Министерство науки и образования,

молодежи и спорта Украины

Одесская Государственная Академия Холода

Кафедра тепломассообмена

Расчетно-пояснительная записка к

курсовому проекту по дисциплине:

“Тепловлажностные низкотемпературные

процессы и установки”

на тему:

“Расчет барабанной сушилки для сушки глины

нагретым воздухом”

Проектировал студент

_________________________________________

Специальность теплоэнергетика группа 433

Руководитель

____________________________________

Проект защищенный _________________________

Оценка_____________________________________

Одесса 20….г.

Реферат

Курсовой проект состоит из 34 страниц расчетно-пояснительной записки,

4 рисунка, 1 таблицы, 2 приложений и графической части в виде двух листов формата А2 и одного листа формата А1.

Целью курсового проекта есть выбор технологической схемы с барабанной сушилкой для сушки глины нагретым воздухом и расчет ее основных аппаратов.

В проекте выполнен расчет и выбор стандартной барабанной сушилки, выполнен расчет основных размеров калорифера и подобраны циклон и вентилятор.

Ключевые слова: сушка, влажный воздух, калорифер, циклон, теплообмен, сушильный агент, температура.

3

Содержание

Перечень сокращений и условных обозначений________________________5Вступление______________________________________________________ 61.Сушка: суть процесса____________________________________________71.1. Основные понятия_____________________________________________71.2. Барабанные сушилки___________________________________________81.3.Устройства внутренних насадок_________________________________101.4. Циклон______________________________________________________111.5. Калорифер___________________________________________________121.6. Вентилятор___________________________________________________132.Расчет барабанной сушилки_______________________________________14

2.1.Материальный баланс__________________________________________14 2.3.Тепловой баланс процесса действительной сушки__________________14 2.3.Тепловой баланс процесса действительной сушки__________________14 2.4. Построение процесса действительной сушки.______________________15 2.5. Расчет основных размеров барабанной сушилки____________________ 16 2.5.1.Рабочий объем барабана________________________________________16 2.5.2.Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана.17

2.5.3. Время сушки материала________________________________________19

2.5.4. Мощность, которая тратится на вращение барабана________________ 19

3. Расчет ЦИКЛОНА_______________________________________________20 4. Расчет калорифера_______________________________________________21 5.Выбор вентилятора_______________________________________________28Вивод____________________________________________________________30Список использованных источников__________________________________31Приложения_______________________________________________________32

4

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Основные обозначения

h−¿энтальпия, кДж/кг;

x−¿влагосодержание, кг/кг влаги;

∝−¿коэффициент теплоотдачи, Вт /(м2 ∙ К);

ρ−¿плотность, кг / м3;

q−¿плотность теплового потока, Вт / м2;

λ−¿коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)

ω−¿скорость, м/с;

∆ Р−¿сопротивление, Па;

с−¿теплоемкость, Дж/(кг*К);

V−¿объемный расход, м3/с;

G−¿массовый расход, кг/с;

Q−¿тепловой поток, Вт;

υ−¿кинематическая вязкость,м2/с;

N−¿мощность, кВт;

Индексы

мат−¿материал; н−¿начальный;

ср−¿средний; ч−¿частиц.

Б−¿барабан; к−¿конечный;

в−¿воздух;

г−¿газ;

вн−¿внутренний;

5

Вступление

Барабанные сушилки в настоящее время очень широко применяются в различных производствах. Естественная сушка достаточно долговременная, что не дает возможности предприятию в полной мере обеспечивать нужным высушенным материалом рынок.

Барабанные сушилки высушивают сыпучие материалы за достаточно короткое время с помощью использования горячих газов. Каждый процесс сушки имеет свои технологические нюансы, что и нужно учитывать при расчете сушильной установки.

6

1.Сушка: суть процесса.

1.1. Основные понятия

Тепловой сушкой или просто сушкой называют процесс удаления влаги с влажных материалов (чаще твердых, иногда пастообразных материалов, редких суспензий) путем их выпаривания и отвода пара, который образуется.

Сушку часто используют во многих областях промышленности, при производстве различных видов продукции. Часто сушка сочетается с такими процессами как грануляция, дробление, классификация. На конечных стадиях технологического процесса сушку используют для придания продукции заданных физико-химических свойств, уменьшения веса, объема продукции.

По физической сущности сушка есть процессом общего тепломассопереноса, и сводится к перераспределению и перемещению влаги под влиянием теплоты с глубины материала, который сушится, к ее поверхности и следующему ее испарению.

Различают природную сушку (на открытом воздухе) и штучную сушку (в специальных сушильных установках). На практике природную сушку используют редко из-за длительности процесса.

