Барабанная сушилка

     

     

     2 Описание конструкции и принципа действия сушильного аппарата 

     Барабанная  сушилка (рисунок.2.1) состоит из цилиндрического барабана 1, установленного с небольшим наклоном к горизонту и опирающегося с помощью бандажей 9 на опорные ролики 6 и опорно ‒ упорные ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор 4 и зубчатый венец 5, закрытый кожухом .  Число оборотов  барабана  обычно  не превышает об/мин. Мощность двигателя от 1 до 40 кВт.

     Высушиваемый  материал подается в приемную камеру 8 и поступает на приемно – винтовую насадку, а с нее ‒ на основную насадку. Лопасти насадки поднимают и сбрасывают материал при вращении барабана. Барабан установлен под углом α к горизонтали до 6^○; высушиваемый продукт передвигается к выгрузочной камере 2 и при этом продувается сушильным агентом. Между вращающимся барабаном и неподвижной камерой установлено уплотнительное устройство 7.

       Время пребывания обычно регулируется  скоростью вращения барабана  и реже  –  изменением угла  его наклона. 

     Внутри  барабана для интенсификации процесса сушки устанавливают различные  насадки, способствующие увеличению контакта материала с теплоносителем. В загрузочном конце устанавливают спиралеобразные лопасти, основное назначение которых – предотвратить пересыпание материала в газовую камеру. При сушке материалов, склонных к налипанию на внутренней стенке барабана, целесообразно применять навеску цепей.

     При сушке хорошо сыпучих материалов находит успешное применение ячейково – секторная и лопастная насадки. Можно использовать и комбинацию перечисленных насадок, применяя в начальной стадии спиралеобразные лопасти, потом цепи и в конце подъёмно – лопастную  или  ячейково – секторную насадку.

     Перемещение материала вдоль барабана происходит в основном вследствие наклона барабана. При его вращении материал захватывается  лопатками, поднимается, а затем  ссыпается с различной высоты. Это уменьшает истираемость материалов по сравнению с сушилками кипящего слоя. Еще в упрек сушилок кипящего слоя сказывается их сложная конструкция.

     При сушке материалов в барабане происходит передача тепла конвекцией от газов  к падающим частицам и к поверхности материала в завале и на лопатках, а также перенос тепла теплопроводностью от нагретых внутренних устройств аппарата к материалу.

     Вследствие  хорошего перемешивания материала  допустимы большие удельные плотности  теплового потока, не приводящие к изменениям физико-химических свойств частиц в процессе сушки. Количество тепла, переданного материалу во время ссыпания, составляет примерно 70 % всего теплового потока в  
 
 
 

     

барабанной  сушилке, что довольно значимо. 
 

Рисунок 2.1 ‒ Барабанная сушилка

 

     Возможна  установка различных насадок, что  обуславливает разнообразные  траектории перемещения высушиваемых частиц по объему материала.

     Сушильный барабан прост в обслуживании.

     Все это говорит в пользу выбранной  технологической схемы проведения процесса сушки.

     Недостатком является громоздкость барабана, коррозия металла, небольшой КПД из-за незначительного заполнения объема барабана, и жесткие условия сушки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3 Описание и обоснование выбора вспомогательного оборудования 

     Вентилятор. Вентиляторами называют машины, перемещающие газовые среды при степени повышения давления до 1,15. В промышленности наиболее распространены центробежные и осевые вентиляторы. В зависимости от давления,  создаваемого  вентиляторами  их подразделяют на три группы: низкого давления – до 981 Па, среднего – от 981 до 2943 Па и высокого – от 2943 до 11772 Па. Центробежные вентиляторы охватывают все три группы, осевые вентиляторы – преимущественно низкого давления, в редких случаях – среднего.

     КПД центробежных вентиляторов обычно составляет 0,6-0,9, а осевых – 0,7-0,9. 

    

    Рисунок 3.1 ‒ Центробежный вентилятор

 

     Воздух  в вентилятор поступает через  входной патрубок 1 и направляется в рабочее колесо 2, которое состоит  из: ступицы 5, ведущего диска 7, лопастей и (ведомого) покрывного кольцевого диска 9. Обычно рабочее колесо приводится во вращение при помощи ступицы 5, насаженной на рабочий вал 6, который передает движение непосредственно от двигателя или с помощью трансмиссионной передачи. На ступице смонтирован ведущий диск, к которому прикреплены лопасти рабочего колеса. Со стороны входа на лопастях рабочего колеса крепится покрывной кольцевой диск 9.

     Вращающееся рабочее колесо помещается в неподвижный  спиральный кожух 8, имеющий на выходе расширяющийся патрубок 4. Воздух или газ, попадающий через входной патрубок 1 в рабочее колесо 2, лопастями отбрасывается с большой скоростью к периферии. Передача энергии воздуху 
 
 

     

 завершается  в рабочем колесе. Часть этой  энергии вследствие силового  воздействия лопастей рабочего колеса получается в виде потенциальной энергии давления; Другая часть, в зависимости от степени реактивности рабочего колеса, получается в виде кинетической энергии (скоростного напора).

     Воздух, поступающий с большой скоростью  из рабочего колеса, тормозится в кожухе вентилятора. При этом скоростной напор преобразуется в потенциальную энергию давления. Спиральная форма кожуха способствует этому процессу. Избыток давления на выходе из вентилятора в патрубке 4 идет на преодоление сопротивлений и противодавления в нагнетательной системе трубопроводов.

