Искусственная сушка материалов

Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения. При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным так как оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги. Потому часто комбинируются различные способы удаления влаги. Естественная сушка обычно производится на открытом пространстве под навесами или в специальных сараях и представляет собой процесс при...

2014-06-11

136.65 KB

9 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


red0;;СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 8

2. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПРОЦЕССА СУШКИ 9

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СУШИЛКИ 10

4. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА 11

5. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ПРОЦЕСС СУШКИ 14

6. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ СУШИЛКИ 20

7. РАСЧЕТ ЧАСОВЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛА И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ 22

8. ПОДБОР ЦИКЛОНОВ 23

9. РАСЧЕТ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ 24

10.  ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРА 27

ЛИТЕРАТУРА 29

ВВЕДЕНИЕ

 Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения.

Изделие или материал приходится сушить в зависимости от их назначения для разных целей. Твердое топливо, например, подсушивают для повышения теплоты сгорания, улучшения процесса горения, древесину – для увеличения прочности, предохранение от гниения и плесени, различные другие изделия – для облегчения обработки, увеличения долговечности, предотвращения сжатия, искривления и растрескивания. Ряд материалов подвергается сушке для уменьшения их веса и тем самым удешевления транспортировки, изменение физических свойств (например, уменьшения теплопроводности).

Перечень материалов, подвергающихся в процессе их обработки также и сушке, чрезвычайно велик. Глубина обезвоживания материала в каждом отдельном случае определяется многими причинами.

В некоторых случаях перед сушкой материалов целесообразно предварительное обезвоживания их механическим или физико-химическим способом.

Механическое обезвоживание материалов более экономно, чем тепловая сушка, однако оно применимо только для материалов допуска, допускающих деформацию (торфяная масса, текстиль, шерсть и т.д.). При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным, так как оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги. Потому часто комбинируются различные способы удаления влаги.

Сушку материалов можно производить естественным и искусственным путями. Естественная сушка обычно производится на открытом пространстве, под навесами или в специальных сараях и представляет собой процесс, при котором сушильный агент (воздух), поглотивший пары влаги, отводится из зоны сушимого материала. Она производится за счет тепла наружного воздуха и применяется при массовой обработке дешевых влажных материалов, например глины, песка, торфа, дров, пиломатериалов, и т.п., и имеет еще значительное применение в народном хозяйстве.

Недостатками естественной сушки по сравнению с искусственной (в сушильных установках) являются большая продолжительность, зависимость ее от времени года и состояния наружного воздуха, необходимость большой территории для размещения материала.

Искусственная сушка материалов производится в специальных устройствах-сушилках, в  которых сушильный агент, поглотивший пары влаги, отводится искусственным способом: при помощи вентиляторов, инжекторов, вытяжных труб и других устройств. Искусственная сушка в большинстве случаев осуществляется горячим воздухом.

Распыливающие сушилки непрерывного действия применяются для сушки молока, яиц и различных жидких растворов. Они представляют собой камеру, внутри которой сушка материала происходит в распыленном состоянии. Распыливание достигается при помощи механических и пневматических форсунок или быстро вращающегося диска, помещенных внутри сушильной камеры.

  1.  ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Производительность Gк=40000 кг/ч.

Влажность материала (дрожжи): начальная 

конечная  

Сушильный агентдымовые газы, природный газ.

Температура сушильного агента: 

  1.  РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПРОЦЕССА СУШКИ

Количество испаренной в сушилке влаги:

Количество влажных дрожжей поступающих в сушилку:

Количество влаги в материале до сушки:

Остаточная влага в материале:

Проверка:

Количество абсолютно сухой массы материала:

  1.  ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СУШИЛКИ

Принимаем объёмное напряжение сушильной камеры по влаге:

Тогда объём сушильной камеры:


  1.  РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Состав топлива на рабочую массу (природный газ ):

CO2 = 0,4%;  CH4 = 81,7%;  C2H6 = 5%;  C3H8 = 2%;  C4H10 = 1,2%; C5H12 = 0,6%;  H2S = 0,6%;  N2= 8,5%.

Принимаем коэффициент избытка воздуха 

Тогда теоретическое количество азота в продуктах сгорания можно подсчитать по формуле:

Теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания:

Теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания:

Теоретически необходимое количество сухого воздуха  на горение топлива:

Количество атмосферного воздуха при  D0=10,6 г/кг :

Действительное количество сухого воздуха:

Действительное количество атмосферного воздуха:

Тогда общий объем продуктов сгорания можно подсчитать по формуле:

Состав продуктов горения по компонентам:

Влагосодержание продуктов горения:

.

