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 C₂H₆; 0,8 C₃H₈; 0,6 C₄H₁₀; 0,3 C₅H₁₂; 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∙Р_нас/(Р-φ₀∙Р_нас)=0,622·0,7·6,54/(750-0,7·6,54)=0,004 кг/кг,

где Р_нас=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∙С₂Н₆+463,29∙С₃Н₈+458,48∙С₄Н₁₀+453,45∙С₅Н₁₂+

+453,32∙С₂Н₂+465,43∙С₂Н₄+101,10∙СО+1203,76∙H₂+153∙H₂S=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∙W_р=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:

L_о = 0,02435∙СО+0,348∙Н₂+0,0614∙Н₂S+1,39∙∑[(m+n/4)/(12∙m+n)]∙C_mH_n-

-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:

L­_m­­=α_m∙L_о=1,2·16,969=20,363 кг воздуха/кг газа,

где α_m=1,05-1,2 при сжигании газов.

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

=1+L_m-∑[(0,09∙n)/(12∙m+n)]∙C_mH_n-0,01∙W_р=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 W_р=0.

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

d′=∑[(0,09∙n)/(12∙m+n)]∙C_mH_n+L­_m∙х_о+0,01∙W_р=[(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:

х_тг=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)]∙C_mH_n=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∙H₂S=0,0188·0=0,00 кг/кг;

lN₂=0,768∙L_m+0,01∙N₂ = 0,768·20,363+0,01·0,8=15,647 кг/кг.

lo₂ = 0,232∙(α_m-1)∙L_о = 0,232·(1,2-1)·16,969= 0,787 кг/кг.

Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:

М_сг=/[(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 t_тг=1000 ºC (в топке поддерживается эта температура):

С_сг=(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 t_тг=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:

C_т=Ссн₄∙Yсн₄+Сс₂н₆∙Yc₂н₆+…+Сс_mн_n∙Yc_mн_n=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); Сс₂н₆=1,651 кДж/(кг·К); Сс₃н₈=1,305 кДж/(кг·К); Сс₄н₁₀=1,601 кДж/(кг·К); Сс₅н₁₂=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:

t_тг=(∙ŋ_т+C_т∙t+L_m∙J_о+w_g∙i_g-2500∙∙х′)/[∙(С_сг+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 w_g = 0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром.

Температуру топочных газов снижают до t_тг=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку с целью предотвратить разрушение футеровки топки.

Теплосодержание топочных газов:

J_тг=1,01∙t_тг+(2493+1,97∙t_тг)∙x_тг=1,01·1000+(2493+1,97·1000)∙0,119=

=1541,097 кДж/кг.

Теплосодержание пара в составе топочных газов при t₁=350 °C:

i_n=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:

L_см=L_о∙(α₂-α_m) = 16,969·(6,222-1,2) = 85,218 кг воздуха/кг газа.

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

+L_cм = 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′+L_см∙x_о=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:

V_гор=∙В/q_v=49500,683·730,8/1260·10³=28,710 м³.

где q_v – допустимое тепловое напряжение топочного объема; q_v=1260·10³ кДж/(м³·ч) [см.4, приложение, таблица 3].

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

Диаметр топки: D=(V_гор/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: V_гор=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 w_а1=40 %

конечная w_а2=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] r_t1=0,544 кг/м³

Выход из сушилки

Температура t₂=90 °С

Относительная влажность w_о2=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:

V_ч=δ∙b∙l=30·5·5·(10^-3)³=7,5·10^-7 м³.

Поверхность частицы:

F_ч=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:

d_э=(6∙V_ч/π)^0,33=[6·7,5·10^-7/3,14]^0,33=0,012 м.

Относительная влажность материала:

на входе в сушилку: w_о1=100∙w_а1/(100-w_а1)=100·40/(100-40)=66,7 %;

на выходе из сушилки: w_о2=100∙w_а2/(100-w_а2)=100·20/(100-20)=25 %;

среднее значение: w_{о ср}=0,5∙(w_о1+w_о2)=0,5·(66,7+25)=45,85 %.

