Содержание

Введение___________________________________________________________4

1. Принципиальная технологическая схема, её обоснование и описание______5

2. Расчёт основных аппаратов сушильной установки______________________6

2.1 Расчет топки для сушильной установки___________________________6

2.2 Расчет пневматической трубы-сушилки___________________________9

2.2.1 Технологический расчет___________________________________9

2.2.2 Гидродинамический расчет________________________________12

3. Расчет и выбор вспомогательного оборудования и коммуникации________16

3.1 Бункер-питатель_____________________________________________16

3.2 Ленточный транспортер – 1____________________________________16

3.3 Пневмотранспортная установка_________________________________17

3.4 Ленточный транспортер – 2____________________________________19

3.5 Шлюзовой дозатор___________________________________________20

3.6 Газовая горелка______________________________________________21

3.7 Вентилятор подачи воздуха на горение__________________________21

3.8 Вентилятор-дымосос__________________________________________23

3.8.1 Патрубок с обратным клапаном для подсасывания воздуха

в камеру смешения (приточная шахта) __________________________23

3.8.2 Газоход от смесительной камеры до входа в пневматическую

сушилку____________________________________________________24

3.8.3 Газоход от сушилки до циклона____________________________25

3.8.4 Циклон-разгрузитель_____________________________________26

3.8.5 Циклон-разгрузитель пневмотранспортной установки_________27

3.8.7 Газоход между циклоном и дымовой трубой_________________28

3.8.8 Выбор вентилятора-дымососа______________________________29

4. Технико-экономические показатели сушилки_________________________29

Список использованных источников___________________________________31

ВВЕДЕНИЕ

Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых материалов и проводится двумя способами:

первый способ проводится путем непосредственного соприкосновения сушильного агента с высушиваемым материалом – конвективная сушка.

второй путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло – контактная сушка.

Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты или инфракрасными лучами.

В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме – сушка возгонкой.

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду.

Процесс сушки широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевым механическим способом (например, фильтрованием), а окончательный – сушкой.

Пневматическая труба-сушилка применяется для сушки опила, стружки, щепы и волокна. Сушка происходит в горизонтальной или вертикальной трубе. Эти сушилки используют как стадию сушки с досушкой в других сушилках. В зависимости от продолжительности сушки и длины трубы-сушилки сушильный аппарат может иметь одну или несколько последовательно или параллельно соединенных вертикальных труб.

Горизонтальная труба-сушилка представляет собой пневмотранспортер, в котором одновременно протекает и процесс сушки древесных частиц; применяется как первая ступень сушки в сочетании с барабанной или аэрофонтанной сушилкой.

Труба-сушилка особенно эффективна для удаления поверхностной влаги, так как материал и сушильный агент движутся в одном направлении. Вследствие кратковременности сушки допустимы повышенные до 800С температуры сушильного агента даже для термочувствительных продуктов.

1. Принципиальная Технологическая схема, её обоснование и описание

Сушка является довольно дорогой операцией , потому что на испарение 1 кг влаги необходимо подвести 2100-2500 кДж тепла. Для сушки измельченной древесины используют сушильные установки непрерывного действия, в которых процесс сушки совмещается с перемещением материала. Влажный материал из бункера-питателя БП шлюзовым дозатором ДШ подается в сушилку. Сушильный агент – топочные газы, разбавленные воздухом, также поступают в сушилку из топки Т. Продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором-дымососом ВД в циклон-разгрузитель Ц1, где продукт отделяется от сушильного агента. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается в транспортер ТВ, а отработанный сушильный агент выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу ДТ.

ПЗ – подогреватель змеевиковый; ТЛ – транспортер ленточный; Т – топка; КС – камера смешения; ТС – труба-сушилка; БП – бункер-питатель; ДШ – дозатор шлюзовой; Ц – циклон; ЗШ – затвор шлюзовой; В – вентилятор; ВД – вентилятор-дымосос; ДТ – дымовая труба; НШ – насос шестеренчатый; КО – конденсатоотводчик; ТВ – транспортер винтовой; ВР – вентиль регулировочный; ВЗ – вентиль запорный; З – задвижка.

