Теоретические основы процесса сушки

Содержание

Введение 

1 Литературный обзор 

1.1 Теоретические основы процесса сушки 

1.2 Основные технологические схемы для проведения процесса 

1.3 Сушилки 

2 Обоснование и описание установки 

2.1 Обоснование выбора сушилки и вспомогательного оборудования 

2.2 Описание принципа работы барабанной сушилки 

3 Расчет барабанной сушилки 

3.1 Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку 

3.2 Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента 

3.3 Определение основных размеров сушильного барабана 

Заключение 

Список использованных источников 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Пояснительная записка   30 с.,  7 рис.,    2 табл., 15 источников.

 

сушильный барабан,Сушка, диаграмма рамзина, влажность, природный газ, песок.

 

Целью настоящего курсового проекта является рассчитать и спроектировать сушильную установку для сушки песка с начальной влажностью 9%мас., до значения влажности 0,05% мас. Производительность сушилки по исходному (влажному) материалу 5,5 т/ч. Район работы сушильной установки – г. Томск, Российская Федерация. Сушка производится в барабанной сушильной установке горячими газами, получаемыми при сжигании топлива – природный газ – в топке.

В курсовом проекте  приведен литературный обзор, в котором  приводится описание теоретических  основ процесса сушки, основных технологических  схем и оборудования для проведения процесса. Также приведены обоснование  и расчет сушильного барабана, применяемого для сушки песка.

Графическая часть включает:

– общий  вид сушилки с необходимыми разрезами  – 1 лист А1;

– технологическая  схема сушильной установки – 1 лист А1.

 

 

Введение

     Процесс сушки широко распространен в химической отрасли: сушка минеральных удобрений, солей, органических веществ, синтетических красителей, химических волокон, тканей, строительных материалов и др.

     Во многих случаях сушка является одной из важнейших операций, определяющих не только качество готовой продукции, но и технико-экономические показатели производства в целом.

     Влагу можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т.е. с помощью тепловой сушки. Этот процесс широко используется в химической технологии. Сушка производится различными методами и различными аппаратами. В данном курсовом проекте процесс сушки рассматривается со стороны непрерывного действия в барабанной сушилке. В барабанных сушилках сушат порошковые и кусковые материалы с размером кусков до 40 мм : каменный уголь, известняк, глину, песок и другие материалы , а также дегидратируют гипсовый камень .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

                       ФЮРА

 

 Разраб.

Тихонов П.Ю

 Провер.

Молодежникова Л.И

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

 

Литературный обзор

Лит.

Листов

 

 

 

1 Литературный  обзор

1.1 Теоретические  основы процесса сушки

При конвективной сушке сушильный  агент передает материалу тепло  и уносит влагу, испаряющуюся из материала  за счет этого тепла. Таким образом, сушильный агент играет роль тепло- и влагоносителя. При прочих методах  сушки находящийся в контакте с материалом влажный газ (обычно воздух) используется лишь для удаления испарившейся влаги, т. е. выполняет  роль влагоносителя.

Влажный воздух как влаго- и теплоноситель характеризуется  следующими основными параметрами: абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (теплосодержанием).

Относительная влажность φ является одной из важнейших характеристик воздуха как сушильного агента, определяющая его влагоёмкость, т. е. способность воздуха к насыщению парами влаги.

В процессе сушки воздух увлажняется и охлаждается и  соответственно изменяет свой объем. Поэтому  использование в качестве параметра  воздуха его абсолютной влажности  усложняет расчеты. Более удобно относить влажность воздуха к  единице массы абсолютно сухого воздуха величине, не изменяющейся в процессе сушки. Количество водяного пара (в кг), содержащегося во влажном  воздухе приходящегося на 1 кг абсолютно  сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха х.

На диаграмме I-х по любым двум известным параметрам влажного воздуха можно найти точку, характеризующую состояние воздуха, и определить все его остальные параметры.

Равновесие при сушке.

Если материал находится  в контакте с влажным воздухом, то принципиально возможны два процесса:

1) сушка (десорбция влаги  из материала – при парциальном  давлении пара над поверхностью  материала р_м, превышающим его парциальное давление в воздухе или газе р_п;

2) увлажнение (сорбция влаги  материалом) при р_м<р_п.

В процессе сушки величина р_м уменьшается и приближается к пределу р_м=р_п. При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая, равновесной влажностью.

Механизм процесса сушки  в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом: чем прочнее эта связь, тем  труднее протекает процесс сушки. При сушке связь влаги с  материалом нарушается. Предложена следующая  классификация форм связи влаги  с материалом: химическая, физико-химическая и

 

физико-механическая.

Химически связанная  влага наиболее прочно соединена  с материалом в определенных (стехиометрических) соотношениях и может быть удалена только при нагревании материала до высоких температур или в результате проведения химической реакции. Эта влага не может быть удалена из материала при сушке. В процессе сушки удаляется, как правило, только влага, связанная с материалом физико-химически и механически. Наиболее легко может быть удалена механически связанная влага, которая, в свою очередь, подразделяется на влагу макрокапилляров и микрокапилляров.

