124679 (Установка для переработки отходов слюдопластового производства), страница 11

ω_кр= Re_кр ∙( υ_г/d), (3.5.3.7)

ω_кр= 4,76∙(23,9 ∙ 10^-6/0,3∙10^-3) = 0,37 м/с. (3.5.3.8)

Принимаем значение порозности в рабочих условиях ε = 0,8.

Определяем критерий Рейнольдса в рабочих условиях:

Re_р= (1326∙0,8^4,75)/(18 + 0,61∙(1326∙0,8^4,75)^0,5) = 14,76. (3.5.3.9)

Рабочая скорость подачи газа:

ω_р = Re_р∙( υ_г/d), (3.5.3.10)

ω_р = 14,76(23,9 ∙ 10^-6/0,3∙10^-3) = 1,17 м/с. (3.5.3.11)

Число псевдоожижения в рабочих условиях:

W_р = ω_р/ω_кр, (3.5.3.12)

W_р = 1,17/0,37 = 3,16. (3.5.3.13)

Среднее влагосодержание газа:

x_г = (x₁ + x₂)/2, (3.5.3.14)

где x₁ - влагосодержание теплоносителя на входе в сушильную камеру при заданной температуре t₁ = 330° С, равное 0, 024 кг/кг;

x₂ - истинное значение влагосодержания, равное 0,095 кг/кг.

x_г = (0, 024 + 0,095)/2 = 0,06 кг/кг. (3.5.3.15)

Определим площадь газораспределительной решетки:

S = (L∙(1 + x_г))/( ρ_г∙ ω_р), (3.5.3.16)

где L - массовый расход свежего теплоносителя, равный 0, 23 кг/с

S = (0, 23∙(1 + 0,06))/(0,944∙1,17) = 0,22 м².(3.5.3.17)

Из условия устойчивого псевдоожижения принимаем высоту насыпного слоя H₀ = 0,3 м. Тогда масса сухого продукта, находящегося на решетке:

G_с = ρ_с∙(1-ε₀)∙S∙ H₀,(3.5.3.18)

G_с = 2700∙(1 - 0,6)∙0,22∙0,3 = 71,3 кг.(3.5.3.19)

Тогда время пребывания частиц в кипящем слое, необходимое для полного протекания процесса сушки:

τ = G_с/G₂,(3.5.3.20)

где G₂ - производительность по сухому продукту, равная 143 кг/ч.

τ = 71,3/(143/3600) = 1795 с. (3.5.3.21)

Определяем высоту кипящего слоя в рабочих условиях:

H = H₀∙((1 - ε₀)/(1 - ε)),(3.5.3.22)

H = 0,3∙((1 – 0,6)/(1 – 0,7)) = 0,4 м.(3.5.3.23)

Тогда высота сепарационной зоны аппарата:

H_сеп = 4∙Н,(3.5.3.24)

H_сеп = 4∙0,4 = 1,6 м.(3.5.3.25)

Определяем конструктивную высоту аппарата от газораспределительной решетки до газохода:

H_а = H_сеп + Н,(3.5.3.26)

H_а = 1,6 + 0,4 = 2 м.(3.5.3.27)

Диаметр аппарата:

D₁ = ((4∙S)/π)^0,5, (3.5.3.28)

D₁ = ((4∙0,22)/3,14)^0,5 = 0,53 м.(3.5.3.29)

Газораспределительная решетка является наиболее ответственным узлом аппарата, от ее работы зависит качество псевдоожижения и, следовательно, интенсивность сушки. На рисунке 3.5.3.1 представлена конструкция наиболее распространенного типа колпачковой газораспределительной решетки для сушилок с кипящим слоем.

Рисунок 3.5.3.1. Конструкция наиболее распространенного типа колпачковой газораспределительной решетки

Размеры d₁, H₁, H₂ принимаются конструктивно ( d₁ = 30 50 мм, H₂ = 20 50 мм, H₁ = 50 100 мм). Шаг s₁ между колпачками выбирается в пределах от 150 до 250 мм. Число отверстий в колпачках n₀ - от 4 до 16. Диаметр центрального отверстия колпачка d₂ должен быть таким, чтобы скорость движения газа в нем составляла ω_г= 25 30 м/с.

Принимаем общее число колпачков N = 9 при шаге s₁ = 150 и число отверстий в каждом колпачке n₀ = 16, ω_г= 25 м/с.

Тогда при скорости истечения ω_ист 45 м/с диаметр отверстия:

d₀ = ((4∙L)/(π∙ ρ_с.г.∙ ω_ист ∙N∙ n₀))^0,5, (3.5.3.30)

где ρ_с.г. - плотность сухих дымовых газов, равная 0, 584 кг/м³.

d₀ = ((4∙0,23)/(3,14∙0,584∙45∙9∙16)) ^0,5 = 0,0088 м. (3.5.3.31)

Диаметр центрального отверстия колпачка:

d₂ = ((4∙L)/(π∙ ρ_с.г.∙ ω_г ∙N))^0,5,(3.5.3.32)

d₂ = ((4∙0,23)/(3,14∙0,584∙25∙9)) ^0,5 = 0,047 м. (3.5.3.33)

Отношение площадей отверстий:

n = ω_г/ω_ист, (3.5.3.34)

n = 25/45 = 0,56. (3.5.3.35)

Живое сечение решетки:

φ = ω_р/ω_ист, (3.5.3.36)

φ = 1,17/45 = 0,026.(3.5.3.37)

Коэффициент гидродинамического сопротивления вычисляем по формуле:

ζ= 1,55∙φ^0,07∙(2,9∙n²∙(d₀ / d₂)⁴ + 2,5)* (ω_ист∙d₀ / υ_г)^-0,07, (3.5.3.38)

ζ= 1,55∙0,02^0,07∙(2,9∙0,42²∙(0,0088 / 0,047)⁴ + 2,5)* (3.5.3.39)

*(45∙0,0088 / 23,9∙10^-6)^-0,07 = 1,5.

Зная значение этого коэффициента, можем вычислить аэродинамическое сопротивление решетки:

Р_р = ζ∙( ρ_с.г.∙ ω_ист²/2), (3.5.3.40)

Р_р = 1,5∙(0,584∙45²/2) = 887 Па.(3.5.3.41)

Аэродинамическое сопротивление кипящего слоя:

Р_к.с. = Н∙ρ_с∙g(1 - ε), (3.5.3.42)

где ρ_с - плотность слюды флогопит, равная 2700 кг/м³;

ε - порозность в рабочих условиях, равная 0,8.

Р_к.с. = 0,4∙2700∙9,81∙(1 - 0,7) = 3178 Па. (3.5.3.43)

Живое сечение решетки не должно превышать (в долях единицы) 0,05. Аэродинамическое сопротивление решетки должно составлять около 30% от сопротивления слоя. При несоответствии полученных параметров (φ и Р_р) данным требованиям необходимо задаться другой скоростью истечении ω_ист либо изменить конструктивные характеристики и повторить расчет.

Поскольку соотношение Р_к.с./Р_р = 3,5, расчет газораспределительной решетки считаем законченным. [5], [6], [7] После проведенных расчетов необходимо определить, какой формы будет сушильная камера, для этого проверим условие уноса мелких частиц из аппарата. Принимает размер мелкой частицы равным 0,1 мм. Тогда Критерий Архимеда для частиц с минимальным диаметром:

Ar = [(g∙d_min³)/υ_г²] ∙ [(ρ_с - ρ_г)/ρ_г],(3.5.3.44)

где d_min - размер мелких частиц слоя, равный 0,1 мм; ρ_с - плотность слюды флогопит, равная 2700 кг/м³; ρ_г - средняя плотность газов в слое, равная 0,944 кг/м³; υ_г - кинематический коэффициент вязкости газа, равный 23,9∙10^-6 м²/с.

Ar = [(9,81∙0,1³∙10^-9)/2,39² ∙ 10^-10]*[(2700 - 0,944)/0,944] = 49,2. (3.5.3.45)

Определяем критерий Рейнольдса, соответствующий началу ожижения слоя:

Re= Ar/(18 + 0,61∙(Ar^0,5)), (3.5.3.46)

Re= 49,2/(18 + 0,61∙(49,2^0,5)) = 2,21. (3.5.3.47)

Тогда скорость витания частиц равна:

ω_в= Re∙( υ_г/ d_min), (3.5.3.48)

ω_кр= 2,21∙(23,9 ∙ 10^-6/0,1∙10^-3) = 0,53 м/с. (3.5.3.49)

Полученное значение скорости витания частиц меньше, чем рабочая скорость подачи газа по (3.5.3.11). Поэтому для снижения уноса частиц корпус сушильной камеры выполняем расширяющимся над газораспределительной решеткой. [8]

В результате выполненного расчета сушилка с кипящим слоем расширяющегося по высоте сечения имеет следующие характеристики:

диаметр аппарата D₁ = 0,53 м;

высота сепарационной зоны аппарата H_сеп = 1,6 м;

высота аппарата от газораспределительной решетки до газохода H_а = 2 м;

высота кипящего слоя H = 0,4 м.

3.6 Подбор циклона

Циклон для улавливания уноса выбираем по объемному расходу газов на выходе из установки.

Объемный расход газа:

V₂ = (L∙(1 + x₂)/ρ_г),(3.6.1)

где x₂ - истинное значение влагосодержания, равное 0,095 кг/кг, найденное по h-x диаграмме влажного воздуха в пункте 3.5.2;

ρ_г - средняя плотность газов в слое, равная 0,944 кг/м³ (3.5.3.2).

V₂ = (0, 23∙(1 + 0,095)/0,944) = 0,27 м³/с. (3.6.2)

Задаваясь скоростью газа на полное сечение цилиндрической камеры циклона ω_ц = 4 м/с, получаем ориентировочный диаметр циклона:

D_ц = ((4/π)∙( V₂/ω_ц))^0,5,(3.6.3)

D_ц = ((4/3,14)∙( 0,27/4))^0,5 = 0,24 м.(3.6.4)

Выбираем к установке 1 циклон ЦН-15-250, технические характеристики которого представлены в таблице 3.6.1.

Таблица 3.6.1 Технические характеристики ЦН-15-250

3.7 Подбор фильтра

Подбор рукавного фильтра осуществляем по поверхности фильтрации F_ф.

Учитывая неагрессивность газов, принимаем фильтровальную ткань (лавсан с начесом), допускающую максимальную температуру газа около 130°. Примем температуру газа на входе в фильтр (после смешения с подсасываемым воздухом) t_см= 70 °С.

Расход подсасываемого воздуха, обеспечивающего снижение температуры газа от t_г=100 до 70 °С:

V_п.в. = V₂∙(ρ_г∙(t_г - t_см)/ρ_в∙(t_см - t_в)), (3.7.1)

где V₂ - объемный расход газа, равный 0,27 м³/с по (3.6.2);

ρ_г - плотность газа, равная 0,944 кг/м³;

ρ_в - плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 °С, равная 1,2 кг/м³;

t_в - температура воздуха, равная 20°С.

V_п.в. = 0,27(0,944(100 - 70)/1,2(70 - 20)) = 0,127 м³/с. (3.7.2)

Расход воздуха, подаваемого на продувку, примем:

V_пр = 0,2∙V₂, (3.7.3)

V_пр = 0,2∙0,27 = 0,054 м³/с. (3.7.4)

Тогда площадь поверхности фильтрации при скорости газа в фильтре ω_г = 0,2 м/с:

F_ф = (V₂ + V_пр + V_п.в.)/0,2, (3.7.5)

F_ф = (0,27 + 0,054 + 0,127)/0,2 = 2,3 м³. (3.7.6)

Принимаем к установке 1 фильтр марки ФРКИ-8, его технические характеристики представлены в таблице 3.7.1.

Таблица 3.7.1 Технические характеристики ФРКИ-8

3.8 Расчет топочного устройства

Диаметр топочного устройства выбираем таким, чтобы скорость движения теплоносителя на свободное сечение топки не превышала 5 м/с. Объем топочной камеры определяют по величине допустимых тепловых напряжений объема топочного пространства q_v = 0,6 МВт/м³.

Тогда объем топки:

Vт = Q/q_v, (3.8.1)

где Q - расход теплоты на сушку, равный 83,3 кВт по (3.5.2.21).

Vт = 83,3∙10^-3/0,6 = 0,139 м³. (3.8.2)

При соотношении длины топки ℓт к ее диаметру Dт, равной примерно 2, получаем:

Dт = , (3.8.3)

Dт = = 0,45 м.(3.8.4)

ℓт = 2∙Dт,(3.8.5)

ℓт = 2∙0,45 = 0,9 м. (3.8.6)

Принимаем к установке топку с диаметром, равным 0,5 м, и длинной 1 м.[6]

3.9 Подбор газодувки

Вентиляционное оборудование подбираем, исходя из значения суммарного аэродинамического сопротивления сушилки с газоочистной аппаратурой (циклон и рукавный фильтр) и производительности по сушильному агенту.

Суммарное аэродинамическое сопротивление:

Р = Р_р + Р_к.с. + Р_ц + Р_р.ф., (3.9.1)