Главная страница
Навигация по странице:

  • Изображение процессов изменения состояния воздуха на диаграмме.

  • 1.4 Устройство сушилок

  • Камерные сушилки.

  • диплом. В последние годы созданы установки кипящего слоя для обезвоживания растворов


    Скачать 1.19 Mb.
    НазваниеВ последние годы созданы установки кипящего слоя для обезвоживания растворов
    Анкордиплом.doc
    Дата17.12.2017
    Размер1.19 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файладиплом.doc
    ТипРеферат
    #7587
    страница1 из 3

    Подборка по базе: международные отношения в 40-80 годы.docx, Опыт установки Asterisk.docx, федеральная целевая программа на 2016-2020 годы.doc
      1   2   3



    Содержание


    Введение
    Значительные успехи, достигнутые в нашей стране и за рубежом при использовании техники кипящего слоя для целого ряда процессов, основаны, прежде всего, на исключительно благоприятных условиях взаимодействия твердых частиц и газов в псевдоожиженных системах (развитая поверхность ча­стиц и жидкостноподобная текучесть слоя), его изотермичности и сравнительной простоте промышленных агрегатов, легко поддающихся полной механизации и автоматизации.

    Наиболее широкое применение в промышленной практике в 60 – х годах нашли установки кипящего слоя для сушки различных материалов. Эта отрасль инженерной техники развилась чрезвычайно быстро. Первые сообщения об использовании аппаратов кипящего слоя для сушки по­явились примерно 20 лет назад. В России и за рубежом (главным образом, в США) существует множество сушильных установок кипящего слоя с производительностью одного аппарата от 2 – 3 до 1000 т/ч.

    В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термочувствительностью, содержа­нием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. В химической промышлен­ности процессы массо – и теплопереноса при сушке иногда осложняются протекающими одно­временно химическими реакциями.

    Наибольшее применение новый прогрессивный метод сушки нашел в химической, углеобогатительной отраслях промышленности и в цветной металлургии.

    В кипящем слое высушивают самые различные материалы: высоковлажные, комкующиеся, слипающиеся, горючие, тонкодисперсные порошки и крупные частицы с размерами до 35 – 40 мм. В последние годы созданы установки кипящего слоя для обезвоживания растворов.

    Многообразие высушиваемых материалов, широкий диапазон производительности единичного агрегата и различные пути подхода к разработке инженерного оформления процесса, обусловили появление целого ряда модификаций способа и конструкций аппаратов кипящего слоя для сушки и обезвоживания. Сушильные установки кипящего слоя могут различаться следующими особенностями.

    Конфигурация аппарата в зоне слоя и соответственно гид­родинамический режим процесса. Существуют аппараты цилиндрические, цилиндроконические и конические с обычным режимом псевдоожижения или с фонтанирующим слоем. Сечение аппарата бывает круглым, квадратным, прямоугольным с различным соотношением сторон. Известны аппараты с двумя и более зонами, например, для сушки и охлаждения, со ступенчатым изменением площади сечения по высоте и др.

    Загрузка влажного материала в аппарат кипящего слоя. Загрузка производится над слоем с помощью обычных питателей или ниже уровня слоя при использовании специальных устройств. Известны также способы рассредоточенной загрузки по фронту слоя специальными забрасывателями. Растворы и пастообразные суспензии подаются в аппарат с помощью различ­ных распылительных форсунок, которые располагаются над слоем, сбоку или снизу слоя. Используются форсунки механические, пневматические или комбинированные. Существуют также сушилки кипящего слоя, в которых распыление раствора или суспензии осуществляют в токе теплоносителя над слоем или снизу через сопло, находящееся на уровне решетки.

    Выгрузка сухого материала. Выгрузка производится на уровне слоя через переливной порог или на уровне решетки с помощью подпорного регулирующего устройства. В некоторых установках для обезвоживания растворов применяют пневмосепарирование сухого материала по крупности (мелкая фракция возвращается в слой). Известны установки, работающие с полным выносом сухого продукта из слоя инертных частиц и др.

    Способ ввода тепла в слой. В подавляющем большинстве установок все тепло, необходимое для сушки, вносится с теплоносителем, являющимся в то же время псевдоожижающим агентом. В некоторых установках часть тепла передается через теплопередающие поверхности.

    Конструкция газораспределительной решетки. Используются плоские перфорированные решетки, беспровальные с газораспределительными колпачками, с соплами для ввода теплоносителя и ряд других конструкций.

