Расчёт аэрофонтанной сушилки Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Уральский государственный лесотехнический университет Кафедра: Физико-химической технологии защиты биосферы Дисциплина: Гидравлика и теплотехника УСТАНОВКА СУШИЛЬНАЯ Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту УС – 01.00.13 РПЗ Разработала студентка ЗФ IV курса специальности 280201 шифр 50410 Пасютина Д.Ю. Руководитель проекта Юрьев Ю.Л. Заведующий кафедрой Липунов И.Н. Екатеринбург 2010 содержание Введение. 4 1 Принципиальная схема, ее обоснование и описание. 6 2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.. 8 2.1 Расчет топки для сушильной установки . 8 2.2 Расчет аэрофонтанной сушилки . 14 2.2.1 Технологический расчет . 7 Материальный баланс. 7 Построение рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме. 7 Тепловой баланс. 7 2.2.2 Гидродинамический расчет . 7 Диаметр аэрофонтанной сушилки. 21 Гидравлическое сопротивление сушилки. 23 3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования и коммуникации.. 24 3.1 Бункер-питатель . 24 3.2 Ленточный транспортер . 7 3.3 Винтовой транспортер . 7 3.4 Шлюзовой дозатор . 7 3.5 Шлюзовой затвор . 7 3.6 Газовая горелка . 7 3.7 Вентилятор подачи воздуха на горение . 31 3.8 Вентилятор-дымосос . 33 4 Технико-экономические показатели сушилки.. 7 Технологические показатели работы сушилки . 7 Энергетические показатели работы сушилки . 7 Список использованных источников.. 51 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. Аэрофонтанные сушилки используют для сушки измельченной древесины (опила, щепы) в комбинации с трубой-сушилкой и барабанной сушилкой. Основной частью аэрофонтанной сушилки является диффузор – полый сосуд в форме усеченного конуса, обращенный широкой частью вверх. Следствием конусности является интенсивная циркуляция материала, он поднимается, фонтанирует в центральной части конуса и опускается в ее периферийной части. Высушенные частицы, когда их скорость витания становится меньше скорости газа в верхней части конуса, уносятся потоком газа пневмотранспортом в циклон для улавливания. Исследования показали, что в циклонах эффективно продолжается сушка. Продолжительность сушки в аэрофонтанной сушилке значительно больше, чем в трубе-сушилке, и ее трудно регулировать. Кроме того, сушка протекает несколько неравномерно и возможен перегрев материала [9]. 1 Принципиальная схема, ее 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 С. Сушильный агент – топочные газы, разбавленные воздухом, поступают в сушилку из топки Т. Продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором-дымосом ВД в циклон-разгрузитель ЦР, где продукт частично отделяется от сушильного агента, доочистка отработанного теплоносителя осуществляется в циклоне-очистителе ЦО. Отработанный сушильный агент отсасывается вентилятором-дымососом ВД и выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу ДТ. Вся схема работает под разряжением, для того чтобы избежать свищей теплоносителя. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается в транспортер ТВ на следующую технологическую стадию. Рисунок 1 – Схема сушильной установки: ТЛ – транспортер ленточный; Т – топка; КС – камера смешения; С – сушилка; БП – бункер-питатель; ДШ – дозатор шлюзовой; ЦР – циклон-разгрузитель; ЦО – циклон-очиститель; ЗШ – затвор шлюзовой; В – вентилятор; ВД – вентилятор-дымосос; ДТ – дымовая труба; ТВ – транспортер винтовой; З – задвижка; Д – диафрагма 2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 2.1 Расчет топки для сушильной установки Исходные данные: Состав природного газа (Ямбургское месторождение) [1, таблица 45], масс. %: 93,2 CH4 ; 4,4 C2 H6 ; 0,8 C3 H8 ; 0,6 C4 H10 ; 0,3 C5 H12 ; 0,1 CO2 ; 0,8 N2 . Параметры наружного воздуха (Урал, Екатеринбург, пригород): Температура t0 =5°С Относительная влажность φ0 =70% Барометрическое давление Р=750 мм.рт.ст.=0,100 МПа Влагосодержание наружного воздуха при t0 =5 °С; φ0 =70 %: х0 =0,622∙φ0 ∙Рнас /(Р-φ0 ∙Рнас )=0,622·0,7·6,54/(750-0,7·6,54)=0,004 кг/кг, где Рнас =6,54 мм.рт.ст. при t0 =5°С [1, таблица 32] при Р=750 мм.рт.ст. Теплосодержание наружного воздуха при t0 =5 °С; x0 =0,004 кг/кг: J0 =1,01∙t0 +(2493+1,97∙t0 )∙x0 =1,01·5+(2493+1,97·5)·0,004=15,061 кДж/кг. Теплотворная способность сухого газообразного топлива: 500,3∙CH4 +475,22∙С2 Н6 +463,29∙С3 Н8 +458,48∙С4 Н10 +453,45∙С5 Н12 + +453,32∙С2 Н2 +465,43∙С2 Н4 +101,10∙СО+1203,76∙H2 +153∙H2 S=500,3·93,2+ +475,22·4,4+463,29·0,8+458,48·0,6+453,45·0,3=49500,683 кДж/кг. +2500∙∑(0,09∙n)/(12∙m+n)+25∙Wр =49500,683+2500[(0,09·4)/(12·1+4)+ +(0,09·6)/(12·2+6)+(0,09·8)/(12·3+8)+(0,09·10)/(12·4+10)+(0,09·5)/(12·5+12)]+ +25·0=49719,135 кДж/кг. Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа: Lо = 0,02435∙СО+0,348∙Н2 +0,0614∙Н2 S+1,39∙∑[(m+n/4)/(12∙m+n)]∙Cm Hn - -1,39∙O2 =1,39∙{[(1+4/4)/(12·1+4)]·93,2+[(1+6/4)/(12·2+6)]·4,4+[(3+8/4)/(12·3+ +8)]·0,8+[(1+10/4)/(12·4+10)]·0,6+[(1+12/4)/(12·5+12)]·0,3}=16,969 кг воздуха/кг газа. Масса сухого воздуха, подаваемого в топку для сжигания 1 кг природного газа: L­m ­­=αm ∙Lо =1,2·16,969=20,363 кг воздуха/кг газа, где αm =1,05-1,2 при сжигании газов. Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг природного газа: =1+Lm -∑[(0,09∙n)/(12∙m+n)]∙Cm Hn -0,01∙Wр =1+20,363-[(0,09·4)·93,2/(12·1+ +4)+(0,09·6)·4,4/(12·2+6)+(0,09·8)·0,8/(12·3+8)+(0,09·10)·0,6/(12·4+10)+ +(0,09·5)·0,3/(12·5+12)] =19,16 кг/кг при Wр =0. Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха: d′=∑[(0,09∙n)/(12∙m+n)]∙Cm Hn +L­m ∙хо +0,01∙Wр =[(0,09·4)·93,2/(12·1+4)+ +(0,09·6)·4,4/(12·2+6)+(0,09·8)·0,8/(12·3+8)+(0,09·10)·0,6/(12·4+10)+ +(0,09·5)·0,3/(12·5+12)]+20,363·0,004+0,01·0=2,285 кг/кг. Влагосодержание топочных газов: хтг =x′=d′/ = 2,285/19,16 = 0,119 кг/кг. Количество компонентов топочных газов, полученных при сжигании 1 кг природного газа: lco2 =0,01∙CO2 +0,0157∙CO+∑[0,04/(12∙m+n)]∙Cm Hn =0,01·0,1+0,0157·0+ +[0,04/(12·1+4)]·93,2+[0,04/(12·2+6)]·4,4+[0,04/(12·3+8)]·0,8+[0,04/(12·4+ +10)]·0,6+[0,04/(12·5+12)]·0,3=2,643 кг/кг; lso2 =0,0188∙H2 S=0,0188·0=0,00 кг/кг; lN2 =0,768∙Lm +0,01∙N2 = 0,768·20,363+0,01·0,8=15,647 кг/кг. lo2 = 0,232∙(αm -1)∙Lо = 0,232·(1,2-1)·16,969= 0,787 кг/кг. Средняя молекулярная масса сухих топочных газов: Мсг = /[(lco2 /44)+(lso2 /64)+(lN2 /28)+(lo2 /32)]=19,16/[(2,643/44)+(0/64)+ +(15,647/28)+(0,787/32)]=29,775 кг/кмоль. Средняя теплоемкость сухих топочных газов при tтг =1000 ºC (в топке поддерживается эта температура): Ссг =(Ссо2 ∙lco2 +Сsо2 ∙lso2 +СN2 ∙lN2 +Со2 ∙lo2 )/(lco2 +lso2 +lN2 +lo2 )= =(1,12·2,643+0,873·0+1,11·15,647+1,03·0,787)/(2,643+0+15,647+0,787)= =1,108 кДж/(кг·К), где теплоемкость при tтг =1000 ºC [см.4, приложение, таблица 2]: Ссо2 =1,12; Сsо2 =0,873; СN2 =1,11; Со2 =1,03 кДж/(кг·К). Средняя теплоемкость природного газа при t=5 ºC: Cт =Ссн4 ∙Yсн4 +Сс2 н6 ∙Yc2 н6 +…+Ссm нn ∙Ycm нn =2,1855·0,932+1,651·0,044+ +1,305·0,008+1,601·0,006+1,59·0,003=2,134 кДж/(кг·К), где Ссн4 =2,1855 кДж/(кг·К); Сс2 н6 =1,651 кДж/(кг·К); Сс3 н8 =1,305 кДж/(кг·К); Сс4 н10 =1,601 кДж/(кг·К); Сс5 н12 =1,59 кДж/(кг·К) при t=5 ºC [см.4, приложение, таблица 2]. Средняя температура топочных газов на выходе из топки без учета диссоциации углекислого газа и паров воды: tтг =( ∙ŋт +Cт ∙t+Lm ∙Jо +wg ∙ig -2500∙ ∙х′)/[ ∙(Ссг +1,97∙х′)]=(49719,135·0,95+ +2,134·5+20,363·15,061+0-2500·19,16·0,119)/[19,16·(1,108+1,97·0,119)]= =1627,095 °C, где wg = 0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром. Температуру топочных газов снижают до tтг =1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку с целью предотвратить разрушение футеровки топки. Теплосодержание топочных газов: Jтг =1,01∙tтг +(2493+1,97∙tтг )∙xтг =1,01·1000+(2493+1,97·1000)∙0,119= =1541,097 кДж/кг. Теплосодержание пара в составе топочных газов при t1 =350 °C: in =r0 +1,97∙t1 =2493+1,97∙t1 =2493+1,97·350=3182,5 кДж/кг. Коэффициент избытка воздуха при разбавлении топочных газов воздухом до температуры t1 =350 °C: Количество воздуха, подаваемого в камеру смешения на 1 кг природного газа для разбавления до t1 =350 °C: Lсм =Lо ∙(α2 -αm ) = 16,969·(6,222-1,2) = 85,218 кг воздуха/кг газа. Количество сухой смеси топочных газов с воздухом на 1 кг природного газа: +Lcм = 19,16+85,218 = 104,378 кг/кг. Количество паров воды в смеси топочных газов с воздухом, полученных при сжигании 1 кг природного газа: d′′=d′+Lсм ∙xо =2,285+85,218·0,004=2,626 кг пара/кг газа. Влагосодержание смеси топочных газов с воздухом на выходе из смесителя: x1 =x″=d″/ =2,626/104,378=0,025 кг/кг. Расход природного газа на сушку измельченной древесины из можжевельника в аэрофонтанной сушилке: В = L1 / =21,179/104,378=0,203 кг/с=730,8 кг/ч, где L1 =21,179 кг/с [см. расчет аэрофонтанной сушилки]. Объем топочной камеры: Vгор = ∙В/qv =49500,683·730,8/1260·103 =28,710 м3 . где qv – допустимое тепловое напряжение топочного объема; qv =1260·103 кДж/(м3 ·ч) [см.4, приложение, таблица 3]. Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D=1,8, тогда Диаметр топки: D=(Vгор /0,785·1,8)1/3 =(28,710/0,785·1,8)1/3 =2,729 м. Принимаем D=2,8 м. Длина топки: L=1,8∙D=1,8·2,8=5,04 м. Размеры топки: Vгор =28,71 м3 ; D=2,8 м; L=5,04 м. 2.2 Расчет аэрофонтанной сушилки Исходные данные: Параметры материала Материал измельченная древесина из можжевельника Размер частиц 30×5×5 мм Производительность по влажному материалу =13 т/ч=3,611 кг/с Абсолютная влажность: начальная wа1 =40 % конечная wа2 =20 % Начальная температура материала q1 =5 °С Параметры сушильного агента Сушильный агент – это топочные газы, разбавленные воздухом. Топливо – природный газ (Ямбургское месторождение) Вход в сушилку Температура t1 =350 °С Влагосодержание x1 =0,025 кг/кг (см. расчет горения газа) Плотность [1, таблица 57] rt 1 =0,544 кг/м3 Выход из сушилки Температура t2 =90 °С Относительная влажность wо2 =85 % Параметры наружного воздуха Температура t0 =5 °С Влагосодержание x0 =0,004 кг/кг (см. расчет горения газа) Теплосодержание J0 =15,061 кДж/кг Относительная влажность φ0 =70% 2.2.1 Технологический расчет Теплофизические свойства и характеристика частиц измельченной древесины из можжевельника Объем частиц: Vч =δ∙b∙l=30·5·5·(10-3 )3 =7,5·10-7 м3 . Поверхность частицы: Fч =2∙(δ∙b+δ∙l+b∙l)=2·(30·5+30·5+5·5)·10-6 =6,5·10-4 м2 . Фактор формы: Ф=0,5. Эквивалентный диаметр частицы: dэ =(6∙Vч /π)0,33 =[6·7,5·10-7 /3,14]0,33 =0,012 м. Относительная влажность материала: на входе в сушилку: wо1 =100∙wа1 /(100-wа1 )=100·40/(100-40)=66,7 %; на выходе из сушилки: wо2 =100∙wа2 /(100-wа2 )=100·20/(100-20)=25 %; среднее значение: wо ср =0,5∙(wо1 +wо2 )=0,5·(66,7+25)=45,85 %. Материальный баланс Производительность по высушенному материалу: = ∙(100-wо1 )/(100-wо2 )=3,611·(100–66,7)/(100–25)=1,603 кг/c. Количество испаряемой воды: W= =3,611-1,603=2,008 кг/с. Количество абсолютно сухого материала: ∙(100-wо1 )/100=3,611·(100-66,7)/100=1,202 кг/с. Построение рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме Параметры наружного воздуха Точка А на J-х диаграмме: t0 =5 °C; x0 =0,004 кг/кг; J0 =15,061 кДж/кг. Параметры топочных газов Точка К на J-х диаграмме: xтг =x′=0,119 кг/кг (см. расчет горения природного газа); tтг =1000 °C. Параметры сушильного агента Вход в сушилку Точка В на J-х диаграмме: x1 =x″=0,025 кг/кг; t1 =350 °C. Выход из сушилки Точка С на J-х диаграмме: t2 =90 °C. Последовательность построения рабочей линии процесса сушки на J-x диаграмме 1) На J-x диаграмме находим точку А по x0 =0,004 кг/кг и t0 =5 °C; точку К по xтг =0,119 кг/кг и по tтг =1000 °C; проводим рабочую линию горения газа . 