Рисунок 1 – Схема сушильной установки

2. Расчет основных аппаратов сушильной установки

2.1 Расчет топки для сушильной установки

Исходные данные

Состав природного газа (месторождение Газли – Узбекистан): марка М80 (малосернистый) [3, табл. 1]:

СН₄=94,9%; С₂Н₆=3,0%; С₃Н₈=0,9%; С₄Н₁₀=0,6%; С₅Н₁₂=4,5%; СО₂=0,1%; N₂=0,5%

Параметры наружного воздуха

Температура t₀=15,3⁰C

Относительная влажность φ₀=79%

Барометрическое давление Р=750 мм.рт.ст.=0,099 МПа

Влагосодержание наружного воздуха при t₀=20°С; φ₀=79%:

х₀=0,622φ₀Р_нас/(Р-φ₀Р_нас)=0,622·0,79·13,042/(750-0,79·1,205)=0,0086 кг/кг,

где Р_нас=17,54 мм.рт.ст. при t₀=20°С [7, табл. XXXVIII] при Р=750 мм.рт.ст.

Теплосодержание наружного воздуха при t₀=20°С и х₀=0,0086 кг/кг:

J₀=1,01t₀+(2493+1,97t₀)х₀=1,01·15,3+(2493+1,97·1,53) ·0,0086=37,152 кДж/кг.

Теплотворная способность природного газа:

Q_н^р=500,3СН₄+475,22С₂Н₆+463,29С₃Н₈+458,48С₄Н₁₀+453,45С₅Н₁₂=500,3*94,9+475,22*3,0+463,29*0,9+458,48*0,6+453,45*0,5=49321,09 кДж/кг

Q_в^р= Q_н^р+2500 ∑ (0,09n)/(12m+n) + 25W_р) = 49321,09 + 2500*0,087 = 49538,59 кДж/кг

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа:

L₀=0,02435CO+0,348H₂+0,0614H₂S+1,39∑[(m+n/4)/(12m+n)]C_mH_n-1,39O₂=1,39*(11,86+0,35+0,102+0,067+0,5)=17,9 кг воздуха/кг газа

Масса сухого воздуха, подаваемого в топку для сжигания 1 кг природного газа с учётом избытка воздуха α_m:

L­_m­­= α_mL₀=2,2*17,9=39,38 кг воздуха/кг газа.

Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг природного газа:

l′_сг=1 + L_m - ∑ [(0,09n) / (12m+n)] C_mH_n - 0,01W_p = 1 + 39,38 - (2,14 + 0,054 + 0,015 + 0,0093 + 0,068) = 38,094 кг/кг

Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха:

d′=∑ [(0,09n) / (12m+n)] C_mH_n +L_mx_o+ 0,01W_p=(2,14+0,054+0,015+0,0093+0,068) + 39,38*0,0086=2,63 кг пара/кг газа при х_o=0,0086 кг/кг.

Влагосодержание топочных газов: х_тг=x′=d′/l′_cг=2,63/38,034=0,069 кг/кг

Количество компонентов топочных газов, образующихся при сжигании

1 кг природного газа:

lco₂=0,01СO₂+0,0157CO+∑[0,44/(12m+n)]C_mH_n = 0,01 * 0,1 + (2,61 + 0,044 + 0,009 + 0,0046 + 0,028)=2,697кг/кг

lso₂=0,0188H₂S=0,02·0,9=0

lN₂=0,768L_m+0,01N₂=0,768·39,38+0,01·0,5=30,25 кг/кг

lo₂=0,232(α_m-1)L₀=0,232(2,2-1)17,9=4,98 кг/кг

Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:

M_cr= l′_сг / [(lco₂/44)+( lso₂/64) + ( lN₂/28) + ( lo₂/32)] = 38,094 / (2,697/44 + 0 + 30,25/28 + 4,98/32) = 29,28 кг/кмоль

Средняя теплоемкость сухих топочных газов при t_mr=1000^оС:

С_сг=( Ссо₂lco₂+ Сsо₂lso₂+ СN₂lN₂+Со₂lo₂)/( lco₂+ lso₂+ lN₂+ lo₂)=

=(1,12·2,697+1,11·30,25+1,03·4,98)/(2,697+30,25+4,98)=

=1,1 кДж/(кг·К).

