Расчет распылительной сушильной установки прямоточного действия с дисковым распылением для получения сухого молока

 
 
 
 

2.3.Теплообменный аппарат типа ТП. 

      Кожухотрубчатые теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. Кожухотрубчатый теплообменник состоит из корпуса, и приваренных к нему решеток. В трубных решетках закреплен пучок труб. К трубным решеткам крепятся к крышки при помощи сварки.

      В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (трубном пространстве), а другая в межтрубном пространстве.

      Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло - в противоположном направлении. Такое направление движение каждой среды совпадает с направлением, котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.

      Трубы в решетках обычно равномерно размещают  по периметрам правильных шестиугольников, т.е по вершинам равносторонних треугольников. В отдельных случаях, когда необходимо обеспечить удобную очистку наружной поверхности труб преследуют одну цель — обеспечить, возможно, более компактное размещение необходимой поверхности теплообмена внутри аппарата. В большинстве случаев наибольшая компактность достигается при размещении трубок по периметрам правильных шестиугольников.

      Рассматриваемый теплообменник является одноходовым. При сравнительно небольших расходах жидкости скорость ее движения в трубах таких теплообменников низка и, следовательно, коэффициенты теплоотдачи не велики. Для увеличения последних при данной поверхности теплообмена можно уменьшить диаметр труб, соответственно увеличив их высоту (длину).

    Однако  теплообменники небольшого диаметра и значительной высоты неудобны для монтажа, требуют высоких помещений и повышенного расхода металла на изготовление деталей, не участвующих непосредственно в теплообменнике (кожух аппарата). Поэтому более рационально увеличивать скорость теплообмена путем применения многоходовых теплообменников.

     Вертикальные  теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производительную площадь. Горизонтальные изготавливаются обычно многоходовыми и работают при больших скоростях участвующих в теплообмене сред для того, чтобы свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности их температур и плотностей, а также устранить образование застойных зон.

    Для уменьшения температурных деформаций, обусловленных большой разностью температур труб кожуха, значительной длиной труб, а также различием материала труб и кожуха, используют кожухотрубчатые теплообменники с линзовым компенсатором, у которых на корпусе имеется линзовый компенсатор, подвергающийся упругой деформации. Такая конструкция отличается простотой, но применима при небольших избыточных давлениях в межтрубном пространстве, обычно не превышающих 6 аm.

    К числу компактных и эффективных  теплообменников, созданных за последнее время, относятся различные конструкции теплообменных аппаратов с оребренными поверхностями. Применение оребрения со стороны теплоносителя, отличающегося низкими значениями коэффициентов теплоотдачи (газы, сильновязкие жидкости), позволяет значительно повысить тепловые нагрузки аппаратов.

    Помимо  трубчатых теплообменников с  трубами, имеющими поперечные ребра прямоугольного или трапециевидного сечения, разработаны конструкции с продольными, плавниковыми, проволочными, игольчатыми непрерывными спиральными ребрами и др.

    Трубы  с поперечными ребрами различной формы широко используются, в частности, в аппаратах для нагрева воздуха – калориферах, а также в аппаратах воздушного охлаждения. При нагреве воздуха обычно применяют насыщены водяной пар,  поступающий в коллектор и далее в пучок оребренных труб. Конденсат отводится из коллектора.

     Конструкция оребренных теплообменников разнообразны. схема устройства современного пластинчато  – ребристого теплообменника, работающего  по принципу противотока. 

2.4. Центробежные дисковые распылители 

      В сушильной технике получило широкое  распространение распыление с помощью центробежных дисков. Этот метод отличается от метода распыления растворов механическими форсунками тем, что раствор принимает большие скорости без давления на него.

      Раствор через специальную распределительную коробку или трубу с отверстиями под небольшим избыточным давлением подается на диск и получается вращательное движение. Благодаря действию центробежной силы раствор в виде пленки перемещается с непрерывно возрастающей скоростью к лопаткам или соплам, далее по ним к периферии диска и сбрасывается. При этом происходит распыление раствора. 

      Механизм  распыления раствора зависит от условий работы центробежного диска. При небольших скоростях потока и производительности диска распыление происходит с непосредственным образованием капель. Пленка жидкости стекает к краям диска и собирается в виде висящего цилиндра. Этот цилиндр увеличивается до тех пор, пока не достигнет критической величины. При этом жидкостная пленка принимает выпуклую форму по периферии диска и под действием центробежной силы, преодолевая поверхностные силы, удерживающие раствор на твердой поверхности силы, разрывается. С увеличением производительности образуются отдельные тонкие струйки, которые, как статистически неустойчивые, распадаются на капли. При дальнейшем увеличении производительности из струй образуется сплошная пленка, которая также распадается с образованием отдельных капель.

    Распад  отдельных струек или пленки раствора происходит на некотором расстоянии диска. Распад статистически неустойчивой формы происходит за счет турбулентности потока и за счет сил давления на поверхность раствора, возникающего вследствие трения о воздух.

      Неравномерность распыла в общем случае объясняется  главным образом тем, что распад отдельных струек или пленки происходит на различном расстоянии от диска, т.е. при различной их толщине. Неоднородность распыла увеличивается с переходом от стадии распада отдельных струек к распаду пленки. Таким образом, величина капель и однородность распыла зависит от края от окружной скорости диска и толщины пленки раствора, которая в свою очередь, определяется производительностью.

 При малых окружных скоростях диска (меньше 50 м/сек) получается резко выраженный неоднородный распыл, факел распыла как бы состоит из основной группы крупных капель, которые оседают ближе к диску. По мере увеличения скорости вращения неоднородность распыла уменьшается, расстояние между основной массой крупных и мелких капель сокращается. Начиная с окружной скорости 60 м/сек и выше, такого разложения не наблюдается, поэтому скорость 60 м/сек можно принять минимальной, имеющей промышленное значение.

      Чаще  всего распыление дисками различных  конструкций производится при окружных скоростях в интервале 90-140 м/сек в зависимости от свойств раствора и температурного режима сушки.

      Распыление  центробежными дисками имеет большие преимущества перед другими способами, так как позволяет распылять жидкости с высокой вязкостью, регулировать производительность в пределах  ±25% без существенного изменения факела распыления; диски надежны в работе. Недостатками центробежного распыления являются сравнительно высокая стоимость распылительного механизма и его сложная конструкция. Из-за широкого факела распыления, лежащего в горизонтальной плоскости, требуется большой диаметр сушильной камеры и соответственно большая площадь помещения.

      Большое значение имеет равномерная во времени  подача раствора на диск. При значительном разряжении в диске не рекомендуется раствор подавать самотеком, - так как это ведет к пульсирующей производительности диска и резкому увеличению диаметра факела распыла. Раствор должен подаваться на диск под небольшим давлением специальным насосом. Это позволяет не только равномерно подать на  его на диск, но и осуществить плавную регулировку производительности диска в зависимости от температуры отходящих газов, Перед работой диски вместе с валом должны подвергаться статистической и динамической балансировке.

Для получения  больших чисел оборотов диска  применяются паровая турбина  с противодавлением, быстроходный высокочастотный электродвигатель с редуктором. Паровая турбина обычно применяется мощностью 10-12 кВт при давлении пара 0,8 аm. Число оборотов турбины 140 в секунду. Пар после турбины обычно используется для нагрева воздуха в нагревателях

2.5.Конструкция центробежных дисков 

    Существуют  различные тины центробежных дисков.

    Конструкция диска обуславливается его производительностью  и свойствами

    диспергирумого  раствора. К ним нужно отнести: влажность, коррозионные и эрозионные свойства, термочувствительность, вязкость и т.д.

    При большой производительности наиболее рационально использовать многоярусные диски, обеспечивающие небольшой факел распыла и повышенную плотность орошения.

    Современные конструкции диска грубо можно  подразделить на две группы: к первой относятся диски с канавками и лопатками, в которых имеется значительный участок разгона в радиальном направлении пленки жидкости; ко второй группе относятся сопловые чашеобразные диски. В первом случае можно обеспечить большую величину смоченного периметра и, как следствие, равномерный распыл. 

    

    

3. Технологический  расчет

3. 1. Материальный и конструктивный расчет

Дано:

Gн= 630 кг/ч; Uн= 56%; Uк=4,5%; t°= 19°С; t₁ =168°С; t₂ =65°С;

φ₁=80%; φ₂=24%

      

G₁=G₂+W

G₁(100- Uн/100) =G₂(100- Uк/100);

W=Gн  (Uн -Uк/100- Uк)

1. Количество испаренной в сушке влаги:

W=Gн  (Uн - Uк /100- Uк), где

Gн и Un- начальная масса и влажность материала, поступающего на сушку;

Gк u U_K- конечная масса и влажность высушенного материала;

W= 630 (56-4,5/100-4,5)=339,6 кг/ч.

G_K= W-Gн =630-339,6=290,4 кг/ч.

2. Расход сухого воздуха в сушилке L (в кг/с):

L=W/Х₂ -Х₀=339,6/0,041-0,011= 11320 кг/ч.

3. Объем  сушильной башни:

V=W/A 339,6/4 = 84,9 м³ ≈85 м³

D=1,05³  √W/А = 1,05³ √85= 4,6 ≈5;

Н=5∙2,5 = 12,5≈ 13 м. 
 
 
 

3.2 Тепловой баланс 

 

Qpacx-Qпpиx =2110380-571004,8 = 1539375,2 кДж;

Qкалор.= L(J₁-J₀) = 11320(201,12-46,09) = 1754600;

Qpacx/Qприx= 1539375,2/1754600 ≈ 1 калорифер 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.3. Расчет теплопотерь 

1. Q_пот=α(t_ст-t_ос)F

F=2πrk=2∙3,14∙2,5∙13=204,1

2. Температура  стенки

₌

 
3. Коэффициент теплопроводности:

 
В качестве изоляционного материала  используем  орпрьтит вату.

 

Q_пот=9,495∙(116,5-20)∙204,1=187010,2кДж 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Расчет вспомогательного  оборудования

4.1. Расчет циклона

Данные для  расчета:

производительность  по воздуху                         V_сек=2,82 м³/сек

наименование  диаметра частичек                      d=12 мкм