Материальный баланс

Производительность по высушенному материалу:

=∙(100-w_о1)/(100-w_о2)=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-w_о1)/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: x_тг=x′=0,119 кг/кг (см. расчет горения природного газа); t_тг=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 x_тг=0,119 кг/кг и по t_тг=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 t_м1 для точки В. Принимаем, что сушка материала проходит в первом периоде (J₁≈J₂), тогда t_м1=θ₂=60 °С.

4) Расход тепла на нагрев материала:

Q_м=∙C_м∙(q₂-q₁)= 1,603·2,5∙(60–5)=220,413 кДж/с,

где C_м=2,5 кДж/кг∙К при w_{а ср}=30 %.

5) Удельный расход тепла на нагрев материала:

q_м=Q_м/W=220,413/2,008=109,767 кДж/кг влаги.

6) Удельные потери тепла принимаем q_пот=100 кДж/кг влаги.

7) Внутренний тепловой баланс сушилки:

D=4,19∙q₁-(q_м+q_пот)=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.

t_м2=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:

J_п0=J₀=15,061 кДж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при t₂ и х₀:

J_п2=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:

Q_и=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:

Q_м=220,413 кДж/с (см. построение диаграммы).

Потери тепла:

Q_пот=W∙q_пот=2,008·100=200,8 кДж/с.

Расход сушильного агента:

L₁=(Q_и+Q_м+Q_пот)/[(J₁-J₁₂)-0,05∙(J_п2-J_п0)]=(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 w_а1=40 %

Эквивалентный диаметр d_э=0,012 м

Плотность при w_a1 [см.1, таблица 91] r_м1=570 кг/м³

Фактор формы Ф=0,5

Выход из сушилки

Абсолютная влажность w_а2=20 %.

Плотность при w_а2 [см.1, таблица 91] r_м2=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] r_t1=0,544 кг/м³

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] m_t1=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] r_t2=0,884 кг/м³

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] m_t2=20,0·10^-6 Па·с

Средние значения параметров:

t_ср=0,5·(t₁+t₂)=0,5·(350+90)=220 °C;

х_ср=0,5·(x₁+x₂)=0,5·(0,025+0,120)=0,073 кг/кг;

r_{t ср}=0,5·(r_t1+r_t2)=0,5·(0,544+0,884)=0,714 кг/м³;

m_{t ср}=0,5·(m_t1+m_t2)=0,5·(31,32+20)·10^-6=25,66·10^-6 Па·с;

w_{а ср}=0,5·(w_а1+w_а2)=0,5·(40+20)=30 %;

r_{м ср}=630 кг/м³ при w_{а ср}=30 % (см.1, таблица 91);

θ_ср=0,5·(θ₁+θ₂)=0,5·(5+60)=32,5 °C;

C_м=2,4 кДж/кг∙К при w_{а ср}=30 % и θ_ср=32,5 °C;

λ_t=0,17 Вт/м·К при w_{а ср}=30 %.

Критерий Архимеда при t_ср=220 °С, ω_{а ср}=30 %:

Ar=d_э³∙r_{t ср}∙r_{м ср}∙g/m²_{t ср}=0,012³·0,714·630·9,81/(25,66·10^-6)²=1,16·10⁷.

Критерий Re_кр:

Re_кр=Ar·Ф²/[150·(1-ε₀)/ε₀³+(1,75·Ar/ε₀³)^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:

w_кр=Re_кр·m_{t ср}/d_э·r_{t ср}=150,782·25,66·10^-6/0,012·0,714=0,452 м/с.

Предельно допустимая скорость сушильного агента при ε=1 для d_min рассчитывается по формулам:

Ar_min= d_min³·r_{t ср}∙r_{м ср}·g/m²_{t ср}=0,006³·0,714·630·9,81/(25,66·10^-6)²=1,45·10⁶

при d_min=0,5· d_э=0,5·0,012=0,006 м.

w´_вит= Ф^0,5·m_{t ср}·Ar_min/[d_min·r_{t ср}·(18+0,61·Ar_min^0,5)]=

=0,5^0,5∙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:

V_t1=L₁∙(1+x₁)/r_t1=21,179·(1+0,025)/0,544=39,905 м³/с.