Средняя теплоёмкость природного газа при t=20ºC:

C_Т=C_CH4Y_CH4+C_C2H6Y_C2H6+…+С_mH_nY_CmHn=2,202*0,949+1,684*0,03+1,38*0,009+1,634*0,05=2,23 кДж/(кг·К).

Средняя температура топочных газов на выходе из топки без учёта диссоциации углекислого газа и паров воды:

t_тг=(Q_в^рŋ_m+C_Тt_Т+L_mJ₀+w_gi_g-2500l_cr′x′)/[l′_cг(C_сг+1,97х′)] =

(49538,59*0,95+2,23*20+39,38*37,152-2500*38,094*0,069)/[38.094(1.1+1.97*0.069)]=892.02°C, где w_g=0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром.

Температуру топочных газов снижаем до t_тг=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку, чтобы предохранить футеровку топки от разрушения.

Теплосодержание топочных газов:

J_тг=1,01t_тг+(2493+1,97t_тг)x_тг=1,01·1000+(2493+1,97·1000)0,069=1317,95 кДж/кг.

Теплосодержание паров воды при t₁=380°C:

i_n=2493+1,97t₁=2493+1,97·380=3241,6 кДж/кг.

Коэффициент избытка воздуха при разбавлении топочных газов воздухом до t₁=380°C:

α₂=(Q_в^рη_m+C_mt_m)/L₀(С_сгt₁+х₀i_n-J₀)-{1-∑[0.09n/(12m+n)]C_mH_n-0.01W_p}C_crt_I/ L₀(С_сгt₁+х₀i_n-J₀)-{1-∑[0.09n/(12m+n)]C_mH_n+0.01W_p]i_n+ W_gi_n}/ L₀(С_сгt₁+х₀i_n-J₀)

=[49538.59*0.95+2.23*20]/[17.9(1.1*380+0.0086*3241.6-37.152)-(1-2.29)*(1.1*380/408.73)-(2.29*3241.6/408.73) = 6.45

Количество воздуха, подаваемого в смеситель на 1 кг природного газа для разбавления до t₁=380°C: L_см=L₀(α₂-α_m)=17,9(6,45-2,2)=76,075 кг/кг

Количество сухой смеси топочных газов с воздухом на 1 кг природного газа:

l″_cг=l′_сг+L_cм=38,094+76,075=114,17 кг/кг

Количество паров воды в смеси топочных газов с воздухом, полученных при сжигании 1 кг природного газа:

d"=d'+L_смx₀=2,63+76,075·0,0086=3,28 кг/кг

Влагосодержание смеси топочных газов с воздухом на выходе из смесителя:

x₁=x″=d″/l″_сг=3,28/114,17=0,029 кг/кг

Расход природного газа на сушку соснового опила в трубе-сушилке:

В=L₁/l″_сг=1,4/114,17=0,012 кг/с=44,14 кг/ч,

где L₁=1,4 кг/с [см. расчет расхода сушильного агента].

Объем топочной камеры:

V_гор=Q_н^рВ/q_v=49321,09·44,14/1260·10³=1,72 м³

где q_v=1260·10³ кДж/(м³·ч) [3, табл. 3].

Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D=1,8

Диаметр топки:

D=(V_гор/0,785·1,8)^1/3=(1,72/0,785·1,8)^1/3=1,07 м.

Принимаем диаметр топки 1070 мм, тогда длина камеры горения будет равна L=1,8D=1,8·1,07=1,93 м=1,93 м.

Размеры топки:

V_гор=1,72 м³;

D=1,07 м;

L=1,93 м.