Сушилка псевдоожиженного слоя частиц нитрата-аммония

Министерство образования и науки Российской Федерации

Высшего профессионального образования

"ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "

Кафедра: Процессы и аппараты химической технологии

Расчетно-пояснительная записка по курсовому проекту по процессам и аппаратам химической технологии

на тему: «Сушилка псевдоожиженного слоя частиц нитрата-аммония»

Выполнил: студент гр.3-31

Калинин В.В.

Проверил: проф. Овчинников Л.Н.

Иваново 2017

Аннотация

В данном курсовом проекте рассмотрен расчет сушилки с псевдоожиженным слоем для частиц сульфата аммония.

Курсовой проект состоит из 2-х частей:

) Расчетно-пояснительная записка.

Данная расчетно-пояснительная записка содержит 28 листов. В ней выполнены материальный, тепловой, гидродинамический, гидравлический и конструктивный расчеты сушилки с псевдоожиженным слоем. Произведен подбор вспомогательного оборудования: циклона, вентилятора, питателя.

В записке содержится теория сушильных аппаратов, присутствуют эскизы конструктивных элементов.

)Графическая часть выполнена на 2-х листах в формате А1.

На первом листе выполнен чертеж аппарата в двух проекциях.

На втором листе вычерчены пять узлов.

Оглавление

Аннотация

Теоретическое обоснование

1. Материальный и тепловой расчеты сушилки

. Выбор вспомогательного оборудования

2.1 Выбор и расчет калорифера

.2 Выбор и расчет циклона

.3 Выбор и расчет питателя

.4 Выбор и расчет разгрузителя

.5 Выбор газодувной машины

. Конструктивный расчет аппарата

.1 Определение толщины стенки обечайки

.2 Определение диаметров штуцеров для ввода и вывода газа и материала

.3 Выбор фланцев для обечайки и штуцеров аппарата

.4 Выбор опор аппарата

.5 Расчет тепловой изоляции

Заключение

Литература

Введение

 

Аппараты с псевдоожиженным слоем зернистого материала получили широкое распространение в химической и других отраслях промышленности.

Использование в промышленной практике сушилок с кипящим слоем позволило значительно интенсифицировать процесс обезвоживания сыпучих материалов, создать установки большой единичной мощности, улучшить условия труда путем механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций при получении дисперсных продуктов. В технологическую схему сушильной установки кроме аппарата с псевдоожиженным слоем входят устройства для подачи и нагрева теплоносителя, очистки отработанного раза от пыли и т.п. В связи с этим при проектировании приходится решать технологические и конструкторские задачи по расчету сушилки и выбору вспомогательных устройств -воздухо(газо)дувных машин, паровых и электрокалориферов, топок, циклонов и рукавных фильтров, дозаторов влажного и разгрузителей высушенного продукта. Сушилки взвешенного слоя (псевдоожиженного и фонтанирующего) находят широкое применение в процессах сушки. Конструктивно их можно разделить на одно- и многосекционные. Односекционные аппараты наиболее просты как в конструктивном, так и эксплуатационном отношениях; обладают высокими экономическими показателями, легко поддаются автоматизации. Недостатком их при обработке полидисперсных материалов является неравномерность сушки, обусловленная широким спектром времени пребывания отдельных частиц в рабочей зоне аппарата. Односекционные аппараты псевдоожиженного слоя (круглого или прямоугольного сечения) часто применяют для сушки материалов от поверхностной влаги, причем удельный влагосъем достигает в отдельных случаях 1000 кг влаги с 1м 2 газораспределительной решетки. Для повышения равномерности обработки используют многосекционные сушилки: с последовательным движением материала и подачей свежего теплоносителя в каждую секцию и ступенчато-противоточные со встречным движением материала и теплоносителя. Сушилки псевдоожиженного слоя могут иметь расширяющееся или постоянное по высоте сечение. Камеры прямоугольного сечения (с малым отношением сторон) и квадратные камеры менее предпочтительны, чем круглые, так как в них больше вероятность образования застойных зон.

Теоретическое обоснование

Основные гидродинамические характеристики кипящего слоя

К основным гидродинамическим характеристикам кипящего слоя следует отнести: сопротивление кипящего слоя, скорости начала псевдоожижения и уноса (витания), порозность и высоту псевдоожиженных систем.

