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

содержание 6

Введение 8

1 Принципиальная схема, ее обоснование и описание 10

2

2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 3

2.1 Расчет топки для сушильной установки 3

2.2 Расчет аэрофонтанной сушилки 9

2.2.1 Технологический расчет 10

Материальный баланс 10

Построение рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме 11

Тепловой баланс 12

2.2.2 Гидродинамический расчет 14

Диаметр аэрофонтанной сушилки 16

Гидравлическое сопротивление сушилки 18

3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования и коммуникации 19

3.1 Бункер-питатель 19

3.2 Ленточный транспортер 20

3.3 Винтовой транспортер 21

3.4 Шлюзовой дозатор 22

3.5 Шлюзовой затвор 23

3.6 Газовая горелка 24

3.7 Вентилятор подачи воздуха на горение 26

3.8 Вентилятор-дымосос 28

4 Технико-экономические показатели сушилки 43

Технологические показатели работы сушилки 44

Энергетические показатели работы сушилки 44

Список использованных источников 45

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∙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∙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∙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∙Н2S+1,39∙∑[(m+n/4)/(12∙m+n)]∙CmHn-

-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)]∙CmHn-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)]∙CmHn+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)]∙CmHn=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∙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 єC (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 єC [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 єC:

Cт=Ссн4∙Yсн4+Сс2н6∙Yc2н6+…+Ссmнn∙Ycmнn=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 єC [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 30Ч5Ч5 мм

Производительность по влажному материалу =13 т/ч=3,611 кг/с

Абсолютная влажность:

начальная а1=40 %

конечная а2=20 %

Начальная температура материала 1=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] t1=0,544 кг/м3

Выход из сушилки

Температура t2=90 С

Относительная влажность 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:

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: о1=100∙а1/(100-а1)=100·40/(100-40)=66,7 %;

на выходе из сушилки: о2=100∙а2/(100-а2)=100·20/(100-20)=25 %;

среднее значение: о ср=0,5∙(о1+о2)=0,5·(66,7+25)=45,85 %.

Материальный баланс

Производительность по высушенному материалу:

=∙(100-о1)/(100-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-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: 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∙(2-1)= 1,603·2,5∙(60–5)=220,413 кДж/с,

где Cм=2,5 кДж/кг∙К при а 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:

=4,19∙1-(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+∙(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.

tм2=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:

Jп2=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∙1)=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 а1=40 %

Эквивалентный диаметр dэ=0,012 м

Плотность при a1 [см.1, таблица 91] м1=570 кг/м3

Фактор формы Ф=0,5

Выход из сушилки

Абсолютная влажность а2=20 %.

Плотность при а2 [см.1, таблица 91] 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] t1=0,544 кг/м3

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] 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] t2=0,884 кг/м3

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] t2=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;

t ср=0,5·(t1+t2)=0,5·(0,544+0,884)=0,714 кг/м3;

t ср=0,5·(t1+t2)=0,5·(31,32+20)·10-6=25,66·10-6 Па·с;

а ср=0,5·(а1+а2)=0,5·(40+20)=30 %;

м ср=630 кг/м3 при а 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 а ср=30 % и θср=32,5 C;

λt=0,17 Вт/м·К при а ср=30 %.

Критерий Архимеда при tср=220 °С, ωа ср=30 %:

Ar=dэ3∙t ср∙м ср∙g/2t ср=0,0123·0,714·630·9,81/(25,66·10-6)2=1,16·107.

Критерий Reкр:

Reкр=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:

wкр=Reкр·t ср/dэ·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 dmin рассчитывается по формулам:

Armin= dmin3·t ср∙м ср·g/2t 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.

wґвит= Ф0,5·t ср·Armin/[dmin·t ср·(18+0,61·Armin0,5)]=

=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)/t1=21,179·(1+0,025)/0,544=39,905 м3/с.