Объемный расход парогазовой смеси на выходе из сушилки:

V_t2=L₂∙(1+x₂)/r_t2=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=(d_э)³∙r_t1∙r_м1∙g/m²_t1=0,012³·0,544·570·9,81/(31,32·10^-6)²=5,36·10⁶.

Скорость витания частиц опила:

(w_вит)_вх=Ф^0,5·m_t1·Ar₁/[d_э·r_t1·(18+0,61·Ar₁^0,5)]=0,5^0,5∙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:

w_г1=1,5·(w_вит)_вх=1,5∙12,712=19,068 м/с.

Диаметр горловины:

d_г=(V_t1/0,785∙w_г1)^0,5=(39,905/0,785·19,068)^0,5=1,633 м.

Диаметр горловины принимаем 1700 мм.

Диаметр широкой части рюмки:

D=(V_t2/0,785∙w_г2)^0,5=(28,175/0,785·3,814)^0,5=3,068 м,

где w_г2 – скорость парогазовой смеси в широкой части рюмки, м/с.

w_г2=(0,2÷0,5)∙w_вит=0,3∙12,712=3,814 м/с.

Диаметр широкой части рюмки принимаем равным 3100 мм.

Скорость w_г2 должна быть равна или меньше скорости витания высушенной измельчённой древесины из бересты (w_вит)_вых.

Критерий Архимеда при конечной влажности материала и параметрах сушильного агента на выходе из сушилки:

Ar₂=(d_э)³∙r_t2∙r_м2∙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:

(w_вит)_вых=Ф^0,5∙m_t2∙Ar₂/[d_э∙r_t2∙(18+0,61∙Ar₂^0,5)]=0,5^0,5∙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 w_г2=3,814 м/с принята правильно, так как w_г2<(w_вит)_вых.

Высота конуса:

Н_к=2·(D-d)=2·(3,1-1,7)=2,8 м.

Угол раскрытия конуса:

tg(α/2)=0,5·(D-d)/Н_к=0,5·(3,1-1,7)/2,8=0,25.

α/2=14º, откуда α=2∙14=28º.

Принимаем Н_к=2,8 м, при α=28º.

Объем усеченного конуса:

V_к=[π·H_к·(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):

V_суш=W/A=2,008∙3600/180=40,160 м³.

Количество конусов (рюмок), последовательно установленных в аэрофонтанной сушилке:

n=V_суш/V_к=40,160/13,019=3,085. Принимаем n=3 шт.

Общая высота сушилки:

Н=(2∙d)∙2+n∙Н_к+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∙ρ_{м 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:

ΔР_c=n∙ΔР=3∙115,281=345,843 Па.

Принимаем аэрофонтанную сушилку, состоящую из трех конусов (рюмок): D=3,1 м; d=1,7 м; Н_к=2,8 м; Н=28,2 м; ΔР_c=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, ω_о1, % 66,7

Абсолютная влажность опила, ω_а1, % 40

Насыпная плотность влажного опила [см.1, таблица 90] при ω_а1=40 %

r_м1=570 кг/м³.

Объем бункера-питателя:

V=t∙/r_н=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 ω_а1=40 %, r_м1, 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=/r_м1=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 кВт [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, ω_o2, % 25

Абсолютная влажность, w_а2, % 20

Насыпная плотность материала [см.1, таблица 90] r_м2=558 кг/м³.

Характеристика винтового транспортера горизонтального

Длина, L, м 30

Шаг винта, м t=D_в

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 D_в=t=0,5 м; K₁=0,25; К₂=1, т.к. a=0°.

Выбираем винтовой горизонтальный транспортер:

D_в=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 ω_а1=40 %, r_м1, кг/м³ 570

Объемная производительность шлюзового дозатора:

V=/r_м1=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 ω_а2=20 %, r_м2, 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, ρ_г, 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

ρ_в, кг/м³ [см.6, приложение 2] 1,226

Расход природного газа:

V_г=В/ρ_г=730,8/0,78=936,923 м³/ч.