По способам подвода теплоты различают несколько видов сушки:

1.Конвекционная сушка (газовая, воздушная) осуществляется при нагревании влажных материалов в потоке газового теплоносителя, что одновременно подводит тепло и удаляет влагу.

2.Контактная сушка осуществляется при нагревании материала теплоносителем через поверхность нагрева.

Эти два способа сушки есть наиболее распространенными. Кроме того, есть так званые специальные виды сушки, которые используются реже:

3.Радиационная сушка-тепло подводится к материалу с инфракрасными лучами.

4.Диалектрическая сушка-тепло подводится токами высокой частоты.

5.Сублимационная (вакуумсублимационная) сушка-влага удаляется из материала в замороженном состоянии под вакуумом.

7

При любом виде сушки влажный материал пребывает в контакте с

влажным газом. При конвекционной сушке данный газ называют сушильным агентом. Наиболее чаще как сушильный агент применяют воздух (при

температуре не более 500℃ ) при условии, что присутствие в нем кислорода не влияет на свойства материала (материал не окисляется). Топочные (дымовые) газы (смесь воздуха с продуктами сгорания органического топлива) применяют, когда допустимы высокие температуры сушильного

агента (до 1200℃) и когда компоненты дыма не существенно влияют на качество продукта.

Основные факторы, которые влияют на процесс сушки:

1) увеличение температуры способствует увеличению движущей силы процесса;

2) снижение давления способствует снижению парциального давления водяного пара над материалом, а значит увеличению движущей силы;

3) низкое влагосодержание сушильного агента способствует увеличению движущей силы процесса;

4) увеличение скорости сушильного агента увеличивает коэффициент тепло- и масcоотдачи;

5) дробление частиц материала увеличивает поверхность массоотдачи;6) перемешивание материала способствует интенсификации процесса

сушки, потому что при этом “обновляется” поверхность фазового контакта.

1.2.Барабанные сушилки. Барабанные сушилки широко применяют для беспрерывной сушки, как правило, при атмосферном давлении, кусковых, зернистых и сыпучих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.).

8

Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с

небольшим наклоном к горизонту (1/15—1/50) и опирающийся с помощью

бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем

через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не

превышает 5 — 8 об/мин; положение его в осевом направлении фиксируется

упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6,

предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приемно-

винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку,

расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает

равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по

сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с

сушильным агентом — топочными газами.

Газовая фаза и материал часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала, потому что в этом случаи наиболее горячие газы сталкиваются с материалом, который имеет наибольшую влажность.

Чтобы избежать усиленного выноса пыли с сушильным агентом, последний протягивается через барабан вентилятором со средней скоростью, которая не

9

превышает 2-3 м/с. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне. На концах барабана устанавливают уплотнительные приборы, которые утрудняют утечку сушильного агента.

На разгрузочном конце барабана есть подпорное устройство в виде сплошного кольца. Назначение этого кольца - поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%.

Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и

реже - изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется через разгрузочную камеру. Эта камера определенным образом герметизируется для предотвращения поступления в барабан воздуха извне. Подсос воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергопотреблению вентилятора.

Типы промышленных барабанных сушилок разнообразны: сушилки,

работающие при противотоке сушильного агента и материала, с

использованием воздуха в качестве сушильного агента, контактные

барабанные сушилки и др.

1.3.Устройства внутренних насадок

Устройство внутренней насадки барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала.

Подъемно- лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и

склонных к налипанию материалов, а секторная насадка — для малосыпучих

и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых,

сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные

насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в

барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда

используют комбинированные насадки, например подъемно-лопастную (в

передней части аппарата) и распределительную.

10

Рис. 2 Типы насадок барабанных сушилок:

а – подъемно лопастная; б – секторная; в,г – распределительная; д –

перевалочная

Достоинства барабанных сушилок:

1 интенсивна и равномерная сушка вследствие тесного контакта

материала и сушильного агента.

2 большое напряжение по влаги достигающее 100 кг / м3 и более.

3 компактность установки.

