124152 (Расчет и принцип работы распылительной сушилки)

Содержание

Введение

1 Расчет процесса горения

2 Материальный баланс сушки

3 Тепловой баланс сушки

4 Расчет габаритов распылительной сушилки

5 Расчет циклонов

6 Расчет скрубберов Вентури

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Сушка в основном применяется, если необходимо испарить растворитель и получить из высушиваемого материала порошкообразный или гранулированный сухой продукт. Сушка представляет собой весьма энергоемкий, сложный, взаимообусловленный комплекс химических, тепловых и диффузионных процессов. В настоящее время из известных сушилок, разработанных для микробиологии, нашли применение распылительные сушилки с дисковым и форсуночным распылением, вальцовые сушилки (в гидролизной промышленности) и сублимационные сушилки (в производстве бактериальных препаратов, ферментов). Методы сушки и конструкции сушилок в значительной степени определяются режимами сушки для конкретного материала, обеспечивающими высокое качество сухого продукта при наименьших капиталовложениях и энергозатратах. Это особенно характерно для продуктов микробного синтеза, оптимальные режимы и методы сушки которых могут быть определены после изучения не только физико-химических и теплофизических характеристик, но и биологических свойств. Специфика сушки связана со сравнительно низкой термоустойчивостью и требованиями максимально возможной сохраняемости целевых продуктов биосинтеза в конечных препаратах.

В микробиологической промышленности в основном используются распылительные сушилки с дисковым распылением. В качестве топлива в зависимости от технологических требований используется природный газ или мазут.

1. Расчет процесса горения

Целью этого этапа расчета является расчет низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, энтальпии продуктов сгорания.

Низшая теплотворная способность топлива - количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы топлива, но в предположении, что влага остается в продуктах горения в парообразном состоянии. В трубчатых печах дымовые газы выводятся через дымовую трубу при таких температурах, при которых водяные пары, находящиеся в продуктах сгорания, не могут сконденсироваться, следовательно, тепло конденсации водяного пара не используется. Поэтому для практических расчетов процесса горения пользуются низшей теплотворной способностью топлива.

Низшая теплотворная способность топлива по формуле Д.И.Менделеева [4]:

,

,

где C, H, S, O, W - соответственно содержание углерода, водорода, серы, кислорода, влаги, по массе.

Элементарный состава газового топлива:

I) содержание углерода

;

2) содержание водорода

;

где nCi, nHi– соответственно число атомов углерода, водорода, серы, кислорода, азота в молекулах газовых компонентов топлива;

xi - концентрация газовых компонентов в топливе, % по массе;

Mi- молекулярная масса компонентов топлива;

k - число компонентов в топливе;

C, H, S, O, N - соответственно содержание углерода, водорода, % по массе.

Молекулярная масса газовой смеси:

=0,95*16+0,03*30+0,02*44=16,98 г/моль,

где ωi –объемная доля газовых компонентов в топливе;

Mi – молекулярная масса компонентов топлива.

Массовая концентрация газовых компонентов топлива:

;

,

.

Учитывая, что теплота сгорания - свойство аддитивное, то теплота сгорания газообразного топлива

,

где Qi - теплота сгорания отдельных компонентов топлива;

xi- массовая доля компонентов в смеси.

Для газового топлива низшая теплота сгорания:

,

где СН4, С2Н6, С3Н8 - содержание соответствующих компонентов в топливе, % по объему.

Результаты пересчета состава топлива сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты пересчета состава топлива

Плотность топливного газа:

,

где xi - массовые доли компонентов в смеси;

см ,i - плотность смеси и ее компонентов.

,

Проверка:

С+Н+О+N+S=100 %

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания одного килограмма топлива:

,

Фактический (действительный) расход воздуха:

,

где - коэффициент избытка воздуха, (для объемного горения газообразного топлива =1,05-1,2).

Объемный действительный расход воздуха:

,

где в - плотность воздуха, в= 1,293 кг/м3.

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании одного килограмма топлива:

,

где Wф - расход форсуночного пара, для газообразного топлива Wф =0.

Количество газов, образующихся при сгорании одного килограмма топлива:

,

,

,

.

Проверка

,

2,774+2,194+0,196+13,795=18,959кг/кг ≈18,962 кг/кг.

Объемное количество продуктов сгорания на один килограмм топлива (при нормальных условиях):

,

,

,

.

Суммарный объем продуктов сгорания:

.

Плотность продуктов сгорания при температуре 273К и давлении 0,1*106Па:

.

Энтальпия продуктов сгорания на один килограмм топлива при различных температурах от 50 оС до температуры теплоносителя:

qt=(T-273)*( m * С + m * С + m * С + m * С ), ,

где T – температура продуктов сгорания, К;

С ,С ,С ,С - средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг*К.

Расчет энтальпии продуктов сгорания при различных температурах сведен в таблицу 2.

Таблица 2 – Энтальпии продуктов сгорания при различных температурах

q50=(323-273)*(2,774*0,839+2,194*1,868+0,196*0,919+13,795*1,031)=1041,43

q100=(373-273)*(2,774*0,862+2,194*1,877+0,196*0,925+13,795*1,033)=2094,09

q150=(423-273)*(2,774*0,885+2,194*1,886+0,196*0,931+13,795*1,034)=3155,91

q200=(473-273)*(2,774*0,908+2,194*1,895+0,196*0,936+13,795*1,036)=4230,30

q250=(523-273)*(2,774*0,928+2,194*1,907+0,196*0,943+13,795*1,038)=5315,57

q300=(573-273)*(2,774*0,946+2,194*1,921+0,196*0,950+13,795*1,041)=6415,70

q350=(623-273)*(2,774*0,964+2,194*1,934+0,196*0,957+13,795*1,045)=7532,20

После определения энтальпии продуктов сгорания при различных температурах строим график зависимости температура – энтальпия (Рисунок 1).

Рисунок 1 – График зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры

2. Материальный баланс сушки

Содержание сухих веществ в высушиваемом растворе не изменяется, если нет уноса или других потерь

, кг/ч,

гдеG1, G2, GC – количество раствора до и после сушки и абсолютно сухого вещества, кг/ч;

φ1, φ2 – влажность раствора до и после сушки, %.

Производительность сушилок по испаряемой влаге:

.

Количество получаемых сухих дрожжей после сушки:

.

Технические характеристики распылительной сушилки

Количество распылительных сушилок, необходимое для испарения влаги:

шт,