Оборудование предприятий

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Развитие  нефтеперерабатывающей и нефтехимической  промышленности на современном этапе  характеризуется значительным расширением  ассортимента и повышением качества выпускаемой продукции, увеличением  нефтепереработки и газового конденсата, позволяющих получить гамму нефтепродуктов с учетом потребностей потребителей.

Технологическое и аппаратурное оформление промышленных процессов крайне многообразное. Во многих производственных процессах требуется разделить исходное сырье на составляющие компоненты, произвести нагрев, испарение, конденсацию и охлаждение продуктов для разделения различных систем, а так же их сушку /1/.

Сушка –  это удаление влаги из твердых  и пастообразных материалов позволяет  удешевить их транспортировку, придуать им необходимые войства (например, уменьшить  слеживаемость удобренийили улучшить раствормость красителей), а также  уменьшить коррозию аппаратуры и  трубопроводов при хранении или  последующей обработке этих материалов.Различают следующие виды сушки:

1. Искуственная;
2. Естественная;
3. Конвективная сушка (путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы);
4. Радиационная сушка (путем передачи тепла инфракрасными лучами);
5. Диэлектрическая сушка (путем нагревания в поле токов высокой частоты);
6. Контактная сушка (путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку);
7. Сублимационная сушка (сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме).

В химиеской промышленности наиболее часто применяют конвективную и кондуктивную сушки. Выбор типа сушилки существенно зависит  от характеристики высушиваемого материала.

Конвективные  аппараты для сушки материала  в слое могут быть непрерывного (туннельные, ленточные, петлевые, шахтные) и периодического (камерные, полочные) действия.

Аппараты  непрерывного действия представляют собой  тепло изолированную камеру, по которой транспортирующим устройством от загрузочного конца камеры к разгрузочному перемещается высушиваемый материал, контактируя при этом с сушильным агентом. В некоторых конструкциях аппаратов высушиваемый материал перемещается под действием сил тяжести.

Из аппаратов  периодического действия наиболее просты полочные калориферные  сушилки, предназначенные главным образом для сушки материалов в малотоннажных производствах, когда необходимо с большой точностью регулировать режим сушки.

 

 

 

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

 

Конвективные  барабанные сушилки широко используют в химической промышленности для сушки сыпучих материалов топочными газами или подогретым воздухом в условиях прямоточного или противоточного движения теплоносителя и высушиваемого материала. Эти аппараты отличаются большой экономичностью благодаря возможности использования высокотемпературных теплоносителей. Кроме этого, они имеют значительную производительность, надежны в работе (работая по 6000-8000 ч без капитального ремонта).

Барабанная  конвективная сушилка (рис. 1) представляет собой установленный под углом (около 4⁰) к горизонтали вращающийся барабан 8, на который надеты два бандажа 10 и зубчатый венец 9 привода. Аппарат опирается бандажами на свободно вращающиеся ролики, закрепленные на опорной раме 3 и опорно-упорной станции 5. Два упорных ролика, установленных на раме опорно-упорной станции, ограничивают осевое смещение корпуса барабана /2/.

Рисунок 1. Барабанная сушилка

Барабан вращается от моторно-редукторной  группы 4 через зубчатый венец 9. Частота  вращения барабана 2-12 об/мин. На концах барабана установлены загрузочная камера 2 для ввода влажного продукта и теплоносителя и разгрузочная камера 6 для вывода продукта и отработанного теплоносителя из аппарата.

При противоточном  движении высушиваемого материала  и теплоносителя последний вводится в разгрузочной камере, а выводится в загрузочной.

Для загрузки вращающихся барабанов предназначены  питатели, установленные над загрузочной камерой. Материал подается из питателя в барабан по наклонным лоткам 1 (угол наклона 60-70⁰), что обеспечивает ссыпание материала в барабан.

Между камерами и барабаном устанавливают уплотнения для исключения подсоса наружного  воздуха. Подсос воздуха в барабанной сушилке особенно нежелателен со стороны подачи горячего теплоносителя, так ,как при этом снижается температура теплоносителя и возрастает скорость его движения в барабане.