Расход воздуха на горение:

=L∙B∙ρ_в=20,363·730,8/1,226=12138,075 м³/ч.

Диаметр газового сопла при w_с=70 м/с:

0,069 м.

Принимаем d=70 мм.

Диаметр трубы, подводящей газ к форсунке, при w_г=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.

V_в=0,35·12138,075=4248,326 м³/ч,

а скорость воздуха в кольцевом сечении форсунки w_в=20 м/с, тогда сечение кольцевой щели:

f_воз=V_в/3600∙w_в=4248,326/3600·20=0,059 м².

Диаметр кольцевой щели:

=0,274 м.

f_газ=V_г/3600∙w_г=936,923/3600·15=0,017 м².

Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром 152 мм, равно:

f=f_воз+f_газ=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 ΔP_г=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, V_в, м³/ч 4248,326

Температура, t₀,°С 5

Плотность, r_t0, кг/м³ [см.6, приложение 2] 1,226

Динамическая вязкость, m_t0, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10^-6

Диаметр воздуховода, мм Ø280×0,6

Фактическая скорость воздуха:

w=V_в/0,785∙D²=4248,326/3600×0,785×0,2788²=19,34 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re=w∙D∙r_t0/m_t0=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 d_э/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) z_к=0,21 1 шт.

диффузор (выход из вентилятора) z_диф=0,21 1 шт.

отводы при a=90° z_от=0,39 3 шт.

заслонка (задвижка) z_з=1,54 1 шт.

диафрагма (измерение расхода воздуха) z_д=2 1 шт.

вход в горелку z_вх=1 1 шт.

Sz=1∙z_к+1∙z_диф+3∙z_от+1∙z_з+1∙z_д+1∙z_вх=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∙r_t0/2)=(1+(0,018×7/0,2788)+6,13)×( 19,34²×1,226/2)=

=1738,415 Па.

Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки:

SDР^г=+DР_г+DР_топки=1738,415+5000+500=7238,415 Па,

где DР_г=5000 Па – сопротивление горелки при подаче воздуха на горение;

DР_топки=500 Па – сопротивление топки.

Выбираем вентилятор высокого давления [см.5, таблица 31] по =12138,075 м³/ч=3,372 м³/с и SDР^г=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∙∙SDР^г/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 Вентилятор-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, L_см, кг воздуха/кг газа 85,218

Расход топлива, В, кг/ч 730,8

Плотность, r_t0, кг/м³ [см.6, приложение 2] 1,226

Вязкость, m_t0, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10^-6

Давление, Р_t0, Па 1,013×10⁵

Объемный расход воздуха на разбавление топочных газов:

=B·L_см·(1+x₀)/r_t0=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·r_t0/m_t0=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 d_э/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 z_вх=2,5 1 шт.

выход из патрубка z_вых=1 1 шт.

Sz=z_вх+z_вых=2,5+1=3,5.

Гидравлическое сопротивление патрубка:

DR_патр=(1+(l·L/D)+Sz)(w²·r_t0/2)=(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, m_t1, Па×с [см.6, приложение 3] 31,32·10^-6

Плотность сушильного агента:

r_t1=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:

V_t1=L₁·(1+x₁)/r_t1=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=V_t1/0,785·D²=39,327/0,785×1,979²=15,514 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re=w·D·r_t1/m_t1=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 d_э/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 z_вх=1 1 шт.

отвод α=90° z_от=0,39 2 шт.

выход из газохода z_вых=1 1 шт.

Sz=z_вх+2·z_от+z_вых=1×1+2×0,39+1×1=2,78.

Гидравлическое сопротивление газохода при t₁=350 °C:

DR_t1=(1+(l·L/D)+Sz)·(w²·r_t1/2)=(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, d_н=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, выходящей из сушилки

Температура, t₂, °С 90

Расход с учетом подсоса, L₂, кг/с 22,238

Влагосодержание, х₂, кг/кг 0,120

Плотность, r_t2, кг/м³ 0,884

Вязкость, m_t2, 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:

=·K_н=1,603·2=3,206 кг/с,

где К_н – подача материала в пневмопровод непосредственно из сушилки; К_н=2.

