Расчет воздушной сушилки барабанного типа с подъемно-лопастными

Федеральное агентство по  образования РФ

Кемеровский технологический институт пищевой промышленностиКафедра процессов и аппаратов       пищевых производствРАСЧЕТ БАРАБАННОЙ СУШИЛКИ

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине«Процессы и аппараты пищевых производств»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2010 

Содержание

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ…………………………………………………3

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………4

1  ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА...5

2 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ            СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК……………………………………...….…….6

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ……………...…..10

3.1 Определение количества удаляемой влаги из материала в процессе сушки…………………………………………………………………………10

3.2 Определение физических параметров сушильного агента...………...10

3.3 Определение тепловых потерь………………………………………....11

3.4  Построение действительного  процесса на I-d диаграмме……………12

3.5  Определение расходов  воздуха и тепла……………………………….13

3.6  Определение основных  размеров барабана…………………………...14

3.7 Определение продолжительности сушки...…………………………...16

3.8  Определение числа оборотов барабана………………………………..17

4  РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ……………………………………………18

5  РАСЧЕТ И ВЫБОР КАЛОРИФЕРА……………………………………..19

6  РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯТОРА………………………………………………..20

7  РАСЧЕТ НА  ПРОЧНОСТЬ………………………………………………21

7.1  Расчет корпуса  барабана………………………………………………..21

7.2 Расчет бандажей…………………………………………………………22

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………….23

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………...24

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать воздушную сушилку барабанного типа с подъемно-лопастными перевалочными условиями для высушивания Gн, кг/ч, влажного материала. Начальная влажность материала ωн, %, конечная влажность ωк, %. Температура материала поступающего на сушку θ1. Расчет произвести для зимних и летних условий.

Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1–Исходные данные

 

Материал	Gн, кг/ч	Влажность, %		tн	Место установки
		ωн	ωк
Пшеница	9200	22	11	25	Иваново

 

Содержание проекта

 

1. Расчетно-пояснительная записка;
2. Конструкторская разработка аппарата в объеме 2Х листов чертежей (общий вид аппарата со всеми необходимыми разрезами - 1 лист формата А1, чертежи узлов и деталей – 1 лист формата А1).

В начале расчетно-пояснительной записки должно быть приведено полное задание на курсовой проект. Далее в тексте должны быть следующие разделы:

1. описание и теоретические основы технологического процесса; описание принципиальной схемы сушильной установки;
2. описание конструкции и принципа действия сушильных установок.
3. проектирование сушильной установки: определение количества удаляемой влаги из материала в процессе сушки; определение физических параметров сушильного агента; определение расхода воздуха; выбор типа калорифера; определение расхода тепла и пара; определение поверхности нагрева калорифера; выбор вентилятора для сушильной установки; определение конструктивных размеров сушилки; расчет аппарата на прочность; расчет тепловой изоляции.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Одной из главных этапов в послеуборочной обработке зерна является сушка. Она позволяет сохранить зерно качественным на долгое время.

Интерес к сушке в настоящее время возрос в связи с применением высокопроизводительных комбайнов, а, следовательно, с уменьшением сроков уборки. Применение высокопроизводительных сушилок значительно снижает время на подготовку зерна к длительному хранению, уменьшает потери зерна в поле в период уборки урожая, а также позволяет в достаточно сжатые сроки и с минимальными потерями произвести процесс передачи зерна с поля на склад длительного хранения. Существуют различные способы сушки зерна. В основном это методы, построенные на повышении температуры зерна: сушка нагретым воздухом, солнечная сушка, сушка током высокой частоты, сушка смесью топочных газов с воздухом, сушка инфракрасными лучами, сушка во взвешенном состоянии, вакуум-сушка, сушка с нагревом зерен на горячей поверхности (контактная).

Наиболее распространенной является сушка зерна нагретым воздухом. Она применяется уже более 70 лет.

Сушка зерна - необходимый и очень важный процесс для сохранения свойств и улучшения качества зерна. Но сушку, как и любую другую обработку, нужно проводить на специальном оборудовании. В данном случае это сушилки барабанного, шахтного, рециркуляционного и камерного типов. Каждый из них обладает своими особенностями, к примеру, барабанные сушилки не подходят для сушки бобовых культур.

Целью технологического расчета барабанной сушилки является: определение габаритов аппарата (диаметра и длины барабана) на заданную производительность.  
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

СУШКА - удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей, напр. летучих орг. растворителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью так называемых сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар). Сушке подвергают влажные тела: твердые, коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые (эта группа высушиваемых материалов наиболее распространена); пастообразные; жидкие - суспензии, эмульсии, растворы; Цель сушки, широко применяемой в производствах химико-лесного комплекса, сельском хозяйстве, пищевой, строительных материалов, кожевенной, легкой и др. отраслях народного хозяйства -улучшение качества веществ и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию и хранению. Данный процесс часто является последней технологической операцией, предшествующей выпуску готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно-тепловыми.

Естественную сушку на открытом воздухе из-за значительной продолжительности используют крайне редко и главным образом в районах с теплым климатом. В химических производствах применяют, как правило, искусственную сушку, проводимую в спец. сушильных установках. В сушильную установку входят: сушильный аппарат, или сушилка, где непосредственно протекает процесс; вспомогательное оборудование - теплообменные аппараты (калориферы), тягодутьевое устройство (вентилятор, воздуходувка) и система пылеочистки, соответственно, для нагревания сушильного агента, пропускания его через сушилку и отделения от высушенного продукта.

В соответствии с многообразием высушиваемых материалов, их свойств и условий обработки конструкции сушилок также очень разнообразны и отличаются: по способу подвода теплоты (конвективные, контактные, специальные); по виду сушильного агента (воздушные, газовые, паровые); по давлению в сушильной камере (атмосферные, вакуумные); по способу организации процесса (периодического или непрерывного действия); по взаимному направлению движения высушиваемого материала и сушильного агента (в конвективных аппаратах: прямоток, противоток, перекрестный ток); по состоянию слоя влажного материала в аппарате.

 

2 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ               СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Конвективные сушилки. Необходимая для сушки теплота обычно доставляется нагретым воздухом, топочными газами либо их смесью с воздухом. Если не допускается соприкосновение высушиваемого материала с кислородом воздуха или если пары удаляемой влаги огнеопасны, сушильными агентами служат инертные газы (азот, СО2 и др.) либо перегретый водяной пар. В простейшем случае сушильный процесс осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до температуры, предельно допустимой для высушиваемого материала, однократно используется в аппарате. Для термолабильных материалов (например полиэтилена) сушильный агент только частично подогревается в основном калорифере, а остальную теплоту получает в дополнительных калориферах, установленных в сушильной камере. В случае материалов, сушка которых требует (для предотвращения усадки) повышенного влагосодержания теплоносителя и невысоких температур (например древесина, формованные керамические изделия), применяют сушилки с рециркуляцией части отработанного воздуха, а также сушилки с промежуточным его подогревом между отдельными зонами и одновременной рециркуляцией. Для сушки огне- и взрывоопасных материалов или при удалении из высушиваемых материалов ценных продуктов (углеводороды, спирты, эфиры и др.) используют сушилки с замкнутой циркуляцией потока инертных газов либо воздуха.

Камерные сушилки. В них высушиваемый материал находится неподвижно на полках, установленных в одной или нескольких сушильных камерах. Засасываемый вентилятором и нагретый в калориферах воздух проходит между полками над материалом. Сушилки работают периодически при атм. давлении и применяются в малотоннажных производствах для материалов с невысокой температурой сушки (например, красители).

Туннельные сушилки - камерные сушилки непрерывного действия. Представляют собой длинные (типа коридора) камеры, внутри которых по рельсам перемещаются тележки (вагонетки) с лежащим на лотках или противнях высушиваемым материалом. Нагретый воздух обтекает лотки прямо- или противотоком; возможна рециркуляция воздуха. Эти сушилки используют для сушки кирпича, керамических изделий, окрашенных и лакированных металлических поверхностей, пищевых продуктов и т.п.

Ленточные сушилки обычно выполняют в виде многоярусного ленточного транспортера, по которому в камере, действующей при атм. давлении, непрерывно перемещается материал, постепенно пересыпаясь с верхней ленты па нижележащие (скорость каждой ленты 0,1-1 м/мин). Сушильный агент может двигаться прямо- или противотоком, а также сквозь слой материала при наличии перфорированной ленты. Эти сушилки компактнее, чем камерные и туннельные, и отличаются большей интенсивностью сушки, однако также сложны в обслуживании из-за необходимости ручного груда, перекосов и растяжений лент. Область применения: сушка зернистых, гранулированных, крупнодисперсных и волокнистых материалов; непригодны для сушки тонкодисперсных пылящих материалов.

Пневматические сушилки. Представляют собой одну или несколько последовательно соединенных вертикальных труб длиной 15-20 м. В них через питатель подается влажный материал и вентилятором снизу нагнетается воздух, нагретый в калорифере. Материал увлекается потоком воздуха, движущимся со скоростью 15-25 м/с. В циклоне сухой материал отделяется от воздуха и удаляется через разгрузочное устройство; воздух через фильтр выводится в атмосферу. Для активизации режима сушки в трубы-сушилки вставляют турбулизаторы (расширители, отклоняющие пластины, завихрители и т.п.). Вследствие кратковременности контакта (1-5 с) такие сушилки пригодны для обработки термически нестойких материалов даже при высокой температуре сушильного агента; их отличают также компактность, простота конструкции, но одновременно повышенные расходы электроэнергии и теплоты (до 8,4 кДж/кг влаги).

Вибрационные сушилки бывают с виброаэрокипящим или с виброкипящим слоем. В первом случае материал ожижается благодаря воздействию вибраций и потока газa, поступающего через перфориронное днище, во втором - только зa счет вибраций. Частота и амплитуда последних обычно 20-60 Гц и 2-10 мм. Сушилки с виброаэрокипящим слоем используют для сушки слипающихся и комкующихся дисперсных материалов, сушилки с виброкинищим слоем-главным образом для досушки материалов или сушки материалов с хорошими сыпучими свойствами.

Контактные сушилки. Теплота, требуемая для сушки, передается теплопроводностью от нагретой поверхности, с которой соприкасается высушиваемый материал. Такие сушилки работают под вакуумом или атм. давлением. Применение вакуумных сушилок, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атм. сушилками, позволяет обрабатывать чувствительные к высоким температурам, а также токсичные и взрывоопасные вещества, получать продукты повышенной чистоты, улавливать пары неводных растворителей, удаляемых из материалов

Терморадиационные сушилки. В использующих ИК излучение (1 = 0,77-344 мкм) терморадиационных, или просто радиационных, сушилках достигается высокая скорость сушки благодаря подводу к влажному материалу большого количества теплоты. Ее генераторами служат устанавливаемые над поверхностью высушиваемого материала (обычно перемещаемого транспортером) специальные электрические лампы с зеркальными отражателями либо керамические и металлические экраны, обогреваемые горячими газами. Эти сушилки компактны и эффективны для обработки обладающих большим коэффициентом поглощения лучистого потока тонколистовых материалов и окрашенных поверхностей (например, лакокрасочные покрытия, ткани, бумага и др.).

Высокочастотные сушилки. Для высушивания толстостенных материалов, когда требуется их быстрый прогрев во всем объеме, в ряде случаев эффективна сушка в поле токов высокой или сверхвысокой частоты. Такую сушку применяют для изделий из пластмасс и резины, фарфоровых изоляторов и иных материалов, обладающих диэлектрическими свойствами. Высокочастотные (диэлектрические) сушилки позволяют быстро и равномерно осуществлять сушку. Однако их использование ограничено из-за дорогостоящего оборудования, большого расхода электроэнергии (до 5 кВт·ч на 1 кг испаряемой влаги) и необходимости соблюдать особые меры техники безопасности.

Сублимационные сушилки. В сублимационных сушилках основная часть влаги (до 85%) удаляется в замороженном состоянии под глубоким вакуумом (остаточное давление 5-330 Па) при температуре 0°С; остальная влага испаряется тепловой вакуум-сушкой (при 30-45 °С). Теплота, необходимая для сушки подводится к материалу от нагретых поверхностей или радиацией от нагретых экранов. Эти сушилки громоздки и сложны в эксплуатации, однако отличаются незначительным расходом теплоты (2,1-2,3 кДж/кг) и позволяют сохранить биологические свойства высушиваемых пищевых продуктов и медицинских препаратов (антибиотики, плазма крови и т.д.)

Барабанные сушилки распространены благодаря высокой производительности, простоте конструкции и возможности непрерывно сушить при атм. давлении мелкокусковые и сыпучие материалы (колчедан, уголь, фосфориты, минеральные соли и др.). Такая сушилка представляет собой установленный с небольшим наклоном к горизонту (угол а до 4°) цилиндрический барабан с бандажами. Последние при вращении барабана (с помощью зубчатого колеса от электропривода) с частотой 5-6 мин:1 катятся по опорным роликам; осевое смещение барабана предотвращается опорно-упорными роликами. Влажный материал через питатель поступает в барабан и равномерно распределяется по его сечению размещенными внутри насадками. Тесно соприкасаясь при пересыпании с сушильным агентом, например топочными газами (возможен также контактный подвод теплоты через специальную трубчатую насадку), материал высушивается и движется к разгрузочному отверстию в приемном бункере. Газы поступают из примыкающей к барабану топки и просасываются прямотоком через него вентилятором со скоростью 0,5-4,5 м/с; для улавливания из газов пыли между барабаном и вентилятором установлен циклон. Напряжение рабочего объема барабана по испаренной влаге достигает 200 кг/м3·ч.