Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования Российской Федерации
Пермский государственный технический университет
Строительный факультет
Кафедра строительных материалов и специальных технологий
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Теплотехника и теплотехническое оборудование в технологии строительных материалов, изделий и конструкций»
Тип установки: Кипящий слой.
Выполнил студент группы ПСК-03-2
Азанов Александр Александрович.
Проверил канд. техн. наук, доцент
Катаева Людмила Ивановна.
Дата выдачи задания на курсовой проект_________
Дата защиты курсового проекта_________
Оценка за курсовой проект_________
Пермь. 2006г
Содержание
|
[1] 1.Введение [2] 2.Аэродинамическая схема [3] 4.Расчет материального и теплового балансов установки [4] 5.Тепловой баланс установки [5] 6.Ориентированный расчет основных размеров установки [6] 7.Расход топлива [7] 10.Аннотация
[8]
[9] |
Сушилка кипящего слоя
Сушилка кипящего слоя используется для непрерывной и периодической сушки самых разных сыпучих материалов: от песка и химических реактивов до пластмассовой дроблёнки и древесных опилок. Она позволяют высушить материал с начальной влажностью 20% до влагосодержания 0,1%. Сушка в ней осуществляется горячим воздухом, продуваемым сквозь слой материала с такой скоростью, чтобы частицы материала перемешивались, но в то же время не улетали
Конструкция сушилки в значительной степени зависит от вида высушиваемого материала. Для материалов с хорошей сыпучестью используются сушилки с неподвижной решёткой и рециркуляцией воздуха, для плохо сыплющихся материалов - с вибрирующей решёткой или с перемешивающим устройством. Для увеличения производительности сушилка может компоноваться из нескольких секций
Сушилка кипящего слоя выгодно отличается от сушилок других типов экономичностью, компактностью и надёжностью.
Конструирование сушилок «кипящего» слоя. Сушильные уста новки «кипящего» слоя состоят из сушильной камеры, газораспре делительного устройства, тягодутьевого оборудования, питателя, разгрузочного устройства.
Сушильная камера. Она представляет собой стальной сварной аппарат различной формы (цилиндрической, прямоуголь ного сечения и др.).
При работе с высокотемпературным теплоносителем (выше 500° С) корпус камеры в местах соприкосновения с горячими газа ми футеруется огнеупорным кирпичом. Нижняя часть сушилки представляет собой газовую камеру, в которую поступает тепло носитель из смесительной камеры. Для равномерного подвода га за к решетке газовой камере надо придать форму конуса, сужа ющегося до размеров решетки. Верхняя часть сушилки состоит из зоны «кипящего» слоя и сепарационного пространства. Высота «кипящего» слоя, по практическим данным, не превышает 300—500 мм.
Газораспределительное устройство. Это устрой ство выполняет две функции — играет роль опоры для материалов и служит для равномерного рас пределения газа по сечению аппарата.
Различают два типа реше ток— провальные и беспроваль ные. Провальная решетка — это перфорированная (дырчатая) плита, на которой материал удер живается во время работы ско ростным напором газа. При оста новке, часть материала провали вается через отверстия.
Беспровальная решеспровальная реша которой нет провала ма териала ни во время работы, ни при остановках. Провальные решетки из стального листа 12-16 мм с диаметром до 1,5 м, для больших диаметров – в виде набора колосников. Беспровальные решетки выполняют в виде двух парал лельных листов, отверстия которых не совпадают. Живое сечение решетки составляет 3—10%.
Провальные решетки рекомендуются для сушки легко кристал лизующихся материалов, которые образуют спекающиеся куски. Во всех остальных случаях рекомендуется применять беспроваль ные решетки.
Смесительные камеры. Для сушилок «кипящего» слоя часто применяются в качестве агента дымовые газы, поэтому они конструируются вместе с топкой. Топки чаще всего работают под давлением Для сушилок диаметром до 2 м топка устанавливается вертикально а сушилка ставится на топку. Топка представляет собой стальной сварной корпус, в передней части которого нахо дится камера горения, а в задней — камера смешения. Внутри топка футерована огнеупорным кирпичом. Конструкция камеры горения выбирается в зависимости от вида сжигаемого топлива. Камера смешения имеет большой объем и заканчивается переходом к сушилке. В камере смешения смешивается воздух с топочными газами, а также достигается и автоматически поддерживается по стоянной необходимая температура смеси газов. Если сушка про изводится горячим воздухом, то вместо камеры горения устанав ливается калорифер.
Пылеулавливающее устройство. Улавливание пыли обычно производится в циклонах системы НИИогаза, а оконча тельная очистка—в матерчатых фильтрах или мокрых скруббе рах, пенных аппаратах. Для использования высокой температуры газов И. А. Козулиным и А. Е. Ершовым предложена конструкция циклона-теплообменника. Эти циклоны оборудованы теплообменной поверхностью и используются для проведения двух процессов: отделения пыли и отбора физического тепла от газов для промыш ленных нужд.
Тягодутьевое оборудование. Оно предназначено для создания «кипящего» слоя и преодоления сопротивления сушильной установки. Применяют три варианта установки вентиляторов или воздуходувок: 1) нагнетательный вентилятор перед топкой; 2) вы тяжной вентилятор за циклонами и фильтром; 3) два вентилятора (один дутьевой перед топкой и второй вытяжной за циклоном).
Практически установлено, что для сушильных установок «кипя щего» слоя необходим суммарный напор вентилятора примерно 1-Ю4—1,2-10* Па.
При работе вентилятора на вытяжку вся система работает под небольшим разрежением. Необходима герметизация установки для уменьшения подсосов, но этот вариант хорош тем, что исключает попадание пыли из сушилки в помещение. Применяется второй ва риант при сушке красителей, пигментов и токсичных материалов. По третьей схеме работают сушильные установки для сушки солей.
Питатели. Тип применяемого питателя зависит от физиче ских свойств влажного материала. Конструкция питателя должна обеспечить равномерное распределение высушиваемого материала по поверхности слоя. В зависимости от физического состояния вы сушиваемого материала различают питатели для зернистых или пастообразных материалов, растворов и суспензий.
Например, для зернистых материалов, минеральных солей и некоторых полимерных материалов применяют шнековые, вибра ционные, секторные питатели. Для подачи паст в сушилку приме няют формирующие и шнековые питатели, но они не дают хоро ших результатов при эксплуатации.
Конструкция вибрационного питателя с вибрирующим бунке ром имеет сменное днище с отверстиями. В бункере устанавлива ется вал вибратора, соединяющийся гибким шлангом с электродви гателем. Загруженная в бункер паста под действием вибрации вы текает из отверстий в днище в виде удлиненных капель и попадает на поверхность «кипящего» слоя.
Растворы, суспензии и легколетучие пасты могут подаваться на слой распылительными дисками с помощью механических и пневматических форсунок.
Выбор способа подачи материала производят на основании опытных данных, так как не сделаны еще обобщенные рекоменда ции.
Разгрузочное устройство. Выгрузка материала из ап парата «кипящего» слоя может производиться сверху слоя или над решеткой. Если выгрузка идет сверху, то избыток высушенного материала перетекает через порог в течку и попадает в приемник высушенного материала. При выгрузке материала над решеткой высота слоя поддерживается постоянной путем отбора высушен ного материала. В разгрузочном патрубке ставится шнек.
Выбор места отбора высушенного материала зависит от его физико-химических свойств. Для комкующихся материалов, если комки остаются внизу слоя, выгрузку лучше производить снизу. Для мелкозернистых материалов выгрузка производится сверху слоя.
Для уяснения принципов образования кипящего рассмотрим кривую псевдоожижения в координатах ω (скорость потока), ΔР (сопротивление слоя) на рис. 1.[5]
рис.1
При прохождении потока сушильного агента через слой дисперсного материала последний оказывает сопро тивление. Силы динамического давления потока преодо левают это сопротивление, и сушильный агент фильтру ется через слой дисперсного материала. В этом случае силы динамического давления меньше силы тяжести слоя материала. При повышении скорости потока силы дина мического давления возрастают (участок 0В). Наступа ет момент, когда силы динамического давления уравно вешивают силы тяжести слоя (точка В], слой приобре тает новые свойства и начинает переходить во взвешенное состояние. Частицы материала начинают раздвигаться, а слой увеличивается по толщине. Скорость потока
сушильного агента, при которой слой переходит во взве шенное состояние, называют критической скоростью на чала псевдоожижения и обозначают ωк/ . Ко времени до стижения ωк/ сопротивление слоя достигает максимума, обозначенного на рис. 1 ΔР. Участок повышения скоро сти до ωк/ и увеличения сопротивления слоя до ΔР на зывают областью фильтрующего слоя.
При дальнейшем увеличении скорости в слое матери ала наблюдается сначала свободное кипение, отдельные частицы начинают совершать колебательные движения без выноса частиц из слоя.
По мере приближения к точке С (второй критической скорости ωк//) степень кипения возрастает. Участок ЕС на кривой сопротивлений слоя называют областью псев доожижения. Сопротивление слоя на участке ВС практи чески постоянно. Постоянство сопротивления объясняют уменьшением контакта частиц слоя и большей возмож ностью их перемещения с возрастанием толщины слоя. Вторую критическую скорость ωк// . называют еще и ско ростью витания частиц ω в.
На рис.2. показана схема сушилки для сушки сы пучих материалов в кипящем слое. Сушильный агент по лучают за счет разбавления холодным воздухом продук тов горения топлива, сжигаемого в топке 3. Далее су шильный агент за счет тяги, создаваемой вентилятором12, поступает через решетку 7 к слою материала со ско ростью, равной скорости витания ωв. Материал питате лем 6 непрерывно подается на решетку и высушивается в кипящем слое. Высушенный материал через течку 9 выгружается на конвейер 13. Отработанный сушильный агент попадает в циклон 10, далее в батарейный циклон 11 и после двойной очистки от уносов продукта вентиля тором 12 выбрасывается атмосферу.
рис.2
3.Расчет и проектирование тепловой изоляции теплотехнического оборудования [4]
Дано:
1 – известково-кремнеземистые плиты.
1=0,044+0,00029 tср
2 – Маты и полосы из непрерывного стекловолокна.
2=0,04+0,00026 tср
q=165 Вт/м; t= 6000С; tст=400C; t1-2=4500C; н=11
tср1=(600+450)/2=5250C
1из= 0,044+0,00029*525=0,1963
1из=1из [(t- t1-2)]/ q=0,1963 [(600- 450)]/ 165= 0,178 м
1 слой: 1плита 80 мм,
2 плита 100 мм.
t1-2I= t- q(1/н+1из/1из)= 600- 165(1/11+0,18/0,1963)= 433,180C
tср2=(433,18+40)/2=236,60C
2из= 0,04+0,00026*236,6=0,102
2из=2из [(t1-2- tст)]/ q-1/н=0,102 [(433,2- 40)]/ 165-1/11= 0,233м
2 слой: 4слоя матов по 50 мм и 2 слоя матов по 20 мм.
Материальный баланс составляется для определения количества влаги, удаляемой из материала в процессе сушки.
Материальный баланс по всему количеству влаги:
G1 = G2 * (1 – w2/100) * (1 – w1/100) = 18000 * (1 – 1/100)/(1 – 15/100) = 20964,71 кг/ч
Где G1 и G2 – расходы влажного и высушенного материалов, кг/ч
w1и w2- начальная влажность и конечная влажность материала.
G1 = G2 + W W = G1 – G2 = 20964,71 – 18000 = 2964,71 кг/ч
W – влага, удаленная во время сушки, кг/ч
Lс.а.теор.<Lс.а.факт.; кг с. а./ час
G2 =w1/100+ Lс.а.теор.* d1/100= w2/100+ Lс.а.теор. * d2/100.
G2[(w2+ w1)/100)= Lс.а.теор[(d2- d1)/1000]=B; кг вл./ час
18000*0,14 = Lс.а.теор[(d2- d1)/1000]
B=2520 кг вл./ час
из I-d диаграммы d1=42г/кг d2=248г/кг, где d-влагосодержание сухого воздуха.
Lс.а.теор= (2530*1000)/(248-42)= 12233 кг.с.а./час
В данном случае определяются следующие конструктивные размеры: площадь газораспределительной решетки, диаметр решетки, высоту псевдоожиженного слоя, высоту сепарационного пространства, общую высоту аппарата и диаметр сепарационного пространства.
Площадь решетки:
F = Lс.а.теор /(опт * в) = 12233/(0,15 * 0,62) = 131537,6 м2
Из полученных расчетов следует, что при сушке такого материала используется несколько сушилок.
Где опт – оптимальная скорость сушильного агента, м/с
т – плотность сушильного агента при tср, кг/м3 равной 0.62
Оптимальная скорость сушильного агента:
опт = Reв/(вd) = 2,26 * 2,86 * 10-5/(0,62 * 7 * 10-4) = 0,15 м/с
где Re – критерий Рейнольдса;
в – динамическая вязкость сушильного агента при tср, Па*с равной2.86*10-5
d – эквивалентный диаметр частиц, м равной 7*10-4
Re = Ar/(1400 + 5.22 * Ar0.5) = 3900/(1400 + 5.22 * 39000.5) = 2,26
Ar – критерий Архимеда.
Ar = d3 * в * * g/в2 = 7 * 10-12 * 0.62 * 1500 * 10/(2,86 * 10-5)2 = 3900
Где - плотность твердых частиц, кг/м3 равной 1500
Диаметр решетки:
Dр = (4F/)0,5 = 409,3 м
Высота псевдоожиженного слоя:
h = 4 * hсл = 0,1 * 4 = 0,4 м
hсл = 20 * dотв = 20 * 0,005 = 0,1м
где dотв – диаметр отверстий решетки, м равной 5 мм.
