Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «энергосбережение в теплотехнологических процессах и установках»

Приближенные и более точные методы расчета конвективных сушилок. Для неко­торых типов сушилок, например для барабанных шли распылительных, может быть задано напряжение активного объема сушилки по испаренной влаге в кг/м³, а для контактных сушилок — напряжение поверхности нагрева по испаренной влаге в кг/м², эти показатели позволяют выполнить упрощенный расчет сушилки.
В настоящее время для некоторых конвективных сушилок (пневмотруб, барабан­ных, трубчатых, распылительных, сушилок с кипящим слоем) при сушке мелкозерни­стых, пылевидных и дисперсных материалов разработаны методы расчета, в которых продолжительность сушки определяется на основе уравнений тепло- и массообмена (по температурному напору и соответствующим коэффициентам теплообмена) с учетом фракционного или дисперсного состава высушиваемого мелкозернистого пылевидного или диспергированного материала.
В качестве примера нами приводятся тепловые и аэродинамические расчеты трубы-сушилки, барабанной сушилки и сушилки с кипящим слоем.
Расчет и выбор вспомогательного оборудования измерительных приборов и автоматики сушильных установок. При расчете конвективных сушильных установок, кроме расчета калориферов, толок и выбора типа вентиляторов и электродвигателей, рассчи­тывают и выбирают также и другое вспомогательное оборудование, например, при сушке пылевидных или диспергированных материалов необходимо рассчитать и вы­брать обеспыливающие устройства (сухие и мокрые циклоны, мультициклоны и фильтры) и распиливающие устройства для диспергирования жидкостей (форсунки, диски).
В ряде случаев необходимо рассчитывать пневмотранспортные устройства. В объем курсового проекта может входить выбор схемы контрольно-измерительных приборов и автоматики.
Технико-экономические расчеты. Заключительным этапом проектирования сушиль­ной установки является определение следующих основных технико-экономических по­казателей:
а) суммарных и удельных капитальных затрат, которые устанавливаются на осно­ве ценников на оборудование и монтаж (включая вспомогательное оборудование), при использовании новых конструкций, по которым нет достаточного материала, капиталь­ные затраты определяются путем ориентировочных расчетов исходя из металлоемкости сушилки, затрат на изготовление и монтаж, затрат на вспомогательное оборудование, здание и др;
б) удельных расходов топлива, энергии, сжатого воздуха;
в) численности обслуживающего персонала,
г) себестоимости сушки (на 1 кг испаренной влаги).
Эти показатели позволяют (при одинаковом качестве сушки материалов) сравнить и выбрать оптимальный тип сушильной установки.
Примечание. В данном пособии рассмотрены только примеры расчета некото­рых типов конвективных сушилок. Более подробно расчеты конвективных, термо-радиа­ционных, контактных, сублимационных сушилок и сушки в поле токов высокой частоты изложены в следующих литературных источниках, расчет конвективных сушилок с ки­пящим слоем [Л. 74, 67], пневмосушилок[Л, 92], барабанных и трубчатых сушилок [Л 59], туннельных сушилок для лесоматериалов [Л 83], для сушки кирпича [Л 7], терморадиационных установок [Л. 16, 47, 50], сублимационных сушилок [Л. 116, 50],
распылительных сушилок [Л 55], сушилок с виброкипящим слоем [Л. 97].

4 2. ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Пример 4-3. Технико-экономические расчеты трех типов сушилок для сушки технологического песка производительностью 6 000 кг/ч по сухому материалу: барабанной, с кипящим слоем и пневматической трубы-сушилки.


Задание. Выполнить тепловые расчеты и сделать сравнение по основным технико-экономическим показателям трех вариантов сушки зернистого материала: в барабанной сушилке, в сушилке с «кипящим» слоем и в пневматической трубе-сушилке и провести выбор вспомога­тельного оборудования.
Требуемая производительность G₂ = 9500 кг/ч (по сухому материалу); начальное влагосодержание материала — песка w⁰₁ = 13,5%, конечное —w⁰₂ = 2°/о- Все частицы имеют одинаковый¹ диаметр d_ср= 1,3 мм; темпе­ратура материала, поступающего в сушилку, 20° С.
В качестве теплоносителя применяется смесь топочных газов с воз­духом, получаемая от сжигания природного газа; начальная темпера­тура смеси (перед сушилкой) t₁ = 1050°C, конечная (на выходе из су­шилки) t₂ = 115° С.
Для всех трех вариантов предусмотреть схему с однократным ис­пользованием теплоносителя.
Для каждого варианта выполнить схему теплового контроля и авто­матики.
На основе проделанных расчетов составить таблицу для сравнитель­ных технико-экономических данных по каждому типу сушильной уста­новки.
Выполнить чертежи каждого сушильного агрегата и его компонов­ки со всем вспомогательным оборудованием, а также схему КИП и автоматику.
Рекомендуемая литература: расчет барабанной сушилки [Л. 59]; трубы-сушилки [Л. 50]; сушилки с кипящим слоем [Л. 74].
Дополнительная литература: [Л. 52, 87, 92].
Решение. Составляем материальный баланс сушилок
Количество испаренной в сушилке влаги


кг/ч

Количество влажного песка, поступающего в сушилку,

кг/ч

Составляем тепловой баланс сушилок.

Топливо —природный газ: СН₄ = 94,2%; С₂Н₆ =0,4%; Н₂ = 2,2%;С0₂=0,4%; СО= 1,2%; N₂ = 1,6%; Q^р_к= 8600 ккал/кг.
Теоретическое количество сухого воздуха для сжигания 1 кг топлива





кг/кг

Высшая теплота сгорания топлива

ккал/кг

округляя, имеем Q^р_в=12 700 ккал/кг.

Общий коэффициент избытка воздуха, необходимый для получения га­зов с t_г = 900° С:




где η_т = 0,95 — к. п. д. топки; с_т=0,32 ккал/кг·град — теплоемкость газообразного топлива; t = 20° С—температура газа; с_с._г= 0,27 ккал/кг·град— теплоемкость сухого газа при t = 900°С; i_п —энтальпия водяного пара при t_г =900°С; i_п =595 +0,47·900 =1 018 ккал/кг (0,47 ккал/кг· град г - приближенное значение удельной теплоемкости пара); W_т =0 — вес водяного пара, содержащегося в газе; d₀— 10 г/кг сухого воздуха — влагосодержание наружного воздуха при t=20° С; I₀ = 10,7 ккал/кг — энтальпия воздуха.

Плотность газа

кг/м³

Процентное массовое содержание составляющих газа:

Вес сухих газов


кг/кг

топлива.
Вес водяных паров

кг/кг

топлива.
Влагосодержание газов на входе в сушилку

г/кг

сухих газов.

Энтальпия топочных газов, входящих в сушилку:


ккал/кг
сухого газа