Энтальпия продуктов сгорания:

.

Принимаем  ηтоп =0,9,

Теплоемкость ,

Энтальпия воздуха при комнатной температуре ,

Входящая температура топлива ,

Удельный объем влажного воздуха ,

Действительное количество влажного воздуха,

Из диаграммы определяем : 

tг=1500o C при . 


  1.  РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ПРОЦЕСС СУШКИ

Расчет ведем графоаналитическим методом с использованием i-d диаграммы влажного воздуха.

Подсчет потерь теплоты практического процесса сушки

На подогрев сухой массы материала:

,

где  Gcчасовое количество абсолютно сухого материала. Согласно материальному балансу Gc = 788 кг/ч;

сcтеплоемкость по массе абсолютно сухих дрожжей, по справочным данным равная Сс = 0,987 кДж/(кг·°С);

W –часовое количество испаренной влаги; W = 1451 кг/ч;

t`1  и  t``1соответственно температура дрожжей поступающих в сушилку и выгружаемых из нее: t`1 = 200 °С, t``1 = 120 °С.

Подставляя числовые значения в формулу, получаем:

.

На подогрев остаточной влаги:

,

где  W``вл.м.масса остаточной влаги. Согласно материальному балансу:

W``вл.м. = 12 кг/ч.

.

В окружающую среду через ограждающие конструкцииперекрытие, цилиндрическую и конечную части башни. Сушилку монтируют вне здания.

Тепловой поток через плоскую часть перекрытия сушилки, представляющую собой оребренные панели, выполненные из листовой стали толщиной δ1 = 6 мм с изоляционным слоем минеральной ваты толщиной δ2 = 300 мм. Площадь перекрытия составляет:

Коэффициент теплоотдачи принят: от внутренней среды к поверхности ограждения α1 = 23,2 Вт/(м2·°С); от наружной поверхности ограждения в окружающую среду  α2 = 17,4 Вт/(м2·°С).

Теплопроводность принимаем по справочным данным: стали λ1 = 58 Вт/(м·°С), ваты λ2 = 0,08 Вт/(м·°С). 

Коэффициент общей теплопередачи:

.

Температура теплоносителя под перекрытием по опытным данным tвн = 170 °С, а температуру наружного воздуха принимаем tн = 20 °С. Тогда тепловой поток через перекрытие составит:

Тепловой поток через ребра перекрытия.

Суммарная длина ребер 120 м, их толщина 8 мм и средняя высота δ = 0,3 м.

Суммарная площадь поверхности в направлении теплового потока:

.

Тепловой поток через ребра:

.

Тепловой поток через гладкую поверхность цилиндрической части ограждения конструкции. 

Цилиндрическое ограждение собрано из панелей, состоящих из листовой стали с изоляцией минераловатным слоем толщиной δ = 0,2 м. В связи с исчезающе малым значением теплового сопротивления стальных листов в сравнении с остальными слагаемыми в дальнейших расчетах им пренебрегаем. 

Площадь боковой поверхности цилиндрической части:

.

Коэффициент общей теплопередачи:

.

Средняя температура внутри цилиндрической части сушилки составляет по опытным данным tвн = 130 °С. Тогда тепловой поток через гладкие поверхности цилиндрической части составляет:

.

Тепловой поток через ребра цилиндрической части.

Суммарная длина ребер 216 м, средняя толщина 0,006 м; высота их δ = 0,2 м.

Площадь поверхности ребер в направлении теплового потока:

.

Тепловой поток:

.

Тепловой поток через конусную часть ограждения. Конусная часть сварена из стальных листов толщиной δ = 2 мм; изоляции не имеет.

Площадь поверхности конусной части:

.

Коэффициент общей теплопередачи:

.

При расчете теплового потока принимаем температуру внутри конусной части сушилки tвн = 90 °С. Тогда тепловой поток составляет:

.

Суммарный тепловой поток в окружающую среду:

или 171243·3,61 = 618187 кДж/ч.

Потери теплоты в окружающую среду, отнесенные на 1 кг испаренной влаги:

.

Сумма учтенных тепловых потерь на 1 кг влаги составляет:

42,9+0,65+426=469 кДж.

Неучтенные потери принимаем равными 10%, что составляет с округлением на 1 кг влаги:

.

Суммарные потери теплоты на 1 кг испаренной влаги составят:

.

