Расчет основного апарата сушильного отделения печи «Кипящего слоя»

Средняя температура воздуха в сушке:

;

где - максимальная температура для подводимого теплоносителя;

- температура исходящих газов.

Среднее влагосодержание воздуха в сушке, кг/кг:

Средняя плотность сухого воздуха и водяных паров, ρ_C.B. и ρ_В.П., кг/м³:

:

; ;

где М_С.В. - молярная масса сухого воздуха 29.0 кг/кмоль;

М_ВП.. - молярная масса водяных паров 18.0 кг/кмоль;

υ₀ - молярный объем равный 22,4 кмоль/м³.

Объемная средняя производительность по воздуху, м³/с:

;

Скорость начала псевдоожиженния, м/с:

;

где - критерий Рейнольдса;

- критерий Архимеда;

µ_ср- вязкость воздуха при средней температуре;

d_м- максимальный диаметр частиц,1 мм.

Критическое значение критерия Лященко: Ly_кр = 10^-4(по графику зависимостиLy = f(Ar)) .

Число псевдоожижения:

;

где Ly - рабочее значение критерия Лященко.

Рабочее значение критерия Лященко Ly выбираем при порозности кипящего слоя , так как для процессов сушки, идущих в первом периоде, интенсивность процесса тем выше, чем больше скорость газов.

При находим Ly=0,45*10^-1(по графику зависимостиLy = f(Ar)) .

Тогда

Скорость газов:

;

Средняя плотность газа на выходе из сушки, кг/м³:

;

где G_T - расход топлива на сушку, кг/с:

;

расход тепла на сушку:

расход сухого газа, кг/с:

;

Найдем полную площадь решетки:

;

;

Диаметр решетки:

; ;

На основании опытов установлено, что высота слоя H должна быть приблизительно в 4 раза больше высоты зоны гидродинамической стабилизации слоя, Н_ст т.е. Н ≈4* Н_ст

Высота Н_ст связанна с диаметром отверстий распределительной решетки d₀ соотношением Н_ст =20* d₀, следовательно:

;

Принимаем d₀ = 5 мм диаметром отверстий распределительной решетки.

Высоту сепарационного пространства принимаем в 4 раза больше высоты кипящего слоя:

h_сеп= 4*400=1600 мм.

Общая высота аппарата (над решеткой):

Проверим, будет ли выноситься из КС небольшие частицы соли:

,

Скорость витания частиц d_min=0,7*10^-4мм:

;

Таким образом, аппарат с вертикальными стенками не обеспечит осаждение в аспирационном пространстве частиц соли диаметром мм. Для того чтобы обеспечить их осаждение, стенки аспирационного пространства следует расширить до значения:

;

;

Диаметр сепарационного пространства:

;

;

Для большего снижения величины солеуноса расширим диаметр сепарационного пространства до 4,8 м² .

Описание и расчет внедряемого в проект аппарата (рукавного фильтра)

В закрытом металлическом корпусе фильтра подвешиваются матерчатые рукава цилиндрической формы. Рукава собраны в секции по 8-12 штук. Секции разделены перегородками на отдельные камеры. Нижние концы рукавов открыты для входа газов. Запыленный газ по трубопроводу подводиться в нижнюю часть фильтра, откуда направляется в нижние открытые отверстия рукавов. Проходя через поры ткани, газ очищается, оставляя пыль на внутренних стенках рукавов. Очищенный газ собирается в верхней части металлического кожуха, затем отводится через трубу в общий трубопровод. Через матерчатые фильтры газ просасывается с помощью вентиляторов, которые могут нагнетать их в фильтр или отсасывать. В первом случае установка работает под давлением, во втором – под разряжением.

Частицы пыли оседают на внешней поверхности фильтрующих рукавов и удаляются с помощью коротких импульсов сжатого воздуха, который подается во внутреннюю полость рукавов через сопло Вентури из отверстий продувочных труб. Под влиянием импульса сжатого воздуха происходит отрыв отложенного слоя пыли с внешней стороны рукава. Пыль постепенно оседает в бункере и удаляется через газонепроницаемый затвор из фильтра. Этот процесс называется регенерацией. Частота и длительность импульсов сжатого воздуха регулируется с помощью системы автоматики, которая управляет работой клапанов. Регенерация производится в автоматическом или ручном режиме. Регенерация рукавов происходит рядами с помощью импульсов сжатого воздуха, при этом не прерывается работа фильтра.

Диаметр рукавов обычно равен 180…210 мм, длина 2…3,5 м. Степень очистки газа 97…99 %. Сопротивление рукавного фильтра в среднем составляет 250…350 Па, но при увеличении остаточной запыленности ткани может возрасти в 2…3 раза.

Рассчитаем рукавный фильтр, предназначенный для очистки газов химических производств, приняв следующие исходные данные:

Рукава фильтра изготовлены из ткани лавсан

расход газа при нормальных условиях = 65000м³/ч;

температура газа на входе в фильтр t_вх = 140⁰С;

плотность пыли кг/м³;

концентрация пыли в очищаемых газах =16 г/м³;

медианный диаметр частиц пыли мкм.

Определяем удельную нагрузку:

где q_н — нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к

агломерации, м³/(м²·мин):

q_н = 3,5 – комбикорн, мука, зерно, пыль кожи, опилки, табак, картонная пыль;

q_н = 2,6 – асбест, волокнистые и целлюлозные материалы, гипс, известь, соль, песок, тальк, сода;

q_н = 2 – глинозем, цемент, уголь, резина, каолин, известняк, сахар, пыль горных пород;

q_н = 1,7 – кокс, летучая зола, металлопорошки, пластмассы, красители, силикаты, крахмал, химикаты из нефтесырья;

q_н = 1,2 – активированный уголь, технический углерод, моющие вещества, возгоны цветных и черных металлов;

С₁ – коэффициент, характеризующий особенность регенерации фильтровальных элементов. Для коэффициента, учитывающего влияние особенностей регенерации фильтровальных элементов, в качестве базового варианта принимается фильтр с импульсной продувкой сжатым воздухом с рукавами из ткани.

Для этого аппарата коэффициент C₁ = l.

С₂ — коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку.

С₃ — коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе. Оценка влияния дисперсного состава пыли на выбор удельной нагрузки должна проводиться на основе анализа пробы, взятой во взвешенном состоянии.

С₄ — коэффициент, учитывающий влияние температуры газа. Температура оказывает непосредственное влияние на вязкость газов, от которой, в свою очередь, зависит удельная нагрузка:

t, оC….
С4……	1,0	0,90	0,84	0,78	0,75	0,73	0,72	0,70

C₅ — коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки оценивается по концентрации пыли в очищенном газе. Как показывают эксперименты, с увеличением скорости фильтрования концентрация пыли в очищенных газах увеличивается. Принято считать, что в исправно действующем фильтре концентрация пыли на выходе из фильтра не должна превышать 30 мг/м³; для этих условий принимается значение С₅ = 1.

м³/(м²*мин)

Определяем фильтровальную площадь:

м²

Для приведенных условий принимаем фильтр с ФРКИ – 1100.

Определим полное гидравлическое сопротивление фильтра.

Полное гидравлическое сопротивление фильтра ∆Р складывается из сопротивления корпуса ∆р_к и сопротивления фильтровальной перегородки ∆Р_ф:

∆Р=∆Р_к+∆Р_ф

Гидравлическое сопротивление корпуса фильтра:

∆Р_к =ξ·w²_вх· /2

где - коэффициент сопротивления, задаем =2;

- скорость газа при входе в фильтр, равна 3,5 м/с;

- плотность газа, кг/м³

∆Р_к = 2*3,5²*0,85/2 = 10,41Па

Определяем гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, предварительно оценивая длительность цикла фильтрования τ = 600 с:

где Кп= 2300·10⁶м^-1– коэффициент, характеризующий сопротивление фильтровальной перегородки с оставшимся на ней слоем пыли;

μ = 15*10^-6Па*с – динамическая вязкость газа;

- удельная газовая нагрузка, м³/(м²×с), =1,52/60 = 0,025

К₁ = 80·10⁹ м/кг – параметр сопротивления слоя пыли;

τ = 600 с – длительность цикла фильтрования;

Z_вх - концентрация пыли на входе в фильтр;

Па

∆Р = 923 + 10,41 =933,41 Па

Вывод: Гидравлическое сопротивление трубы Вентури по средним опытным данным составляет 1500 Па. Исходя из расчета затраты на рукавный фильтр составляют 933,41 Па, что значительно меньше сопротивления сруббера. В совокупности с сопротивлением других аппаратов не превышает напор дымососа (8500Па).

АВТОМАТИЗАЦИЯ

Общие сведения

Современные химические производства характеризуются значительной сложностью и высокой интенсивностью технологических процессов. Эффективное управление такими производствами основано на комплексной автоматизации технологических процессов.

Основу автоматизации производства составляют автоматизированные и автоматические системы управления технологическими процессами, агрегатами и производствами с использованием управляющих ЭВМ и средств автоматизации. Применение автоматизированных систем управления повышает уровень организации производства, оперативность управления технологическим процессом, сокращает цикл производства и внутрипроизводственные запасы, обеспечивает более полное использование материалов. Появляется возможность перехода к оптимизированным технологическим процессам, что увеличивает производительность агрегатов, повышает эффективность использования сырья и материалов, предотвращает аварийные ситуации. При этом качество готового продукта улучшается, а его характеристики стабилизируются.

В автоматизированном производстве человек переключается на творческую работу-анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических устройств и т. д. Для обслуживания агрегатов, оснащенных сложными системами автоматизации, требуются специалисты с высоким уровнем знаний. С повышением квалификации и культурного уровня рабочих стирается грань между физическим и умственным трудом.

Достижение эффективности от внедрения систем и средств автоматизации в калийной промышленности особенно важно в связи с тем, что производства этой подотрасли горнорудной промышленности являются трудоемкими, выпускают продукцию, пользующуюся повышенным спросом, применяя при этом разнообразное технологическое оборудование и потребляя значительное количество материалов и энергии.

Комплексная автоматизация производственных процессов химической промышленности невозможна без автоматизации управления отдельными этапами процесса и основными аппаратами технологической линии. Процессы сушки играют существенную роль в химическом производстве как по энергоемкости, так и по влиянию на качество выпускаемой продукции. В соответствии с большим разнообразием процессов химической технологии и требований, предъявляемых к готовой продукции, в химической промышленности используют различные виды сушки и разнообразные типы и конструкции сушильных установок. Автоматизация их отличается от автоматизации прочих химико-технологических агрегатов. Эта специфика определяется особенностями динамических свойств сушильных аппаратов как объектов управления; многотонажностью производства, следствием чего зачастую является распределенность параметров объекта и необходимость обоснованного размещения датчиков в сушильной камере; многочисленностью контролируемых и регулируемых параметров и сложностью выбора критерия оптимальности, связанного с показателями качества продукта и с экономичностью процесса сушки.

Основная задача управления процессом сушки концентрата флотационной фабрики – получение продукта с влажностью не превышающей допустимую при минимальных затратах топлива.