Главная / Рефераты / Рефераты по строительству

Реферат: Расчет процесса конвективной сушки сыпучего материала в барабанной, вращающейся сушилке


Кафедра технологии строительных материалов
Курсовая работа
По дисциплине: ПАТСИ
ТЕМА: Расчет процесса конвективной сушки сыпучего материала в барабанной, вращающейся сушилке.
Задание:
Рассчитать процесс конвективной сушки сыпучего материала в барабанной, вращающейся сушилке при подогреве воздуха продуктами сгорания отопительного газа при следующих условиях:
1. Материал – песок;
2. Производительность сушилки по сухому материалу Gк = 12000 кг/ч;
3. Влагосодержание материала: а) начальное – Uн = 10%, б) конечное – Uк = 0,5%;
4. Температура, 0С: а) атмосферного воздуха – 20 0С, б) газов на входе в сушилку – 300 0С, в) газов на выходе из сушилки – 80 0С;
5. Относительная влажность воздуха ?0 = 70%;
6. Атмосферное давление – 105 Па;
7. Теплоемкость материала – 0,8 кДж/кг?К, плотность – 1200 кг/м3;
8. Напряженность сушилки по влаги – 85 кг/м3?ч;
9. Средний диаметр частицы материала – 1 мм;
10. Удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги qп = 22,6 кДж/кг, что соответствует примерно 1% тепла затрачиваемого на испарение 1 кг воды.
11. Перевалочные устройства – подъемнолопастные, степень заполнения – 12%
12. Состав природного газа:
CH4 – 98,0 %,
C2H6 – 1,0 %,
C3H8 – 0,2 %,
C4H10 – 0,3 %,
CО – 0,2 %,
H2 – 0,3 %.
По приведенным данным произвести расчет материального и теплового балансов процесса сушки с помощью диаграммы Рамзина. Произвести расчет габаритов барабанной сушилки. В зависимости от типа материала используются различные перевалочные устройства, зная тип перевалочных устройств можно определить степень заполнения барабана.
Содержание:
Введение….…...3
I. Классификация сушилок….4
II. Барабанная сушилка .….5
III. Принципиальная схема барабанной сушилки…..….….6
Глава 1. Расчет параметров топочных газов подаваемых в сушилку..7
Глава 2. Определение параметров отработанных газов, расхода сушильного агента и расхода тепла на сушку...….9
Глава 3. Определение основных размеров сушильного барабана11
IV. Заключение15
Список литературы...….16
Введение
Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов удешевляет их транспортировку и придает им определенные свойства, а также уменьшению коррозии аппаратуры. Влагу можно удалять механическим способом: отжим, центрифугирование, отстаивание. Однако этими способами влага удаляется частично, более тщательное удаление влаги осуществляется путём тепловой сушки: испарение влаги, удаление паров.
Процесс тепловой сушки может быть естественным и искусственным.
Естественная сушка применяется редко. По физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом. Его скорость определяется скоростью диффузии влаги из глубинных частей материала к поверхности, а затем в окружающую среду. Удаление влаги при сушке включает не только перенос материала, но и перенос тепла, таким образом является теплообменным и массообменным процессами. По способу подвода тепла к высушиваемому материалу сушку делят:
1) Контактная – путём передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделительную стенку;
2) Конвективная – путём непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом. В качестве которого используют: подогретый воздух, топочные газы либо топочные газы с воздухом;
3) Радиационная – путём передачи тепла инфракрасным излучением;
4) Диэлектрическая – в поле токов высокой частоты;
5) Сублимационная – в замороженном состоянии в вакууме.
Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным воздухом или газом. При конвективной сушке влажному воздуху отводится основная роль. Поэтому необходимо чётко представлять какими параметрами описывается воздух.
I. Классификация сушилок.
Сушка материалов, полупродуктов или готовых изделий используется практически на всех стадиях производства строительных материалов, изделий и конструкций.
