Рассчитать и спроектировать барабанную сушилку для производства диаммофоса

Введение 1.Технологическая часть 1.1 Характер сырья и продукт 1.2 Обзор конструкции аппаратов данного типа 1.3 Описания конструкции и принципа действия барабанной сушилки
2. Специальная часть 2.1 Параметры топочных газов в сушилку 2.2 Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента 2.3 Определение основных размеров сушильного барабана 2.4 Технологический расчёт вспомогательного оборудования Заключение Список использованной литературы Введение В технике сушке подвергается большое число материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термочувствительностью, содержа­нием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. В химической промышлен­ности процессы массо- и теплопереноса при сушке иногда осложняются протекающими одно­временно химическими реакциями. В связи с этим выбор рационального способа сушки, типа сушильной установки и кон­струкции сушильного аппарата представляет собой сложную технико-экономическую задачу. В данном курсовом проекте будет рассматриваться процесс сушки фосфорсодержащего азотного удобрения диаммонийфосфата. Это удобрение широко применяется в сельском хозяйстве. И в нашей, можно сказать аграрной стране, спрос на него с каждым годом неуклонно растёт. Это делает поставленную предо мной задачу ещё более актуальной. В ходе работы будет показан расчёт одной из самых распространенных сушилок – сушилка барабанного типа. Она наиболее подходит для сушки диаммонийфосфата и имеет целый ряд положительных сторон. Благодаря своей компактности и интенсивной равномерной сушке материала барабанная сушилка является наиболее рациональным выбором в ходе поставленной задачи. Так же существует целый ряд других типов сушилок некоторые из которых будут приведены ниже.
1.Технологическая часть 1.1 Характер сырья и продукт Фосфатами аммония называются аммонийные соли ортофосфорной кислоты. Фосфорная кислота с аммиаком образует следующие соли: Н3Р04 + NH3 = NH4H2P0; - Моноаммонийфосфат Н3Р04 + 2NH3 = (NH4),HP04; - Диаммонийфосфат H3P04 + 3NH3 = (NH4)3P04; - Триаммонийфосфат Наиболее устойчив из них моноаммонийфосфат, при нагрева­нии которого до 100—110°С не наблюдается потерь аммиака. Диаммонийфосфат при 70°С теряет аммиак и превращается в моноаммонийфосфат: (NH4)2HP04- » NH4H2P04 + NH3 Применение Из аммонийных солей фосфорной кислоты промышленность производит моно- и диаммонийфосфат. Триаммонийфосфат в связи с его нестойкостью не производится. Наиболее широкое применение фосфаты аммония нашли в сельском хозяйстве в качестве удобрений, содержащих два основных питательных элемента — азот и фосфор в воднорастворимой форме. Благодаря высокому содержанию питатель­ных веществ (75%) фосфаты аммония являются высококон­центрированными удобрениями. Агрохимия предъявляет определенные требования к соот­ношению питательных веществ в удобрениях. Наиболее благо­приятными соотношениями N:РО являются 1:1; 1:1,5 и 1:2. Для моноаммонийфосфата это соотношение составляет 1:5, для диаммонийфосфата 1:2,5, т. е. более благоприятно. Однако диаммонийфосфат вследствие меньшей устойчивости самостоя­тельно в качестве удобрения не применяется, а, используется в виде смеси с моноаммонийфосфатом. Такая удобрительная смесь называется аммофосом. Для выравнивания соотношения N:РО в смесь фосфатов аммония иногда добавляют какое-либо азотное удобрение, например сульфат аммония и др. Такая тройная смесь называется сульфоаммофосом. Кроме того, фосфаты аммония применяются в пищевой и фармацевтической промышленности, используются при пропитке тканей, древесины, строительных материалов для придания им, огнестойкости (антипирены). В последнее время разработаны специальные методы вы­ращивания крупных кристаллов моноаммонийфосфата, которые применяются для изготовления высокочастотных осцилляторов, используемых в электронной технике. Методы производства Основным сырьем для производства фосфатов аммония яв­ляются ортофосфорная кислота и аммиак, при этом может быть использована как экстракционная, так и термическая фосфорная кислота. Фосфаты аммония, получаемые из термической фосфорной кислоты, отличаются высокой чистотой и не содер­жат примесей. Они используются преимущественно в пищевой и фармацевтической промышленности и употребляются также для технических целей. Процесс получения фосфатов аммония из термической фос­форной кислоты заключается в нейтрализации 75%-ной фос­форной кислоты газообразным аммиаком. Полученная пасто­образная масса