Курсовая работа: Барабанная сушилка для сушки сахарного песка

Курсовая работа: Барабанная сушилка для сушки сахарного песка

ВВЕДЕНИЕ

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов. Типовой сушильный аппарат может быть использован для сушки различных продуктов, сходных по своим структурно-механическим свойствам, но различающихся химическим составом, содержанием влаги, ее связью с материалом, допустимой температурой нагрева и временем сушки. Поэтому выбор сушильного аппарата в каждом конкретном случае определяется расчетом.

Барабанные конвективные сушилки находят широкое применение в промышленности для сушки кусковых, кристаллических, зернистых, порошкообразных материалов, как правило, в крупнотоннажных производствах, что обусловлено экономичностью, большой производительностью одного аппарата, высокой надежностью в эксплуатации.

Одним из основных требований, предъявляемых к сушилкам, является обеспечение полного сохранения, а в необходимых случаях и улучшения качества продукта в соответствии с его назначением. В связи с этим, конструкция сушилки должна, прежде всего, обеспечивать равномерный нагрев и сушку материала при надёжном контроле температуры и влажности его в процессе сушки. При этом должны быть исключены потери вещества, связанные с его уносом с отработавшим агентом сушки.

Реализацию этих мероприятий можно осуществить за счёт новых конструкционных решений, автоматизированных методов расчёта, перспективных материалов повышенной прочности, новых экономических профилей проката и т.п.

В данном проекте ставится задача расчета оптимальной конструкции барабанной конвективной сушилки для сушки сахарного песка, позволяющей эффективно решать проблему ее комплексной переработки.

1 КОНСТРУКЦИЯ БАРАБАННОЙ СУШИЛКИ

1.1 Назначение барабанной сушилки

Проектируемая барабанная конвективная сушилка предназначена для сушки сахарного песка с влажностью

до конечной влажности

1.2 Описание конструкции барабанной сушилки

Основной элемент барабанной сушилки (рисунок 2) - сушильная камера - представляет собой наклонный цилиндрический сварной вращающийся барабан 1, на корпус которого надеты два бандажа 10 и зубчатый венец 7.

Бандажами барабан опирается на свободно вращающиеся ролики, установленные на рамках опорной 4 и опорно-упорной станций 5. Два упорных ролика на раме опорно-упорной станции ограничивают осевое смещение барабана. Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0,5...8 об/мин. Вращение барабану передаётся от электродвигателя 15 через редуктор 16, смонтированных на общей раме (приводная станция 6), и зубчатую передачу. Зубчатая передача закрыта кожухом 9.

По обоим концам барабана устанавливают камеры, необходимые для загрузки 2 и выгрузки материала 3, а также для подвода и отвода сушильного агента. Сочленение вращающегося барабана с загрузочной и разгрузочной камерами осуществляется через ленточные уплотнения 14, которые предотвращают большие подсосы воздуха извне и уменьшают расход энергии на вентилятор. У одного из концов вращающегося барабана устанавливается питающее устройство, а у другого - разгрузочное устройство для ввода и вывода из аппарата обрабатываемого твёрдого вещества.

Внутри корпуса со стороны загрузочной камеры на длине, равной 800мм, размещается распределительная, насадка 12 в виде шести винтовых лопастей, за которой на всём протяжении барабана располагается основная насадка 13 . Насадки способствуют равномерному распределению и перемешиванию высушиваемого материала по сечению барабана, а также его тесный контакт с сушильным агентом при пересыпании. Форма основной насадки соответствует свойствам высушиваемого материала. Для хорошо сыпучих материалов с частицами средним размером менее 2 мм, к которым, в частности, относится и сахарный песок, в качестве основной насадки применяют подъемно-лопастную насадку, исходя из свойств высушиваемого материала.

У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство, назначение которого состоит в поддержании определенной степени заполнения барабаном материала.

1-корпус; 2-загрузочная камера; 3-разгрузочная камера; 4-опорная станция; 5-опорно-упорная станция; 6-приводная станция; 7-венцовая шестерня; 8-подвенцовая шестерня; 9-защитный кожух; 10-бандаж; 11-течка; 12-распределительная насадка; 13-подъёмно-лопастная насадка; 14-ленточное уплотнение; 15-электродвигатель; 16-редуктор.

Рисунок 2 - Барабанная сушилка

Рассмотрим конструкцию основных элементов барабана подробнее.

Бандажи.

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей аппарата на опорные ролики. Бандажи представляют собой кольца прямоугольного сечения. В проектируемой барабанной сушилке применяется свободное крепление бандажей из-за возможного значительного теплового расширения барабана. Кроме того, свободно надетые бандажи являются наиболее экономичными. При этом бандажи надеваются на башмаки, повернутые головками в разные стороны для предупреждения аксиального смещения бандажей. Бандаж надевается не непосредственно на кожух, а между ними прокладываются подкладка и от одной до трёх прокладок толщиной 10... 20 мм каждая, которые образуют кольцо жёсткости, не допускающее смятие кожуха в местах опоры. Подбором толщины регулирующих подкладок достигается совмещение центров барабана и бандажа. Башмаки крепятся к барабану сваркой.

Опорные ролики.

Ролики опорных станций принимают на себя нагрузку от веса всех вращающихся частей. Ролики закрепляются на валу, лежащем в двух подшипниках. Подшипники роликов делаются скользящими перпендикулярно к оси сушилки и соответственно устанавливаются на салазках. Причина этого в следующем. При двух бандажах последние должны опираться в четырёх точках, что не всегда легко осуществить без регулировки положения подшипников. Кроме того, износ роликов или возможная осадка фундамента под одним и бандажей может привести к частичной разгрузке одних роликов за счёт других. Наличие скользящих подшипников даёт возможность компенсировать все указанные недостатки. Подшипники каждого ролика устанавливаются на одной общей раме, сваренной из фасонных профилей, покрытой стальными листами. Прорези в последних для болтов подвижных подшипников делаются продолговатыми. Кроме того, подвижные подшипники упираются в упорные болты.

Венцовые шестерни.

Передача вращающего момента от мотора через редуктор к барабану осуществляется с помощью цилиндрической зубчатой передачи. Вращение передаётся от малой шестерни, сидящей на выходном валу редуктора, к основной, так называемой венцовой шестерне, смонтированной на барабане. Она представляет собой весьма ответственную деталь, работающую при высоких напряжениях. Венцовая шестерня отливается из двух половин, соединяемых призонными болтами. В виду отсутствия опасности появления больших температурных напряжений венцовая шестерня крепится жёстко к корпусу барабанной сушилки. Центрирование венца производится с помощью регулирующих подкладок, помещённых между шестерней и башмаками.

Башмаки крепятся к барабану болтами (что несколько облегчает смену венца) с простыми головками, размещёнными с внутренней стороны барабана.

1.3 Выбор конструкционных материалов

Среда внутри барабанной сушилки представляет собой паро-воздушную смесь. Процесс протекает при температуре 60-120 °С при атмосферном давлении. Тогда в соответствии с [3] выбираем материал для барабана сушилки и конструктивных элементов, которые непосредственно контактируют со средой при температуре не выше 300°С,-сталь СтЗспЗ ГОСТ 380-94.

Сталь СтЗспЗ - это углеродистая сталь обыкновенного качества. Сталь в заданной среде при рабочих параметрах химически и коррозионно-стойка, обладает хорошей свариваемостью, хорошими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускает холодную и горячую механическую обработку, весьма распространенна в пищевой промышленности, и, значит, не является дефицитной.

Бандажи изготавливают из качественных углеродистых сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, так как смена бандажей барабанов чрезвычайно трудна. По [3] выбираем сталь 35Л ГОСТ 977-86 применяемую для изготовления деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу, работающих под действием средних статических и динамических нагрузках. Отливки подвергаются термообработке: улучшение (нормализация при температуре 860...880 °С и отпуск при температуре 600...630 оС [3]). Сталь флокенонечувствительная и не склонна к отпускной хрупкости [3].

Венцовая шестерня представляет собой весьма ответственную деталь, работающую при высоких напряжениях. Поэтому венцовые шестерни отливаются из стали и зубья их фрезеруются. По [3] выбираем сталь 45Л ГОСТ 977-86 применяемую для изготовления деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу, работающих под действием средних статических и динамических нагрузок. Сталь флокеноночувствительная и не склонна к отпускной хрупкости [3]. Твёрдость рабочих поверхностей зубьев венцовой шестерни ННв2=235...262 НВ, подвенцовой шестерни Ннв1=269...302 НВ [7]. Для обеспечения требуемой твёрдости рабочих поверхностей зубьев колёса и шестерни назначается термообработка-улучшение (нормализация при температуре 860...880 оС и отпуск при температуре 600...630 °С [3]). Применение шестерён с твёрдостью ННв<350 НВ позволяет производить чистовое нарезание зубьев после термообработки. При этом можно получать высокую точность без применения дорогих отделочных операций (шлифование, притирка и т.п.). Колёса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Технологические преимущества материала при НВ<350 НВ обеспечили ему широкое применение в передачах с большими колёсами, термическая обработка которых затруднена [3].

Ролики изготавливаются из материала менее прочного, чем бандаж. Ролики лишь в ответственных случаях делаются стальными, обычно же отливаются из чугуна и потом обтачивают. Применение более мягкого материала и большее число оборотов ролика приводят к ускоренному износу и меньшей долговечности роликов по сравнению с бандажами. Такое нарушение принципа равнопрочности делается сознательно. Дело в том, что смена бандажа или даже его проточка чрезвычайно трудоёмки и требуют длительных остановок вращающихся барабанных аппаратов, не говоря уже о том, что бандажи стоят дорого. Выгоднее сохранить бандаж и обеспечить его долговечность. Смена же изношенных роликов гораздо более проста, да и сами ролики намного дешевле бандажей. В соответствии с рекомендациями принимаем чугун СЧ 20 ГОСТ 1412-85.

Валы представляют собой детали к несущей способности и долговечности цапф предъявляются повышенные требования, поэтому в качестве материала вала и осей принимаем средне-углеродистую низколегированную сталь с улучшением 40Х ГОСТ 4543-71 [3]. Твёрдость рабочих поверхностей вала ННв=212.. .248 НВ. Для обеспечения требуемой твёрдости рабочих поверхностей вала назначается термообработка, закалка при температуре 840...860 оС в масле и высокий отпуск при температуре 550.. .600 °С с охлаждением на воздухе [3]).

В качестве материала крепёжных деталей в виде болтов, шпилек, гаек и других деталей, предназначенных для закрепления аппарата на опорах, различных узлов и деталей, принимаем конструкционную углеродистую сталь - сталь 35 ГОСТ 1050-74.

В качестве материала ленточного уплотнения места сопряжения сушильного барабана с камерами загрузки и выгрузки принимаем резину листовую техническую по ГОСТ 7338-77

2 РАСЧЕТ БАРАБАННОЙ СУШИЛКИ

2.1 Технологический расчет

2.1.1 Цель расчета

Целью технологического расчета барабанной сушилки является:

- выбор стандартной барабанной сушилки, удовлетворяющей исходным параметрам;

- определение расходных характеристик и скоростей газа;

- определение частоты вращения барабанной сушилки.

2.1.2 Данные для расчета

производительность по готовому продукту;

влажность продукта:

начальная ;

конечная ;

температура воздуха:

на входе ;

на выходе ;

температура продукта:

начальная ;

конечная;

плотность частиц продукта ;

средняя насыпная плотность ;

средний размер частиц ;

удельная теплоемкость продукта ;

напряженность барабана по испаренной влаге .

2.1.3 Выбор режима сушки и варианта сушильного процесса

Для создания оптимальных условий сушки сахарного песка выбираем принцип параллельного движения материала и агента сушки. При этом можно работать с повышенной начальной температурой агента сушки, так как в первый период сушки температура материала равна температуре мокрого термометра. В аппарате с параллельным током достигается высокая интенсивность процесса сушки и минимальные затраты тепла и электрической энергии на вентиляцию. Кроме того, материал сохраняет начальные свойства, так как в процессе его сушки не перегреваются даже самые мелкие частицы.

Сушку сахара в барабанном сушильном аппарате при относительно невысокой начальной температуре и влажности агента сушки осуществляем по нормальному (основному) сушильному варианту.

Так как температура сушки невысока и присутствие кислорода не влияет на свойства сахарного песка, в качестве агента сушки, выполняющего роль, как теплоносителя, так и влагоносителя, используем нагретый воздух. Сушка чистым воздухом сохраняет качество сахара.

2.1.4 Определение и выбор основных расчетных параметров

Принципиальная схема сушильной установки приведена на рисунке 3.

Рассчитаем сушилку аналитическим методом.

Рисунок 3. Принципиальная схема сушильной установки 1 – калорифер; 2 – сушилка.

Параметры наружного воздуха.

Для поддержания определенного режима сушки необходимо знать основные параметры наружного влажного воздуха: температуру , относительную влажность , удельное влагосодержание  и энтальпию .

Принимаем температуру окружающего воздуха  с относительной влажностью , согласно [4, стр.521, табл.XL]. Полагая, что барометрическое давление в данной местности  (99,3 кПа), определяем аналитически  и .

Удельное влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер:

;                                                                        (3.1)

Где 0,622 – отношение мольных масс водяного пара и воздуха;

 - давление насыщенного водяного пара при температуре наружного воздуха , Па; по [4, с.531, табл. LVX] .

В численном значении получаем:

Энтальпия наружного воздуха:

;                                                                (3.2)

Где - средняя удельная теплоемкость сухого воздуха;

 согласно;

- средняя удельная теплоемкость водяного пара;  согласно;

 - удельная теплота парообразования воды при 0 0С; , согласно.

В численном значении получаем

Параметры воздуха на выходе из калорифера.

Состояние воздуха на выходе из калорифера характеризуется следующими параметрами: температура ; удельное влагосодержание воздуха  сухого воздуха; энтальпия воздуха на выходе из калорифера

;                                                                 (3.3)

Параметры воздуха на выходе из сушилки.

Состояние воздуха на выходе из калорифера характеризуется следующими параметрами: температура ; дополнительно задаемся , тогда удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки равно:

;                                                                        (3.4)

Где  - давление насыщенного водяного пара при температуре , Па;по .

В численном значении получаем

.

Энтальпия воздуха на выходе из сушилки:

;                                                                (3.5)

.

Тогда изменение влагосодержания воздуха составит:

;                                                                                      (3.6)

2.1.5 Расчет количества испаряемой влаги и уноса материала

Производительность сушильной установки и количество удаляемой влаги определяют из материального баланса для потока высушиваемого материала. Обозначив через  и  расходы исходного и высушиваемого материала (конечного продукта),  и  - их влажности, а через  - расход удаляемой из материала влаги, получим материальный баланс в форме системы из двух уравнений

;                                                               (3.7)

Решая данную систему уравнений, сначала определяем производительность сушильной установки по исходному продукту:

;                                                                               (3.8)

;

Определяем производительность сушильной установки по испаряемой влаге:

;                                                                               (3.9)

2.1.6 Расчет расхода теплоты и воздуха

В процессе сушки влага из поступающего в сушильную камеру продукта испаряется и уносится воздухом. При этом влагосодержание воздуха увеличивается от начального  до конечного . Масса абсолютно сухого воздуха при достаточной герметичности сушильной камеры практически остается неизменной. Из материального баланса для газовой фазы

;                                                                                   (3.10)

определяем расход абсолютно сухого воздуха в сушильной установке:

;                                                                                            (3.11)

Удельный расход абсолютно сухого воздуха на 1 кг влаги равен:

;                                                                                       (3.12)

.

Объемный расход воздуха на входе в сушилку:

;                                                                                   (3.13)

Где  - плотность воздуха на входе в сушилку при температуре ,

определяется по формуле согласно [4, стр.29]:

;                                                                                              (3.14)

Где  - плотность воздуха при нормальном условии;

          - барометрическое давление.

В численном значении получаем:

Объемный расход воздуха на выходе из сушилки:

;                                                                                   (3.15)

Где  - плотность воздуха на выходе из сушилку при температуре , определяем аналогично формуле (3.14).

В численном значении получаем

Расход тепла на нагрев воздуха в калорифере:

;                                                                                 (3.16)

Страницы: 1, 2, 3