Для сушки применяют разнообразные сушилки, отличающиеся по ряду признаков которые положены в основу классификации, приведённой ниже:
Таблица №1
Признак классификации Типы сушилок
1. Давление в рабочем Атмосферные, вакуумные, под избыточным
пространстве. давлением.
2. Режим работы. Периодического и непериодического действия.
3. Вид теплоносителя. Воздушные, на дымовых или инертных газах, на
насыщенном или перегретом паре, на жидких
теплоносителях.
4. Направление Прямоточные, противоточные, с перекрёстным
движения теплоносителятоком, реверсивные.
относительно
материала.
5. Характер циркуляцииС естественной и принудительной циркуляцией.
теплоносителя.
6. Способ нагревания С паровыми воздухонагревателями, с топочными
теплоносителя. устройствами, с электронагревателями,
комбинированные.
7. Краткость Прямоточные или рециркуляционные.
использования
теплоносителя.
8. Способ удаления С отходящим теплоносителем, с продувочным
влаги из сушилки. воздухом, компенсационные, с химическим
поглощением влаги.
9. Способ подвода Конвективные, контактные, с нагревом токами
тепла к материалу. высокой частоты, с лучистым нагревом, с
акустически или ультразвуковым нагревом.
10. Вид высушиваемого Для крупно дисперсных, тонкодисперсных,
материала. пылевидных, ленточных, пастообразных, жидких
растворов или суспензий.
11.Гидродинамический С плотным неподвижным слоем, перемешиваемым
режим. слоем, взвешаным слоем (псевдосжиженый слой,
закрученные потоки), с распылением в потоке
теплоносителя.
12. Конструктивный типКамерные, шахтные, ленточные, барабанные,
сушилки. трубные и т. д.
II. Барабанная сушилка.
Она представляет собой сварной цилиндр – барабан, на наружной поверхности которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и приводной зубчатый венец; Ось барабана может быть наклонена к горизонту на
4о - 6о
Барабанные атмосферные сушилки непрерывного действия предназначены для сушки сыпучих материалов топочными газами или нагретым воздухом.
Внутри барабана устанавливают насадки, конструкция которых зависит от свойств высушиваемого материала. Со стороны загрузочной камеры многозапорная винтовая насадка, с числом спиральных лопастей от шести до шестнадцати в зависимости от диаметра барабана. При сушке материала с большой адгезией к поверхности на начальном участке последнего закрепляют цепи, при помощи которых разрушают камки и очищают стенки барабана. Для этой же цели могут применять ударные приспособления, расположенные с внешней стороны барабана.
В сушилках диаметром 1000 – 1600 мм для материала с хорошей сыпучестью и средним размером частиц до 8 мм устанавливают секторную насадку. В тех же сушилках, для материалов, обладающих повышенной адгезией или сыпучих материалов со средним размером частиц более 8 мм устанавливают подъемно – лопастные устройства. В сушилках диаметром 1000 – 3500 мм для материалов склонных к налипанию, но восстанавливающих сыпучие свойства в процессе сушки сначала устанавливают подъемно – лопастные перевалочные устройства, а затем секторные насадки.
Основной материал для изготовления барабанов сушилок, загрузочных и разгрузочных камер – углеродистые стали. В технически обоснованных случаях дополнительное изготовление барабанов, разгрузочных и разгрузочных камер частично или полностью из жаростойких сталей специальных марок.
Барабанные вакуумные сушилки работают, как правило, периодически и их применяют для сушки термочувствительных материалов от воды и органических растворителей, а также для сушки токсичных материалов. В зависимости от свойств материала и требований к готовой продукции применяют сушилки среднего или глубокого вакуума. Вакуумные барабанные сушилки применяют в основном в производстве полимерных материалов.
III. Принципиальная схема барабанной сушилки