    Перечисленные особенности не исчерпывают всего многообразия сушки в кипящем слое, появляются описания новых приемов и типов аппаратов.

    1. Сушка
    1.1 Основные сведения
    Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений или улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.

    Влагу можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отслаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т.е. с помощью тепловой сушки.

    Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием), а окончательное ­– сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.

    В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе – процесс слишком длительный.

    По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Как будет показано ниже, удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло – и массообмена (влагообмена). По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

    1) конвективная сушка – путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);

    2) контактная сушка – путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

    3) радиационная сушка – путем передачи тепла инфракрасными лучами.

    4) диэлектрическая сушка – путем нагревания в поле токов высокой частоты.

    5) сублимационная сушка – сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи тепла этот вид сушки аналогичен контактной, но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять в особую группу.

    Последние три вида сушки применяют относительно редко и обычно называются специальными видами сушки.

    Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным газом (в большинстве случаев воздухом). При конвективной сушке влажному газу (являющемуся сушильным агентом) принадлежит основная роль в процессе. Поэтому изучение свойств влажного газа необходимо при рассмотрении процессов сушки и их расчетах.
    1.2 Основные параметры влажного газа
    При конвективной сушке сушильный агент передает материалу тепло и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счет этого тепла. Таким образом, сушильный агент играет роль тепло – и влагоносителя. При прочих методах сушки находящийся в контакте с материалом влажный газ (обычно воздух) используется лишь для удаления испарившейся влаги, т.е. выполняет роль влагоносителя.

    Влажный газ является смесью сухого газа и водяного пара. В дальнейшем под влажным газом будет подразумеваться только влажный воздух, учитывая, что свойства топочных газов и влажного воздуха отличаются лишь количественно. Влажный воздух как влаго – и теплоноситель, характеризуется следующими основными параметрами: абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (теплосодержанием).

    Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в кг, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха. С достаточной для технических расчетов точностью можно считать, что влажный воздух подчиняется законам идеальных газов. Тогда водяной пар как компонент газовой смеси (влажного воздуха), находясь под парциальным давлением pП, должен занимать весь объем смеси (1 м3). Поэтому абсолютная влажность равна массе 1 м3 пара, или плотности водяного пара ρПкг/м3) при температуре воздуха и парциальном давлении pП.

    Относительной влажностью, или степенью насыщения воздуха φ называется отношение массы водяного пара в 1 м3 влажного воздуха ρПпри данных условиях, температуре и общем барометрическом давлении к максимально возможной массе водного пара в 1 м3 воздуха ρН (плотности насыщенного пара) при тех же условиях:




    (1.1)

    В соответствии с уравнением состояния идеальных газов (уравнение Менделеева – Клапейрона)

    и

    (1.2)

    где Т – абсолютная температура, °К, МП – масса 1 кмоль водяного пара, равная 18 кг/кмоль,R– универсальная газовая постоянная, равная 8314 дж/(кмоль∙град) =
    1,99 ккал/(кмоль град), pН – давление насыщенного водяного пара при данной температуре (в T °К) и общем барометрическом давлении, н/м2.

    Подставляя значения ρП и ρН в выражение (1.1), получим




    (1.3)

    Если температура воздуха ниже или равна температуре насыщения, соответствующей общему (барометрическому) давлению (т.е. ниже примерно 100 °С), то максимально возможное давление водяного пара равно давлению сухого насыщенного пара, которое может быть взято из международных таблиц водяного пара при данной температуре воздуха.

    Если температура воздуха выше температуры насыщения, то максимально возможное давление водяного пара будет равно общему, или барометрическому, давлению B. В этих условиях




    (1.4)

    Относительная влажность φ является одной из важнейших характеристик воздуха как сушильного агента, определяющая его влагоемкость, т.е. способность воздуха к насыщению парами влаги.

    При нагревании воздуха приблизительно до 100 °C величина ρП, входящая в выражение (1.3), возрастает и соответственно снижается φ; дальнейшее повышение температуры происходит при φ = const. При охлаждении воздуха в процессе сушки, которое сопровождается поглощением влаги из материала, pН уменьшается, а φвозрастает, в отдельных случаях вплоть до насыщения воздуха (φ = 1).

    В процессе сушки воздух увлажняется и охлаждается и соответственно изменяет свой объем. Поэтому использование в качестве параметра воздуха значение его абсолютной влажности усложняет расчеты. Более удобно относить влажность воздуха к единице массы абсолютно сухого воздуха (1 кг сухого воздуха) – величине, не изменяющейся в процессе сушки.