1.4.Циклон

Циклоны являются одними из простейших пылеулавливающих устройств.     Осаждение пыли в циклонах происходит под действием центробежной силы.     Запыленный газ по воздуховоду подается в цилиндрическую часть циклона где за счет тангенциального ввода приобретает вихревое движение. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам циклона и ссыпаются по конической его части к разгрузочному отверстию. Обеспыленный газ отводится из циклона через верхний патрубок.     Скорость газа при входе в циклон составляет порядка 15 - 20 м/сек. Скорость газа на выходе из циклона - 4 - 6 м/сек. Сопротивление циклонов, как правило находится в пределах 40 - 90 мм вод. столба. Эффективность улавливания пыли зависит от размера частиц. Так, частицы крупнее 70 мкм улавливаются в циклоне полностью; частицы от 20 до 70 мкм улавливаются

11

на 94 - 97 %; частицы от 10 до 20 мкм - на 60 - 80 % и частицы меньше 10 мкм улавливаются только в количестве 10 - 45%.     Эффективность циклонов меньших геометрических размеров выше. Поэтому циклоны диаметром 0,4 - 1,2 м объединяют в группы. В такой группе циклонов степень обеспыливания повышается с 50% до 65 - 70%.

1.5.Калорифер

Воздухонагреватели (теплоноситель - сухой насыщенный (перегретый) пар по СНиП2.04.07-86) биметаллические, спирально-накатные предназначены для нагрева воздуха в системах кондиционирования, вентиляции и отопления, с температурой теплоносителя не более 190 °С и давлением не более 1,2 МПа. Воздух должен быть с предельно-допустимым содержанием химически активных веществ по ГОСТ12.1.005-88 с запыленностью не более 0,5 мг/м3 и не содержать липких веществ и волокнистых материалов.  Воздухонагреватели выполнены в одноходовом исполнении по теплоносителю, имеют патрубки с обеих сторон . Не допускается работа воздухонагревателя на пролётном паре. Уровень конденсата не должен быть выше нижнего ряда теплоотдающих трубок. Для того, чтобы не было сквозного (пролетного) прорыва пара и при этом не было больших скоростей, вызывающих эррозию стенок теплоотдающих труб, на сливе конденсата необходимо устанавливать конденсатоотводчики соответствующего номера (на расстоянии не менее 300 мм от нижнего патрубка воздухонагревателя). Отвод конденсата должен исключать возможность размораживания воздухонагревателя и возникновения гидроударов при изменении нагрузки. Воздухонагреватели изготавливаются из углеродистых сталей обыкновенного качества, теплоотдающие элементы изготавливаются из стальной трубы 16х2,0 и алюминиевого накатного оребрения номинальным диаметром 39 мм. Предназначены для эксплуатации в условиях умеренного климата категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69. Они не должны устанавливаться на объекты, создающие внешнюю вибрацию со среднеквадратическим значением более 2 мм/с. В зимнее время пуск в работу должен осуществляться со скоростью подъема температуры не более 30 °С в час.

1.6.ВентиляторВентилятор — устройство для перемещения газа со степенью сжатия менее 1,15 (или разностью давлений на выходе и входе не более 15 кПа).

12

Центробежный (радиальный) вентилятор

Рис.3 Центробежный вентилятор

Данный вид вентилятора имеет вращающийся (ротор), состоящий из лопаток спиральной формы. Воздух через входное отверстие засасывается вовнутрь ротора, где он приобретает вращательное движение и, за счет центробежной силы и специальной формы лопаток, направляется в выходное отверстие специального спирального кожуха. Таким образом, выходной поток воздуха находится под прямым углом к входному. Данный вид вентилятора широко применяется в промышленности.

13

2.Расчет барабанной сушилки.

Дано:1)Материал глина2)Начальная влажность материала U н=9%

3) конечная влажность материала U к=1% 4)Производительность по высушенному материалу Gк=2 кг/с5)Температура воздуха на входе в сушилку t 1=150℃

6) Температура воздуха на выходе из сушилки t 2=50℃

7)Начальная температура материала, поступающего на сушку υн=20℃

8)Абсолютное давление греющего пара Рабс=5∗105 Па

9)Место строительства установки г. Одесса2.1.Материальный баланс С уравнений материального баланса находим расход влаги, что испарилась. W=Gк∗(ωн−ωк )=2∗(0.09−0.01 )=0.16 кг/сРасход влажного материала, что поступает в сушильную установку.

Gн=W +Gк=0.16+2=2.16 кг/с2.2.Построение процесса теоретической сушки. Воздух, который поступает в сушильную установку, отбирается с атмосферы. В расчетах начальные параметры воздуха принимаются как средние для летнего и зимнего периода. Для города Одесса зимой t ср=−3.1℃, φср=88 %; летом t ср=22.6℃ , φср=61 % .Средние параметры воздуха на входе в сушилку: t 0=¿(-3.1+22.6)/2=9.8℃, φ0=¿(88+61)/2=74.5%. Построение процесса теоретической сушки[приложение а]: в h-x диаграмме наносится точка с координатами t 0 ,φ0 , с полученной точки по x=const проводится линия к изотерме t 1,с полученой точки по h=const проводится линия к изотерме t 2