Высота сепарационного пространства:
hсеп = (4-6) * h = 5 * 0,4 = 2 м
Общая высота аппарата (над решеткой):
Н = h + hсеп = 0,4 + 2 = 2,4 м
Площадь сечения сепарационного пространства:
Fсеп = 1,1 * F * опт/вит = 1,1 * 131537,6 * 0,15/0,75 = 28938,3 м2
Где вит – скорость витания твердых частиц, м/с
При Re > 1000
вит = 5,2(d/в)0.5 = 5,2*(7*10-4*1500/0.62)0.5 = 6,8 м/с
Рабочую скорость витI сушильного агента выбирают в пределах от опт до вит . Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения Kпр=вит/опт ; при Kпр более 40-50 рабочее число KпрI=витI/опт рекомендуется выбирать в интервале от 3 до 7.
витI = KпрI опт =5*0,15= 0,75 м/с
Диаметр сепарационного пространства:
Dсеп = (4Fсеп/) 0,5 = (4*28938,3/3,14)0,5 = 192 м.
Основные размеры:[3]
hсеп =2 м;
Dсеп = 2,5 м;
Dр = 8 м;
Н =2,4 м
Количество применяемых установок равно 79 штук.
Δ=(Q окр.ср. + Q мат)/ Lс.а.теор
Q мат = G2 с Δt, где с-теплоемкость материала ; Δt-разница между начальной и конечной температур материала.
Q мат = 18000*0,75*175=2362500 кДж/час
Q окр.ср.=k FI(t-t0) или Q окр.ср.= q FI.
FI – площадь наружной поверхности, м2
FI = [(a+b)/2]h,
где a= 8*3,14*79= 1984,48 м
b=2,5*3,14*79=620,15 м
h=2,4 м
FI = [(1984,48+620,15)/2]*2,4= 2604,63 м2.
Q окр.ср.= 165*2604,63= 429763,95 кДж/час.
Δ=(429763,95 + 2363500)/ 12233= 228,3 кДж/кг.с.а.
Lс.а.факт.=B [1000\(dc3-d1)]=2520[1000\(192-42)]=16800 кг с. а./ час
Lс.а.теор.<Lс.а.факт.;
Q сушкифакт= Lс.а.факт (ЈB-Јc3)=16800 (710-210)
Q сушкифакт=8400000 кДж/час
Q сушкифакт= Q х.т.+Q ф.т. +Q ф.в. , где Q ф.т. и Q ф.в. → 0.
Q х.т.= Bт Q нм.с. ; Bт = Q сушкифакт/ Q нм.с., где
Q нм.с.- теплота сгорания газопровода Заполярное – Надым – Пермь
Q нм.с.= 33,482 МДж/м3
Bт = 8400000/ 33482=250,9 м3/час
8.Основной расчет размеров установки
Площадь решетки:
F = Lс.а.факт /(опт * в) = 16800/(0,15 * 0,62) = 180625,2 м2
Диаметр решетки:
Dр = (4F/)0,5 = 479,7 м
Высота псевдоожиженного слоя:
h = 4 * hсл = 0,1 * 4 = 0,4 м
hсл = 20 * dотв = 20 * 0,005 = 0,1м
где dотв – диаметр отверстий решетки, м равной 5 мм.
Высота сепарационного пространства:
hсеп = (4-6) * h = 5 * 0,4 = 2 м
Общая высота аппарата (над решеткой):
Н = h + hсеп = 0,4 + 2 = 2,4 м
Площадь сечения сепарационного пространства:
Fсеп = 1,1 * F * опт/вит = 1,1*180625,2*0,15/0,75 = 39742м2
Диаметр сепарационного пространства:
Dсеп = (4Fсеп/) 0,5 = (4*39742/3,14)0,5 = 225 м.
Основные размеры:[3]
hсеп =2 м;
Dсеп = 2,5 м;
Dр = 8 м;
Н =2,4 м
Количество применяемых установок равно 90 штук.
9.Расчет гидравлического сопротивления сушилки [6]
Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки составляют сопротивления псевдоожиженного слоя Рпс и решетки Рр:
Р = Рпс + Рр = 3600 + 54,25 = 3654,25 Па
Величину Рпс находят по уравнению:
Рпс = * (1 - ) * g * h = 1500 * (1 – 0,4) * 10 * 0,4 = 3600 Па
где - порозность псевдоожиженного слоя, которая рассчитывается по формуле:
= ((18 * Re + 0.36 * Re2)/Ar)0.21 = ((18 * 2,26 + 0.36 * 2,262)/3900)0.21
= 0,4
Гидравлическое сопротивление выбранной решетки:
Рр = * (опт/Fс)2 * (в/2) = 1,75 * (0,15/0,05)2 * (0,62/2) = 54,25 Па
где - коэффициент сопротивления решетки = 1,75
Fс – доля живого сечения.
Сведения по пояснительной записке:
Сведения по графической части:
|
Показатель |
Значение |
(по п. 5.1) |
8400000 кДж/час 250,9 м3/час 25% 18т |