2) Находим точку В на пересечении линии и линии температур t1 =350 °C, определяем x1 =0,025 кг/кг. Теплосодержание сушильного агента на входе в сушилку: J1 =1,01∙t1 +(2493+1,97∙t1 )∙x1 =1,01·350+(2493+1,97·350)·0,025=433,063 кДж/кг. 3) Определяем tм1 для точки В. Принимаем, что сушка материала проходит в первом периоде (J1 ≈J2 ), тогда tм1 =θ2 =60 °С. 4) Расход тепла на нагрев материала: Qм = ∙Cм ∙(q2 -q1 )= 1,603·2,5∙(60–5)=220,413 кДж/с, где Cм =2,5 кДж/кг∙К при wа ср =30 %. 5) Удельный расход тепла на нагрев материала: qм =Qм /W=220,413/2,008=109,767 кДж/кг влаги. 6) Удельные потери тепла принимаем qпот =100 кДж/кг влаги. 7) Внутренний тепловой баланс сушилки: D=4,19∙q1 -(qм +qпот )=4,19·5–(109,767+100)= –188,817 кДж/кг. 8) Координаты точки Е : зададимся x=0,05 кг/кг, тогда J=J1 +D∙(x-x1 )= 433,063–188,817∙(0,05–0,025)=428,343 кДж/кг. 9) Строим точку Е по координатам x=0,05 кг/кг и J=428,343 кДж/кг. 10) Строим рабочую линию сушки , соединяя точку В с Е и продолжая линию до пересечения с t2 =90°C, получаем точку С – окончание сушки. 11) По координатам точки С определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: х2 =0,120 кг/кг. Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: J2 =1,01∙t2 +(2493+1,97∙t2 )∙x2 =1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг. tм 2 =60 °С. Тепловой баланс Теплосодержание сушильного агента при х1 и t2 : J12 =1,01∙t2 +(2493+1,97∙t2 )∙x1 =1,01·90+(2493+1,97·90)·0,025=157,658 Дж/кг. Теплосодержание подсасываемого воздуха при t0 и х0 : Jп0 =J0 =15,061 кДж/кг. Теплосодержание подсасываемого воздуха при t2 и х0 : Jп 2 =1,01∙t2 +(2493+1,97∙t2 )∙x0 =1,01·90+(2493+1,97·90)·0,004=101,581 кДж/кг. Расход тепла на испарение влаги: Qи =W∙(2493+1,97∙t2 -4,19∙q1 )=2,008∙(2493+1,97·90-4,19·5)=5319,895 кДж/с. Расход тепла на нагрев материала: Qм =220,413 кДж/с (см. построение диаграммы). Потери тепла: Qпот =W∙qпот =2,008·100=200,8 кДж/с. Расход сушильного агента: L1 =(Qи +Qм +Qпот )/[(J1 -J12 )-0,05∙(Jп2 -Jп0 )]=(5319,895+220,413+200,8)/[(433,063–-157,658)–0,05∙(101,581–15,061)]=21,179 кг/с. Количество паровой смеси, выходящей из сушилки: L2 =1,05∙L1 =1,05·21,179=22,238 кг/с. Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: x2 =x1 +W/L1 =0,025+2,008/21,179=0,120 кг/кг. Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: J2 =1,01∙t2 +(2493+1,97∙t2 )∙x2 =1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг. По диаграмме J-x: x2 =0,120 кг/кг, J2 =411,336 кДж/кг. 2.2.2 Гидродинамический расчет Исходные данные: Параметры опила Вход в сушилку Абсолютная влажность wа1 =40 % Эквивалентный диаметр dэ =0,012 м Плотность при wa1 [см.1, таблица 91] rм1 =570 кг/м3 Фактор формы Ф=0,5 Выход из сушилки Абсолютная влажность wа2 =20 %. Плотность при wа2 [см.1, таблица 91] rм2 =558 кг/м3 . Параметры сушильного агента Вход в сушилку Расход L1 =21,179 кг/с Температура t1 =350 °C Влагосодержание х1 =0,025 кг/кг Плотность [1, таблица 57] rt 1 =0,544 кг/м3 Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] mt1 =31,32·10-6 Па·с Выход из сушилки Расход L2 =22,238 кг/с Температура t2 =90 °C Влагосодержание х2 =0,120 кг/кг Плотность [1, таблица 57] rt2 =0,884 кг/м3 Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] mt2 =20,0·10-6 Па·с Средние значения параметров: tср =0,5·(t1 +t2 )=0,5·(350+90)=220 °C; хср =0,5·(x1 +x2 )=0,5·(0,025+0,120)=0,073 кг/кг; rt ср =0,5·(rt1 +rt2 )=0,5·(0,544+0,884)=0,714 кг/м3 ; mt ср =0,5·(mt1 +mt2 )=0,5·(31,32+20)·10-6 =25,66·10-6 Па·с; wа ср =0,5·(wа1 +wа2 )=0,5·(40+20)=30 %; rм ср =630 кг/м3 при wа ср =30 % (см.1, таблица 91); θср =0,5·(θ1 +θ2 )=0,5·(5+60)=32,5 °C; Cм =2,4 кДж/кг∙К при wа ср =30 % и θср =32,5 °C; λt = 0,17 Вт/м·К при wа ср =30 %. Критерий Архимеда при tср =220 °С, ωа ср =30 %: Ar=dэ 3 ∙rt ср ∙rм ср ∙g/m2 t ср =0,0123 ·0,714·630·9,81/(25,66·10-6 )2 =1,16·107 . Критерий Reкр : Reкр =Ar·Ф2 /[150·(1-ε0 )/ε0 3 +(1,75·Ar/ε0 3 )0,5 ]= 1,16·107 ·0,52 /[150·(1-0,4)/0,43 + +(1,75· 1,16·107 / 0,43 )0,5 ]=150,782 Критическая скорость: wкр =Reкр ·mt ср /dэ ·rt ср =150,782·25,66·10-6 /0,012·0,714=0,452 м/с. Предельно допустимая скорость сушильного агента при ε=1 для dmin рассчитывается по формулам: Armin = dmin 3 ·rt ср ∙rм ср ·g/m2 t ср =0,0063 ·0,714·630·9,81/(25,66·10-6 )2 =1,45·106 при dmin =0,5· dэ =0,5·0,012=0,006 м. w´вит = Ф0,5 ·mt ср ·Armin /[dmin ·rt ср ·(18+0,61·Armin 0,5 )]= =0,50,5 ∙25,66·10-6 ∙1,45∙106 /[0,006·0,714·(18+0,61∙(1,45∙106 )0,5 )]=8,154 м/с. Диаметр аэрофонтанной сушилки Концентрация влажного опила в аэросмеси: /L1 ∙(1+x1 )=3,611/21,179∙(1+0,025)=0,175 кг/кг. Концентрация высушенного опила в аэросмеси: /L2 ∙(1+x2 )=1,603/22,238·(1+0,120)=0,081 кг/кг. Допустимая концентрация до 0,1 кг/кг. Объемный расход парогазовой смеси на входе в сушилку: Vt1 =L1 ∙(1+x1 )/rt1 =21,179·(1+0,025)/0,544=39,905 м3 /с. Объемный расход парогазовой смеси на выходе из сушилки: Vt2 =L2 ∙(1+x2 )/rt2 =22,238·(1+0,120)/0,884=28,175 м3 /с. Критерий Архимеда при начальной влажности материала и параметрах сушильного агента на входе в сушилку: Ar1 =(dэ )3 ∙rt1 ∙rм1 ∙g/m2 t1 =0,0123 ·0,544·570·9,81/(31,32·10-6 )2 =5,36·106 . Скорость витания частиц опила: (wвит )вх =Ф0,5 ·mt1 ·Ar1 /[dэ ·rt1 ·(18+0,61·Ar1 0,5 )]=0,50,5 ∙31,32∙10-6 ∙5,36·106 /[0,012× ×0,544·(18+0,61∙(5,36·106 )0,5 )]=12,712 м/с. Скорость газа в горловине: wг1 =1,5·(wвит )вх =1,5∙12,712=19,068 м/с. Диаметр горловины: dг =(Vt 1 /0,785∙wг1 )0,5 =(39,905/0,785·19,068)0,5 =1,633 м. Диаметр горловины принимаем 1700 мм. Диаметр широкой части рюмки: D=(Vt 2 /0,785∙wг2 )0,5 =(28,175/0,785·3,814)0,5 =3,068 м, где wг2 – скорость парогазовой смеси в широкой части рюмки, м/с. wг2 =(0,2÷0,5)∙wвит =0,3∙12,712=3,814 м/с. Диаметр широкой части рюмки принимаем равным 3100 мм. Скорость wг2 должна быть равна или меньше скорости витания высушенной измельчённой древесины из бересты (wвит )вых . Критерий Архимеда при конечной влажности материала и параметрах сушильного агента на выходе из сушилки: Ar2 =(dэ )3 ∙rt2 ∙rм2 ∙g/m2 t2 =0,0123 ·0,884·558·9,81/(20,0·10-6 )2 =2,09·107 . Скорость витания частиц опила в широкой части рюмки: (wвит )вых =Ф0,5 ∙mt2 ∙Ar2 /[dэ ∙rt2 ∙(18+0,61∙Ar2 0,5 )]=0,50,5 ∙20,0·10-6 ∙2,09·107 /[0,012× ×0,884·(18+0,61∙(2,09·107 )0,5 )]=9,928 м/с. Скорость парогазовой смеси wг2 =3,814 м/с принята правильно, так как wг2 <(wвит )вых . Высота конуса: Нк =2·(D-d)=2·(3,1-1,7)=2,8 м. Угол раскрытия конуса: tg(α/2)=0,5·(D-d)/Нк =0,5·(3,1-1,7)/2,8=0,25. α/2=14º, откуда α=2∙14=28º. Принимаем Нк =2,8 м, при α=28º. Объем усеченного конуса: Vк =[π·Hк ·(D2 +d2 + D·d)]/12=[3,14∙2,8·(3,12 +1,72 +3,1∙1,7)/12=13,019 м3 . Общий объем аэрофонтанной сушилки при А=180 кг/(м3 ∙ч): Vсуш =W/A=2,008∙3600/180=40,160 м3 . Количество конусов (рюмок), последовательно установленных в аэрофонтанной сушилке: n=Vсуш /Vк =40,160/13,019=3,085. Принимаем n=3 шт. Общая высота сушилки: Н=(2∙d)∙2+n∙Нк +0,5∙(D+d)∙4+2∙d=2∙1,7∙2+3∙2,8+0,5∙(3,1+1,7)∙4+2∙1,7=28,2 м. Гидравлическое сопротивление сушилки Гидравлическое сопротивление одного корпуса: ΔР=0,062∙ρм ср ∙(D/d)2,54 ∙(tg(α/2))0,18 ∙(D/d-1)=0,062∙630∙(3,1/1,7)2,54 ∙(0,25)0,18 × ×(3,1/1,7-1)=115,281 Па. Гидравлическое сопротивление сушилки: ΔРc =n∙ΔР=3∙115,281=345,843 Па. Принимаем аэрофонтанную сушилку, состоящую из трех конусов (рюмок): D=3,1 м; d=1,7 м; Нк =2,8 м; Н=28,2 м; ΔРc =345,843 Па. 3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования и коммуникации 3.1 Бункер-питатель Бункер-питатель используется для дозирования влажного опила в сушилку. Производительность по влажному опилу, , кг/с 3,611 Относительная влажность опила, ωо1 , % 66,7 Абсолютная влажность опила, ωа1 , % 40 Насыпная плотность влажного опила [см.1, таблица 90] при ωа1 =40 % rм1 =570 кг/м3 . Объем бункера-питателя: V=t∙ /rн =300×3,611/570=1,901 м3 , где t – продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер, t=5 мин=300 с. По ГОСТ 9931-61 выбираем бункер [1, таблица 79]: ёмкость 2,0 м3 диаметр 700 мм высота 1300 мм сварной вертикальный цилиндрический аппарат с конически отбортованным днищем, углом конуса 90, с крышками и без них. 3.2 Ленточный транспортер Ленточный транспортер перемещает влажный материал от бункера-хранилища в бункер-питатель. Производительность транспортера, , кг/с 3,611 Насыпная плотность опила при ωа1 =40 %, rм1 , кг/м3 570 Характеристика ленточного транспортера Транспортер на трех роликовых опорах и на подшипниках скольжения. Длина, L, м 30 Угол наклона к горизонту, a, град 10 Выбираем плоскую ленту шириной В=0,5 м, которая принимает форму желоба благодаря трем роликовым опорам. Объемная производительность транспортера: V= /rм1 =3,611/570=0,006 м3 /с. Скорость движения ленты: w=V/0,16∙B2 ∙c∙tg(0,35∙j)=0,006/0,16×0,52 ×1×tg(0,35×40)=0,602 м/с, где с=1 при a=10°, j=40°. Мощность на приводном валу транспортера: N0 =(K∙L∙w+0,54×10-3 ∙ ∙L+10,1×10-3 ∙ ∙Н)∙К1 ∙К2 =(0,018×30×0,602+0,54×10-3 × ×3,611×30+10,1×10-3 ×3,611×5,209)×1,12×1,07=0,687 кВт, где H=L∙sina=30·sin10=5,209 м; K=0,018 при В=0,5 м; К1 =1,12 при L=30 м; К2 =1,07. Установочная мощность электродвигателя: N=K0 ∙N0 /h=1,2×0,687/0,85=0,97 кВт. Принимаем электродвигатель по N=0,97 к Вт [см.5, таблица 17] типа АОЛ-12-2 N=1,1 кВт. Принимаем ленточный транспортер типа Т1-К42Т L=30 м, a=10°, В=500 мм, w=0,702 м/с, N=1,1 кВт. 3.3 Винтовой транспортер Винтовой транспортер перемещает высушенный опил на следующую стадию производства. Производительность, , кг/с 1,603 Относительная влажность, ωo2 , % 25 Абсолютная влажность, wа2 , % 20 Насыпная плотность материала [см.1, таблица 90] rм2 =558 кг/м3 . Характеристика винтового транспортера горизонтального Длина, L, м 30 Шаг винта, м t=Dв Угол наклона к горизонту, a, град 0 Объемная производительность винтового транспортера: V= /r м2 =1,603/558=0,003 м3 /с. Частота вращения винта: n=V/0,785∙ ∙t∙K1 ∙K2 =0,003/0,785×0,52 ×0,5×0,25∙1=0,122 с-1 . Принимаем Dв =t=0,5 м; K1 =0,25; К2 =1, т.к. a=0°. Выбираем винтовой горизонтальный транспортер: Dв =0,5 м; L=30 м; t=0,5 м. Установочная мощность электродвигателя: N= ∙(L∙φ+H)∙g/1000∙h =1,603∙(30×2+0)∙9,81/1000×0,8=1,179 кВт. Принимаем электродвигатель по N=1,179 кВт [см.5, таблица 17] типа А02-31-2 N=3,0 кВт. 3.4 Шлюзовой дозатор Шлюзовой дозатор установлен под бункером-питателем. Назначение – равномерная, регулируемая подача влажного материала в сушилку. Дозатор одновременно выполняет и роль питателя. Производительность , кг/с 3,611 Температура материала, q1 , °С 5 Насыпная плотность при ωа1 =40 %, rм1 , кг/м3 570 Объемная производительность шлюзового дозатора: V= /rм1 =3,611/570=0,006 м3 /с. Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V=0,006 м3 /с [см.3, таблица 2] типа Ш1-45, диаметр ротора D=450 мм, длина ротора L=400 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора n=0,035-0,33 с-1 . Частота вращения ротора для обеспечения производительности V=0,006 м3 /с: n=V/0,785∙К1 ∙К2 ∙D2 ∙L=0,006/0,785×0,8×0,8×0,452 ×0,4=0,147 с-1 , где К1 =0,8; К2 =0,8. Установочная мощность электродвигателя: N= ∙L∙g∙b∙j/1000∙h=3,611×0,4×9,81×3×2,5/1000×0,6=0,079 кВт, где b=3; j=2,5. Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N=0,049 кВт по [см.3, таблица 2], типа В80В6 N=1,1 кВт, n=24,3 с-1 . 3.5 Шлюзовой затвор Шлюзовые затворы установлены под циклонами и под винтовым транспортером. Производительность , кг/с 1,603 Насыпная плотность при ωа2 =20 %, rм2 , кг/м3 558 Объемная производительность шлюзового затвора: V= /r м2 =1,603/558=0,003 м3 /с. Выбираем стандартный шлюзовой затвор по V=0,003 м3 /с по [см.3, таблица 2] типа Ш1-30, диаметр ротора D=300 мм, длина ротора L=250 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора n=0,035-0,33 с-1 . Частота вращения ротора для обеспечения производительности V=0,003 м3 /с: n=V/0,785∙К1 ∙К2 ∙D2 ∙L=0,003/0,785×0,8×0,8×0,32 ×0,25=0,265 с-1 , где К1 =0,8, К2 =0,8. Установочная мощность электродвигателя: N= ∙L∙g∙b∙j/1000∙h=1,603×0,25×9,81×3×2,5/1000×0,6=0,049 кВт, где b=3; j=2,5. Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N=0,049 кВт по [см.3, таблица 2], типа В80В6 N=1,1 кВт, n=24,3 с-1 . Принимаем к установке три шлюзовых затвора. 3.6 Газовая горелка Газовые горелки при сжигании природного газа работают с невысоким давлением и скоростью выхода газовой струи из сопла не более 60-70 м/с. Воздух на горение подается двумя потоками: через корпус горелки 20-40 % и 80-60 % непосредственно в топку (рисунок 1). Расход природного газа, В, кг/ч 730,8 Плотность природного газа, ρг , кг/м3 [см.1, таблица 45] 0,78 Расход воздуха на горение, L, кг воздуха/кг газа 20,363 Плотность воздуха при t0 =5 ºС и x0 =0,004 кг/кг ρв , кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226 Расход природного газа: Vг =В/ρг =730,8/0,78=936,923 м3 /ч. Расход воздуха на горение: =L∙B∙ρв =20,363·730,8/1,226=12138,075 м3 /ч. Диаметр газового сопла при wс =70 м/с: 0,069 м. Принимаем d=70 мм. Диаметр трубы, подводящей газ к форсунке, при wг =15 м/с: 0,149 м. Принимаем трубу Ø152×7 по [см.5, таблица 8]. Определяем наружный диаметр трубы корпуса горелки. Принимаем расход первичного воздуха 35% от =12138,075 м3 /ч, т.е. Vв =0,35·12138,075=4248,326 м3 /ч, а скорость воздуха в кольцевом сечении форсунки wв =20 м/с, тогда сечение кольцевой щели: fвоз =Vв /3600∙wв =4248,326/3600·20=0,059 м2 . Диаметр кольцевой щели: =0,274 м. fгаз =Vг /3600∙wг =936,923/3600·15=0,017 м2 . Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром 152 мм, равно: f=fвоз +fгаз =0,059+0,017=0,0076 м2 . Этому сечению соответствует диаметр: 0,311 м. Принимаем трубу корпуса горелки Ø325×12 по [см.5, таблица 8]. Объемная производительность вторичного воздуха: 12138,075-4248,326=7889,749 м3 /ч. Диаметр воздуховода вторичного воздуха при скорости w=3 м/с: =0,965 м. Принимаем воздуховод Ø1000×1,0 [см.5, таблица 2]. Диаметр воздуховода первичного воздуха: =0,274 м. Принимаем воздуховод Ø280×0,6 [см.5, таблица 2]. Гидравлической сопротивление газовой горелки ориентировочно принимаем равным ΔPг =5000 Па. 3.7 Вентилятор подачи воздуха на горение Расчет проводим согласно рисунку 1. Вентилятор и топка смонтированы на открытой площадке, защищенной от атмосферных осадков индивидуальным навесом. Воздух от вентилятора подается по параллельным воздуховодам, поэтому расчет проводим по линии наибольшего сопротивления – по линии подачи воздуха в горелку. Параметры воздуха, подаваемого в форсунку Объемная производительность, Vв , м3 /ч 4248,326 Температура, t0 ,°С 5 Плотность, rt0 , кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226 Динамическая вязкость, mt0 , Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10-6 Диаметр воздуховода, мм Ø280×0,6 Фактическая скорость воздуха: w=Vв /0,785∙D2 =4248,326/3600×0,785×0,27882 =19,34 м/с. Критерий Рейнольдса: Re=w∙D∙rt0 /mt0 =19,34×0,2788×1,226/17,49×10-6 =377963,533. Коэффициент трения определяем по критерию Re для гладкой трубы (шероховатости практически отсутствуют, так как воздуховод новый) и по Re=377963,533; е =0,1 мм, при dэ /е =278,8/0,1=2788 [см.1, рисунок 5]; l=0,018. Длину воздуховода принимаем ориентировочно: L=7 м. Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1: конфузор (вход в вентилятор) zк =0,21 1 шт. диффузор (выход из вентилятора) zдиф =0,21 1 шт. отводы при a=90° zот =0,39 3 шт. заслонка (задвижка) zз =1,54 1 шт. диафрагма (измерение расхода воздуха) zд =2 1 шт. вход в горелку zвх =1 1 шт. Sz=1∙zк +1∙zдиф +3∙zот +1∙zз +1∙zд +1∙zвх =1×0,21+1×0,21+3×0,39+1×1,54+1×2+1×1=6,13. Гидравлическое сопротивление воздуховода: =(1+(l∙L/D)+Sz)∙(w2 ∙rt0 /2)=(1+(0,018×7/0,2788)+6,13)×( 19,342 ×1,226/2)= =1738,415 Па. Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки: SDРг = +DРг +DРтопки =1738,415+5000+500=7238,415 Па, где DРг =5000 Па – сопротивление горелки при подаче воздуха на горение; DРтопки =500 Па – сопротивление топки. Выбираем вентилятор высокого давления [см.5, таблица 31] по =12138,075 м3 /ч=3,372 м3 /с и SDРг =7238,415 Па. Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-250-1,12 V=4,16 м3 /с, DР=12000 Па, n=49,3 с-1 . Установочная мощность электродвигателя: N=b∙ ∙SDРг /1000∙h=1,1×3,372×7238,415/1000×0,65=41,306 кВт. Принимаем электродвигатель типа АО2-82-2, N=55,0 кВт [см.5, таблица 17]. 