Макрокапилляры  заполняются влагой при непосредственном соприкосновении ее с материалом, в то время как в микрокапилляры влага поступает как при непосредственном соприкосновении, так и в результате поглощения ее из окружающей среды. Влага макрокапилляров свободно удаляется не только сушкой, но и механическими способами. Физико-химическая связь объединяет два вида влаги, отличающихся прочностью связи с материалом: адсорбционно и осмотически связанную влагу. Первая прочно удерживается на поверхности и в порах материала. Осмотически связанная влага, называемая также влагой набухания, находится внутри клеток материала и удерживается осмотическими силами. Адсорбционная влага требует для своего удаления значительно большей затраты энергии, чем влага набухания. Присутствие этих видов влаги особенно характерно для коллоидных и полимерных материалов.

Сушка топочными  газами. В настоящее время все  более широкое распространение приобретает сушка топочными газами, используемыми для сушки не только неорганических, но и органических материалов. Это объясняется в первую очередь тем, что температура топочных газов значительно выше температуры воздуха, нагреваемого перед сушкой. В результате влагопоглощающая способность газов во много раз больше влагопоглощающей способности воздуха и соответственно больше потенциал сушки.

В качестве сушильного агента применяются газы, полученные либо сжиганием в топках твердого, жидкого или газообразного топлива либо отработанные газы котельных, промышленных печей или других установок. Используемые для сушки газы должны быть продуктами полного сгорания топлива и не содержать золы и сажи, загрязняющих высушиваемый материал в условиях конвективной сушки. С этой целью газы подвергаются сухой или мокрой очистке перед поступлением в сушилку. Обычно температура топочных газов превышает предельно допустимую для высушиваемого материала и поэтому их разбавляют воздухом для получения сушильного агента с требуемой температурой.

Сравнивая величину удельного  расхода тепла в сушилке с  топочными газами с удельным расходом тепла в воздушной сушилке, работающих при одинаковых начальных и конечных параметрах сушильного агента, можно установить, что удельный расход тепла на 1 кг испаренной влаги больше в газовых сушилках, чем в воздушных. Однако критерием сравнения указанных сушилок должен быть не удельный расход тепла, а расход топлива на 1 кг испаренной влаги, который ниже для сушилок, работающих на топочных газах. Экономия топлива, а также меньшие капитальные затраты (в связи с отсутствием воздухонагревательных устройств) относятся к числу преимуществ сушки топочными газами по сравнению с сушкой горячим воздухом.

1.2    Основные  технологические схемы для проведения  процесса

Конструкции сушилок  очень разнообразны и отличаются по ряду признаков: по способу подвода тепла (конвёктивные, контактные и др.), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные), по способу организации процесса (периодические и непрерывные), а также по взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток, противоток, перекрестный ток). Это крайне затрудняет обобщающую классификацию сушилок. Рассмотрены будут группы сушилок, которые находят применение (или перспективны для применения) в химической технологии, объединенные по способу подвода тепла и состоянию слоя высушиваемого материала (неподвижный, перемешиваемый и т. д.).

1.3 Сушилки

Конвективные сушилки  с неподвижным или движущимся плотным слоем материала.

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 на лотках, установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры 1 в соответствии с рисунком рисунком 1.1. 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 отработанной 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. Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых 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.

1 – сушильная  камера; 2 – вагонетки; 3 – козырьки; 4, 6, 7 – калориферы; 5 – 

вентилятор; 8 –  шибер.

Рисунок 1.1 –  Камерная сушилка

Туннельные сушилки. Эти сушилки отличаются 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. Длина таких сушилок более 50 м; ширина коридора определяется в основном допустимым пролетом перекрытий (обычно не более 3,5 м). Зазор между вагонеткой и стенкой камеры не должен превышать 70-80 мм В качестве агента сушки используют воздух, топочные газы или перегретый пар. При сушке нагретым воздухом паровые калориферы делают выносными (с расположением обычно на крыше камеры) или устанавливают непосредственно в камере или же рядом в специальных отсеках.

Туннельные сушилки  обычно работают с частичной рециркуляцией сушильного агента и они используются для 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).

1 – вход влажного материала; 2 – вход агента сушки; 3 – вагонетки; 4 – механизм передвижения вагонеток; 5 – траверсная тележка; 6 – выход  отработанной смеси; 7 – раздвижные  двери; 8 – обходной путь;

9 – выход высушенного  материала.

Рисунок 1.2 – Туннельная сушилка

Конвективные сушилки  с перемешиванием слоя материала

Барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются  для сушки кусковых, зернистых и сыпучих материалов. Барабанная сушилка в соответствии с рисунком 1.5  имеет цилиндрический барабан 1, 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 мин-¹; 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 и материал особенно часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 8 со средней скоростью, не превышающей 2— 3 м/сек.