    Количество водяного пара (в кг), содержащегося во влажном воздухе и приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха:




    (1.5)

    где mП иmС.В. – масса водяного пара и масса абсолютно сухого воздуха в данном объеме влажного воздуха, кг; ρС.В. – плотность абсолютно сухого воздуха, кг/м3.

    Для того чтобы установить связь между влагосодержанием x и относительной влажностью φ, подставим в выражение (1.5) значения ρП и ρС.В. , определенные из уравнения (1.2). Тогда







    где pС.В.– парциальное давление абсолютно сухого воздуха; МС.В. – масса 1 кмоль абсолютно сухого воздуха, равная 29 кг/моль.

    По закону Дальтона pС.В. равно разности общего давления влажного воздуха P и парциального давления водяного давления в нём:

    pС.В. = P – pП




    а из уравнения (1.3)

    pП = φ ∙ pН




    Подставляя в приведенное выше выражение для x эти значения pП и pС.В., а также численные величины MП и MС.В., получим




    (1.6)

    Энтальпия I влажного воздуха относится к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха t°С) как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха cС.В.t и водяного пара xiП (дж/кг сухого воздуха)

    I = cС.В .t + xiП

    (1.7)

    где cС.В. – средняя удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха, которая может быть принята приближенно равной 1000 дж/(кг∙град) [0,24 ккал/(кг∙град)]; iП – энтальпия водяного пара, дж/кг.

    Водяной пар находится в процессе сушки в перегретом состоянии в смеси с воздухом. Обозначим энтальпию водяного пара при 0 °C через r0 (r0 = 2493 ∙103 дж/кг) и примем среднюю удельную теплоемкость перегретого пара сп ≈ 1,97 ∙ 103 дж/(кг∙град). Тогда энтальпия перегретого пара

    iп = r0 + cпt = 2493 ∙103 +1,97 ∙103t

    (1.8)

    Подставляя выражение iп и значение cС.В. в уравнение (1.7), получим (в дж/кг сухого воздуха)

    I = (1000 +1,97 ∙103x) ∙ t + 2493 ∙103 x

    (1.9)

    При использовании внесистемных единиц энтальпии влажного воздуха выражается соответственно следующим образом (в ккал/кг сухого воздуха):

    I = (0,24 + 0,47 ∙ x) ∙ t + 595 ∙ x

    (1.9а)

    Кроме x, φ и I при расчетах процесса сушки необходимо знать плотность или обратную ей величину – удельный объем влажного воздуха. Плотность влажного воздуха ρВЛ.В.равна сумме плотностей абсолютно сухого воздуха ρС.В.и водяного пара ρП. Учитывая, что, согласно выражению (1.5), плотность водяного пара ρП = x ∙ ρС.В., плотность влажного воздуха

    ΡВЛ.В. = ρС.В.+ ρП = ρС.В. ∙ (1 + x)




    Плотность абсолютно сухого воздуха из уравнения состояния







    Подставляя значения ρС.В. и x=0,622pП/(PpП) [см. уравнение (1.6)] в выражение для плотности влажного воздуха, находим







    или




    (1.10)

    Из уравнения (1.10) видно, что при данном внешнем давлении P плотность влажного воздуха является функцией парциального давления водяного пара pП и температуры T. В процессе сушки воздух увлажняется (возрастает pП) и охлаждается (уменьшается T). Снижение T оказывает относительно большее влияние на величину ρС.В. и, как следует из уравнения (1.10), плотность воздуха при сушке увеличивается. При увлажнении воздуха содержание в нем водяного пара (обладающего меньшим молекулярным весом, чем сухой воздух) возрастает за счет снижения содержания сухого воздуха. Поэтому с увеличением влажности воздух становится легче.
    1.3 Ix диаграмма влажного воздуха
    Основные свойства влажного воздуха можно с достаточной для технических расчетов точностью определяется c помощью Ix диаграммы, впервые разработанной Л. К. Рамзиным. Диаграмма Ix(cм. рис. 1.1) построена для постоянного давления
    P = 745 мм .рт. ст. (около 99 кн/м2) которое по многолетним статистическим данным, можно считать среднегодовым для центральных районов России.