подвергается охлаждению, при этом из нее выпадают кристаллы моноаммонийфосфата, которые затем от­деляют от маточного раствора па центрифуге и высушивают. Маточный раствор возвращается в цикл. Нейтрализация фосфорной кислоты аммиаком до образо­вания моноаммонийфосфата при 110—115°С протекает без потерь аммиака. В тех же условиях при нейтрализации до об­разования диаммонийфосфата наблюдаются потери аммиака. Для уменьшения потерь аммиака процесс нейтрализации при получении диаммонийфосфата следует вести в две ступени. При получении фосфатов аммония из экстракционной фос­форной кислоты, загрязненной примесями, в процессе нейтрали­зации ее аммиаком в осадок выпадают фосфаты железа, алю­миния, гипс и др. Эти примеси, остающиеся в готовом продукте, загрязняют его и снижают содержание в нем основных компо­нентов. Для получения более чистого продукта процесс нейтрализа­ции экстракционной фосфорной кислоты ведут в две ступени. В I ступени нейтрализация проводится до рН = 4-4,5, при этом в осадок выпадает большая часть примесей, отделяемых затем от раствора путем фильтрования. Во II ступень нейтрализации направляется очищенный раствор. Отфильтрованный осадок, высушенный до влажности 5-6%, содержит около 5% NH и 30—35% РО в усвояемой форме и может быть использован как удобрение (аммофос 2-го сорта). Процесс производства фосфатов аммония из экстракционной фосфорной кислоты состоит из стадий нейтрализации, кристал­лизации и гранулирования, сушки и рассева. Нейтрализация осуществляется непрерывным способом в нескольких последовательно установленных реакторах (обычно 3—4). Аммиак подается во все реакторы. В процессе нейтра­лизации происходит выделение тепла с разогревом реакцион­ной массы до 100—110°С, часть тепла расходуется на испа­рение влаги. В первый реактор аммиак подается в таком ко­личестве, чтобы происходила нейтрализация 80—85% фосфор­ной кислоты. При обильном выпадении в осадок моноаммоний­фосфата пульпа может сильно загустевать, что приводит к уве­личению потерь аммиака с выделяющимся соковым паром. Во второй реактор аммиак вводится в количестве, обеспечивающем образование 10—20% диаммонийфосфата, лучше растворимого, чем моноаммонийфосфат. При этом чрезмерного загустевання пульпы не происходит.
Концентрация получаемой пульпы зависит также от каче­ства исходной фосфорной кислоты. Следует учитывать, что часть воды испаряется, а часть связывается в виде осаждаю­щихся кристаллогидратов сульфата кальция CaS04*2H20,
фосфата железа РеР04-2НгО и др. Обычно концентрация экстрак­ционной фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов, должна быть в пределах 33—36% Р2О5, а для кислоты, полученной из апатитового концентрата, 36—40% Р2Об. Если применяется экстракционная фосфорная кислота без предварительного концентрирования ее, в процесс производ­ства фосфатов аммония вводится стадия упаривания очищенного от примесей раствора после I ступени нейтрализации. Упа­ривание может быть произведено в обычном вакуум-выпарном аппарате. Примеси, содержащиеся в растворе, значительно снизили бы эффективность выпарного аппарата. В настоящее время Гипрохим совместно с НИУИФ раз­работали схему производства аммофоса с распылительной суш­кой пульпы (рис. 118). По этой схеме не требуется предвари­тельного упаривания и очистки фосфорной кислоты. Сущность данной схемы заключается в следующем, Экстрак­ционную фосфорную кислоту нейтрализуют аммиаком непрерыв­ным способом, последовательно в нескольких реакторах 2. Вы­текающая из последнего реактора пульпа поступает в распы­лительную сушилку 8. Сушка производится топочными газами (температура 500—650°С), полученными в топке 14 при сжига­нии газообразного топлива. Газы, выходящие из сушилки при температуре около 100 °С, очищаются от пыли в батарейном циклоне 7 и вентилятором 3 выводятся в атмосферу. Высушенный порошкообразный аммофос непрерывно дози­руется в шнек-гранулятор 12, куда одновременно поступает также мелкая фракция готового продукта и пульпа аммофоса (для смачивания массы). Гранулированный аммофос подвер­гается сушке в барабанной сушилке 13. В качестве сушильного агента используются газы, поступающие из топки 14. Высушенные гранулы рассеваются на двухситном грохо­те 15 на три фракции. Наиболее крупная фракция (размер частиц более 4 мм) направляется в сборник 16, где раство­ряется в исходной фосфорной кислоте, раствор поступает на нейтрализацию. Средняя фракция (размер частиц 1—4 мм) является готовым продуктом, мелкая фракция возвращается па гранулирование. По этой схеме получается продукт, содержащий около 40% моноаммонийфосфата и 10% диаммопийфосфата с примесями MgHP04, CaHP04 и (NH4)2SiF6. 1.2 Обзор конструкции аппаратов данного типа Камерные сушилки. Эти сушилки являются аппаратами периодическо­го действия, работающими при атмосферном давлении. Они используются в производствах небольшого масштаба для материалов, допускающих не­высокую температуру сушки, например красителей. Материал в этих сушилках сушится на лотках (противнях), установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры 1. На каркасе камеры между вагонетками 2 установлены козырьки 3, ко­торые как бы делят пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент. Свежий воздух, нагретый в наружном калорифере 4, засасывается вен­тилятором 5 и подается вниз камеры сушилки. Здесь он движется (путь воздуха показан на рисунке стрелками), два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах 6 и 7. Часть отрабо­танного воздуха с помощью шибера 8 направляется на смешение со све­жим. Таким образом, сушилка работает с промежуточным подогревом и частичной рециркуляцией воздуха, т. е. по варианту, обеспечивающему низкую температуру и более мягкие условия сушки. Однако, вследствие сушки в неподвижном толстом слое, сушилки этого типа обладают низкой производительностью и продолжительность сушки в них велика. Кроме того, сушка в них неравномерна из-за нерав­номерности температур в камере, возникающей за счет частичного про­хода воздуха в вышерасположенные зоны кратчайшим путем (через за­зоры). Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых Камерная сушилка: 1 – сушильная камера; 2 – вагонетки; 3 – козырьки; 4,6,7 – калориферы; 5 – вентилятор; 8 – шибер. современных конструкциях камерных сушилок наружный вентилятор заменяют внутренними реверсивными осевыми вентиляторами или при­меняют эжекторы. В эжекционных камерных сушилках рециркулирующий отработанный воздух подсасывается свежим, что позволяет уменьшить расход электроэнергии на циркуляцию. Обслуживание камерных сушилок требует больших затрат ручного труда, что также является существенным недостатком. Туннельные сушилки. Эти сушилки отличаются от камер­ных тем, что в них соединенные друг с другом вагонетки медленно пере­мещаются на рельсах вдоль очень длинной камеры прямоугольного се­чения (коридора). На входе и выходе коридор имеет герметичные двери, которые одновременно периодически открываются для загрузки и вы­грузки материала: вагонетка с высушенным материалом удаляется из камеры, а с противоположного конца в нее поступает новая вагонетка с влажным материалом. Перемещение вагонеток производится с помощью троса и механической лебедки. Сушильный агент движется прямотоком или противотоком к высушиваемому материалу. . Туннельная сушилка: 1 – камера; 2- вагонетки; 3 – вентилятор; 4 – калориферы. Туннельные сушилки обычно работают с частичной рециркуляцией сушильного агента, и они используются для сушки больших количеств штучных материалов, например керамических изделий. По интенсивности сушки туннельные сушилки мало отличаются от камерных: им присущи основные недостатки последних (длительная и неравномерная сушка, ручное обслуживание). Ленточные сушилки. В этих сушилках сушка материалов производится непрерывно при атмосферном давлении. В камере 1 сушилки Ленточная сушилка: 1 – камемра сушилки; 2 – безконечная лента; 3 – ведущие барабаны; 4 – ведомые барабаны; 5 – калорифер; 6 – питатель; 7 – апорные ролики. слой высушиваемого материала движется на бесконечной ленте 2, натя­нутой между ведущим 3 и ведомым 4 барабанами. Влажный материал по­дается на один конец ленты, а подсушенный удаляется с другого конца. Сушка осуществляется горячим воздухом или топочными газами, кото­рые движутся противотоком или перекрестным током к направлению движения материала. В одноленточных сушилках со сплошной лентой обычно на­блюдается неравномерное высушивание материала: во внутренней части слоя, обращенной к ленте, конечная влажность выше, чем в его наружной части, омываемой газами или воздухом. Более эффективно применение многоленточных сушилок с лентами из металлической сетки. В них сушильный агент движется пер­пендикулярно плоскости ленты сквозь находящийся на ней слой материа­ла (перекрестный ток). При пересыпании материала с ленты на ленту уве­личивается поверхность его соприкосновения с сушильным агентом, что способствует возрастанию скорости и равномерности сушки. Ленточные сушилки могут работать по различным вариантам сушильного процесса.
Ленточные сушилки громоздки (подобно туннельным сушилкам) и сложны в обслуживании главным образом из-за перекосов и растяжения лент; их удельная производительность (на 1м2 поверхности ленты) не­велика, а удельные расходы тепла (на 1 кг испаренной влаги) довольно высоки. Кроме того, они непригодны для сушки пастообразных материа­лов, поэтому для этой цели их используют в комбинации с вальцовыми сушилками.
В некоторых современных конструкциях ленточных сушилок применяется в ка­честве сушильного агента перегретый пар, иногда — в смеси с топочными газами. В этом случае уменьшается диффузионное сопротивление газовой пленки, что должно при­водить к повышению коэффициентов тепло- и массоотдачи. Сушка перегретым паром представляет интерес для горючих и окисляющихся, а также для полимерных мате­риалов (при удалении из них органических растворителей и рекуперации последних), хотя и требует герметизации всей установки. 1.3 Описания конструкции и принципа действия барабанной сушилки Барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непре­рывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпу­чих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.) Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1/15—1/50) и опи­рающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Чис­ло оборотов барабана обычно не превышает 5—8 об/мин; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал по­дается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемеши­ваясь лопастями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внут­реннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемеши­вание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкоснове­ние при пересыпании с сушильным агентом — топочными газами. Газы . Барабанная сушилка 1 – барабан; 2 – бандажи; 3 – опорные ролики; 4 – передача; 5 – опорно упорные ролики; 6 – питатель; 7 – лопасти; 8 – вентилятор; 9 – цыклон; 10 – разгрузочная камера; 11 – разгрузочное устройство и материал особенно часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала, так как в этом случае наиболее горячие газы со­прикасаются с материалом, имеющим наибольшую влажность. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются че­рез барабан вентилятором 8 со средней скоростью, не превышающей 2— 3 м/сек. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. На концах барабана часто устанавливают уплотнительные устройства (например, лабиринтные), затрудняющие утечку сушиль­ного агента. У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно рас­положенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение это­го кольца — поддерживать определенную степень заполнения барабана ма­териалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже — изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11, с помощью которого гер­метизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению произ­водительности и энергии, потребляемой вентилятором 8. Устройство внутренней насадки барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала. Подъемно- лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка — для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда исполь­зуют комбинированные насадки, например подъемно-лопастную (в перед­ней части аппарата) и распределительную. Типы промышленных барабанных сушилок разнообразны: сушилки, работающие при противотоке сушильного агента и материала, с исполь­зованием воздуха в качестве сушильного агента, контактные барабанные сушилки и др. Типы насадок барабанных сушилок: а – подъемно лопастная; б – секторная; в,г – распределительная; д – перевалочная Достоинства барабанных сушилок: 1. интенсивна и равномерная сушка вследствие тесного контакта материала и сушильного агента. 2. большое напряжение по влаги достигающее и более. 3. компактность установки.






2. Специальная часть 2.1 Параметры топочных газов в сушилку В качестве топлива используют природный сухой газ следующего состава [в % (об.)]: . Теоретическое количество сухого воздуха , затрачиваемое на сжигание топлива, равно: где составы горючих газов выражены в объёмных долях. Подставив соответствующие значения, получим: Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов: Газ Реакция Тепловой эффект реакции, кДж/м3 Водород 10810 Оксид углерода 12680 Метан 35741 Ацетилен 580,52 Этилен 59108 Этан 63797 Пропан 91321 Бутан 118736 Сероводород 23401 Количество тепла , выделяющегося при сжигании 1м3 газа, равно: . Плотность газообразного топлива :
, где - мольная масса топлива, кмоль/кг; - температура топлива, равная ; - мольный объём, равный 22,4м3/кмоль. Подставив получим: . Количество тепла , выделяющегося при сжигании 1кг топлива: . Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчёте на 1кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха , необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры . Значение находят из уравнения материального и теплового балансов. Уравнение материального баланса: , где - масса сухих газов, образующихся при сгорании 1кг топлива; - массовая доля компонентов, при которых образуется вода, кг/кг. Уравнение теплового баланса: , где - общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки (полноту сгорания топлива и т. д.) и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95; - теплоёмкость газообразного топлива при температуре , равная ; - энтальпия свежего воздуха, ; - температура сухих газов: ; ; - влагосодержание свежего воздуха, кг/кг сухого воздуха, при температуре и относительной влажности ; - энтальпия водяных паров ; ; - теплота испарения воды при температуре , равная ; - средняя теплоемкость водяных паров, равная ; - температура водяных паров; . Решая совместно уравнения материального и теплового балансов получим: . Пересчитаем компоненты топлива при сгорании которых образуется вода, из объёмных долей в массовые: ; ; ; Количество влаги, выделяющееся при сгорании 1кг топлива, равно: . Коэффициент избытка воздуха находим из совместного уравнения теплового и материального балансов: . Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси , равна: ; . Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1кг топлива: ; . Влагосодержание на входе в сушилку на 1кг сухого воздуха равно: откуда . Энтальпия газов на входе в сушилку: ; . Поскольку коэффициент избытка воздуха велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это даёт возможность использовать в расчётах диаграмму состояния влажного воздуха . 2.2 Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента Из уравнения материального баланса сушилки определяем расход влаги , удаляемой из высушиваемого материала: .
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки: , Где - разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, - теплоёмкость влаги во влажном материале при температуре , ; - удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, влаги; при работе сушилки по нормально-
му сушильному варианту ; - удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, влаги; в рассматриваем случае ; - удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом, влаги; ; - теплоёмкость высушенного материала, равная ; - температура высушенного материала на вы- ходе из сушилки, . При испарении поверхностной влаги принимаютприблизительно равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. При испарении поверхностной влаги принимают приблизительно равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим , находим по диаграмме по начальным параметрам сушильного агента: ; - удельные потери тепла в окружающую среду, влаги. Подставив соответствующие значения получим: влаги. Запишем уравнение рабочей линии сушки: , или . Для построения рабочей линии на диаграмме необходимо знать координаты (х и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: , . Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением и определим соответствующее значение . Пусть сухого воздуха. Тогда сухого воздуха. Через 2 точки на диаграмме с координатами , и , проводим линию сушки до пересечении с заданным конечным параметром . В точке пересечения линии сушки с изотермой находим параметры отработанного сушильного агента: , . Расход сухого газа: . Расход сухого воздуха: . Расход тепла на сушку: или . Расход топлива на сушку: . 2.3 Определение основных размеров сушильного барабана Объём сушильного пространства складывается из объёма , необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объёма , требуемого для проведения процесса испарения влаги, т. е. . Объём сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному равнению массопередачи: , где - средняя движущая сила массопередачи , ; - объёмный коэффициент массопередачи, . При сушке кристаллических материалов происходит удаление поверхностной влаги, т. е. процесс протекает в первом периоде сушки, когда скорость процесса определяется только внешним диффузионным сопротивлением. При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи .
Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи может быть вычислен по эмпирическому уравнению: , Где - средняя плотность сушильного агента, ; - теплоёмкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная ; - оптимальное заполнение барабана высушенным материалом, ; - давление, при котором осуществляется сушка, ; - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, .
Для полидисперсных материалов с частицами размером от 0,2 до 5 мм и насыпной плотностью , обычно принимают скорость газов в интервале . В данном случае размер частиц высушенного материала от 1 до 4 мм, насыпная плотность . Принимаем скорость газов в барабане . Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане практически соответствует плотности воздуха при этой температуре: . При этом , что не нарушает справедливости уравнения коэффициента массоотдачи . Частота вращения обычно не превышает ; принимаем . Оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом для разных конструкций перевалочных устройств различно. Для подъёмно-лопастного типа барабана . Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении т. е. при . Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из неё. Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению: . Тогда на входе в сушилку ; На выходе из сушилки: ; Отсюда . . Движущую силу массопередачи определим по уравнению: , Где - движущая сила в начале процесса сушки, ; - движущая сила в конце процесса сушки, , - равновесное содержание влаги на вхоже в сушилку и на выходе из неё. Средняя движущая сила . Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем: - движущая сила в начале процесса сушки, ; - движущая сила в конце процесса сушки, ; - давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, . По диаграмме найдём: , ; при этом ,. Тогда: . Выразим движущую силу в по уравнению: . Находим объём сушильного барабана необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учёта объёма аппарата , требуемого на прогрев влажного материала: . Объём сушилки, необходимый для прогрева влажного материала , находят по модифицированному уравнению теплопередачи: , Где - расход тепла на прогрев материала до температуры ; - объёмный коэффициент теплопередачи, ; - средняя разность, град. Расход тепла равен:
Объёмный коэффициент теплопередачи определяют по эмперическому уравнению: . Для вычисления необходимо найти температуру сушильного агента , до которой он охладился, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до . Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:
; , Откуда . Средняя разность температур равна: . Подставляя эти значения в уравнение объёма сушилки, необходимого для прогрева влажного материала получают: Общий объём сушильного аппарата: При отсутствии расчётных зависимостей для определения коэффициентов массо- и теплопередачи объём сушильного барабана может быть ориентировочно определён с помощью объемного напряжения по влаге . При использовании величины объём сушильного аппарата рассчитывают по уравнению: . Расхождение с результатом, полученным при использовании кинетических закономерностей, обусловлено различием параметров сушильного агента, что существенно отражается на движущей силе сушки Из полученных данных по таблице выбираем барабанную сушилку №7207 со следующими характеристиками: объём , диаметр , длинна . Определим действительную скорость газов в барабане: . Объёмный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в ) равен: , Где - среднее содержание влаги в сушильном агенте, сухого воздуха. Подставив, получим: . Тогда . Действительная скорость газов отличается от принятой в расчёте ) менее чем на 15%. Некоторое уменьшение интенсивности процесса сушки при снижении скорости газов по сравнению с принятой в расчете полностью компенсируется избытком объёма выбранной сушилки по сравнению с расчётным. Определим среднее время пребывания материала в сушилке: Количество находящегося в сушилке материала равно: ; , отсюда . Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана: Далее необходимо проверить допустимую скорость газов, исходя из условия, что частицы наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса равную скорости свободного витания определяют по уравнению: , Где и - вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре; - наименьший диаметр частиц материала, ; - критерий Архимеда; - плотность частиц высушиваемого материала, равная для диаммофоса . Средняя плотность сушильного агента равна: ; Критерий Архимеда: . Тогда скорость уноса: . Рабочая скорость сушильного агента в сушке () меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера , поэтому расчёт основных размеров сушильного барабана заканчиваем. 2.4 Технологический расчёт вспомогательного оборудования В ходе данного курсового проекта будет выполнен расчёт вспомогательного оборудования, которое необходимо для протекания процесса сушки. Вспомогательное оборудование включает в себя два основных аппарата: циклон и вентилятор. Рассчитаем циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха, по следующим данным: наименьший размер частиц , расход воздуха , температура . Для улавливания частиц материала размером выбираем циклон типа ЦН-15. Принимая , диаметр циклона найдём по формуле:
, Предварительно определив условную скорость газа в цилиндрической части циклона из уравнения , где :
. Плотность воздуха: . Следовательно: Принимаем диаметр циклона равным . Гидравлическое сопротивление циклона: Зная диаметр циклона, мы можем рассчитать основные размеры циклона ЦН-15: Диаметр выходной трубы ; Ширина выходного патрубка ; Высота входного патрубка ; Высота выходной трубы ; Высота цилиндрической части ; Высота конической части ; Общая высота циклона Основные размеры циклона ЦН-15 Переходим к подбору и расчету необходимого вентилятора. Мощность вентилятора выбирается из расчёта того, что воздух придется протягивать через: топку, собственно саму сушилку, калорифер. Так как мы знаем необходимое давление только для калорифера, то для того чтобы получить для вентилятора мы увеличим калорифера в 3 раза, это позволить высчитать необходим мощность вентилятора для всей системы. Принимаем: , ,. Расчет вспомогательного оборудования окончен. Заключение В ходе вышеизложенной курсовой работы был выполнен расчёт основных параметров сушилки и вспомогательного оборудования. Из которого было получено несколько очень интересных заключений: 1. По расчётам мы получили сушилку с довольно большими габаритами. Вполне целесообразно было бы заменить такую сушилку двумя менее габаритными. Так как при таких больших размерах мы теряем основное достоинство данного типа сушилок – их компактность. 2. В производстве диаммонийфосфата температура сушки относительно низка, и хоть в данном проекте рассматривается процесс сушки с применением разогрева воздуха в топке. Но без неё можно было вполне обойтись, заменив громоздкую и дорогую в обслуживании топку простым теплообменником. Вышеуказанные пункты никоем образом не могут вялятся недостатками данного проекта, а обозначены как пути альтернативных решений поставленной задачи. В целом данная работа охватила целый раздел курса «машины и аппараты химического производства» и послужила ценнейшим источником знаний для моего бедующего дипломного проекта. Список использованной литературы 1. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. -1991. –с.295. 2. Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. З. Прочесы и аппараты химической технологии. -1966. -с.765. 3. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -1987. -с.114. 4. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -1971. -с.620.