Псевдоосжиженный слой. Общие понятия, область применения

За последние два десятилетия значительное применение в химической и других отраслях промышленности получили процессы, связанные с взаимодействием газов (реже - капельных жидкостей) со слоем мелкораздробленных твердых частиц, находящихся в кипящем, или псевдоожиженном состоянии. Аппараты с кипящим слоем используются для перемещения и смешивания сыпучих материалов, для проведения процессов обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитических и других процессов. Такое широкое распространение процессов в кипящем слое обусловлено рядом их преимуществ. Здесь отметим только, что псевдоожижению подвергаются частицы значительно меньших размеров, чем частицы материалов, находящихся в неподвижном слое. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя при этом относительно невелико, а уменьшение размеров частиц приводит к увеличению поверхности их контакта с потоком и снижает сопротивление диффузии внутри частиц при взаимодействии между твердой и газовой (или жидкой) фазами. В результате возрастает скорость протекания многих процессов.

Закономерности движения жидкости через зернистые слои, рассмотренные выше, соблюдаются практически при любых скоростях потока лишь при движении его сверху вниз. Когда поток движется снизу вверх, эти закономерности применимы лишь при условии, что скорость потока не превышает такого значения, при котором неподвижность слоя нарушается.

На рис. 1 показаны три возможных состояния слоя твердых частиц в зависимости от скорости восходящего потока.

Рис. 1. Движение газа (жидкости) через слой твердых частиц: а - неподвижный слой; б - кипящий (псевдоожиженный слой); в - унос твердых частиц потоком

При относительно небольших скоростях зернистый слой остается неподвижным (рис. 1а), и его характеристики (удельная поверхность, порозность и т. д.) не меняются с изменением скорости потока. Жидкость при этом просто фильтруется через слой. Однако, когда скорость достигает некоторой критической величины, слой перестает быть неподвижным, его порозность и высота начинают увеличиваться, слой приобретает текучесть и переходит как бы в кипящее (псевдоожиженное) состояние. В таком слое твердые частицы интенсивно перемещаются в потоке в различных направлениях (рис. 1б), и весь слой напоминает кипящую жидкость, Ограниченную ясно выраженной верхней границей раздела с потоком, прошедшим слой. При дальнейшем увеличении скорости потока порозность слоя и его высота продолжают возрастать вплоть до того момента, когда скорость достигает нового критического значения, при котором слой разрушается и твердые частицы начинают уноситься потоком (рис 1в). Явление массового уноса твердых частиц потоком газа называют пневмотранспортом и используют в промышленности для перемещения сыпучих материалов.

Скорость начала псевдоожижения

Взаимосвязь между критической скоростью газа и размером частиц твердого материала определяет конструктивные размеры аппарата, его производительность и другие показатели технологического процесса.

Для слоев, состоящих из зерен, форма которых близка к шарообразной,

средняя порозность может быть принята равной ε  0,4. В этом случае скорость начала псевдоожижения Wкр можно определить по формуле:

 

где Ar - критерий Архимеда, началу псевдоожижения частиц.Reкр критерий Рейнольдса, соответствующий началу псевдоожижения частиц. При расчете скорости начала псевдоожижения с помощью этого уравнения вычисляется значение критерия Архимеда по выражению ,

затем находят величину Reкр1 и по ней рассчитывают величину Wкр

Уравнение позволяет достаточно точно  определить критическую скорость Wкр при однородном псевдоожижении слоя частиц. При неоднородном псевдоожижении твердого материала газами уравнение дает погрешность ± 30% .

Скорость витания (уноса)

Скорость газового потока, при которой гидродинамическое давление, создаваемое потоком на поверхности единичной твёрдой частицы, становится равным её весу, называется скоростью витания. Когда скорость потока превысит скорость витания, начинается совместное восходящее движение газового потока и твёрдой частицы. При достижении порозности слоя ε ≈ 1 частицы уносятся из аппарата, т.е. наступает режим пневмотранспорта зернистого материала.

Для расчета скорости осаждения (витания) может быть использована зависимость, связывающая критерии Re и Ar для всех гидродинамических режимов:

При малых значениях Ar вторым слагаемым в знаменателе можно пренебречь, и уравнение (1.3) превращается в зависимость:

соответствующую области действия закона Стокса (вязкостная зона). При больших значениях критерия Ar можно пренебречь первым слагаемым в знаменателе, и уравнение (1.3) превращается в уравнение (1.5), отвечающее инерционной области:

Скорость уноса (осаждения) частиц неправильной формы меньше, чем скорость уноса (осаждения) шарообразных зерен. Для расчета скорости уноса частиц неправильной формы необходимо учитывать коэффициент формы  . Кроме того, в соответствующее уравнение при расчете скорости витания нешаровых частиц следует подставлять эквивалентный диаметр шара.

При проектировании аппаратов с псевдоожиженным слоем твердого материала необходимо знать высоту слоя при рабочих параметрах процесса. Точное определение высоты псевдоожиженного слоя особенно необходимо учитывать при проектировании аппаратов, когда полезное использование внутреннего объема аппарата должно быть максимальным.

Движение газа через слой зернистого материала со скоростью выше первой критической вызывает его расширение, и высота кипящего слоя в общем случае может быть рассчитана по уравнению:

где H - высота псевдоожиженного слоя;- высота неподвижного слоя;

ε - порозность псевдоожиженного слоя;

ε0- порозность неподвижного слоя.

Гидравлическое сопротивление установки с кипящим слоем

Общее гидравлическое сопротивление установки с

кипящим слоем рассчитывается по уравнению:

ΔРобщ=ΔPк.c.+ΔPреш.+ΔPсоп

Где Рк.с. , Рреш., Рц ,Рсоп - соответственно сопротивления кипящего слоя газораспределительной решётки, циклона, и прочие сопротивления и динамические потери, Па.

Сопротивление кипящего слоя

где Gсл - вес слоя; Sреш - площадь поперечного сечения аппарата на уровне газораспределительной решетки.

Сопротивление газораспределительной решётки определяют по формуле

где  - доля живого сечения решетки;отв - скорость газа в отверстии решетки;

С - коэффициент сопротивления решетки, зависящий от отношения диаметра к толщине решетки dотв/δр

δр-толщина газораспределительной решетки.

Однокамерная сушилка

Однокамерные непрерывнодействующие сушилки различаються: по форме сечения (постоянного и переменного сечения); по направлению движения материала и газового теплоносителя; аппараты с внутренними механическими устройствами.

Сушильная установка (рис.1) состоит из аппарата с псевдоожиженным ("кипящим") слоем 1, снабженного дозатором влажного материала 2 и разгрузителей высушенного продукта воздуходувной 3, машины 4, калорифера 5, циклона 6 с бункером 7 и рукавного фильтра 8.

аппарат сушилка псевдоожиженный тепловой

Рис.1. Принципиальная схема сушильной установки с псевдоожиженным слоем зернистого материала:

- аппарат с кипящим слоем; 2 - дозатор влажного материала;

- разгрузитель высушенного продукта; 4 - воздуходувная машина;

- калорифер; 6 - циклон; 7 - бункер; 8 - рукавный фильтр

Влажный материал винтовым дозатором 2 подается в слой продукта, "кипящего" на газораспределительной решетке в аппарате 1. Воздух, забираемый из атмосферы, подается вентилятором 4 в калорифер 5, где нагревается до заданной температуры, а затем поступает в под решеточное пространство аппарата 1. Выходя с большой скоростью из отверстий газораспределительной решетки, нагретый воздух псевдоожижает и высушивает слой материала. Высушенный продукт непрерывно выгружается секторным (шлюзовым) разгрузителем 3. Отработанный воздух очищается от унесенной пыли в циклоне 6. Улавливаемая пыль непрерывно (или периодически) выгружается из бункера 7 и вместе с высушенным материалом в виде готового продукта направляется на склад или на дальнейшую переработку. В схеме, представленной на рис. 1, в зависимости от технологических условий, вместо калориферов могут быть использованы различные топки. Полную очистку отработанного теплоносителя можно осуществлять в рукавных фильтрах или других пылеулавливающих устройствах.

 

. Материальный и тепловой расчеты сушилки

Производительность сушилки по исходному материалу

()

Производительность сушилки по испаряемой влаге из материала

()

Определение параметров воздуха в сушилке

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки

Δ=cH20⋅tM H +qдоп−(qT +qM+qП ) ,

где qдоп =0 - удельный дополнительный подвод теплоты в сушилку;тр =0 - удельный расход тепла в сушилке с транспортными средствами;

Построение теоретического процесса сушки

т.А ( t0=200C;ϕ=80%;d0=0,012кг /кг ;I 0=51кДж/кг ) - характеризует состояние атмосферного воздуха

т.B ( =1200C; d1=d0=0,012кг /кг ;I1=170 кДж/кг ) - характеризует состояние воздуха на входе в сушилку

т.C' ( =900C;d2=0,038 кг /кг ; I1=170 кДж/кг ) - характеризует состояние дымовых газов на выходе из теоретической сушилки

Отрезок В С' - характеризует теоретический процесс сушки.

Удельный расход тепла в теоретической сушилке

 кДж/кг

Построение действительного процесса сушки

Удельные затраты тепла на нагрев материала

 кДж/кг

См =1,75 кДж/кг0С - теплоемкость высушенного материала, [1] c.248

tM К =tГК−8°С=85−8=77°C - температура материала на выходе из сушилки ;

Принимаем удельные потери теплоты в окружающую среду в размере 5% от qтеор:

qпот=0,05⋅qтеор=0,05⋅4576=229кДж/кг

Разница между удельными потоками теоретической и действительной сушилок:

Δ=qM+qпот−СH2O⋅tM H =4563 +229−4,19⋅20=4708 кДж/кг

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I − d необходимо знать координаты (d и I) минимум двух точек.

Координаты одной точки известны:

d1=0,012 кг влаги/кг сух .воздуха ,I1=170 кДж/кг

Для нахождения координат второй точки т.E зададимся произвольным значением d' и определим соответствующее значение I' .

Пусть d '=0,018 кг/кг , тогда

I '=I1−Δ⋅(d '−d1)=170−4708 ⋅(0,018−0,012)=145 кДж/кг

т.E ( d '=0,018 кг/кг ; I '=145кДж/кг )

Через две точки на диаграмме I −х с координатами т.В (d1 , I1 ) и т.E (d', I' ) проводим линию процесса сушки до пересечения с изотермой tГК=90°С .

В точке т.C - пересечения линии сушки с изотермой tГК=90°С находим параметры отработанного сушильного агента:

т.C ( d2=0,02 кг/кг ; I2=140,кДж/кг )

Отрезок ВC - характеризует действительный процесс сушки.

Рис.2 Графическое изображение процесса сушки на I-d диаграмме

t0=20°C

=120°C

=90°C

d0=d1=0,012кг/кг

d’=0,018кг/кг

d=0,02кг/кг

I0=51кДж/кг

I2=140кДж/кг

I1=170кДж/кг

Расход сухого газа равен:

кг/с

 

Удельный расход сухих газов на 1кг испаренной влаги:

 кг/кг

 

Средняя температура и влагосодержание воздуха в сушилке:

=1050C

015кг/кг

 

Средняя плотность воздуха и водяных паров:

кг/м3

 кг/м3

Средняя объемная производительность по воздуху:

м3/с= 7884м3/ч

 

Тепловой баланс сушилки:

Статьи прихода тепла:

с атмосферным воздухом:

 

q0=l⋅I 0=166⋅51=8466кДж/кг

-с влагой материала:

 

qВ=CВЛ⋅tМ H =4,19⋅20=83,8кДж/кг

- с материалом:

кДж/кг

 

- с воздухом после калорифера:

qK=l⋅( I1−I 0)=166⋅(170−51)=19754кДж/кг

 

Суммарный приход тепла:

Σприход=29734 кДж/кг

 

Статьи расхода тепла:

с отработанным воздухом: q2в=l⋅I2=166⋅140=23240кДж/кг

- с высушенным материалом:

кДж/кг

- потери в окружающую среду:

qпот =229кДж/кг

Суммарный расход тепла:

Σрасход=29325кДж/кг

Невязка баланса:

Определение основных характеристик кипящего слоя и размеров аппарата

Динамическая вязкость воздуха при средней температуре 1130С:

μ =0,0235⋅10−3 Па⋅c

Критерий Архимеда

Критерий Рейнольдса:

Начальная скорость псевдоожижения:

м/с

 

Критерий Рейнольдса:

Скорость витания:

м/с

По опытным данным принимаем число псевдоожижения Kw=1,45

Рабочая скорость воздуха в сушилке:

Wраб=Kw⋅Wкр=1,45⋅0,93=1,35м/с

Принимаем Wраб=1,4 м/с

Рабочее значение критерия Рейнольдса:

Порозность неподвижного слоя:

Порозность кипящего слоя:

Диаметр аппарата:

 м

 

Принимаем

Сечение аппарата на уровне решетки:

 м2

Исходя из опытных данных, принимаем время сушки τсл=0,5 ч

Масса слоя в аппарате:

Gсл=G2⋅τсл=1800⋅0,5=756 кг

Объем неподвижного слоя:

м3

Высота неподвижного слоя:

 м

Высота кипящего слоя:

 м

Высота аппарата:

Hап=4⋅H=4⋅0,65=2,3 м

Принимаем

Гидравлическое сопротивление аппарата:

Сопротивление слоя:

 

Pсл=ρM⋅(1−ϵ0)⋅g⋅H0=1770⋅(1−0,38)⋅9,81⋅0,59=6351,64Па

В качестве газораспределительной решетки будем использовать перфорированную сотовую решетку с расположением отверстий в ней по вершинам правильных шестиугольников

Рис.3. Газораспределительная решетка

Скорость воздуха в отверстиях решетки при живом сечении ϕ=0,05

 м/с

Исходя из промышленной практики, примем диаметр отверстий решетки dотв=0,004 м , а толщину решетки δр=0,01м . При ⇒C=0,63

Сопротивление решетки:

 Па

Сопротивление аппарата:

Δ Pап=ΔPсл+Δ Pреш=6351+892=7243 Па

Расчет и выбор оптимальных параметров газораспределительной решетки:

мм

Число отверстий по диагонали

отв

 

Число отверстий на стороне шестиугольника

отв

Число шестиугольников

шт

 

Число отверстий в решетке

n=1+3c+3 c2=1+3⋅41+3⋅412=5167 отв.

 

 

. Выбор вспомогательного оборудования

 

2.1 Выбор и расчет калорифера

 

Расход тепла в калорифере

 

Q=L⋅cвозд⋅(t1−t0)=2⋅1,005⋅(120−90)=60300 Вт , где

 

cвозд=1,005кДж/ кг⋅К - теплоемкость воздуха при средней температуре воздуха tсp=120C ,[1] т. ХХVII с.528.

Средняя разность температур пара и воздуха в калорифере

Принимаем давление насыщенного водяного пара в калорифере Pп=8 ат=0,8МПа . При Pп=8 ат=0,8МПа , tп=169,90C [1] с. 550.

Выбор калорифера

Для калориферов типа КЗПП массовая скорость воздуха калорифера:

кг / м2⋅c

 

fкал =0,354м2 для КЗПП №7, поверхность теплопередачи калорифера

Fкал=30,4м2 , [2] т.4.2 с.50.

Скорость движения воздуха в калорифере

 кг/ м2⋅с

 

Коэффициент теплопередачи

K=1,162⋅(2+7√ωK )=1,162⋅(2+7√7)=24Вт/м2⋅K

Поверхность теплопередачи

 

F=Q/K⋅Δtcp=60300/(24⋅105)=239 м2

Общее число калориферов

nкал=F/Fкал=239/30,4 =8 шт.

Принимаем nкал=8 шт.

Сопротивление калорифера

 

Δ P'кал=9,81⋅e⋅ρωкm =9,81⋅0,122⋅61,76=28Па

e=0,122, m=1,76- опытные коэффициенты для модели калорифера типа КЗПП , [2] т .4.3 с . 51.

Δ Pкал=nкал⋅Δ P'кал=8⋅28=224 Па

 

Расход пара

 

Dп=Q/rп=60300/2194⋅103 =0,027кг/c=97,2 кг/ч ,

rп=2194 кДж/кг - удельная теплота парообразования при tп=129C ,[1] с. 548.

2.2 Выбор и расчет циклона

 

Диаметр циклона

Выбираем число циклонов типа ЦН n ц =1, скорость газа в циклоне

Vц=2,5-4 м/c .

Принимаем Vц=3,8 м/c

 

 м

 

Принимаем Dц=1 м .

Гидравлическое сопротивление циклона типа ЦН

ζ=105 для ЦН-15- коэффициент сопротивления для циклона ЦН -15 , [2] т .4.4. с .51

Напор газа в циклоне:

 Па

Основные размеры циклона ЦН-15, [2] т.4.5. с. 52

- диаметр выходной трубы: d=0,59м

ширина выходного патрубка: b=0,26м

длина входного патрубка: l=0,6м

высота выхлопной трубы: hт=1,74м

высота цилиндрической части: Hц=2,26м

высота конуса циклона: Нк=2м

общая высота циклона: Н=4,56м

2.3 Выбор и расчет питателя

Исходные данные:

производительность по влажному материалу G2 = 1800 кг/час ,

Выбираем винтовой питатель типа ПВI-320 с параметрами: [2] т.4.6 с.64

Ориентировочный диаметр винта:

Dвинт⩾(10-12)dcpвинт⩾(10-12)0,0035 мвинт⩾(0,035-0,042)мвинт=320 мм=0,32м

Шаг винта S = 320 мм

Потребляемая мощность:

 кВт=35Вт

Wоп=2,5 - опытный коэффициент сопротивления , [2] т .4.7 с .65.

2.4 Выбор и расчет разгрузителя

Исходные данные :

Шлюзовый разгрузитель ПШ1-250: [2] т .4.6 с .65

производительность: 1,46-14,2 м3/ч

объем ротора: V=0,0126м3

диаметр ротора: Dp=250мм=0,25м

длина ротора:

 м

-мощность вращения ротора: n=2-19 об/мин

мощность привода: N=1,1 кВт

Рабочая частота:

 об /мин

2 об /мин<5 об /мин<19 об /мин

Производительность:

 м3/ч

 

2.5 Выбор газодувной машины

Гидравлическое сопротивление сушильной установки с псевдоожиженным слоем

Δ Робщ=Δ Pc+Δ Pк+ΔPц+Δ Pтр

Принимаем гидравлическое сопротивление воздуховодов 20% от общего сопротивления установки ,то есть Δ Pтр=0,2⋅Δ Pобщ

Δ Робщ=1,2⋅(ΔPc+ΔPк+Δ Pц)=1,2⋅(6351,64+224+682,3)=8710 Па

При Vс=1,25 м3/ч; ΔPобщ=8710 Па

Выбираем газодувку типа ТВ-100-1,12, с параметрами: [3] т.10 с. 42

производительность: V=2,47 м3/ч

напор: ρgH=ΔР=12000 Па

частота вращения колес: n=48,3 с-1

мощность электродвигателя типа А02-81-2: NH=40 кВт

 

. Конструктивный расчет аппарата

3.1 Определение толщины стенки обечайки

δ⩾

P=Pатм=0,1МПа - давление в сушилке

D=DP=1,44м - диаметр обечайки

ϕш=0,9 - коэффициент сварного шва для автоматической двухсторонней сварки; [3] т.13.3 с. 395

Принимаем материал аппарата - нержавеющую (легированную) сталь 03Х18Н11 с нормативным допускаемым напряжением при [σ]=125МПа ; [3] т. 13.1 с. 394

Прибавка на коррозию за 10 лет со скоростью коррозии 0,1 мм/г:

Скор=10⋅0,1=1 мм=0,001 м

δ⩾ м

Принимаем из практических рекомендаций δ=8 мм т.к. перед эксплуатацией аппарат подвергают пневмоиспытаниям на прочность сварных швов и герметизации соединений при давлении превышающее рабочее в 2-3 раза.

 

3.2 Определение диаметров штуцеров для ввода и вывода газа и материала

Из практических рекомендаций скорость газа и материала в штуцерах принимают :

для материалов: Vшм=0,1-0,5 м/с

-для газов: Vшг=10-30 м/с

Вход и выход воздуха из аппарата

м

Принимаем dшг=430 мм=0.43м

Вход и выход материала из аппарата

 м

Принимаем dшм=100 мм=0.1 м

 

3.3 Выбор фланцев для обечайки и штуцеров аппарата

Принимаем плоские приварные фланцы, [4] т. 21.9 с. 547 ÷ 551

Рис.4. Приварной фланец

3.4 Выбор опор аппарата

Общая масса аппарата

Мобщ=Мап+Ммат+Мнз

Масса металлоконструкций аппарата ( ρстали=7900 кг /м3 )

Мап=Мобеч+Мкр+Мдн+Мфланц+Мреш

 

-масса обечайки

Мобеч=ρстали⋅π/4⋅(DH2 −DВН2 )⋅Hобеч

 

=7900⋅3,14/4 ⋅(1,442−1,312)⋅2,45=5431 кг

-масса крышки

 

Мкр=ρстали⋅π/4⋅(DH2 −DВН2 )⋅Hкр

=7900⋅3,14 /4⋅(1,442−1,312)⋅0,3=709,5 кг

Нкр=0,25⋅DВ=0,25⋅1,572=0,32 м

-масса днища

 

Мдн=ρстали⋅π/4⋅(DH 2 −DВН2 )⋅Hдн++ρстали+π/4⋅DH2⋅δ =

= 7900⋅3,14/4 ⋅(1,442−1,312)⋅0,7+7900+3,14/4 ⋅1,442⋅0,0016=327 кгдн=0,5⋅Dв=0,5⋅1,31=0,7м

-масса газораспределительной решетки

 

Мреш=ρстали⋅π/4⋅DH 2 ⋅δ p=7900⋅3,14/4 ⋅1,442⋅0,005 = 64,3 кг

-масса фланцев

 

Мфл=4⋅Мфл1+4⋅Мфл 2+4⋅Мфл 3=4⋅64,3+4⋅14+4⋅3,1 = 325 кг

 

Мап=1925 кг

-масса влажного материала в аппарате

 

Ммат=ρнас⋅π/4⋅DH 2 ⋅Hсл=800⋅3,14/4 ⋅1,44⋅0,65=587кг

-масса неучтенных затрат принимаем в размере 20% от Мобщ

 

Мнз=0,2⋅Мобщ

Мобщ=1,2⋅(Мап+Ммат)=1,2⋅(1925+587)=3014 кг=3,014т

Число опор принимаем Zоп=2 шт

Нагрузка на одну опору

 

Моп=Мобщ/2=3,014/2=1,507т

 

Принимаем опору (лапу) для вертикальных цилиндрических обечаек с нагрузкой на одну опору в 2,5 тонны; [4] т. 29.2 с. 673

Рис.5 Опоры

Основные размеры опоры:=150 мм Н=340 мм m=10,9 кг

В=180 мм S=12 мм

В1=140 мм a=30 мм=40 мм d=28 мм

 

3.5 Расчет тепловой изоляции

В качестве материала тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии +15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности lи = 0,09 Вт/м×К.

Принимаем температуру наружной поверхности стенки tст.в.=40 °С; температуру окружающей среды t0 = 18,8 °С, тогда толщина слоя изоляции:

δи=λи (tг .п .−tст. в . )/αв (tст. в .−tв ),

aв - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду,

αв=8,4+0,06⋅(tст. в.−t0)=8,4+0,06⋅(40−18,8)=9,67Вт/м2⋅K

δи=0,09⋅(130−18,8)/9,67⋅(40−18,8)=0,048 м

Принимаем толщину тепловой изоляции 50 мм.

 

Заключение

В расчетно-пояснительной записке представлены тепловой, гидродинамический, конструктивный , материальный, расчеты сушильной установки с псевдоожиженным слоем для сушки влажного материала (карбамида).

В результате материального и теплового расчетов получили следующие основные характеристики:

количество удаленной влаги W =44 кг/ч

расход сухого воздуха L = 2 кг / с

влагосодержание воздуха на выходе из сушки d2 =0,038 кг / кг

В результате гидродинамического расчета получили следующие основные характеристики :

диаметр решетки Dp =1,44 м

высота слоя материала Нсл = 0,65 м

высота аппарата Нап =2 м

рабочая скорость псевдоожижения Wраб = 1,35 м/с

порозность слоя ε =0,44

- гидравлическое сопротивление аппарата ΔРс = 6351,64 Па

общее сопротивление установки ΔРобщ = 7243 Па

Произведен выбор вспомогательного оборудования:

циклона ЦН-15, 4 калориферов типа КЗПП №5, винтового питателя ПВI-320, шлюзового разгрузителя ПШI-250 и газодувоки типа ТВ-100-1,12.

В результате конструктивного расчета были определены: толщина стенки обечайки, диаметры штуцеров, типы и размеры фланцев и опор.

 

 

Литература

 

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- Л.: Химия, 1987.-576 с.

. Овчинников Л.Н., Овчинников Н.Л. Сушка во взвешенном слое: учеб. пособие /ГОУВПО Иван. гос. гим.-техн. ун-т. Иваново, 2006. 104 с.

. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1970. -752 с.