Построение процесса сушки в I-d диаграмме

На I-d диаграмме отмечаем точку В, соответствующую начальной температуре теплоносителя t1=1500ºС и влагосодержанию d1=135 г на 1 кг сухих газов. Из точки В проводим вниз адиабатный луч и луч, параллельный линиям постоянных влагосодержаний. На адиабатном луче отмечаем произвольную точку е и из нее опускаем перпендикуляр на луч, параллельный линиям d=const, и на нем ищем положение точки Е, вычисляя отрезок еЕ по формуле:    

,

где  – тепловые потери практического процесса сушки, отнесённые к 1 кг испарённой влаги;

m – масштабная характеристика I-d – диаграммы, на которой ведут построение;

 

где  и - масштаб соответственно энтальпии и влагосодержания. 

В нашем случае ккал в 1 мм и  г в 1 мм.

 

    По построению на I-d – диаграмме замеряем отрезок еf. Он будет равен 164 мм. После подстановки получаем:

На луче, опущенном из точки е, откладываем отрезок еЕ = 32,6  мм и таким образом находим положение точки Е.

    Из точки B через точку Е проводим луч, который является политропной практического процесса сушки. На этом луче отмечаем точку C его пересечения с изотермой, соответствующей температуре отработанного теплоносителя tм =120ºC.

    Точка C характеризует параметры отработанного теплоносителя. Из точки C опускаем перпендикуляр на продолжение отрезка Bf и точку пересечения обозначаем буквой D. Измеряем отрезок CD: он равен 485 мм.

    Удельный расход сухого теплоносителя на 1 кг испарённой влаги определяем по формуле:

или с учётом начального влагосодержания теплоносителя по формуле:

Удельный расход отработанного теплоносителя определяем по формуле:

где согласно построению на I-d-диаграмме, d2 =620 г на 1 кг сухих газов.

Для определения удельного расхода теплоты наносим на I-d-диаграмму т. А с параметрами t0=20 ºС и d0=10 г/кг. Из точки А восстанавливаем вертикальный луч (d=const) до пересечения с изотермой t1=1500ºС. Точку пересечения обозначаем буквой В`. Измеряем отрезок АB`. В данном случае он равен 620 мм. Удельный расход теплоты на 1 кг испарённой влаги определяют по формуле:

  1.  ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ СУШИЛКИ

По результатам расчета материального баланса составляем тепловой баланс рабочей камеры сушки, отнесенный к 1 кг испаренной влаги, для чего определяем предварительно расход теплоты на испарение влаги и нагрев водяных паров по формуле:

где r - скрытая теплота парообразования (по справочным данным r = 2230 кДж/кг);

      cn – удельная теплоемкость водяного пара (по справочным данным cn =

=1,97 кДж/кг·ºС). 

Подставляя числовые значения, получаем:

Расход теплоты на подогрев сухой части отработанного теплоносителя определяют по формуле:

где св – удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг·°С) (По справочным данным св = 1 кДж/(кг·°С).

Подставляя числовые значения, получаем:

Невязка баланса составляет   

что близко к разрешающей способности линейки. С учетом неточностей, неизбежных при графическом построении процесса, сходимость частей баланса считаем удовлетворительной.

Таблица 1- Тепловой баланс сушильной камеры на 1 кг испаренной влаги

Приходные статьи

Количество теплоты

Расходные статьи

Количество теплоты

кДж

%

кДж

%,

Теплота С.А.

2771

100

На испарение влаги и подогрев водяных паров

2382

78,3

Итого

2771

100

На подогрев сухой массы

42,9

1,4

На подогрев остаточной влаги

0,65

0,02

Потери теплоты в окружающую среду

426

14

Неучтенные потери

46,9

1,5

На подогрев сухой части отходящих газов

144

4,7

Итого

3042

100

  1.  РАСЧЕТ ЧАСОВЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛА И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Часовой расход теплоносителя по массе с начальными параметрами составляет:

.

Объемный часовой расход определяют по формуле:

где  γ1плотность теплоносителя, кг/м3 (γ1 = 0,79);

Подставляя числовые значения, получаем:

.

Объемный часовой расход теплоносителя при t`1 =1500  ºC составит:

.

Часовой расход отработанного теплоносителя при нормальных условиях и при t``1=120 °C и γ2 = 0,8:

;

;

.

Рассчитываем часовой расход теплоты в рабочей камере сушилки:

.

  1.  ПОДБОР ЦИКЛОНОВ

В качестве пылеосадительных устройств к установке принимаем циклоны серии ЦН-15. Согласно данным каталога, максимальная пропускная способность циклона наибольшего типоразмера диаметром 800 мм составляет Vц = 6800 м3/ч.

Расчетное количество циклонов составляет:

.