.На графике получены линии: 0-1-процесс нагрева воздуха в калориметре, 1-2’-процесс сушки в теоретической сушилке. Определяются параметры воздуха на входе и выходе с установки за h-x диаграммой: x0=x1=¿0.0055кг/кг, h0=24кДж/кг,x2'=¿0.045кг/кг, h1=h2'=¿167 кДж/кг. Расход тепла в теоретической сушилке.

qТ=167−24

0.045−0.0055=3620 кДж/кг влаги. (1)

2.3.Тепловой баланс процесса действительной сушки. Удельный расход тепла в действительной сушилке.q Д=qТ+∆ . (2)Поправка ∆ определяется по формуле (*). Поскольку сушилка (как барабанная, так и с псевдо разреженным шаром) не имеет ни вагонеток, ни транспортеров и дополнительные тепловыделения в сушилке отсутствуют, то qтр .=0и qдод=0, тогда: ∆=q мат+qвтр−с∗υн (*).

14 Тепловые потери в окружающую среду qвтр можно принять равными 10…15% от суммы всех других слагаемых теплового баланса.

Тогда удельный расход тепла в действительной сушилке:q Д=qТ+∆=qТ+qмат+qвтр−с∗υн=1.1∗( qТ+qмат−с∗υн ) ,

Тут индекс 1.1 появился вместо члена qвтр и учитывает увеличение действительного расхода тепла на 10% через потери в окружающую среду.

Удельный расход тепла на нагрев материала находится по формуле:

qмат=G к

W∗cмат∗(υк−υн). Конечную температуру высушенного материала можно

принять на 2..5℃ ниже температуры отработанного воздуха на выходе из сушилки t 2.Приймем υк=45℃.

Теплоемкость материала находим по справочным данным , или при отсутствии таких данных теплоемкость можно посчитать с использованием значений атомарных теплоемкостей элементов, что входят в состав соединения по формуле: cвещества=(n1¿c1+n2¿ c2+...)/¿M, где n1 , n2…-число атомов элементов, которые входят в состав соединения; c1 , c2…-атомные теплоемкости элементов, кДж/(кг*атом*К). Теплоемкость глины каолинита (белая глина) Al4 [Si4 O10 ](OH )8; Al-c1=26 кДж/(кг*атом*К), n1=4 ,

Si- c2 = 15,9 кДж/(кг*атом*К), n2=4 ,

O- c3 = 16,8 кДж/(кг*атом*К), n3=18 ,

H- c4 = 9,6 кДж/(кг*атом*К), n4=8 ,

Мольная масса Al4 [Si4 O10 ](OH )8: М=27*4+28*4+18*16+8*1=516;

c Al4 [ Si4 O10](OH )8= 4∗26+4∗15,9+18∗16,8+8∗9,6

516=1,06 кДж /(кг∗К )

qмат=G к

W∗cмат∗(υк−υн )=

2∗1.06∗(45−20)0.16

=331.25 кДж/кг влаги;

q Д=1.1∗(qТ+qмат−с∗υн )=1.1∗(3620+331.25−4.19∗20 )=4254 кДж/кг влаги,

где 4.19 кДж/(кг*К)-средняя теплоемкость воды. Расход в действительной сушке (расход тепла, переданного воздуху в калорифере) : Q=L∗(h1−h0 )=W∗qД=0.16∗4254=680,6 кВт .

2.4. Построение процесса действительной сушки.15

Для построения процесса действительной сушки зададимся произвольными значениями влагосодержания x (удобно выбрать x в пределах от x0 до x2'), находим

по уравнению процесса действительной сушки h=h1−∆∗( x−x0 ) соответствующее значение h.

Поправка ∆=q Д−qТ=4254−3620=634 кДж/кг.

По диаграмме x0=0.0055 кг/кг, h1=167кДж/кг.

Возьмем произвольное значение x=0.02 кг /кг.

h=167-634*(0.02-0.0055)=157,8 кДж/кг.

Проводим линию через точку 1 (начало процесса сушки), точку с найденными координатами x=0,02 и h=157,8 к изотерме t 2. Полученная линия 1-2-изображение процесса действительной сушки.

Влагосодержание воздуха x2=0.036кг /кг.

Удельный расход воздуха на сушку:

l= 1x2−x0

= 10.036−0.0055

=32,8 кг /кг влаги

Расход воздуха на сушку:

L=W∗l=0.16∗32,8=5,25кг/с.

2.5. Расчет основных размеров барабанной сушилки.

2.5.1.Рабочий объем барабана.

Напряжение барабанной сушилки по влаге, что испаряется, при сушке белой глины (каолинита) A=50 кг/(м3*час).

V Б=WA

=0.16∗360050

=11.52 м3

Зададимся соотношением длины барабана LБ к его диаметру DБ : LБ

DБ

=7.

Обычно это соотношение принимают от 3.5 до 7. Тогда диаметр барабана:

V Б=πDБ

2

4∗5 DБ → DБ=

3√ 4 V Б

5 π=3√ 4∗11.52

5∗3.14=1.43 м

Затем длина барабана LБ=10.01 м.

16

Принимаем стандартный сушильный барабан с длиной LБ=10 м. и

диаметром DБ=1.2 м. Уточняем объем выбранного барабана:

V Б=3.14∗1.22∗10

4=11.3 м3 .

Уточняем напряжение барабана по влаге, что испарилась:

A=0.16∗360011.3

=51 кг /(м3∗час)

2.5.2.Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана.Скорость воздуха в свободном сечении барабана по уравнению неразрывности:

V г=πDБ

2

4∗(1−β м−βн ) ωг→ ωг=

4 V г

π DБ2 (1−β м−βн )

,

β м−¿коэффициент заполнения барабана материалом, зависит от конструкции насадки и за практическими данными равен 0.15 ÷ 0.35 ;

βн−¿коэффициент заполнения материала насадкой, при расчетах можно принять равным 0.05;

V г−¿объемный расход влажного воздуха на выходе из барабана:

V г=Lυ0TT 0

( 1М воз

+x

M п) ,

М воз=29 кг/кмоль – мольная масса сухой части воздуха;

М п=18 кг/кмоль- мольная масса водяного пара в воздухе;

T 0=273 K-температура при нормальных условиях;

υ0=22.4 м3/кмоль.

V г=5.25∗22.4323273 ( 1

29+ 0.036

18 )=5.08 м3/с

Скорость воздуха в свободном сечении барабана:

ωг=4 V г

π DБ2 (1−β м−βн )

= 4∗5.083.14∗1.22(1−0.15−0.05)

=¿5.62 м/с,

где коэффициент заполнения барабана материалом примем β м=0.15,

17

коэффициент заполнения барабана насадкой примем βн=0.05 .

Проверяем допустимую скорость воздуха, исходя из условия что частицы наименьшего диаметра d мин=¿0.005 мм[6] не будут выносится с барабана с потоком воздуха. Определяем скорость вынесения, равную скорости свободного витания.

Парциальное давление водяного пара в воздухе:

P=( x

M п

) P0

1M воз

+ xM п

,

Где P0=1.013∗105 Па−¿давление при нормальных условиях.

p2=( 0.036

18 )∗1.013∗105

129

+ 0.03618

=5553 Па.

Плотность сушильного агента:

ρ=[ M воз ( P0−p )+M п∗p ] T 0

υ0∗P0∗T,

ρ2=29 [ ( 1.013∗105−5553 )+18∗5552 ] 273

22.4∗1.013∗105∗323=1.07кг/м3

По таблице теплофизических свойств для сухого воздуха определяем динамическую вязкость:

t 2=50℃→ μ2=19.6∗10−6Па*с

Для глины ρч=1850 кг/м3

Определяем критерий Архимеда:

Ar=dмин

3 ∗ρч∗ρср∗g

μср2 =0.0053∗1380∗1.07∗9.8

(19.6∗10−6 )2=6312181

ℜвит=6312181

18+0.545√6312181=4550.

Скорость витания:

18

ωвит=ℜвит ∙ μср

d мин ∙ ρср

=4423∗19.6∗10−6

0.005∗1.07=16.67м/с

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньшая, чем скорость витания частиц, значит, частицы наименьшего заданного диаметра не будут выносится с барабана.

2.5.3. Время сушки материала.

Насыпная плотность высушенного материала ρнас=1380 кг/ м3 [4].

Количество материала, что пребывает в сушилке:

Gмат=V Б∗β м∗ρнас=9∗0.15∗1380=1863 кг .

Среднее время пребывания материала в сушилке:

τ=Gм

(Gк+W2

)= 1863

(2+ 0.162

)=895.7 c

Зададимся частотой вращения барабана n=5 об/мин, тогда угол наклона барабана:

α=( 30 LБ

DБ ∙n ∙ τ+0.007 ωг) 180

π=( 30 ∙8

1.2 ∙5 ∙895.7+0.007 ∙5.62) 180

3.14=4.80

Поскольку полученное значение ∝больше 0.50и меньше 60, то расчет прекращаем.

2.5.4. Мощность, которая тратится на вращение барабана:

N=0.0013∙ DБ3 ∙ LБ ∙ ρнас ∙ σ ∙ n=0.0013 ∙1.23 ∙8∙ 1380 ∙0.05∙ 5=6.2кВт

где σ ≈ 0.05−¿коэффициент, зависящий от типа насадки ( для подъемно-лопастной насадки).

19

3. Расчет ЦИКЛОНА

Для расчета циклона необходимы следующие данные:

1) минимальный размер частиц 0.005 мм;2) объемный расход влажного сушильного агента на входе в циклон

V г=5.08 м3 /с;3) плотность влажного сушильного агента на входе в циклон ρ2=1.07 кг/ м3;

Для улавливания частиц материала размером 0.005 мм, выбираем циклон типа ЦН-11. Для принятого циклона коэффициент сопротивления циклона ξ0=250.

Примем соотношение ∆ рρ

=740 , тогда условная скорость газа в

цилиндрической части циклона ωц:

∆ pρ

=ξ0ωц

2

2→ ωц=√ 2∙∆ p

ρ ∙ ξ0

;

ωц=√ 2 ∙ 740250

=2.43 м /с

Диаметр циклона:

D=√ V0.785 ∙ωц

=√ 5.080.785 ∙2.43

=1.63 м.

Примем диаметр циклона равным 1.7 м, тогда его основные размеры соответственно будут равны:D1=0.6 ∙ 1.7=1.02мb=0.26 ∙ 1.7=0.44мh1=0.48 ∙1.7=0.816 мh2=1.56 ∙1.7=2.652 мh3=2.08 ∙1.7=3.536 мh4=2.0 ∙ 1.7=3.4 мH=4.38 ∙1.7=7.446 м.Гидравлическое сопротивление циклона:

∆ p=ξ0 ∙ ωц2 ∙

ρ2=250∙

2.432∙ 1.072

=789.8 Па.

20

4. Расчет калорифера Воздушный пароводяной калорифер выполнен из стальных (Ст. 10) труб диаметром 25x2 мм и алюминиевых ребер, высота которых h=15мм и толщина δ=1 мм. Шаг ребер Sp=3 ,5 мм . Расположение труб шахматное с

расстоянием между осями по фронту S1=80,6 мм и ходу воздуха S2=40,3 мм. Число рядов труб по ходу воздуха z=11. Тепловая производительность конденсатора Q=740 кВт. Температура конденсации водяного пара t н=170℃ . Температура воздуха на входе-t вх=9.8℃, на выходе- t вых=150℃ .

Q=G ∙ Cp ∙ ∆ t=5.25∗1.009∙ 103 ∙ (150−9.8 )=740 кВт

1.Определяем геометрические характеристики оребренной трубы.Площади теплопередающей поверхности трубы длиной 1 м: внутренней F вн1=π ∙ dвн=3.14 ∙0.021=0.066 м2/ м

Наружной поверхности трубы с условно снятыми ребрами F0,1=π ∙d0=3.14 ∙ 0.025=0.0785 м2/ м

Поверхности ребер

F р ,1=[ π2

∙ (D2−d02 )+π ∙ D ∙δ ] /S p=

¿ π ∙ 103

3.5∙[ 0.0552−0.0252

2+0.055 ∙0.001]=1.126 м2/ м

Поверхности участков трубы между ребрами

Fмр1=π d0 ( S p−δ )

Sp

=3.14 ∙ 0.025 ∙(0.0035−0.001)

0.0035=0.056 м2/ м

Полной наружной (оребренной) поверхности трубы

Fн 1=Fp , 1+F мр1=1.126+0.056=1.182м2

мКоэффициент оребрения

β=Fн1

Fвн1

=1.1820.066

=17.91

Наружная степень оребрения

φн=Fн 1

F0,1

= 1.1820.0785

=15.06

Степень наружного оребрения, отнесенная к поверхности труб , которая не занята ребрами,

φн' =

Fн1

F мр1

=1.1820.056

=21.1

2. Средний температурный напор между конденсирующимся водяным паром и воздухом

21

θm=tвых−t вх

lnt н−t вх

t н−t вых

= 150−9.8

ln170−9.8170−150

=67℃

3.Конвективный коэффициент теплоотдачи воздуха к наружной поверхности α определяем по уравнению, предложенному В.Ф. Юдиным для поперечного обтекания шахматного пучка труб с круглыми ребрами,

α в=0.32 ∙λв

l∙ cz ∙ cs ∙ φн

−0.5 ∙ℜln

При средней температуре воздуха t в=tн−θm=170−67=103℃ находим:

λв=3.2∙ 10−2 Вт

м2 ∙К,υв=23.1 ∙10−6 м2/с

Определяющий размер в уравнении подобия

l=d0

φн' +(1− 1

φн' )√0.785 (D2−d0

2 )=¿

¿ 0.02521.1

+(1− 121.1 )√0.785 (0.0552−0.0252 )=0.0422 м

показатель степени

n=0.6 φн0.07=0.6 ∙15.060.07=0.725

c z=1 при числе рядов труб z≥ 4

cs=( S1−d0

S1' −d0

)0.1

=(80.6−2557−25 )

0.1

=1.057

Зададимся скоростью движения воздуха в суженом сечении ω=6 м /с

и вычисляем число

ℜl=ωlυв

= 6 ∙ 0.0422

23.1 ∙ 10−6=10961

Коэффициент теплоотдачи

α в=0.32 ∙( 0.0320.0422 )∙ 1 ∙1.057 ∙ 15.06−0.5 ∙ 10961=724 Вт /(м¿¿2 ∙К )¿

22

4. Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, приведенный к внутренней поверхности (при отсутствии теплового сопротивления в месте контакта ребер и трубы).

Для этого находим коэффициент эффективности ребра

E=th mh'

mh' =th (1.61 )

1.61=0.57

где h'=h(1+0.805 lg

Dd0

)=0.015(1+0.805lg5525 )=0.0191

m=√ 2∝в

λр δ=√ 2 ∙724

203 ∙ 0.001=84.4

1м

λ p=203Вт

м∗К

m h'=0.0191∗84.4=1.61

Коэффициент теплоотдачи

∝пр .вн=∝в( F p

F вн

Ep+Fмр

Fвн)=724 ∙( 1.126

0.066∙0.57+ 0.056

0.066 )=7655Вт

м2 ∙ К

5.Вычисляем плотность теплового потока , отнесенную к внутренней поверхности трубы qвн и к наружной qн. Определение температуры стенки трубы и qвн выполняем графически по диаграмме q-θ. По оси абсцисс этой диаграммы откладываем средний температурный напор между водяным паром и воздухом θm. По оси ординат откладываем плотность теплового потока, отнесенную к внутренней поверхности трубы qвн. Проводим линию,характеризующую зависимость плотности теплового потока от внутренней поверхности трубы к воздуху qв от температурного напора θв=t ст−t в с учетом R заг=0.4 ∙10−3(м¿¿2 ∙К )/ Вт¿

qв=θв

R заг+1/∝пр . вн .

=θв

0.4 ∙ 10−3+1/7655=1885 θв

Определяем коэффициент теплоотдачи конденсирующегося водяного пара

α конд=1.85 А2 ∙∆ tконд ∙ L0.7 ∙ d−0.5

где А – коэффициент, объединяющий физико-химические константы воды и пара;

23

∆ t конд-температурный напор;

L – длина трубы;

d – внутренний диаметр трубы.

∝конд=1.85 ∙ 6.22 ∙ θа ∙10.7 ∙ 0.025−0.5=449.8 θа Вт /(м2 ∙ К )

Плотность теплового потока о водяного пара к внутренней поверхности трубы

qa=∝конд ∙ θа=449.8 θа2 Вт / м2

Графически определяем температуру стенки t ст=54.8℃

Также графически определяем qвн=41200 Вт / м2

θа=t н−t ст=170−160.3=9.7

θв=θm−θа=67−9.7=57.3

Табл. 1 Зависимость плотностей теплового потока от температуры стенки

t ст ,℃ qa , Вт / м2 qв, Вт / м2

140 4 ∙105 0.268 ∙ 105

150 1.8 ∙105 0.34 ∙ 105

160 0.45 ∙ 105 0.41 ∙105

170 0 0.49 ∙ 105

24

Рис.3 График зависимости плотностей теплового потока от температуры стенки

25

Определяем

qн=qвн

β= 41200

17.91=2300 Вт / м2

6. Коэффициент теплопередачи k вн, отнесенный в внутренней поверхности, и k н−¿к наружной

k вн=qвн

θm

= 4120067

=615 Вт /( м¿¿2 ∙ К )¿

k н=qн

θm

=230067

=34.3Вт /(м¿¿2 ∙ К )¿

7. Определяем основные размеры конденсатора.

Площадь наружной поверхности теплообмена конденсатора

Fн=Qн

qн

=7400002300

=322 м2

Общая длина всех труб

Lн=Fн

Fн1

= 3221.182

=272 м

Длина труб в одном поперечном ряду

L=Lн

z=272

11=24.7 м

Объемный расход воздуха

V в=Gв

ρ= 5.25

0.946=5.54

м3

с

Площадь живого сечения 1 м длины трубы

f ж=( S1−d0 )(Sp−δ)

S p

=(80.6−25 )(3.5−1)

103 ∙ 3.5=0.0397 м2/ м

Скорость движения воздуха

ω= Vf ж L

= 5.540.0397 ∙ 24.7

=5.65мс

26

Это значение отличается от принятой ω в начале расчета примерно на 6%. На величинах q и F это различие скажется еще в меньшей степени, поэтому пересчета не проводим.

Длину одной трубы принимаем L1=1 м, тогда число труб в одном (поперечном) ряду

n1=LL1

=24.71

≈ 25 труб

Высота теплообменной поверхности конденсатора

H=n1∙ S1=25 ∙0.0806=2.02 м

Общее число труб в аппарате

n=n1 ∙ z=25 ∙ 11=275

8. Определяем аэродинамическое сопротивление ∆ p при протекании воздуха через оребренный шахматный пучок труб

По эмпирическому уравнению находим число Эйлера

Eu=2.7 ∙ z ∙ c z' ∙( l

d э

)0.3

∙ℜl−0.25

При z=11,c z' =1.07

d эк=2 [S p ( S1−d0 )−2hδ ]

2 h+Sp

=2 [3.5 (80.6−25 )−2∙ 15 ∙1 ]

2 ∙15−3.5=9.83 мм

ldэк

=42.29.83

=4.29

Eu=2.7 ∙ 4 ∙1.07 ∙4.290.3∙10961−0.25=1.75

Сопротивление

∆ p=Eu∙ ρ ∙ ω=1.75 ∙ 0.946 ∙ 5.652=52.8 ≈ 53 Па

Подбираем калорифер паровой марки КП-Ск 4-12 объемной производительностью 25000 метров кубических в час .

27

5.Выбор вентилятора.

Мощность потребляемая вентилятором

N=V ∆p

1000 η квт

Где V-подача вентилятора , м3/с; ∆р- полное сопротивление сушильной

установки, Па; η - общий кпд вентиляторной установки.

∆ p=∆ pсуш+∆ pкал+∆ pu+∆ рм

∆Pсуш = сопротивление сушилки, Па;

∆Pкал = сопротивление калорифера, Па;

∆Pu-сопротивление циклона, Па;

∆ Рм−¿местные сопротивления, Па;

Определяем местные сопротивления. В установке есть 6 поворотов по

90 градусов. При этом ξ одного поворота равна 0.5. Тогда

∆ Рм=ξ ∙V 2

2∙ ρ=6 ∙0.5∙

5.652

2∙ 0.946 ≈ 45 Па

Сопротивление барабанных сушилок колеблется в пределах 10-20 мм

вод.ст. [7].

Принимают:

∆Pсуш=20мм вод ст. =196 Па

Полное сопротивление сушильной установки

∆P=196+53+790+55=1094 Па

Мощность, потребляемая вентилятором

28

N= V ∆ p1000 η

=5.54 ∙10941000 ∙ 0,6

=10.1 кВт

Выбираем центробежный вентилятор среднего давления ВЦ 14-46-5,0

АИР132М4 мощностью 11 кВт.

29

Вывод

В результате проведенных расчетов было определены основные размеры барабанной сушилки и подобрана по каталогу барабанная сушилка d=1200мм и L=10000мм. Определены время сушки материала τ=895.7 секунд и мощность, которая тратится на вращение барабана N=6.2 кВт.

Подобран циклон типа ЦН-11 с расчетным гидравлическим сопротивлением ∆ Р=789.8 Па.

Выбран пароводяной калорифер марки КП-Ск 4-12 объемной производительностью 25000 метров кубических в час . Расчетное сопротивление калорифера ∆ Р=42 Па.

Рассчитан и подобран вентилятор для подачи воздуха марки ВЦ 14-46-5,0

АИР132М4 среднего давления мощностью 11 кВт.

Цель расчета полностью достигнута. Была рассчитана установка и выбрана технологическая схема.

30

Список использованных источников

1. Кологривов М.М., Хлиева О.Я. Тепловлажностные низкотемпературные процессы и установки (Сушильные процессы и установки) Одесса 2008г.

2. Хлиева О.Я., Калуженов П.А. Теплотехнические и тепловлажностные процессы и установки (Справочный материал для проектных расчетов)Одесса 2007г.

3. Данилова Г.Н., Щебров М.Г., Филаткин В.Н., Бучко Н.А. Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности Москва, Агропромиздат 1986г. 288 стр.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии изд. Химия 1987 г. 576с.

5. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической

технологии. Л.: Химия 1991 г. 352с.

6. http://www.eurodor.ru/informatsionnye-stati/klassifikatsiya-gruntov.html

7. main.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/mahp2007_2.pdf

31