Объемный расход парогазовой смеси на выходе из сушилки:

Vt2=L2∙(1+x2)/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=(dэ)3∙t1∙м1∙g/2t1=0,0123·0,544·570·9,81/(31,32·10-6)2=5,36·106.

Скорость витания частиц опила:

(wвит)вх=Ф0,5·t1·Ar1/[dэ·t1·(18+0,61·Ar10,5)]=0,50,5∙31,32∙10-6∙5,36·106/[0,012Ч

Ч0,544·(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=(Vt1/0,785∙wг1)0,5=(39,905/0,785·19,068)0,5=1,633 м.

Диаметр горловины принимаем 1700 мм.

Диаметр широкой части рюмки:

D=(Vt2/0,785∙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=(0,2ч0,5)∙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∙t2∙м2∙g/2t2=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∙t2∙Ar2/[dэ∙t2∙(18+0,61∙Ar20,5)]=0,50,5∙20,0·10-6∙2,09·107/[0,012Ч

Ч0,884·(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=14є, откуда α=2∙14=28є.

Принимаем Нк=2,8 м, при α=28є.

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)0,18Ч

Ч(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 %

м1=570 кг/м3.

Объем бункера-питателя:

V=∙н=3003,611/570=1,901 м3,

где  – продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер, =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 %, м1, кг/м3 570

Характеристика ленточного транспортера

Транспортер на трех роликовых опорах и на подшипниках скольжения.

Длина, L, м 30

Угол наклона к горизонту, , град 10

Выбираем плоскую ленту шириной В=0,5 м, которая принимает форму желоба благодаря трем роликовым опорам.

Объемная производительность транспортера:

V=/м1=3,611/570=0,006 м3/с.

Скорость движения ленты:

w=V/0,16∙B2∙c∙tg(0,35∙)=0,006/0,160,521tg(0,3540)=0,602 м/с,

где с=1 при =10, =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10-3Ч

Ч3,61130+10,110-33,6115,209)1,121,07=0,687 кВт,

где H=L∙sin=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/=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, =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, а2, % 20

Насыпная плотность материала [см.1, таблица 90] м2=558 кг/м3.

Характеристика винтового транспортера горизонтального

Длина, L, м 30

Шаг винта, м t=Dв

Угол наклона к горизонту, , град 0

Объемная производительность винтового транспортера:

V=/ 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. =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∙ =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, 1, С 5

Насыпная плотность при ωа1=40 %, м1, кг/м3 570

Объемная производительность шлюзового дозатора:

V=/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∙∙/1000∙=3,6110,49,8132,5/10000,6=0,079 кВт,

где =3; =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 %, м2, кг/м3 558

Объемная производительность шлюзового затвора:

V=/ 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∙∙/1000∙=1,6030,259,8132,5/10000,6=0,049 кВт,

где =3; =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 єС 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 Ш152Ч7 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 Ш325Ч12 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 Ш1000Ч1,0 [см.5, таблица 2].

Диаметр воздуховода первичного воздуха:

=0,274 м.

Принимаем воздуховод Ш280Ч0,6 [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, t0, кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226

Динамическая вязкость, t0, Пас [см.6, приложение 3] 17,4910-6

Диаметр воздуховода, мм Ш280Ч0,6

Фактическая скорость воздуха:

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

Критерий Рейнольдса:

Re=w∙D∙t0/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 dэ/е=278,8/0,1=2788 [см.1, рисунок 5]; =0,018.

Длину воздуховода принимаем ориентировочно: L=7 м.

Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:

конфузор (вход в вентилятор) к=0,21 1 шт.

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

отводы при =90 от=0,39 3 шт.

заслонка (задвижка) з=1,54 1 шт.

диафрагма (измерение расхода воздуха) д=2 1 шт.

вход в горелку вх=1 1 шт.

=1∙к+1∙диф+3∙от+1∙з+1∙д+1∙вх=10,21+10,21+30,39+11,54+12+11=6,13.

Гидравлическое сопротивление воздуховода:

=(1+(∙L/D)+)∙(w2∙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:

Рг=+Рг+Ртопки=1738,415+5000+500=7238,415 Па,

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

Ртопки=500 Па – сопротивление топки.

Выбираем вентилятор высокого давления [см.5, таблица 31] по =12138,075 м3/ч=3,372 м3/с и Рг=7238,415 Па.

Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-250-1,12 V=4,16 м3/с, Р=12000 Па, n=49,3 с-1.

Установочная мощность электродвигателя:

N=∙∙Рг/1000∙=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, Lсм, кг воздуха/кг газа 85,218

Расход топлива, В, кг/ч 730,8

Плотность, t0, кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226

Вязкость, t0, 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)/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]: Ш 1400Ч1,0 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·t0/t0=9,2341,3981,226/17,4910-6=904893,987.

Коэффициент трения  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] =0,013.

Длина патрубка: L=2 м.

Местные сопротивления в патрубке принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:

патрубок вх=2,5 1 шт.

выход из патрубка вых=1 1 шт.

=вх+вых=2,5+1=3,5.

Гидравлическое сопротивление патрубка:

патр=(1+(·L/D)+)(w2·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, t1, Пас [см.6, приложение 3] 31,32·10-6

Плотность сушильного агента:

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:

Vt1=L1·(1+x1)/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 Ш 1800Ч1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м.

Фактическая скорость воздуха:

w=Vt1/0,785·D2=39,327/0,7851,9792=15,514 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re=w·D·t1/t1=15,5141,7970,552/31,32·10-6=491347,995.

Коэффициент трения  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] =0,014.

Длину газохода принимаем ориентировочно: L=15 м.

Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:

вход в газоход вх=1 1 шт.

отвод α=90° от=0,39 2 шт.

выход из газохода вых=1 1 шт.

=вх+2·от+вых=11+20,39+11=2,78.

Гидравлическое сопротивление газохода при t1=350 C:

t1=(1+(·L/D)+)·(w2·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, 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, выходящей из сушилки

Температура, t2, С 90

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

Влагосодержание, х2, кг/кг 0,120

Плотность, t2, кг/м3 0,884

Вязкость, 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:

=·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∙м2+b)∙(1,2/t2)0,5=[1,05∙(4·0,081-1/0,8+0,01·558+8)]Ч Ч(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]; м2=558 кг/м3 – насыпная плотность материала при а2=20 % [см.2, таблица 5].

Расход воздуха пневмотранспортной установки:

V=/(∙t2)=1,603/(0,081·0,884)=22,387 м3/с.

Диаметр пневмопровода:

D=1,231 м.

Выбираем стандартный диаметр газохода Ш 1250Ч1,0 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∙dэ0,36∙(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∙t2/t2=18,311,2480,884/20,010-6=1010008,9.

Коэффициент трения  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] =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 вх=1 1 шт.

отводы при α=90є от=0,39 2 шт.

переход с круглого сечения на прямоугольный

(вход в циклон) п=0,21 1 шт.

заслонка з=1,54 1 шт.

=вх+2·от+п+з=11+20,39+10,21+11,54=3,53.

Потери давления при движении чистого воздуха:

в=(1+·L/D+)·(w2·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:

мат=0,5·λу··l·w2·t2/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:

разг=ζразг··0,5·w2·t2=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:

пн=в+мат+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, 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, 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 dэ=12 мм. Принимаем циклон диаметром D=1000 мм.

Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:

=К1·К2·ц500+К3 =1,00·0,90·75+35=102,5,

где 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 ц/t для циклона ЦН-24 принимаем: ц/t=500 м2/с2.

Условная скорость воздуха в циклоне:

wц=[(ц/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·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:

ц1=0,5∙∙wц2∙t2=0,5·102,5·2,8522·0,884=368,507 Па.

