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=8o составляет р=0,965 кПа
Влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер
хо=0,622*0,765*0,965/(99,3-0,765*0,965)=0,0047 кг/с
Энтальпия наружного воздуха
Io= (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
gм= 2*1,64(55-35)/0,0047=13957 кДж/кг
Энтальпия пара при конечной температуре воздуха, выходящего из сушилки
Iпк=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
хк= [(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
Qкол=2,18(134-18,1)=252,66Расход греющего пара на подогрев воздуха в калорифере
Gг.б.=252,66/2171=0,12 кг/с
3. Определение размеров сушильного барабана
Требуемый рабочий объем барабана определяется по формуле
Vб=169,2/11=15,38 м3
Отношение длины барабана к его диаметру должно быть равно L/D=5.
Тогда Vб=0,785D2*5D=3.925D3
Диаметр барабана
D=15,38/3,9250,333=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
Vб=3,14*1,62*10/4=20,09Уточняем напряжение барабана по испарившейся влаге
Аv=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
Рср=[29(99300-1439)+18*1439]*(273/(22.4*99300(273+60)))=1.047 кг/м3
Критерий Архимеда
Ar=(0.3*10-3)31750*1.047*9.8/(0.02-10-3)2=1212
Скорость витания:
wвит=
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
Vм=(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*1,6tg2.5о)=0,057 с-1=3,2 об/мин.
Проверим угол наклона барабана по формуле
а=( 
) 
=2,41о
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