В барабане установлены насадки, обеспечивающие равномерное распределение материала по сечению барабана. Со стороны поступления материала в барабане расположена приемно-винтовая насадка 11, далее - основная насадка. В сушильных барабанах диаметром 1000-1600 мм для материалов с хорошей сыпучестью и размером частиц до 8 мм в качестве основной насадки рекомендуется использовать секторную насадку 13, а для сыпучих материалов с большим размером частиц или склонных к слипанию материалов лопастную 12. Если материал в ходе сушки восстанавливает сыпучие свойства, то в качестве приемно-винтовой используют лопастную насадку, а в качестве основной секторную.

Теплота передается материалу конвекцией от газов и теплопроводностью от нагретой поверхности насадки и  внутренней поверхности барабана. Объем  барабана заполняют материалом обычно на 20 %. Материал движется вдоль вращающегося барабана, так как он наклонен к горизонтали, а также под действием проходящих через сушилку газов. Для исключения уноса значительного количества высушиваемого материала относительная скорость газа в барабанной сушилке составляет 2-5 м/с.

Высушенный  продукт выводится из разгрузочной камеры лопастным затвором или шнеком. Отработанные газы проходят систему пылеочистки и отводятся в атмосферу.

Барабан сушилки представляет собой стальную цилиндрическую обечайку толщиной 8-20 мм. Как показывает опыт, барабан при работе имеет тенденцию несколько сплющиваться, особенно в сечениях под опорами. Во избежание этого барабан снабжают одной или несколькими широкими кольцевыми накладками 7, приваренными к корпусу. Толщина накладок в 1,5-2 раза превышает толщину барабана. Таким образом, образуется подбандажная обечайка мощное жесткое кольцо, препятствующее деформации барабана. Иногда подбандажную обечайку изготовляют как единое толстое кольцо, свариваемое с пролетной обечайкой барабана кольцевым швом.

Бандажи обычно изготовляют из стали 40; они  представляют собой кольца прямоугольного профиля и служат для передачи давления от вращающихся частей аппарата на опорные и упорные ролики. Последние отливают из чугуна СЧ 18 или СЧ 21. Неравнопрочность роликов и бандажей приводит к ускоренному изнашиванию роликов, изготовить которые дешевле и проще, чем бандаж. Бандажи 1 (рис. 2 ) обычно закрепляют на барабане 6 башмаками 3, которые присоединяют к кольцевым накладкам 5 сваркой или болтами 4. Выступы двух соседних башмаков повернуты в разные стороны, что предотвращает осевое смещение бандажа вдоль барабана. Зазор между башмаком 3 и бандажом 1 регулируют подкладками 2.

Рисунок 2. Узел крепления бандажа к барабану

Опорно-упорная  станция (рис. 3 ) состоит из основной плиты 4, на которой укреплены четыре подшипниковых узла 3 для опорных роликов 2, а также упорные ролики 5, расположенные под углом к вертикали. Бандаж 1 упирается в ролики 5 своими торцовыми поверхностями.

Рисунок 3. Опорно-упорная станция

 

Для исключения выхода в цех запыленных топочных газов; в связи с этим стыки  барабана с камерами уплотняют. В  местах соединения барабана с загрузочной и разгрузочной камерами устанавливают сальниковые, ленточные или секторные уплотнения. В аппаратах диаметром 10002800 мм и температурой стенки барабана до 90 ос рекомендуется использовать ленточное уплотнение (рис. 4), а при более высокой температуре сальниковое. В аппаратах большего диаметра рекомендуется использовать - секторное уплотнение (рис. 5).

В ленточном  уплотнении один конец многослойной ленты 2 (рис. 4) закреплен на неподвижном кольце 5 камеры, а другой заведен на кольцо 1, укрепленное на барабане. Лента прижата к подвижному кольцу проволочным кольцом 3 через накладки 4.

Рисунок 4. Ленточное уплотнение

Секторное уплотнение (рис. 5) состоит из подвижного, вращающегося вместе с барабаном, кольца 2 и неподвижного кольца 1. К подвижному кольцу 2 пружинами 4 прижимаются десять секторов 3. Упорами для пружин 4 служат стаканы 5.

Рисунок 5. Секторное уплотнение

Так же используются кондуктивные сушилки, которые отличаются тем, что в них вся теплота передается высушиваемому материалу теплопроводностью от нагретой поверхности, а воздух или  другие газы предназначены только для удаления испарившейся влаги из рабочего объема аппарата. В качестве источника теплоты в этих аппаратах используют водяной пар, высококипящие органические растворители, а также расплавы солей и металлов.