Принимаем к установке 2 циклона диаметром 800 мм. Расчетная пропускная способность одного циклона составляет:

.

Площадь входного патрубка F = 0,1 м2. Скорость во входном патрубке циклона:

.

Площадь поперечного сечения циклона составляет:

.

Определяем условную скорость, отнесенную ко всему объему сечению циклона:

.

  1.  РАСЧЕТ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

 Схема аэродинамического тракта (согласно компоновочному чертежу) такова: из конусной части сушилки отработанные газы проходят закругленное колено диаметром 1000 мм, затем следуют по прямой участка трубопровода того же диаметра, длиной 5,7 м. После чего газовый поток на подходе к циклонам проходит еще два закругленных колена (неизменного диаметра) и далее он разветвляется на четыре отвода к входным патрубкам каждого циклона.

Из циклонов очищенные от уносов газы поступают в сборник и симметричные собирающие тройники, затем проходят два закругленных колена и через конфузор поступают во всасывающий патрубок вентилятора. Из выхлопного патрубка газы проходят диффузор и через выхлопную трубу диаметром 1000 мм выбрасываются в атмосферу.

Подсчет аэродинамических сопротивлений.

Расчетом определяем лишь местные сопротивления. Сопротивления трения в связи с относительной малой протяженностью газоходного тракта учитываем 20%-ной надбавкой к сумме местных сопротивлений. Давление (отрицательное), создаваемое выхлопной трубой, в расчет не вводим а оставляем его запасным. Все размеры для подсчета сечений газоходного тракта принимаем по чертежу, а коэффициенты местных сопротивленийпо справочным данным. Расчет ведем по элементам сопротивления газоходного тракта.

  1.  Вход в приемное отверстие колена:

секундный расход отработанных газов:

;

сечение трубопровода:

;

скорость газового потока:

,

где  γ2 -плотность газов γ2 = 0,92 кг/м3;

ξ1 -коэффициент местного сопротивления ξ1 = 1.

.

  1.  Три плавных колена:

коэффициент местного сопротивления ξ2 = 3·0,2 = 0,6:

.

  1.  Разветвление на подходе к циклонам ξ3 = 0,2:

.

  1.  Сопротивление циклонов ξ4 = 105:

.

  1.  Сопротивление собирающего тройника ξ5 = 0,5:

.

  1.  Два плавных колена на подходе к всасывающему патрубку вентилятора 

ξ6 = 0,2·2 = 0,4:

.

  1.  Конфузор у всасывающего патрубка вентилятора ξ7 = 0,1:

.

  1.  Диффузор у выхлопного патрубка вентилятора ξ8 = 0,2:

.

Сумма местных сопротивлений:

.

Сопротивление трения – 20% местных сопротивлений:

.

Влияние запыленности воздуха учитываем надбавкой по формуле:

,

где  К – опытный коэффициент К=2,2;

μ концентрация пыли по массе, кг/кг.

Согласно материальному балансу процесса сушки, унос С.Г. составляет 12 кг/ч.

Часовой расход отработанного теплоносителя составляет L2 = 6456 кг. Тогда

;

.

С учетом 20% запаса на неучтенные потери принимаем требуемое давление вентилятора:

.

  1.   ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРА

  Часовое объёмное количество отработанного теплоносителя составляет. Требуемую подачу отсасывающего вентилятора принимаем с 25%-ным запасом:

 или округляем до 15000 

Требуемое давление составляет  Расчётное давление вентилятора определяем оп формуле:

,

где   - температура газов на выходе ();

Б = 745 мм. вод. ст. – барометрическое давление;

=1,2 кг/м3;

=0,8 кг/м3.

Получаем:

Принимаем к установке вентилятор среднего давления типа Ц9-55(ЦВ-55) №12. Согласно графической характеристике этого вентилятора, его динамическое давление при Нд=7 мм. вод. ст. (68,7 Па).

    Полное давление составляет:

На графической характеристике находим:

- частота вращения n=1450 об/мин;

- коэффициент полезного действия ηв= 0.5.

    Для условий транспортирования запыленного воздуха мощность электродвигателя на валу определяем по формуле:

.

Для клиноременных передач  ηп=0,95.

Установленная мощность электродвигателя составляет:

где  К – коэффициент запаса, равный 1,2.

ЛИТЕРАТУРА

  1.  Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. (Курсовое проектирование). М. 1970.
  2.  Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М. 1972.
  3.  Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. М. 1970.
  4.  Карабин А. И., Раменская Е. С., Энно И. К. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках. М. 1966.
  5.  Гинзбург А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов М. 1973. 



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
15543. Современные методы экспериментального изучения строительных материалов. Определение предела прочности при сжатии. Рентгеновский фазовый анализ порошковых материалов 454.52 KB
  Мешалка для перемешивания цементного раствора, столик встряхивающий, форма-конус, штыковка, формы разъемные для изготовления образцов-балочек, насадка к формам, площадка вибрационная, прибор для испытаний на изгиб, пресс для определения предела прочности при сжатии, пластинки для передачи нагрузки по ГОСТ 310.4.
3320. Обсуждение составленных материалов по санпросветработе со школьниками. Коррекция материалов составленных студентами 13.12 KB
  Преподаватель знакомит студентов с целями и задачами предстоящего занятия. Затем каждый студент зачитывает текст беседы или лекции, которую он написал дома. После обсуждения преподаватель корректирует каждую беседу и лекцию, указывает на недостатки, если они есть, допущенные ошибки.
1984. Литье материалов 300.8 KB
  Исторически сложилось деление этих процессов на традиционные под которыми чаще всего подразумевают лишь литье в песчаноглинистые формы и все остальные – специальные технологии литья. Главным признаком традиционного метода литья можно считать важнейшие характеристики основного инструмента технологического процесса – литейной формы. Дополнительный обязательный признак – заполнение формы расплавом гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему. Остальные характеристики литейной формы объемная оболочковая опочная...
20016. Учёт материалов 42.24 KB
  Непрерывность производства требует чтобы постоянно находилось на складах достаточное количество сырья и материалов для полного удовлетворения потребностей производства в любой момент их использования. Целью и задачами работы выступает изучение бухгалтерского учета материалов. 1 Понятие и характеристика материалов Согласно Положению по бухгалтерскому учету Учет материально-производственных запасов ПБУ 5 011 к бухгалтерскому учету в качестве материально-производственных запасов принимаются активы1: используемые в качестве сырья материалов...
7852. СПОСОБЫ УПРОЧНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 262.12 KB
  Рассмотренный ранее механизм пластической деформации позволяет сделать вывод что процесс сдвига в кристаллах под действием внешних напряжений будет происходить тем легче чем больше дислокаций будет в металле. После пластической деформации дислокационная плотность увеличивается и достигает значении...
13428. Общая характеристика нагрева материалов 1.85 MB
  Общая характеристика нагревания лазерным излучением Рассмотрим тепловые эффекты в конденсированных средах и основные особенности температурной кинетики при лазерном воздействии. При рассмотрении процессов воздействия ЛИ на материалы необходимо знать энергетические характеристики: поглощенную долю падающего потока максимальную плотность мощности ЛИ длительность импульса длину волны пространственное распределение плотности мощности и условия фокусировки. Для описания тепловых источников при...
6526. Основные задачи сопротивления материалов 178.81 KB
  Внешние силы вызывают деформацию тела т. К проявлению вязких свойств материала относится ползучесть рост деформации при постоянной нагрузки и релаксация уменьшение внутренних усилий при постоянной полной величине деформации. Пусть реальное твердое тело находится в равновесии под действием внешних...
13066. Технология обработки материалов давлением 6.37 MB
  Элементарный процесс ОМД можно представить в виде воздействия внешних сил на полуфабрикат заданной формы из металла или сплава для достижения требуемого конечного формообразования При этом деформируемый объем металла или сплава может находиться в различных состояниях пластичности в условиях холодного горячего деформирования; в режиме сверхпластичности или в условиях гидростатического давления. В свою очередь металлургические процессы предназначенные для формообразования полуфабрикатов в виде листа профилей труб и прутков из которых...
13489. Лазерное разрушение поглощающих материалов 380.35 KB
  Общая характеристика механизмов лазерного разрушения Термин разрушение при воздействии мощных потоков ЛИ на вещество является условным поскольку практически при любой плотности потока в объеме вещества происходят физические процессы вызывающие необратимые изменения связанные например с диффузией вещества или генерацией структурных несовершенств. Условимся понимать под разрушением материалов при воздействии ЛИ образование в веществе углублений вызванных выносом части объема вследствие процессов испарения. При превышении порогового...
3820. Материаловедение(технология конструкционных материалов) 2.61 MB
  Стали: классификация автоматные стали. Углеродистые и легированные конструкционные стали; назначение термическая обработка свойства. Стали устойчивые против коррозии жаропрочные стали и сплавы. Инструментальные материалы: инструментальные и быстрорежущие стали твердые сплавы и режущая керамика сверхтвердые материалы материалы абразивных инструментов.
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.