      

     6

     Чтобы избежать утечки воздуха, который был  подвергнут сжатию в вентиляторе, устанавливают  различного типа уплотнения и осуществляют сопряжение входного патрубка вентилятора и входной кромки рабочего колеса с минимальным зазором ~ 1 мм. С этой же целью язык 3 спиральной камеры подводят как можно ближе к внешнему ободу рабочего колеса

     Устройства  для выделения сухого продукта из потока теплоносителя. Центробежные пылеотделители (циклоны). 

     Циклон  — воздухоочиститель, используемый в промышленности для очистки  газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип очистки —инерционный (с использованием центробежной силы), а также гравитационный. Циклонные  пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности.

     Собранная пыль может быть в дальнейшем переработана.

     Принцип действия простейшего противоточного циклона (рисунок 3.1) таков: поток запылённого газа вводится в аппарат через входной патрубок 4 тангенциально в верхней части. В аппарате формируется вращающийся поток газа, направленный вниз, к конической части аппарата. Вследствие силы инерции (центробежной силы) частицы пыли выносятся из потока и оседают на стенках аппарата, затем захватываются вторичным потоком и попадают в нижнюю часть, через выпускное отверстие в бункер для сбора пыли 5. Очищенный от пыли газовый поток затем двигается снизу вверх и выводится из циклона через соосную выхлопную трубу 2.

       Степень очистки газов в циклоне составляет 70 – 90%. Она зависит от свойств пылевидных частиц и газа, от скорости движения запыленного газового потока, а также от размеров и конструктивных особенностей циклонных аппаратов. Дисперсный состав пыли и ее плотность в значительной степени определяют эффективность работы циклонов. Чем крупнее и тяжелее частицы, тем полнее они улавливаются в циклонах.

       Неплотности на любом участке  пылеуловительной системы резко ухудшают степень очистки газов. Так подсос воздуха в размере 10-15% от количества очищаемого газа может свести на нет эффективность работы очистительного аппарата.

     Большое влияние на эффективность работы циклона оказывает также скорость, с которой газовый поток поступает через входной патрубок в аппарат. Величина этой скорости находится в пределах 20-25 м/с. 
 

    

    1 ‒ корпус; 2 ‒ выхлопная труба; 3 ‒ улитка; 4 ‒ входной патрубок;

    5 ‒ приемный бункер; 6 ‒ затвор

    Рисунок 3.1 – Схема циклона  НИИОГАЗ

     4  Расчет сушильного аппарата 

     Сушка глины производится топочными газами в сушилке барабанного типа. В качестве топлива выступает Саратовский природный газ. Для сушки используются топочные газы, так как для процесса сушки глины требуется начальная температура сушильного агента 500°С. Так как начальная температура сушильного агента больше 200°С, то по рекомендациям из [6], конечная температура сушильного агента составляет 100°С. Район работы установки г. Минск. Производительность по исходному влажному материалу составляет 12000 кг / ч по заданию. 

     4.1 Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку 

     В качестве топлива используется природный  сухой газ Саратовского месторождения (Россия) [3] следующего состава (в % об.), таблица 4.1.

         

   Таблица 4.1 ‒ Состав саратовского природного газа

Газ	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	N2
Содержание, об, %	94	1,2	0,7	0,4	0,2	0,2	3,3

 

    СН₄ – 94; С₂Н₆ – 1,2; С₃Н₈ – 0,7; С₄Н₁₀ – 0,4; С₅Н₁₂ – 0,2; СО₂ – 0,2; N₂ – 3,3.

     Для определения теплоты сгорания топлива  воспользуемся характеристиками горения  простых газов из таблицы 4.2. 

    Таблица 4.2 ‒ Характеристика горения простых газов

Газ	Реакция	Тепловой эффект, кДж/м3
Метан	СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О	35741
Этан	С2Н6 + 3,5О2 = 2СО2 + 3Н2О	63797
Пропан	С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4Н2О	91321
Бутан	С4Н10 + 6,5О2 = 4СО2 + 5Н2О	118736
Пентан	С5Н12 + 8О2 = 5СО2 + 6Н2О	146080

 
 

     Количество  тепла Q_V, выделяющегося при сжигании 1 м³ газа определяется как сумма произведений тепловых эффектов составляющих горючих газов на их количество [5] с. 294:

   Q_V = 35741· СН₄ + 63797· С₂Н₆ + 91321· С₃Н₈ + 118736· С₄Н₁₀ + 146080· С₅Н₁₂(4.1)

      Q_V = 35741  0,94 + 63797· 0,012 + 91321· 0,007 + 118736· 0,004 + 146080· 0,002 = 35768,5 кДж / м³ 
 
 
 

     Плотность газообразного топлива равна  [5] формула 9.2:

                                    

,        (4.2)

где М_i – мольная масса топлива; t_T – температура топлива, равная 20ºС; V_o – мольный объем, равный 22,4 м³/кмоль, С_mH_n – объемные концентрации составляющих природного газа (СН₄; С₂Н₆; С₃Н₈; С₄Н₁₀;С₅Н₁₂; СО₂; N₂).

= 16 кг/кмоль;  = 30 кг/кмоль; = 44 кг/кмоль;               =58 кг/кмоль; =72 кг/кмоль; = 44 кг/кмоль; = 28 кг/кмоль.

Подстав данные значения, получим: