Содержание
Введение
1Расчет процесса горения
2Материальный баланс сушки
3Тепловой баланс сушки
4Расчет габаритов распылительной сушилки
5Расчет циклонов
6Расчет скрубберов Вентури
Списокиспользованной литературы
Приложение
Введение
Сушка в основном применяется, если необходимо испаритьрастворитель и получить из высушиваемого материала порошкообразный илигранулированный сухой продукт. Сушка представляет собой весьма энергоемкий,сложный, взаимообусловленный комплекс химических, тепловых и диффузионныхпроцессов. В настоящее время из известных сушилок, разработанных длямикробиологии, нашли применение распылительные сушилки с дисковым и форсуночнымраспылением, вальцовые сушилки (в гидролизной промышленности) и сублимационныесушилки (в производстве бактериальных препаратов, ферментов). Методы сушки иконструкции сушилок в значительной степени определяются режимами сушки дляконкретного материала, обеспечивающими высокое качество сухого продукта принаименьших капиталовложениях и энергозатратах. Это особенно характерно дляпродуктов микробного синтеза, оптимальные режимы и методы сушки которых могутбыть определены после изучения не только физико-химических и теплофизическиххарактеристик, но и биологических свойств. Специфика сушки связана сосравнительно низкой термоустойчивостью и требованиями максимально возможнойсохраняемости целевых продуктов биосинтеза в конечных препаратах.
В микробиологической промышленности в основномиспользуются распылительные сушилки с дисковым распылением. В качестве топливав зависимости от технологических требований используется природный газ илимазут.
1. Расчет процесса горения
Целью этого этапа расчета является расчет низшейтеплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания,энтальпии продуктов сгорания.
Низшая теплотворная способность топлива — количествотепла, выделяемое при полном сгорании единицы топлива, но в предположении, чтовлага остается в продуктах горения в парообразном состоянии. В трубчатых печахдымовые газы выводятся через дымовую трубу при таких температурах, при которыхводяные пары, находящиеся в продуктах сгорания, не могут сконденсироваться,следовательно, тепло конденсации водяного пара не используется. Поэтому дляпрактических расчетов процесса горения пользуются низшей теплотворнойспособностью топлива.
Низшая теплотворная способность топлива по формулеД.И.Менделеева [4]:
/>,
/>,
где C, H, S, O, W — соответственно содержание углерода,водорода, серы, кислорода, влаги, % помассе.
Элементарный состава газового топлива:
I) содержание углерода
/>;
2) содержание водорода
/>;
где nCi, nHi– соответственно число атомов углерода,водорода, серы, кислорода, азота в молекулах газовых компонентов топлива;
xi — концентрация газовых компонентов в топливе, % помассе;
Mi- молекулярная масса компонентов топлива;
k — число компонентов в топливе;
C, H, S, O, N — соответственно содержание углерода,водорода, % по массе.
Молекулярная масса газовой смеси:
/>=0,95*16+0,03*30+0,02*44=16,98г/моль,
где ωi –объемная доля газовых компонентов в топливе;
Mi – молекулярная масса компонентов топлива.
Массовая концентрация газовых компонентов топлива:
/>;
/>,
/>
/>.
Учитывая, что теплота сгорания — свойство аддитивное, тотеплота сгорания газообразного топлива
/>,
где Qi — теплота сгорания отдельных компонентов топлива;
xi- массовая доля компонентов в смеси.
Для газового топлива низшая теплота сгорания:
/>,
где СН4, С2Н6, С3Н8 — содержание соответствующихкомпонентов в топливе, % по объему.
Результаты пересчета состава топлива сведены в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты пересчета состава топливаКомпонент Плотность, кг/м3 Молекулярная масса, Мi Объемная доля, ωi Miωi
Массовые проценты /> СН4 0,72 16 0,95 15,20 89,52 С2Н6 1,36 30 0,03 0,90 5,30 С3Н8 2,02 44 0,02 0,88 5,18 ∑ 1,00 16,98 100
Плотность топливного газа:
/>,
где xi — массовые доли компонентов в смеси;
rсм ,ri — плотность смеси и ее компонентов.
/>,
/>
Проверка:
С+Н+О+N+S=100 %
/>
Теоретическое количество воздуха, необходимого длясгорания одного килограмма топлива:
/>,
Фактический (действительный) расход воздуха:
/>,
где a — коэффициент избытка воздуха, (для объемного горения газообразного топлива a=1,05-1,2).
Объемный действительный расход воздуха:
/>,
где rв — плотность воздуха, rв= 1,293 кг/м3.
Количество продуктов сгорания, образующихся при сжиганииодного килограмма топлива:
/> ,
где Wф — расход форсуночного пара, для газообразноготоплива Wф =0.
Количество газов, образующихся при сгорании одногокилограмма топлива:
/>,
/> ,
/>,
/> .
Проверка
/> ,
2,774+2,194+0,196+13,795=18,959кг/кг ≈18,962 кг/кг.
Объемное количество продуктов сгорания на один килограммтоплива (при нормальных условиях):
/>,
/>,
/>,
/>.
Суммарный объем продуктов сгорания:
/>.
Плотность продуктов сгорания при температуре 273К идавлении 0,1*106Па:
/>.
Энтальпия продуктов сгорания на один килограмм топливапри различных температурах от 50 оС до температуры теплоносителя:
qt=(T-273)*( m/>* С/>+ m/>* С/>+ m/>* С/>+ m/>* С/>),/>,
где T – температура продуктов сгорания, К;
С/>, С/>, С/>, С/> — средние массовые теплоемкостипродуктов сгорания, кДж/кг*К.
Расчет энтальпии продуктов сгорания при различныхтемпературах сведен в таблицу 2.
Таблица 2 – Энтальпии продуктов сгорания при различныхтемпературах
Температура, оС
С/>/>
С/>/>
С/>/>
С/>/>
q, /> 50 0,839 0,919 1,868 1,031 1041,43 100 0,862 0,925 1,877 1,033 2094,09 150 0,885 0,931 1,886 1,034 3155,91 200 0,908 0,936 1,895 1,036 4230,30 250 0,928 0,943 1,907 1,038 5315,57 300 0,946 0,950 1,921 1,041 6415,70 350 0,964 0,957 1,934 1,045 7532,20
q50=(323-273)*(2,774*0,839+2,194*1,868+0,196*0,919+13,795*1,031)=1041,43/>
q100=(373-273)*(2,774*0,862+2,194*1,877+0,196*0,925+13,795*1,033)=2094,09/>
q150=(423-273)*(2,774*0,885+2,194*1,886+0,196*0,931+13,795*1,034)=3155,91/>
q200=(473-273)*(2,774*0,908+2,194*1,895+0,196*0,936+13,795*1,036)=4230,30/>
q250=(523-273)*(2,774*0,928+2,194*1,907+0,196*0,943+13,795*1,038)=5315,57/>
q300=(573-273)*(2,774*0,946+2,194*1,921+0,196*0,950+13,795*1,041)=6415,70/>
q350=(623-273)*(2,774*0,964+2,194*1,934+0,196*0,957+13,795*1,045)=7532,20/>
После определения энтальпии продуктов сгорания приразличных температурах строим график зависимости температура – энтальпия(Рисунок 1).
/>
Рисунок 1 – График зависимости энтальпии продуктовсгорания от температуры
2. Материальный баланс сушки
Содержание сухих веществ в высушиваемом растворе неизменяется, если нет уноса или других потерь
/>, кг/ч,
гдеG1, G2, GC – количество раствора до и после сушки иабсолютно сухого вещества, кг/ч;
φ1, φ2 – влажность раствора до и после сушки,%.
Производительность сушилок по испаряемой влаге:
/>.
Количество получаемых сухих дрожжей после сушки:
/>.
Технические характеристики распылительной сушилкиТип сушилки СРЦ-12,5/1100 НК Производительность по испаряемой влаге, кг/ч 10000 Температура теплоносителя, оС Поступающего 300 отходящего 90 Мощность двигателя распыливающего механизма, кВт 100 Габариты сушилки диаметр 14500 высота 21640 Масса сушилки 60360
Количество распылительных сушилок, необходимое дляиспарения влаги:
/>шт,
принимаю n=3штуки,
где WC – производительность одной сушилки по испаряемойвлаге, кг/ч.