    Диаграмма имеет угол 135° между осями координат, причем на оси ординат отложены в определенном масштабе энтальпии I, а на наклонной оси абсцисс – влагосодержания x, которые, для удобства пользования диаграммой, спроектированы на вспомогательную ось, перпендикулярную оси координат. На диаграмме нанесены:
    1) линии постоянного влагосодержания (x= const) – вертикальные прямые, параллельные оси ординат; 2) линии постоянной энтальпии (I= const) – прямые параллельные оси абсцисс; 3) линии постоянных температур, или изотермы (t= const); 4) линии постоянной относительной влажности (φ = const); 5) линия парциальных давлений водяного пара pП во влажном воздухе, значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы.

    Линии φ = constобразуют пучок расходящихся кривых, выходящих из одной точки (не показанной на диаграмме) с координатами t= − 273 °C и x= 0. Для того чтобы линии
    φ = const не подходили очень близко друг к другу, что затруднило бы пользование диаграммой Ix, последняя построена, как указано выше, в косоугольной системе координат. При температуре 99,4 °С давление насыщенного пара pН = В, т.е. становится равным постоянному барометрическому давлению B= 745 мм. рт .ст., для которого построена диаграмма.

    В этом случае, согласно выражению (1.4) величина φ =pП/Bи уравнение (1.6) принимает вид:







    Следовательно, при температурах t99.4 °Cвеличина φне зависит от температуры и практически является величиной постоянной, так же как и влагосодержание воздуха x (при данном значении pП и B= const). Поэтому при t= 99.4 °C линии φ = constимеют резкий перелом и идут почти вертикально вверх. Незначительное отклонение направления линий φ = const от вертикального объясняется тем, что в области высоких температур значения ρП, а значит и φнесколько зависит от температуры.

    Линия φ = 100 % соответствует насыщению воздуха водяным паром при данной температуре. Эта линия ограничивает снизу расположенную над ней рабочую площадь диаграммы, отвечающую ненасыщенному влажному воздуху, используемому в качестве сушильного агента. Площадь диаграммы, расположенная под линией φ = 100 %, относится к воздуху, пересыщенному водяным паром, и для расчетов сушилок интереса не представляет.


    Рисунок 1.1: – Диаграмма Ixдля влажного воздуха.
    На диаграмме І – х по любым двум известным параметрам влажного воздуха можно найти точку, характеризующую состояние воздуха, и определить все его остальные параметры.

    Изображение процессов изменения состояния воздуха на диаграмме. При нагревании влажного воздуха в специальных теплообменниках – калориферах – его относительная влажность φ уменьшается, а влагосодержание х остается постоянным. Поэтому на диаграмме І – х процесс нагрева воздуха изображают отрезком AB
    (см. рис. 1.2), проводя из точки, отвечающей начальному состоянию воздуха (t0, x0), вертикальную линию x= const вверх до пересечения с изотермой, отвечающей температуре нагрева воздуха t1.

    Процесс охлаждения воздуха (имеющего начальную температуру t1) при постоянном влагосодержании до его насыщения изображается вертикалью, проведенной из точки B (характеризующей начальное состояние охлаждаемого воздуха) вниз до пересечения с линией φ = 100 % (отрезок ВС). Точка пересечения линий х = const и φ = 100 % (точка C на рис. 1.2) характеризует состояние воздуха в результате его охлаждения при х = const и называется точкой росы. Изотерма, проходящая через эту точку, определяет температуру точки росы tР. Дальнейшее охлаждение воздуха ниже температуры точки росы (например, до температуры tП) приводит к конденсации из него части влаги и соответственно – к уменьшению его влагосодержания от x0 до xП .На диаграмме процесс охлаждения насыщенного воздуха совпадает с линией φ = 100 % (кривая СЕ).


    Рисунок 1.2: – Изображение процессов изменения

    состояния влажного воздуха на Ix диаграмме.
    При адиабатической сушке влага из материала испаряться только за счет тепла, передаваемого материалу воздухом. При этом, если температура высушиваемого материала (а следовательно и содержащейся в нем влаги) не изменяется и равна 0 °С, то энтальпия воздуха после сушки I2 будет равна его энтальпии перед сушкой І1 , так как всё тепло, отданное воздухом на испарение влаги, возвращается обратно в воздух с удаляющимися из материала парами. Одновременно понижается температура и увеличивается влагосодержание и относительная влажность воздуха. Такой процесс носит название теоретического процесса сушки (I2 =I1 =I= const).

    Для сушильной практики большое значение имеет адиабатический процесс испарения со свободной поверхности жидкости, сходный с процессом испарения с поверхности влажного материала в начальный период сушки.

    После достижения равновесия между влажным воздухом и испаряющейся влагой температура последней примет постоянное значение, равное температуре мокрого термометра tМ. Если в ограниченный объем воздуха внести достаточное количество воды, имеющей температуру tМ, то по истечении некоторого времени воздух станет насыщенным и примет температуру воды, а дальнейший процесс испарения прекратится. Установившуюся температуру мокрого термометра, которую примет воздух в конце процесса насыщения, называют также температурой адиабатического насыщения. Если
    tМ >0, то поступающая в воздух испаренная влага W вносит в него некоторое количество тепла WctM, поэтому адиабатический процесс охлаждения воздуха в этом случае происходит с повышением его энтальпии (I2>I1). Если L –­­ расход сухого воздуха на испарение, то

    L ∙ (I2 I1) = WctM




    или







    где c – теплоемкость воды.

    Величина W/L показывает увеличение влагосодержания воздуха в процессе его адиабатического охлаждения, равное (xMx1), где xМ – влагосодержание воздуха при его полном насыщении влагой при температуре tМ.

    Из найденной выше зависимости I1 =I2 − (xМ x1) ∙ ctМ при x1 = 0 следует:

    I1 = I2xМсtM

    (1.11)

    Уравнение (1.11) служит для нанесения на диаграмму Ix линий постоянной температуры tМ = const (линии постоянной температуры адиабатического насыщения).

    Изменение состояния воздуха (температуры, влагосодержания и относительной влажности) при адиабатическом процессе испарения влаги со свободной поверхности жидкости происходит по линии tМ = const.

    Разность между температурой воздуха tВ и температурой мокрого термометра tМ характеризует способность воздуха поглощать влагу из материала носит название потенциала сушки ε:

    ε = tВ tМ

    (1.12)

    Потенциал сушки характеризует скорость испарения влаги из материала, которая зависит от состояния воздуха и температуры процесса, т.е. определяется совместным влиянием тепло – и массообмена. Когда воздух полностью насыщается влагой (tВ =tМ), величина ε становится равной нулю.
    1.4 Устройство сушилок
    Конструкции сушилок очень разнообразны и отличаются по ряду признаков:
    по способу подвода тепла (конвективные, контактные и др.), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные), по способу организации процесса (периодические и непрерывные), а также по взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток, противоток, перекрестный ток). Это крайне затрудняет обобщающую классификацию сушилок. Ниже мы ограничимся рассмотрением групп сушилок, которые находят применение (или перспективны для применения) в химической технологии, объединенных по способу подвода тепла и состоянию слоя высушиваемого материала (неподвижный, перемешиваемый и т. д.).
    Конвективные сушилки с неподвижным

    или движущимся плотным слоем материала
    Камерные сушилки. Эти сушилки являются аппаратами периодического действия, работающими при атмосферном давлении. Они используются в производствах небольшого масштаба для материалов, допускающих невысокую температуру сушки, например красителей. Материал в этих сушилках сушится на лотках (противнях), установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры 1 (рис. 1.3). На каркасе камеры между вагонетками 2 установлены козырьки 3, которые как бы делят пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент. Свежий воздух, нагретый в наружном калорифере 4, засасывается вентилятором 5 и подается вниз камеры сушилки. Здесь он движется (путь воздуха показан на рисунке стрелками), два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах 6 и 7. Часть отработанного воздуха с помощью шибера 8 направляется на смещение со свежим. Таким образом, сушилка работает с промежуточным подогревом и частичной рециркуляцией воздуха, т. е. по варианту, обеспечивающему низкую температуру и более мягкие условия сушки.

    Однако, вследствие сушки в неподвижном толстом слое, сушилки этого типа обладают низкой производительностью и продолжительность сушки в них велика. Кроме того, сушка в них неравномерна из – за неравномерности температур в камере, возникающей за счет частичного прохода воздуха в вышерасположенные зоны кратчайшим путем (через зазоры). Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых современных конструкциях камерных сушилок наружный вентилятор заменяют внутренними реверсивными осевыми вентиляторами или применяют эжекторы. В эжекционных камерных сушилках рециркулирующий отработанный воздух подсасывается свежим, что позволяет уменьшить расход электроэнергии на циркуляцию. Обслуживание камерных сушилок требует больших затрат ручного труда, что также является существенным недостатком.



    Рисунок 1.3: – Камерная сушилка:

    1 – сушильная камера; 2 – вагонетки; 3 – козырьки; 4,6,7 – калориферы;

    5 – вентилятор; 8 – шибер.
      1   2   3


    написать администратору сайта