3.8 Вентил ятор-дымосос Вся сушильная установка (рисунок 1), начиная от камеры смешения, работает под небольшим разрежением. Это исключает утечку топочных газов через неплотности в газоходах и аппаратах и подсос воздуха на разбавление топочных газов. 3.8.1 Патрубок с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения (приточная шахта) Воздух из атмосферы подсасывается в камеру смешения с целью снизить температуру топочных газов с 1000 °С до 350 °С. Параметры атмосферного воздуха Влагосодержание, х0 , кг пара/кг воздуха 0,004 Температура, t0 , °С 5 Масса воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления топочных газов в расчете на 1 кг газа, Lсм , кг воздуха/кг газа 85,218 Расход топлива, В, кг/ч 730,8 Плотность, rt0 , кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226 Вязкость, mt0 , Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10-6 Давление, Рt0 , Па 1,013×105 Объемный расход воздуха на разбавление топочных газов: =B·Lсм ·(1+x0 )/rt0 =730,8×85,218·(1+0,004)/1,226=51000,346 м3 /ч=14,167 м3 /с. Диаметр воздуховода рассчитываем, принимая скорость воздуха w=10 м/с по [см.5, таблица 9]: D= 1,343 м. Выбираем стандартный диаметр воздуховода [см.5, таблица 2]: Ø 1400×1,0 мм, D=1,398 м. Фактическая скорость воздуха: w= /0,785·D2 =14,167/0,785×1,3982 =9,234 м/с. Критерий Рейнольдса: Re=w·D·rt0 /mt0 =9,234×1,398×1,226/17,49×10-6 =904893,987. Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=904893,987, е =0,1 мм, при dэ /е =1398/0,1=13980 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013. Длина патрубка: L=2 м. Местные сопротивления в патрубке принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1: патрубок zвх =2,5 1 шт. выход из патрубка zвых =1 1 шт. Sz=zвх +zвых =2,5+1=3,5. Гидравлическое сопротивление патрубка: DRпатр =(1+(l·L/D)+Sz)(w2 ·rt0 /2)=(1+(0,013×2/1,398)+3,5)·(9,2342 ×1,226/2)= =236,18 Па. 3.8.2 Газоход от смесительной камеры до входа в сушилку Сушильный агент Температура, t1 ,°C 350 Расход, L1 , кг/с 21,179 Влагосодержание, х1 , кг пара/кг воздуха 0,025 Динамическая вязкость, mt1 , Па×с [см.6, приложение 3] 31,32·10-6 Плотность сушильного агента: rt1 =Р·(1+х1 )/462·(273+t1 )·(0,62+x1 )= 105 ·(1+0,025)/462·(273+350)·(0,62+0,025)= =0,552 кг/м3 . Объемный расход сушильного агента: Vt 1 =L1 ·(1+x1 )/rt1 =21,179·(1+0,025)/0,552=39,327 м3 /с. Принимаем скорость сушильного агента w=18 м/с. Диаметр газохода: 1,668 м. Принимаем газоход Ø 1800×1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м. Фактическая скорость воздуха: w=Vt 1 /0,785·D2 =39,327/0,785×1,9792 =15,514 м/с. Критерий Рейнольдса: Re=w·D·rt1 /mt1 =15,514×1,797×0,552/31,32·10-6 =491347,995. Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=491347,995, е =0,1 мм, при dэ /е =1797/0,1=17970 и по [см.1, рисунок 5] l=0,014. Длину газохода принимаем ориентировочно: L=15 м. Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1: вход в газоход zвх =1 1 шт. отвод α=90° zот =0,39 2 шт. выход из газохода zвых =1 1 шт. Sz=zвх +2·zот +zвых =1×1+2×0,39+1×1=2,78. Гидравлическое сопротивление газохода при t1 =350 ° C: DRt1 =(1+(l·L/D)+Sz)·(w2 ·rt1 /2)=(1+(0,014×15/1,797)+2,78)·(15,5142 ×0,552/2)= =258,864 Па. Необходимое компенсационное удлинение газохода: l=12,5×10-6 ·t1 ·L=12,5×10-6 ×350×15=0,066 м. Принимаем компенсатор по диаметру d=1800 мм, dн =1820, D=2220 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблица 11]. Рисунок 2 – Компенсатор однолинзовый 3.8.3 Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя Параметры парогазовой смеси, в ыходящей из сушилки Температура, t2 , °С 90 Расход с учетом подсоса, L2 , кг/с 22,238 Влагосодержание, х2 , кг/кг 0,120 Плотность, rt2 , кг/м3 0,884 Вязкость, mt2 , Па×с 20,0·10-6 Производительность по высушенному материалу, , кг/с 1,603 Участок решается как пневмотранспортная установка Концентрация материала в транспортируемом воздухе: =0,081 кг/кг (см. гидравлический расчет сушилки). Производительность пневмопровода по транспортируемому материалу: = ·Kн =1,603·2=3,206 кг/с, где Кн – подача материала в пневмопровод непосредственно из сушилки; Кн =2. Скорость воздуха в горизонтальном пневмопроводе: wпн =K∙(4∙ -Wв /Wм +0,01∙rм2 +b)∙(1,2/rt2 )0,5 =[1,05∙(4·0,081-1/0,8+0,01·558+8)]× ×(1,2/0,884)0,5 =17,927 м/с, где К=1,05; Wв /Wм =1/А; А=0,80; b=10 [см.3, таблицу 1]; rм2 =558 кг/м3 – насыпная плотность материала при wа2 =20 % [см.2, таблица 5]. Расход воздуха пневмотранспортной установки: V= /( ∙rt2 )=1,603/(0,081·0,884)=22,387 м3 /с. Диаметр пневмопровода: D= 1,231 м. Выбираем стандартный диаметр газохода Ø 1250×1,0 мм [см.5, таблица 2], D=1,248 м. Фактическая скорость парогазовой смеси: w=V/0,785∙D2 =22,387/0,785×1,2482 =18,31 м/с. Критическая скорость воздуха: wкр =5,6∙D0,34 ∙dэ 0,36 ∙(ρм2 /ρt2 )0,5 ∙ 0,25 =5,6·1,2480,34 ·0,0120,36 ·(558/0,884)0,5 ·0,0810,25 = =16,467 м/с. Фактически скорость воздуха w=18,31 м/с больше критической wкр =16,467 м/с. Следовательно, материал будет транспортироваться, не оседая на дно горизонтального участка трубопровода. Критерий Рейнольдса: Re=w∙D∙rt2 /mt2 =18,31×1,248×0,884/20,0×10-6 =1010008,9. Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=1010008,9, е =0,1 мм, при dэ /е =1248/0,1=12480 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013. Длину пневмопровода принимаем ориентировочно по рисунку 1 L=30 м. Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1: вход в трубу zвх =1 1 шт. отводы при α=90º zот =0,39 2 шт. переход с круглого сечения на прямоугольный (вход в циклон) zп =0,21 1 шт. заслонка zз =1,54 1 шт. Sz=zвх +2·zот +zп +zз =1×1+2×0,39+1×0,21+1×1,54=3,53. Потери давления при движении чистого воздуха: DRв =(1+l·L/D+Sz)·(w2 ·rt2 /2)=(1+(0,013×30/1,248)+3,53)·(18,312 ×0,884/2)= =717,577 Па. Потери, возникающие при движении материала по пневмопроводу: DRмат =0,5·λу · ·l·w2 ·rt2 /D=0,5×0,015×0,081×30×18,312 ×0,884/1,248=4,328 Па, где λу =0,01-0,02, принимаем коэффициент сопротивления трения λу =0,015, l=l1 +l2 =10+20=30 м согласно рисунку 1. Потери давления на разгон материала при загрузке его в пневмопровод: DRразг =ζразг · ·0,5·w2 ·rt2 =1,5×0,067×0,5×18,312 ×0,884=18,004 Па, где ζ – коэффициент сопротивления разгонного участка, принимается в пределах ζразг =1-2; принимаем ζразг =1,5. Общее гидравлическое сопротивление пневмопровода: DRпн =DRв +DRмат +DRразг =717,577+4,328+18,004=739,909 Па. Необходимое компенсационное удлинение газохода: L=30 м. l=12,5×10-6 ·t2 ·L=12,5×10-6 ×90×30=0,034 м. Принимаем компенсатор по диаметру d=1400 мм, dн =1420, D=1820 мм, a=180 мм, b=93 мм [см.5, таблице 11]. 3.8.4 Циклон-разгрузитель пневмотранспортной установки Назначение – отделение транспортируемого материала от воздуха. Размер частиц материала, dэ , м 0,012 Производительность по высушенному материалу, , кг/с 1,603 Объемный расход очищаемого газа, V, м3 /с 22,387 Температура, t2 , °С 90 Вязкость, mt2 , Па·с 20,0·10-6 Запыленность воздуха на входе в циклон: = /V=1,603/22,387=0,072 кг/м3 . Выбираем циклон ЦН-24, так как улавливаются крупные частицы dэ =12 мм. Принимаем циклон диаметром D=1000 мм. Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона: =К1 ·К2 ·zц500 +К3 =1,00·0,90·75+35=102,5, где zц500 =75 [см.3, таблица 13] для ЦН-24, работающего на сеть; К1 =1,00 при D=1000 мм [см.3, таблица 14]; К2 =0,90 при =0,072 кг/м3 [см.3, таблица 15], К3 =35 для прямоугольной компоновки с центральным подводом и отводом воздуха [см.3, таблица 16]. Отношение по DRц /rt для циклона ЦН-24 принимаем: DRц /rt =500 м2 /с2 . Условная скорость воздуха в циклоне: wц =[(DRц /rt )/(0,5· )]0,5 =[500/(0,5·102,5)]0,5 =3,123 м/с. Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона: υ=0,785·D2 ·wц =0,785·12 ·3,123=2,452 м3 /с. Число циклонных элементов в групповом циклоне: Z=V/υ=22,387/2,452=9,13. Выбираем групповой циклон ЦН-24 из 10 элементов диаметром 1000 мм. Скорость газа в элементах группового циклона: wц =V/0,785·D2 ·Z=22,387/0,785·1,02 ·10=2,852 м/с. Гидравлическое сопротивление группового циклона: DRц1 =0,5∙ ∙wц 2 ∙rt2 =0,5·102,5·2,8522 ·0,884=368,507 Па. где rt2 =0,884 кг/м3 (см. расчет пневмотранспортной установки). 3.8.5 Газоход между циклонами Температура, t2 , °С 90 Расход, L2 , кг/с 22,238 Влагосодержание, х2 , кг/кг 0,120 Плотность, rt2 , кг/м3 0,884 Вязкость, mt2 , Па×с 20,0·10-6 Объемный расход, Vt2 , м3/с 22,387 Диаметр газохода находим, принимая скорость воздуха w=12 м/с: 1,542 м. Выбираем стандартный диаметр газохода Ø 1600×1,0 мм [см.5, таблица 2], D=1,598 м. Фактическая скорость парогазовой смеси: w=Vt 2 /0,785∙D2 =22,387/0,785×1,5982 =11,168 м/с. Критерий Рейнольдса: Re=w∙D∙rt2 /mt2 =11,168×1,598×0,884/20,0×10-6 =788813,709. Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=788813,709, е =0,1 мм, при dэ /е =1598/0,1=15980 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013. Длину газохода принимаем ориентировочно: L=2 м. Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1: вход в газоход zвх =1 1 шт. отводы a=90° zот =0,39 3 шт. переход с круглого сечения на прямоугольный (вход в циклон) zп =0,21 1 шт. Sz=zвх +3zот +zп =1+3×0,39+0,21=2,38. Гидравлическое сопротивление газохода при t2 =90 ° C: DRt2 =(1+l∙L/D+Sz)∙(w2 ∙rt2 /2)=(1+0,013×2/1,598+2,38)∙(11,1682 ×0,884/2)= =187,23 Па. Необходимое компенсационное удлинение газохода: l=12,5×10-6 ∙t2 ∙L=12,5×10-6 ×90×2=0,002 м. Принимаем компенсатор по диаметру d=1600 мм, dн =1620, D=2020 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблице 11]. 3.8.6 Циклон-о чиститель Назначение – улавливает частицы высушенного материала после циклона-разгрузителя. В циклоне-разгрузителе уловлено 85 % материала, т.е. в циклон-очиститель попадает оставшийся материал (15 %). Таким образом, производительность по материалу составит к = 1,603·0,15=0,240 кг/с. Циклон работает на выхлоп. Размер частиц материала, dэ , м 0,012 Производительность по высушенному материалу, , кг/с 0,240 Объемный расход, Vt2 , м3 /с 22,387 Температура, t2 , °С 90 Влагосодержание, х2 , кг/кг 0,120 Запыленность воздуха на входе в циклон: = /Vt 2 =0,240/22,387=0,011 кг/м3 . Принимаем к установке групповой циклон ЦН-15. Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона: =К1 ∙К2 ∙zц500 +К3 =1,0·0,87·163+35=176,81, где zц500 =163 [см.3, таблица 13] для ЦН-15, работающего на выхлоп; К1 =1,0 [см.3, таблица 14]; К2 =0,87 при =0,011 кг/м3 [см.3, таблица 15]; К3 =35 для прямоугольной компоновки с централизованным подводом и отводом воздуха [см.3, таблицы 16]. Принимаем диаметр циклона D=1000 мм. Отношение по DRц /rt для циклона ЦН-15 принимаем: DRц /rt =750 м2 /с2 . Условная скорость воздуха в циклоне: wц =[(DRц /rt )/0,5∙ ]0,5 =[750/0,5·176,81]0,5 =2,913 м/с. Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона: υ=0,785∙D2 ∙wц =0,785·1,02 ·2,913=2,287 м3 /с. Число циклонных элементов в групповом циклоне: Z=V/υ=22,387/2,287=9,789. Выбираем групповой циклон ЦН-15 из 10 элементов диаметром 1000 мм. Скорость газа в элементах группового циклона: wц =V/0,785∙D2 ∙Z=22,387/0,785·1,02 ·10=2,852 м/с. Абсолютное давление запыленного воздуха в циклоне (циклон работает под разрежением): Ра =В±Р=9,81·104 –1768,026=96331,974 Па. где В=9,81·104 Па – атмосферное давление; Р – давление газов на входе в циклон – сумма гидравлических сопротивлений газоходов и аппаратов до циклона: Р=∑Рi =DRпатр +DRt1 +DРс +DRпн +DRt2 =236,18+258,864+345,843+739,909+187,23= =1768,026 Па Плотность влажного воздуха при рабочих условиях: rt =Ра ∙(1+х2 )/462∙(273+t2 )∙(0,62+х2 )= 96331,974∙(1+0,120)/462∙(273+90)∙(0,62+ +0,120)=0,869 кг/м3 Гидравлическое сопротивление группового циклона: DRц2 =0,5∙ ∙wц 2 ∙rt =0,5·176,81·2,8522 ·0,869=624,879 Па. 3.8.7 Газоход между циклоном и дымовой трубой Температура, t2 , °С 90 Расход, L2 , кг/с 22,238 Влагосодержание, х2 , кг/кг 0,120 Плотность, rt2 , кг/м3 [см.6, приложение 2] 0,884 Вязкость, mt2 , Па×с [см.6, приложение 3] 20,0×10-6 Объемный расход парогазовой смеси: Vt 4 =L2 ∙(1+x2 )/rt2 =22,238∙(1+0,120)/0,884=28,175 м3 /с. Диаметр газохода находим, принимая скорость воздуха w=12 м/с: 1,729 м. Выбираем стандартный диаметр газохода Ø 1800×1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м. Фактическая скорость парогазовой смеси: w=Vt 4 /0,785∙D2 =28,175/0,785×1,7972 =11,115 м/с. Критерий Рейнольдса: Re=w∙D∙rt2 /mt2 =11,115×1,797×0,884/20,0×10-6 =882835,551. Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=882835,551, е =0,1 мм, при dэ /е =1797/0,1=17970 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013. Длину газохода принимаем ориентировочно: L=45 м, минимальная высота дымовой трубы 16 м. Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1: вход в газоход zвх =1 1 шт. отводы a=90° zот =0,39 3 шт. заслонка (задвижка) zз =1,54 1 шт. диафрагма при dо=0,5D, m=0,25 zд =29,4 1 шт. переход (вход и выход из вентилятора) zп =0,21 2 шт. выход из дымовой трубы в атмосферу с зонтом zд.тр =1,3 1 шт. Sz=zвх +3∙zот +zз +zд +2∙zп +zд.тр =1+3×0,39+1,54+29,4+2×0,21+1,3=34,83. Гидравлическое сопротивление газохода при t2 =90 ° C: DRt4 =(1+l∙L/D+Sz)∙(w2 ∙rt2 /2)=(1+0,013×45/1,797+34,83)∙(11,1152 ×0,884/2)= =1974,313 Па. Необходимое компенсационное удлинение газохода: l=12,5×10-6 ∙t2 ∙L=12,5×10-6 ×90×45=0,051 м. Принимаем компенсатор по диаметру d=1800 мм, dн =1820, D=2220 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблице 11]. 3.8.8 Выбор вентилятора-дымососа Суммарное гидравлическое сопротивление сети: SDR=DRпатр +DRt1 +DRc +DRпн +DRц 1 +DRt2 +DRц 2 +DRt4 =236,18+258,864+345,843+ +739,909+368,507+187,23+624,879+1974,313=4735,725 Па. Приведенное сопротивление: DRпр =SDR∙(273+t2 )∙Pо /273∙(Pо +SDR)=4735,725∙(273+90)×105 /273∙(105 +4735,725)= =6012,23 Па. По Vt 4 =28,175 м3 /с=101430 м3 /ч и DRпр =6012,23 Па выбираем газодувку по [см.5, таблица 31]. Принимаем дымосос ДН-21, V=144 тыс. м3 /с, DR=6000 Па, n=16,6 c-1 . Установочная мощность электродвигателя: Nэ =b∙Vt 4 ∙DRпр /1000∙h=1,1×28,175×6012,23/1000×0,55=207,038 кВт. Выбираем электродвигатель типа А3-315М-2, N=200 кВт [см.5, таблица 31]. 4 Технико-экономические показатели сушилки Технологические показатели работы сушилки Производительность: =13 т/ч=3,611 кг/с. Удельная производительность по испарённой влаге (напряжение по влаге): A=180 кг/(м3 ∙ч). Удельный объёмный расход сушильного агента: υ= Vt1 /Vсуш =39,905/40,160=0,994 м3 /(м3 ∙с). Энергетические показатели работы сушилки Тепловой КПД процесса сушки: η1 = Qи /Qобщ =5319,895/5741,108=0,927, где Qобщ =Qи +Qм +Qпот =5319,895+220,413+200,8=5741,108 кДж/с. Термический КПД сушилки: η2 = (J1 -J2 )/J1 =(433,063-411,336)/433,063=0,05. Коэффициент теплового напряжения: Bt =(t1 -t2 )/t1 =(350-90)/350=0,743. Удельный расход природного газа на 1 кг испарённой влаги: dB =B/W=0,203/2,008=0,101 кг/кг. Удельный расход природного газа на 1 кг высушенного материала: dG =B/ =0,203/1,603=0,127 кг/кг. Удельный расход тепла на 1 кг испарённой влаги: dQ =Qобщ /W=5741,108/2,008=2859,118 кг/кг. Удельный расход электроэнергии на 1 кг испарённой влаги: dN =ΣNi /W=(1,1+3,0+1,1+1,1∙3+55,0+200,0)/2,008=131,225 кДж/кг= =0,036 (кВт·ч)/кг, где N1 =1,1 кВт – ленточный транспортер; N2 =3,0 кВт – винтовой транспортер; N3 =1,1 кВт – шлюзовый дозатор (под бункером-питателем); N4 =1,1 кВт – шлюзовый затвор (под циклоном-разгрузителем); N5 =1,1 кВт – шлюзовый затвор (под циклоном-очистителем); N6 =1,1 кВт – шлюзовый затвор (после винтового транспортера); N7 =55,0 кВт – вентилятор подачи воздуха на горение; N8 =200,0 кВт – вентилятор-дымосос. Список использованных источников 1 Процессы и аппараты химической технологии. Справочные материалы. Сост. канд. техн. наук Орлов В.П. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. – 121 с. 2 Ведерникова М.И., Орлов В.П., Терентьев В.Б., Штеба Т.В., Кожевников Н.П. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. I. Технологические и гидродинамические расчеты сушилок. Екатеринбург: УГЛТА, 2001. 40 с. 3 Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. II. Технологические и гидродинамические расчеты сушилок. Екатеринбург: УГЛТА,2001.44 с. 4 Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч. III. Примеры расчетов сушилок. Екатеринбург: УГЛТА, 2001. 44 с. 5 Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. I. Расчет и выбор насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 40 с. 6 Старцева Л.Г., Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 44 с. 7 Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к текстовой части. Ч. I. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 56 с. 8 Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к графической части. Ч. II. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 50 с.