1 – барабан; 2 – питатель; 3 – сушильный барабан; 4 – топка; 5 – смесительная камера; 6, 7, 11. – вентиляторы; 8 – промежуточный бункер; 9 – транспортёр; 10– циклон; 12 – зубчатая передача.
Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 попадает во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения газов в смесительной камере 5. Воздух в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами 6,7. Высушеный материал с противоположного конца сушильного барабана 8, а из него на транспортирующее устройство 9.
Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное, мокрое пылеулавливание.
Транспортировка сушильного агента через сушильную камеру осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности упаковки.
Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.
Глава 1. Расчет параметров топочных газов подаваемых в сушилку.
В качестве топлива используется природный газ следующего состава (в объемных процентах):
СН4 – 98,0 %
С2Н6 – 1,0 %
С3Н8 – 0,2 %
С4Н10 – 0,3 %
CO – 0,2 %
H2 – 0,3 %
Теоретическое количество сухого газа L0 затрачиваемого на сжигание одного кг топлива равно:
L0 = 138?(0,0179?CO + 0,248?H2 + S [(m+n/4)/(12m+n)]CmHn ), (1) где составы горючих газов выражены в объемных долях.
Подставив соответствующие значения, получим:
L0 = 138?(0,0179?0,002 + 0,248?0,003 + 0,125?0,98 + 0,116?0,01 +
0,1136?0,002 + +0,1121?0,003) = 17,25 кг/кг
Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов.
Таблица 2
Газ Реакция Тепловой эф –
фект реакции,
кДж/м3
Водород Н2 + 0,5О2 = Н2О 10810
Оксид углерода (11) СО + 0,5 О2 = СО2 12680
Метан СН4 + 2 О2 = СО2+ 2Н2О 35741
Ацетилен С2Н2 +2,5 О2 = 2СО2 + Н2О 58052
Этилен С2Н4 + 3 О2= 2СО2+ 2Н2О 59108
Этан С2Н6 + 3,5 О2 = 2СО2 + 3Н2О 63797
Пропан С3Н8 + 5 О8 = 3СО2 + 4Н2О 91321
Бутан С4Н10 + 6.5 O2 = 4CO2+ 5 H2O 118736
Сероводород Н2S + 1.5O2 =S2O + H2O 23401
Количество тепла QV, выделяющееся при сжигании 1 м3 газа равно:
Q? = S ?i ? Hi = 0,98?35741 + 0,01?63797 + 0,002?91321 + 0,003?118736 +
0,002?12680 +0,003?10810= 36260,79 (кДж/кг), где ?i – объемная доля компонентов газа;
Hi – тепловой эффект реакции (кДж/м3).
Плотность газообразного топлива:
?t = (SCmHn?Mi / V0)?(Т0 / Т0+tт), (2) где Mi - мольная масса топлива (кмоль/кг); tт – температура топлива; tт = 20 0 C
V0 – мольный объем; V0 = 22.4 м3/кмоль
Т0 = 273 0 К.
?т = (0,98?16 + 0,01?30 + 0,002?44 + 0,003?58)?273 / 22,4?(273 + 20) =
0,6756 кг/м3
Количество тепла выделяющееся при сжигании 1 кг топлива равно:
Q = Q? / ?т = 36260/0,6756 = 53671,98 Дж?м3
Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха ?, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов, до температуры смеси. tсм = 300 0 C
Значение ? находят из уравнений материального и теплового баланса.
– Уравнение материального баланса:
1 + L0 = Lс.г + S9n/(12m+n)CmHn, (4) где Lс.г. – масса сухих газов образовавшихся при сгорании 1 кг топлива;
CmHn – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода (кг/кг).
– Уравнение теплового баланса:
Q?? + cт?tт + ??L0?I0 = [ Lс.г.+ L0(? – 1)]?iс.г.+ [??L0?х0 +
S9n/(12m+n)CmHn], (5) где ? – общий КПД учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду; ? = 0,95; ст – теплоемкость газообразного топлива при температуре топлива 200 С; ст = 1,34 кДж/(кг?к);
I0 – энтальпия свежего воздуха ( кДж/кг); I0 = 49 кДж/кг; iс.г. – энтальпия сухих газов; iс.г. = сс.г.?tc.г. = 1,05?300 = 315 (кДж/кг), где сс.г. = 1,05 кДж/(кг?К) tс.г. = 300 0С; x0 – влагосодержание свежего воздуха при температуре t0 = 200С и влажности ?0 = 70 %, х0 = 0,0125 кг/кг iп = r0 + сntn = 2500 + 1,97?300 = 3091 (кДж/кг) где r0 – теплота испарения воды при температуре 0 0С r0 = 2500 кДж/кг сп – средняя теплоемкость водяных паров, сп=1,97 кДж/(кг?К); tп – температура водяных паров tп = tс.г. = tсм. = 300 0C