3. Тепловой баланс сушки
При сушке в распылительных установках тепло передается отнагретого газа или воздуха и расходуется на нагрев высушенного материала,испарение влаги, потери в окружающую среду.
Подвод тепла:
тепло, вносимое дрожжевой суспензией:
/>,
где Gc — массовый расход дрожжевой суспензии, кг/ч;
ic — энтальпия дрожжевой суспензии при температурепоступления ее в сушильную камеру; кДж/кг;
Сс – теплоемкость дрожжевой суспензии;
θ – температура поступления дрожжевой суспензии всушилку, обычно составляет 40…60 ºС.
θ=50оС,
Сс=3,52 кДж/(кг*град), Gc=38000 />.
Qс=38000*3,52*50=6688000/>.
2) тепло, подводимое теплоносителем (сушильным агентом):
Qc.a.= Gc.a Jн ,
где Gc.a – количество теплоносителя (сушильного агента),кг/ч;
Jн- энтальпия сушильного агента при начальной температуреtн теплоносителя, кДж/кг. Определяется по графику зависимоститемпература-энтальпия продуктов сгорания.
при t=349оС Jн=7530/>
Расход тепла:
1) тепло, уносимое сухими дрожжами:
Qд.= Gz Jд=G2Cд θ z,
где G2 – количество дрожжей после сушки, кг/ч;
Jд – энтальпия сухих дрожжей при температуре выходадрожжей из сушилки, кДж/кг;
Cд – теплоемкость сухих дрожжей ;
θ 2 – температура высушенных дрожжей;
θ 2=89оС, Cд=2,93 кДж/(кг град)[2], G2=9668,15 />.
Qд=9668,15*2,93*89=2521163,48 />
2) тепло, уносимое теплоносителем (сушильным агентом):
Qc.a.= Gc.a Jк ,
где Gc.a – количество теплоносителя (сушильного агента),кг/ч
Jк – энтальпия сушильного агента при температуре выходасушильного агента из сушилки, кДж/кг.
при t=87оС Jк =1780/>,
3) тепло, уносимое испаряемой влагой:
Qw=W Jw ,
где W – количество испаряемой влаги, кг/ч;
Jw – энтальпия водяного пара при температуре выходаводяного пара из сушилки, кДж/кг.
Jw =2700/>при t=87оС, W=28331,85/>,
Qw=2700*28331,85=76509017,71/>.
4) потери тепла в окружающую среду.
Для определения габаритов сушилки приближенно можнопринимать удельные потери тепла в окружающую среду в зависимости от начальнойвлажности материала q =(125÷250) кДж/кг [6]:
Qп=q W, />
q= 125 />,
Qп=125*28331,85=3542084,15 />.
Потери тепла в окружающую среду обычно составляют 3÷8℅от общего количества тепла.
Количество теплоносителя (сушильного агента) определяетсяпосле преобразования теплового баланса процесса сушки по следующей формуле:
/>
Проверяется тепловой баланс процесса сушки. Согласнозакону сохранения энергии:
Qприх.=Qрасх. ,
где Qприх.,Qрасх. – соответственно статьи прихода ирасхода тепла.
Qприх.=6688000+13197*7530=106061410 />,
Qрасх=2521163,48+76509017,71+3542084,15-13197*1780=106062925/>
/>
Ошибка расчета должна быть не более 1 ℅.
0,0014%
Часовой расход топлива:
B= />,
где Qc.a – тепло, подводимое теплоносителем (сушильнымагентом), кДж/ч;
Q/> — низшая теплотворная способностьтоплива, кДж/кг;
η — коэффициент полезного действия печи (η=0,8-0,95),η=0,9.
Объемный расход топливного газа равен:
В’=/>,
где ρг — плотность топливного газа, кг/м3.
Удельный расход тепла в сушилке определяется
/>,
где Qс.а — тепло, подводимое теплоносителем (сушильнымагентом), кДж/ч;
W — количество испаряемой влаги кг/ч.
Тепловой к.п.д. сушилки:
/>,