Скорость воздуха в горизонтальном пневмопроводе:

w_пн=K∙(4∙-W_в/W_м+0,01∙r_м2+b)∙(1,2/r_t2)^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; W_в/W_м=1/А; А=0,80; b=10 [см.3, таблицу 1]; r_м2=558 кг/м³ – насыпная плотность материала при w_а2=20 % [см.2, таблица 5].

Расход воздуха пневмотранспортной установки:

V=/(∙r_t2)=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:

w_кр=5,6∙D^0,34∙d_э^0,36∙(ρ_м2/ρ_t2)^0,5∙^0,25=5,6·1,248^0,34·0,012^0,36·(558/0,884)^0,5·0,081^0,25=

=16,467 м/с.

Фактически скорость воздуха w=18,31 м/с больше критической w_кр=16,467 м/с. Следовательно, материал будет транспортироваться, не оседая на дно горизонтального участка трубопровода.

Критерий Рейнольдса:

Re=w∙D∙r_t2/m_t2=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 d_э/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 z_вх=1 1 шт.

отводы при α=90º z_от=0,39 2 шт.

переход с круглого сечения на прямоугольный

(вход в циклон) z_п=0,21 1 шт.

заслонка z_з=1,54 1 шт.

Sz=z_вх+2·z_от+z_п+z_з=1×1+2×0,39+1×0,21+1×1,54=3,53.

Потери давления при движении чистого воздуха:

DR_в=(1+l·L/D+Sz)·(w²·r_t2/2)=(1+(0,013×30/1,248)+3,53)·(18,31²×0,884/2)=

=717,577 Па.

Потери, возникающие при движении материала по пневмопроводу:

DR_мат=0,5·λ_у··l·w²·r_t2/D=0,5×0,015×0,081×30×18,31²×0,884/1,248=4,328 Па,

где λ_у=0,01-0,02, принимаем коэффициент сопротивления трения λ_у=0,015,

l=l₁+l₂=10+20=30 м согласно рисунку 1.

Потери давления на разгон материала при загрузке его в пневмопровод:

DR_разг=ζ_разг··0,5·w²·r_t2=1,5×0,067×0,5×18,31²×0,884=18,004 Па,

где ζ – коэффициент сопротивления разгонного участка, принимается в пределах ζ_разг=1-2; принимаем ζ_разг=1,5.

Общее гидравлическое сопротивление пневмопровода:

DR_пн=DR_в+DR_мат+DR_разг=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, d_н=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, d_э, 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, m_t2, 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 d_э=12 мм. Принимаем циклон диаметром D=1000 мм.

Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:

=К₁·К₂·z_ц500+К₃ =1,00·0,90·75+35=102,5,

где z_ц500=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 DR_ц/r_t для циклона ЦН-24 принимаем: DR_ц/r_t=500 м²/с².

Условная скорость воздуха в циклоне:

w_ц=[(DR_ц/r_t)/(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·w_ц=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:

w_ц=V/0,785·D²·Z=22,387/0,785·1,0²·10=2,852 м/с.

Гидравлическое сопротивление группового циклона:

DR_ц1=0,5∙∙w_ц²∙r_t2=0,5·102,5·2,852²·0,884=368,507 Па.

где r_t2=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, r_t2, кг/м3 0,884

Вязкость, m_t2, Па×с 20,0·10^-6

Объемный расход, V_t2, 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=V_t2/0,785∙D²=22,387/0,785×1,598²=11,168 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re=w∙D∙r_t2/m_t2=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 d_э/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 z_вх=1 1 шт.

отводы a=90° z_от=0,39 3 шт.

переход с круглого сечения на прямоугольный

(вход в циклон) z_п=0,21 1 шт.

Sz=z_вх+3z_от+z_п=1+3×0,39+0,21=2,38.

Гидравлическое сопротивление газохода при t₂=90 °C:

DR_t2=(1+l∙L/D+Sz)∙(w²∙r_t2/2)=(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, d_н=1620, D=2020 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблице 11].

3.8.6 Циклон-очиститель

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, d_э, м 0,012

Производительность по высушенному материалу, , кг/с 0,240

Объемный расход, V_t2, м³/с 22,387

Температура, t₂, °С 90

Влагосодержание, х₂, кг/кг 0,120

Запыленность воздуха на входе в циклон:

=/V_t2=0,240/22,387=0,011 кг/м³.

Принимаем к установке групповой циклон ЦН-15.

Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:

=К₁∙К₂∙z_ц500+К₃ =1,0·0,87·163+35=176,81,

где z_ц500=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 DR_ц/r_t для циклона ЦН-15 принимаем: DR_ц/r_t=750 м²/с².

Условная скорость воздуха в циклоне:

w_ц=[(DR_ц/r_t)/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∙w_ц=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:

w_ц=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):

Р_а=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=∑Р_i=DR_патр+DR_t1+DР_с+DR_пн+DR_t2=236,18+258,864+345,843+739,909+187,23=

=1768,026 Па

Плотность влажного воздуха при рабочих условиях:

r_t=Р_а∙(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:

DR_ц2=0,5∙∙w_ц²∙r_t=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, r_t2, кг/м³ [см.6, приложение 2] 0,884

Вязкость, m_t2, Па×с [см.6, приложение 3] 20,0×10^-6

Объемный расход парогазовой смеси:

V_t4=L₂∙(1+x₂)/r_t2=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=V_t4/0,785∙D²=28,175/0,785×1,797²=11,115 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re=w∙D∙r_t2/m_t2=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 d_э/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 z_вх=1 1 шт.

отводы a=90° z_от=0,39 3 шт.

заслонка (задвижка) z_з=1,54 1 шт.

диафрагма при dо=0,5D, m=0,25 z_д=29,4 1 шт.

переход (вход и выход из вентилятора) z_п=0,21 2 шт.

выход из дымовой трубы в атмосферу с зонтом z_д.тр=1,3 1 шт.

Sz=z_вх+3∙z_от+z_з+z_д+2∙z_п+z_д.тр=1+3×0,39+1,54+29,4+2×0,21+1,3=34,83.

Гидравлическое сопротивление газохода при t₂=90 °C:

DR_t4=(1+l∙L/D+Sz)∙(w²∙r_t2/2)=(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, d_н=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=DR_патр+DR_t1+DR_c+DR_пн+DR_ц1+DR_t2+DR_ц2+DR_t4=236,18+258,864+345,843+

+739,909+368,507+187,23+624,879+1974,313=4735,725 Па.

Приведенное сопротивление:

DR_пр=SDR∙(273+t₂)∙P_о/273∙(P_о+SDR)=4735,725∙(273+90)×10⁵/273∙(10⁵+4735,725)=

=6012,23 Па.

По V_t4=28,175 м³/с=101430 м³/ч и DR_пр=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:

N_э=b∙V_t4∙DR_пр/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= V_t1/V_суш=39,905/40,160=0,994 м³/(м³∙с).

Энергетические показатели работы сушилки

Тепловой КПД процесса сушки:

η₁= Q_и/Q_общ=5319,895/5741,108=0,927,

где Q_общ=Q_и+Q_м+Q_пот=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:

B_t=(t₁-t₂)/t₁=(350-90)/350=0,743.

Удельный расход природного газа на 1 кг испарённой влаги:

d_B=B/W=0,203/2,008=0,101 кг/кг.

Удельный расход природного газа на 1 кг высушенного материала:

d_G=B/=0,203/1,603=0,127 кг/кг.

Удельный расход тепла на 1 кг испарённой влаги:

d_Q=Q_общ/W=5741,108/2,008=2859,118 кг/кг.

Удельный расход электроэнергии на 1 кг испарённой влаги:

d_N=ΣN_i/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.

9 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.: Химия, 1991. 495 с.