Процесс сушки в кондуктивных сушильных аппаратах может происходить при атмосферном давлении или при вакууме. Последний вариант используют при сушке материалов легко окисляющихся (необходимость защиты их от действия кислорода воздуха), а также термолабильных, токсичных, пожаро- и взрывоопасных.

В химической промышленности из периодически действующих  кондуктивных сушилок наиболее распространены полочные вакуумные и барабанные вакуумные, из непрерывно действующих барабанные контактные и вальцевые /2/.

 

 

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

 

Поободрать типовую  барабанную сушилку.

Исходные данные: производительность по готовому продукту - G=1400 кг/час; начальное влагосодержание - W₁=0,2 кг/кг; конечное влагосодержание - W₂=0,02 кг/кг; насыпная плотность материала - р_н=1400 кг/м³; коэффициент теплоемкости сухого материала – с=1100 Дж/(кг×К); температура материала на входе в сушилку – t_м=17 ⁰С; температура воздуха на входе в сушилку – t₁=130 ⁰С; температура воздуха на выходе из сушилки – t₂=55 ⁰С; температура окружающего воздуха – t=15 ⁰С; относительная влажность воздуха – φ=75%; диаметр частиц материала – d=3 мм; барометрическое давление – П=10⁵ Па.

Количество  удаляемой влаги рассчитывают:

W=G₂(w₁-w₂)=1400(0,2-0,02)=252 кг/ч;

Производительность  по исходному материалу:

G₁=G₂+W=1400+252=1148 кг/ч.

Для определения  необходимого расхода воздуха можно  воспользоваться уравнением удельного  расхода сухого газа, кг/кг,

(1),

где  L – расход абсолютно сухого газа, кг/ч; G_Т – расход абсолютного сухого материала, кг/ч.

Значение  вычисляют по формуле:

(2),

где - удельная энтальпия пара при конечной температуре парогазовой смеси, кДж/кг;  , –коэффициенты теплоемкости соответственно сухого газа и жидкой влаги, кДж/(кг×К).

Влагосодержание воздуха на входе в сушилку , кг пара/кг сухого газа, рассчитывают по формуле:

(3).

Поскольку влагосодержание воздуха при  прохождении через калорифер  не меняется, то в последнюю формулу  подставляем параметры, соответствующие  воздуху, поступающему в калорифер.

Здесь , - молярные массы пара и газа (для водяного пара в воздухе, или, что практически то же, в топочных газах ); П – общее давление паровоздушной смеси, кгс/см² (для нашего случая П=1кгс/см²);  - относительная влажность газа на входе в калорифер в долях; - давление насыщенного водяного пара для температуры воздуха.

Для нашего случая t_в.о. = 15 ⁰С; =4,26 мм рт.ст.=0,0056 кгс/см².

Тогда

 кг/кг

Начальную энтальпию влажного воздуха (газа):

         (4),

Рассчитываем:

кДж/кг – удельная теплота испарения влаги при 0⁰С, кДж/кг;

=1,97 кДж/(кг×К) – коэффициент теплоемкости пара при =130 ⁰С, кДж/(кг×К);

=1,015 кДж/(кг×К), т.е.

кДж/кг.

Удельная  энтальпия пара, содержащегося в  воздухе, в конце процесса

 кДж/кг.

Удельные  затраты теплоты на нагрев материала:

         (5).

где  - температура материала на выходе (обычно принимают на 5-20 % меньше температуры сушильного агента на выходе из сушилки); - конечное влагосодержание материала, кг влаги/кг сухого вещества; - изменение влагосодержания материала, кг/кг /3/.

 ⁰С;

 кДж/кг.

Удельная  теплота связанной влаги

          (6),

где  - критическое влагосодержание материала, которое можно принять равным максимальному гигроскопическому при температуре ;

 кг/кг.

Тогда:

Принимая  удельные потери теплоты , найдем удельный расход воздуха на сушку, учитывая, что :

кг/кг

Производительность  сушилки по абсолютно сухому продукту:

G_с=G₂(1-w₂)=1400(1-0,02)=1372 кг/ч,

Тогда расход воздуха на сушилку