и микрокапилляров (капилляров со средним радиусом приблизительно больше и меньше 10^-5 см). Макро капилляры заполняются влагой при непосредственном соприкосновении ее с материалом, в то время как в микрокапилляры влага поступает как при непосредственном соприкосновении, так и в результате поглощения ее из окружающей среды. Влага макро капилляров свободно удаляется не только сушкой, но и механическими способами.

 

 

 

 

 

 

Рис.3. Зависимость равновесной влажности материала от относительной влажности воздуха:

1 — изотерма  десорбции; 2 — изотерма сорбции.

 

 

 

Рис.4. Изменение влажности материала в

процессе сушки.

 

 

 

 

 

 

 

Физико-химическая связь  объединяет два вида влаги, отличающихся прочностью связи с материалом: адсорбционно и осмотически связанную влагу. Первая прочно удерживается на поверхности и в порах материала. Осмотически связанная влага, называемая также влагой набухания, находится внутри клеток материала и удерживается осмотическими силами. Адсорбционная влага требует для своего удаления значительно большей затраты энергии, чем влага набухания. Присутствие этих видов влаги особенно характерно для коллоидных и полимерных материалов.

 

Применительно к процессу сушки влагу материала классифицируют в более широком смысле на свободную и связанную. Под свободной понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности. Следовательно, при наличии в материале свободной влаги р_м = р_н, где р_н — давление насыщенного пара воды над ее свободной поверхностью. Под связанной понимают влагу, скорость испарения которой из материала меньше скорости испарения воды со свободной поверхности р_м< р_н.

Влажность материала  и изменение его состояния  в процессе сушки. Влажность материала может быть рассчитана по отношению к его общему количеству G или по отношению к количеству находящегося в нем абсолютно сухого, вещества G_c, причем

 

G = G_c + G_вл

где G_вл — количество содержащейся в материале влаги, кг.

 

Влажность, отнесенная к  общему количеству материала (в %):

 

Влажность, отнесенная к  количеству абсолютно сухого материала (в  %):

 

Количество абсолютно сухого материала  не меняется в процессе сушки и для упраще- ния расчетов обычно пользуются величинами ω^с. Влажность, отнесенная к количеству абсолютно сухого материала ω^с, и влажность, рассчитанная на его общее количество ω, связаны между собой зависимостью (в %):

 

или

 

Рассмотрим изменение  состояния материала в процессе сушки. При изменении влажности  от ω₁ до ω_г материал содержит свободную влагу (р_м = р_н) и находится во влажном состоянии. При изменении влажности от ω_г до ω_р материал содержит связанную влагу (р_м < р_н) и находится в гигроскопическом состоянии. Точка А называется гигроскопической, а соответствующая ей влажность ω_г — гигроскопической влажностью. Так же как и во всей области влажного состояния, в точке A, соответствующей φ = 100%, р_м = р_н.