где 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, t2, кг/м3 0,884

Вязкость, t2, 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 Ш 1600Ч1,0 мм [см.5, таблица 2], D=1,598 м.

Фактическая скорость парогазовой смеси:

w=Vt2/0,785∙D2=22,387/0,7851,5982=11,168 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re=w∙D∙t2/t2=11,1681,5980,884/20,010-6=788813,709.

Коэффициент трения  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] =0,013.

Длину газохода принимаем ориентировочно: L=2 м.

Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:

вход в газоход вх=1 1 шт.

отводы =90 от=0,39 3 шт.

переход с круглого сечения на прямоугольный

(вход в циклон) п=0,21 1 шт.

=вх+3от+п=1+30,39+0,21=2,38.

Гидравлическое сопротивление газохода при t2=90 C:

t2=(1+∙L/D+)∙(w2∙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, dн=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, 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:

=/Vt2=0,240/22,387=0,011 кг/м3.

Принимаем к установке групповой циклон ЦН-15.

Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:

=К1∙К2∙ц500+К3 =1,0·0,87·163+35=176,81,

где 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 ц/t для циклона ЦН-15 принимаем: ц/t=750 м2/с2.

Условная скорость воздуха в циклоне:

wц=[(ц/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∙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=патр+t1+Рс+пн+t2=236,18+258,864+345,843+739,909+187,23=

=1768,026 Па

Плотность влажного воздуха при рабочих условиях:

t=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:

ц2=0,5∙∙wц2∙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, t2, кг/м3 [см.6, приложение 2] 0,884

Вязкость, t2, Пас [см.6, приложение 3] 20,010-6

Объемный расход парогазовой смеси:

Vt4=L2∙(1+x2)/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 Ш 1800Ч1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м.

Фактическая скорость парогазовой смеси:

w=Vt4/0,785∙D2=28,175/0,7851,7972=11,115 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re=w∙D∙t2/t2=11,1151,7970,884/20,010-6=882835,551.

Коэффициент трения  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] =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 вх=1 1 шт.

отводы =90 от=0,39 3 шт.

заслонка (задвижка) з=1,54 1 шт.

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

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

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

=вх+3∙от+з+д+2∙п+д.тр=1+30,39+1,54+29,4+20,21+1,3=34,83.

Гидравлическое сопротивление газохода при t2=90 C:

t4=(1+∙L/D+)∙(w2∙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, 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:

=патр+t1+c+пн+ц1+t2+ц2+t4=236,18+258,864+345,843+

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

Приведенное сопротивление:

пр=∙(273+t2)∙Pо/273∙(Pо+)=4735,725∙(273+90)105/273∙(105+4735,725)=

=6012,23 Па.

По Vt4=28,175 м3/с=101430 м3/ч и пр=6012,23 Па выбираем газодувку по [см.5, таблица 31].

Принимаем дымосос ДН-21, V=144 тыс. м3/с, =6000 Па, n=16,6 c-1.

Установочная мощность электродвигателя:

Nэ=∙Vt4∙пр/1000∙=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 1=1,1 кВт – ленточный транспортер;

2=3,0 кВт – винтовой транспортер;

3=1,1 кВт – шлюзовый дозатор (под бункером-питателем);

4=1,1 кВт – шлюзовый затвор (под циклоном-разгрузителем);

5=1,1 кВт – шлюзовый затвор (под циклоном-очистителем);

6=1,1 кВт – шлюзовый затвор (после винтового транспортера);

7=55,0 кВт – вентилятор подачи воздуха на горение;

8=200,0 кВт – вентилятор-дымосос.

Список использованных источников

Процессы и аппараты химической технологии. Справочные материалы. Сост. канд. техн. наук Орлов В.П. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. – 121 с.

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.

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.

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.

Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. I. Расчет и выбор насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 40 с.

Старцева Л.Г., Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Ч. II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 44 с.

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.

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.

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