Решая совместно уравнения 4 и 5, получаем:
? = [Qп??+cт?tт-iс.г.(1-S9n/(12m+n)CmHn)-iпS9n/(12m+n)CmHn]/L0?(iс.г.+iп?x0-
I0) (6)
Пересчитаем содержание компонентов топлива при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые по формуле:
?(A) = ?(A)?M(A)?273 / 22,4??т?(273+t0)
?(CH4) = 0,06157?0,98?16 = 0,9654
?(C2H6) = 0,06157?0,01?30 = 0,0185
?(C3H8) = 0,06157?0,002?44 = 0,0054
?(C4H10) = 0,06157?0,003?58 = 0,0107
Количество влаги, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива равно:
2,17 + 0,0333 + 0,00972 + 0,0166 = 2,2296
Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6):
?=[53671,98?0,95 + 1,34?20 - 315(1 - 2,2296) - 3091?2,2296]/
/17,25(315 + 3091?0,0125 - 49) = 8,47
Общая удельная масса сухих газов получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси tcм = 300 0С равна:
, (7)
Gс.г. = 1 + 8,47?17,25 - 2,2296 = 144,878 (кг/кг)
Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива равна:
, (8)
Gп = 8,47?0,0125?17,25 + 2,2296 = 4,056 (кг/кг)
Влагосодержание газов на входе в сушилку (х1 = хсм) равно:
, х1= 4,056/144,878 = 0,028 кг/кг;
Энтальпия газов на входе в сушилку:
, (9)
I1 = [53671,98?0,95 + 1,34?20 + 8,47?17,25?49] / 144,878 = 401,541
(кДж/кг)
Поскольку коэффициент избытка воздуха ? велик (? > 1), физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха.
Глава 2. Определение параметров отработанных газов, расхода сушильного агента и расхода тепла на сушку
Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W, удаляемой из высушенного материала.
, (10)
W = 3,3?(10 – 0,5)/(100 – 10) = 0,348 (кг/с)
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
, (11)
где ? – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере; с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре ?1, кДж/(кг?К); qдоп – удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, [кДж/кг?влаги]; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту: qдоп = 0; qт – удельный расход тепла в сушилке с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае: qт = 0; qм – удельный расход тепла в сушильном барабане с высушиваемом материалом, кДж/кг?влаги
= 3,3?0,8?(53 – 20)/0,348 = 250,345 (кДж/кг)
См – теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг?К)
?2 – температура высушенного материала на выходе из сушилки, 0С
При испарении поверхностной влаги ?2 принимается приблизительно равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим, находим
?2 по диаграмме Рамзина по начальным параметрам сушильного агента:
?2 = 53 qп – удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги; на 1 кг испаренной влаги: qп = 22.6 кДж/кг?влаги;
Подставив соответствующие значения, получим:
? =4,19?20 - (250,345 + 22,6) = -189,145 (кДж/кг?влаги);
Запишем уравнение рабочей линии сушки
(12)
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме Рамзина необходимо знать координаты (x и I) минимум двух точек. Координаты первой точки известны: x1 = 0,028 (кг/кг), I1 = 401,541(кДж/кг). Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующее значение I. Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сух. возд. Тогда по уравнению 12
I = 401,541 + (-189,145)?(0,1-0,028) = 387,92
Через 2 точки на диаграмме Рамзина с координатами (х1,I1) и (x,I) проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2 = 80 0С . В точке пересечения линии сушки с изотермой t находим параметры отработанного сушильного агента:...

ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!

Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь  на сайте:

Ваш id: Пароль:

РЕГИСТРАЦИЯ НА САЙТЕ
Простая ссылка на эту работу:
Ссылка для размещения на форуме:
HTML-гиперссылка:



Добавлено: 2010.10.21
Просмотров: 3131

При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная!