Описание основного аппарата.

Барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.) Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту (1/15—1/50) и опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5 — 8 об мин; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом — топочными газами.

Газы и материал особенно часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала, так как в этом случае наиболее горячие газы соприкасаются с материалом, имеющим наибольшую влажность. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 8 со средней скоростью, не превышающей 2— 3 м/сек. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. На концах барабана часто устанавливают уплотнительные устройства (например, лабиринтные), затрудняющие утечку сушильного агента.

У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца — поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже — изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11, с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 8. Устройство внутренней насадки барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала.

Подъемно- лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка — для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда используют комбинированные насадки, например подъемно-лопастную (в передней части аппарата) и распределительную.

Типы промышленных барабанных сушилок разнообразны: сушилки, работающие при противотоке сушильного агента и материала, с использованием воздуха в качестве сушильного агента, контактные барабанные сушилки и др.

Техника безопасности.

Жизнь и здоровье практикующего химика во многом зависит от правил, которые просто необходимо соблюдать в лаборатории. Но часто некоторые правила техники безопасности не объясняются, а просто принимаются на веру. Эта страница дает перечень ситуаций, с объяснением причин, которые могут возникнуть в химической лаборатории.

Химический взрыв.

Химический взрыв - взрыв, возникающий за счет протекания химической реакции веществ или разложения вещества. Обычно характеризуется значительной разрушительной мощностью и поражающей способностью. Может приводить к пожару в лаборатории.

Ситуации, которые могут привести к химическому взрыву:
1. Смешивание перекиси водорода с альдегидами и кетонами в присутствии даже микропримесей кислот приводит к образованию высокочувствительных перекисей. Попытка перегонки такого раствора и иногда и удар колбы об стол может привести к взрыву.
2. При хранении простых эфиров в них накапливаются перекисные соединения обладающие взрывчатыми свойствами (особенно опасны эфиры имеющие атом водорода в альфа-положении). Перегонка таких эфиров может привести к взрыву. Перед перегонкой обязательна проверка на перекиси и их разрушение.
3. Сушка любых галогеналканов (в том числе и фреонов) натрием может привести к взрыву. Состав взрывчатых веществ не известен, но иногда взрыв происходит после некоторого индукционного периода.
4. Работа с хлорной кислотой в присутствии органических веществ должна вестись с осторожностью, так как многие смеси с хлорной кислотой и органические перхлораты взрывчаты. Смешивание хлорной кислоты с диметилсульфоксидом дает немедленный взрыв.
5. Многие забывают, что при смешивании перманганата калия с концентрированной серной кислотой образуется семиокись марганца, которая взрывает при нагревании или соприкосновении с органическими веществами.
6. Смеси любых восстанавливающих веществ с сухими окислителями, такими как перманганат калия, хлораты, перхлораты, броматы, иодаты, периодаты потенциально взрывоопасны и обращаться с ними нужно с осторожностью.
7. Смешивание тетранитрометана с органическими веществами дает очень чувствительные смеси.
8. Работа со взрывчатыми веществами.
9. Хранение вместе растворов аммиака и иода, может привести к образованию на сосудах черного осадка черезвычайно чувствительного взрывчатого иодистого азота.
10. Длительное хранение аммиачных даже под слоем воды) черного осадка нитрида растворов солей серебра может привести к выпадению очень взрывчатого (серебра.
11. Хранение кислот в металлических емкостях или пролив их на металлические поверхности приводит к выделению водорода. В замкнутом объеме может накопится взрывоопасная концентрация. Аналочично опасно хранить щелочи рядом с металлами амфотерного характера (алюминий, цинк).
12. Смешивание пероксидных соединений с солями переходных металлов может спровоцировать взрыв из-за каталитического ускорения разложения перекисей.
13. Смешивание солей аммония и гидразина с солями, содержащими анион-окислитель.

При этом могут образовыватся сильновзрывчатые соли (к ним например относятся, хлорат и перманганат аммония, нитрат, хлорат, перхлорат гидразина и т.д.).
14. Растворы азидов и пикратов с тяжелыми металлами могут дать очень чувствительные к удару и трению соли. Также не допускается слив солей азидов в канализацию, вследствие возможности образования в трубах азида железа.

Физический взрыв.

Физический взрыв - взрыв, возникающий за счет быстрого разрушения емкостей или из-за быстрого выделения тепла в какой-либо точке. Обычно (но не всегда) имеет меньшую мощность, чем химический и меньшие разрушительные последствия.

Ситуации, которые могут привести к физическому взрыву:
1. Кипячение реакционной смеси или реакции с выделением газа в герметичной системе. Эта ситуация возникает когда процесс проводится в намеренно замкнутой системе или когда происходит забивание/закоксовывание отводных трубок.
2. Приливание легкокипящей жидкости в систему с температурой выше ее точки кипения. При этом жидкость моментально превращается в пар и установку может разорвать давлением паров.
3. Работа со сжиженными газами в полностью герметичной системе не расчитанной на высокое давление.
4. Работа с солями плутония должна проводится так, чтоб не произошло накопление критической массы (500 г) в любой емкости.

Пожар.

Пожар - неконтролируемое возгорание в лаборатории. Может привести к полному уничтожению всей лаборатории.

Ситуации, которые могут привести к пожару:
1. Термическое лопание колбы с легковоспламеняющимися жидкостями. Для локализации очага пожара рекомендуется под установку с колбой заранее помещать металлический поддон с загнутыми краями.
2. Смешивание веществ дающих экзотермическую реакцию с воспламеняющимися материалами. Были случаи возгорания смесей сульфата меди с железом и опилками, негашенной извести с опилками или углем и т.д.
3. Работа с очень легковоспламеняющимися жидкостями (диэтиловый эфир, сероуглерод) и горючими газами если в помещении находятся источники с открытым пламенем или сильнонагретые предметы. Есть также мнение, что работа с эфиром на открытом пламени более безопасна, вследствие того, что нет риска образования больших объемов паровоздушной смеси.
4. Работа с щелочными, щелочноземельными металлами, их гидридами, ацетиленидами, а также с металлорганическими веществами содержащими щелочные, щелочноземельные металлы, алюминий должна проводится в отсутствии влаги.

Термические ожоги.

Термический ожог - воздействие на кожу сильнонагретых материалов.

Ситуации, которые могут привести к термическому ожогу:
1. Работа с нагревательными приборами. Следует помнить старое правило: "горячая пробирка выглядит также как и холодная".

Химические ожоги.

Химический ожог - воздействие на кожу едких веществ с возникновением очага поражения.

Ситуации, которые могут привести к химическому ожогу:
1. Работа с едкими веществами (сильными и слабыми кислотами и щелочами, раздражающими вещес

Отравление - попадание в организм токсичного вещества.Ситуации, которые могут привести к отравлению:
1. Потребление пищи в лаборатории. Уже много пострадавших.
2. Со всеми новыми веществами следует обращатся очень осторожно, так как они могут оказатся неожиданно сильнотоксичными.
3. Работа с высокотоксичными веществами требует внимательности и осторожности.
4. Растворение брома в ацетоне или других кетонах. Реакция протекает очень активно после индукционного периода и приводит к сильнораздражающим (слезоточивым) бромкетонам.
5. Следует помнить, что растворение активных металлов (в том числе и цинка) в достаточно концентрированнной серной кислоте часто происходит с выделением сероводорода. Растворение любых металлов в азотной кислоте происходит с выделением окислов азота.

Материальный баланс сушки

Количество испаряемой влаги определяется по формуле:

W = G₂( )/(1- ) (1)

W =2*(5-0.5)/(100-5)= 0.095

Количество исходного влажного материала:

G₁=2+0,095 = 2,095 кг/с

2. Определение параметра сушильного агента воздуха и расхода теплоты на сушку.

Давление насыщенного водяного пара при t₀=8^o составляет р=0,965 кПа

Влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер

х_о=0,622*0,765*0,965/(99,3-0,765*0,965)=0,0047 кг/с

Энтальпия наружного воздуха

I_o= (1.01+1.97*0.0047)6.3+2493*0.0047=18.1 кДж/кг.

Энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера)

I₁=(1,01+1,97*0,0047)120+2493*0,0047=134 кДж/кг.

Удельный расход теплоты на нагрев высушиваемого материала определяется по формуле

g_м= 2*1,64(55-35)/0,0047=13957 кДж/кг

Энтальпия пара при конечной температуре воздуха, выходящего из сушилки

I_пк=2493+1,97*60=2613 кДж/кг

Энтальпия влажного воздуха на выходе из сушилки

I₂= (1,01*60(-13937,85)+2613[0.0047(-13937.85)-134])/(-13937.85-2613)= 83кДж

Конечное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки определяется по формуле

х_к= [(83-134)/(-13937,85)]+0,0047=0,009кг/с

Расход воздуха

L= 0,094/(0,009-0,0047)=2,18кг/с

Расход теплоты в калорифере

Q_кол=2,18(134-18,1)=252,66Расход греющего пара на подогрев воздуха в калорифере

G_г.б.=252,66/2171=0,12 кг/с

3. Определение размеров сушильного барабана

Требуемый рабочий объем барабана определяется по формуле

V_б=169,2/11=15,38 м³

Отношение длины барабана к его диаметру должно быть равно L/D=5.

Тогда V_б=0,785D²*5D=3.925D³

Диаметр барабана

D=15,38/3,925^0,333=1,58 м.

L=2*5=10 м.

Принимаем по ОСТ 26-01-437-78 сушильный барабан диаметром D=1600 мм и длиной L=8000 мм, исполнение I.

Уточняем объем выбранного барабана

V_б=3,14*1,6²*10/4=20,09Уточняем напряжение барабана по испарившейся влаге

А_v=169,2/20,09=11,53 кг/(м³*ч)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана определятся по формуле

V= 2.18*22.4*((273+60)/273)(1/29+0.009/18)=2.1 м³/с

Скорость воздуха в свободном сечении барабана может быть определена по формуле

w=2.1/[0,785*1,6²(1-0,15-0,05)]=1,31 м/с

Порцианальное давление водяных паров в воздухе на выходе из барабана

р=((0,009/18)*1000*99,3)/1/29+0,009/18=1439 Па

Плотность воздуха по выходе из сушилки

Р_ср=[29(99300-1439)+18*1439]*(273/(22.4*99300(273+60)))=1.047 кг/м³

Критерий Архимеда

A_r=(0.3*10^-3)³1750*1.047*9.8/(0.02-10^-3)²=1212

Скорость витания:

w_вит=

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке 1,31 м/с меньше, чем скорость свободного витания частиц(скорость уноса) = 2,03 м/с, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем.

Время пребывания материала в сушилке определяем по формуле

Объем материала, находящегося в барабане

V_м=(1,297+2)1896/(2*800)=3,1 м³

Уточним коэффициент заполнения барабана сушилки материалом:

что близко принятому в исходных данных.

Определяем частоту вращения барабана сушилки. Для принятой системы насадки принимаем коэффициенты m=1, k=0,7, угол наклона барабана 2,5 ^о

Тогда

n=1*0,7*10/(1896*1,6tg2.5^о)=0,057 с^-1=3,2 об/мин.

Проверим угол наклона барабана по формуле

а=( ) =2,41^о

что близко к принятому значению.

Тепловой расчет.

Удельный тепловой поток

По упрощенной формуле

Определяют толщину изоляции δ2

Отсюда .

Уточняют величину наружного диаметра барабана

Наружная поверхность барабана

Тепловые потери в окружающую среду

Удельная потеря тепла

3. Расчет циклона

Выбираем тип циклона ЦН-15

Определяем диаметр циклона

Согласно ГОСТ 9617-67 принимаем циклон ЦН – 15 диаметром 600 мм.

Рекомендуемые диаметры:

Для ЦН-15 от 200 до 800 мм;

Вычисляем действительную скорость газов в подобранном циклоне:

Рассчитываем сопротивление циклона по формуле

Характеристика циклона ЦН-15

Диаметр выходной трубы,D1=0,36

Ширина входного патрубка,b=0,0156

Высота входного патрубка,h1=0,396

Высота выходного трубы,h2=1,044

Высота цилиндрической части,h3=1,596

Высота конической части,h4=1,2

Общая высота циклона,H=2,736

Коэффициент сопротивления,𝛏0=160

4. Расчет рукавного фильтра

Для очистки газов от пыли фильтрованием широко применяют тканевые фильтры, и в частности рукавные или мешочные фильтры, самовстряхивающийся с обратной принудительной продувкой фильтрованной ткани.

Поверхность фильтрования

Где Vr-расход запыленного газа =V2 =1711, м3/с

Vпр- расход продувочног газа, м3/с

Vпр=(0,1-0,2)Vr; Vпр=0,15∙1711=256,65, м3/с

Vпв-расход подсасываемого в аппарат воздуха, м3/с принимается на 10% больше расхода газа Vпв=(1,05-1,1)Vr; Vпв=1,05∙1711=1796 м3/с

Wr=(0,8-1,0)∙10-2 м3/м2с-допустимая тканевая нагрузка фильтра по газу.

По каталогу ОСТ 26-14-2005-77 Выбираем параметры фильтра:

Тип СМЦ 101

Число рукавов аппарата 108

Фильтрующая поверхность Fрф=150 м2

Число секций 3

Масса 9,1 тонн

Высота рукавов Н=2,25 м

5. Выбор вентилятора

Мощность потребляемая вентилятором

квт

Где V-подача вентилятора , м3/с; ∆р- полное сопротивление сушильной установки с учетом скоростного напора, н/м2; η = ηВ, η пр - общий кпд вентиляторной установки.

Где

∆Pсуш = сопротивление сушилки, н/м2;

∆Pкал = сопротивление калориферов, н/м2;

∆Pu-сопротивление циклонов, н/м2;

В соответствии со схемой сушильной установки принимают следующие исходные данные для расчета:

Общая длина воздухопроводов30 м

Количество задвижек 2шт

Количество отводов под углом 900 2шт

Скорость газов в трубопроводах допускается в пределах 10-20 м/сек; принимают ωВ =15 м/сек.

Из уравнения расхода находят диаметр воздухопровода между аппаратами

Принимают трубопровод из листового железа диаметром 426×11мм. 22/0,404

Уточняется скорость движения воздуха

Скоростной напор:

Где

И предварительно подсчитывается критерий Re:

Где µ=0,021∙10-3 н∙сек/м2-вязкость воздуха при ℃.

При Re=369047 коэффициент трения λ=0,017

Для отводов под углом 900и задвижек (при условном проходе 300 мм и выше) находят, что 𝛏i=0,015 следовательно,

Сопротивление барабанных сушилок колеблется в пределах 10-20 мм вод.

Принимают:

∆Pсуш=20мм вод ст =20∙9,81=196,2 н/м2

Полное сопротивление сушильной установки

∆P=171+196,2+350+1500=2217 н/м2

Мощность, потребляемая вентилятором

Где η = 0,65 - принятый кпд вентилятора

Устанавливают центробежный вентилятор марки «Сироко» среднего давления №4 со следующей характеристикой:

Производительность 84-160 м3/мин

Давление 25-200 мм вод ст

Мощность 1-12 квт

Скорость 720-1970 об/мин

6. Мощность привода барабанной сушилки

Ориентировочно необходимая для вращения барабана мощность может быть определена по формуле

Где d-диаметр барабана, м; L-длинна барабана, м; ρм - насыпная масса материала, кг/м3; n-число оборотов барабана в 1 сек; σ - коэффициент зависящий от типа насадки и степени заполнения барабана.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта на тему: «Сушка барабанная» углубленно изучать технологический процесс. Основное вспомогательное оборудование для поиска решений по без перебойной работе и повышении эффективности в производстве химического оборудования.

Список использованной литературы

1. М.К. Шайхатдинова, Л.И. Ченцова, Э.И. Стрижнева, В.М. Воронин «Процессы и аппараты химической технологии» (Расчет сушильных установок): К.-2001 г

2. Ю.И. Дыднерский «Основные процессы и аппараты химической технологии»: М.-1991 г

3. К.Ф. Павлов и др. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химических технологий» Л.-1991 г

4. Справочник химика. – Л: Химия, -1968 г