Охладитель кипящего слоя

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный  технический университет -УПИ

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

 

 

Оценка____________

Члены комиссии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема: ОХЛАДИТЕЛЬ КС

 

Курсовой проект

По дисциплине

ПАХТ

 

 

 

 

 

 

Преподаватель                                                                                         Ф.С.Югай

 

 

Студент                                                                                              Ю.Э.Суханова

группы Х-46031

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2009

Содержание.

 

 

1. Исходные данные для расчета охладителя.

Исходные данные для расчета.

Производительность охладителя по продукту, т/ч 80

Температура продукта на входе, °С   110

Температура продукта на выходе, °С   40

Температура охлаждающей воды, °С                            max30

Температура охлаждающего воздуха, °С         -5 – (+40)

Расчет производить для колпачковой решетки.

Предусмотреть возможность промывки решетки и подрешетной камеры.

 

Гранулометрический состав песка

0,1-0,63мм.

Средняя теплоемкость песка в расчетном диапазоне температур 900 Дж/кг°С (214 кал/кг°С).

Плотность песка – 1500 кг/м³.

Насыпная плотность – 1200 кг/м³.

Расчет охладителя ведется по летним условиям

2. Расчет охладителя кипящего слоя с воздушно-водяным охлаждением.

2.1. Расчет критической скорости ω_в.

Расчет критической скорости кипения  ω_в (скорости начала взвешивания) проводим для размеров частиц: d_max=0,63 мм, d_min=0,1 мм.

Для расчета первой критической скорости взвешивания ω_в применяют формулу:

  (1)

где - критерий Рейнольдса;

- критерий Архимеда;

d_ч - диаметр частиц, м;

ρ_с - плотность газовой среды, кг/м³;

ρ_ч - плотность песка, кг/м³;

μ_с - динамическая вязкость воздуха, Па∙с;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Уравнение (1) позволяет определить скорость взвешивания ω_в с точностью ± 20% при порозности ε_о = 0,4. Оно применимо для моно- и полидисперсных слоев с частицами сферической и неправильной формы в широком диапазоне чисел Re.

Расчет для d_max=0,63 мм.

Плотность воздуха принята при  предполагаемой температуре отработанного  воздуха 55°С

- динамическая вязкость газа.

Скорость начала взвешивания определяем из кр. Рейнольдса:

Аналогично проводим расчеты для  частиц d_min=0,1мм.

Данные расчета сведены в табл.1.

Таблица 1

dч, мм	Ar	Reв	ωв, м/с
0,63	10903,8	5,6	0,16
0,1	45,8	0,032	0,0054

При широком диапазоне размеров частиц для большей гарантии полного взвешивания расчет ведут на наиболее крупные частицы d_max.

При расчетах процессов в кипящем  слое удобнее пользоваться не действительной скоростью газового потока в свободном сечении между частицами, а условной скоростью, относимой ко всему сечению аппарата.

Различают: ω_в – скорость начала псевдоожижения или первая критическая скорость; ω_у – скорость уноса, при которой начинается унос частиц из слоя или вторая критическая скорость.

Фактически применяемая или  рабочая, условная скорость газа ω_р больше ω_в и меньше ω_у . Отношение называется числом псевдоожижения.

Учитывая низкую интенсивность  псевдоожижения, которая используется в процессах охлаждения, принимаем К_ω = 6-7.

Принимаем скорость воздуха в полном сечении аппарата

ω_р=0,96-1,12

 

2.2. Выбор размеров охладителя.

В книге [2] (Лыков М.В. Сушка в химической промышленности, М.:Химия, 1970) приведены характеристики сушилки Всесоюзного научно-исследовательского института галургии, разработанной для сушки хлористого калия. Ниже приводится ее техническая характеристика.

Производительность, т/ч  120

Площадь решетки, м²   8

Живое сечение, %   5

Диаметр отверстий, мм  6

Толщина решетки, мм  30

Влажность, %

начальная  4-5

конечная   0,1-0,2

Температура газов, °С

начальная  650-700

в слое   100-200

Скорость кипения, м/с  1,5

Сопротивление слоя, мм.вод.ст. 550-600

Сушилка цилиндрической формы с  расширяющейся конусной камерой  для уменьшения пылеуноса.

Там же приведена техническая характеристика сушилки Норильского горнометаллургического комбината, предназначенная для сушки гранулированного никелевого концентрата. Камера прямоугольного сечения с размещением узлов подачи и вывода сухого продукта в противоположных концах.

Техническая характеристика сушилки.

Производительность, т/ч  130

Площадь решетки, м²   14

Температура газов, °С  250

Влажность, %

начальная  16

конечная   1,5

Унос пыли, %    менее 1,0

Проектируемый охладитель песка работает в менее жестких температурных условиях.

Проведен анализ работы охладителя KCl конструкции «Escher Wyss» на мелкозернистом продукте. Охладитель эксплуатируется на ОАО «Уралкалий».

Рабочая камера прямоугольного сечения  с размещением узлов подачи и  вывода продукта в противоположных концах. Ниже приведена его техническая характеристика.

Производительность, т/ч

номинальная  98

максимальная  120

Площадь решетки, м²   8,25

Толщина решетки, мм  30

Температура продукта, °С

начальная  150

конечная   60

Скорость кипения, м/с  1,4-1,5

Унос пыли, %    ~1,0

По сравнению с цилиндрическими  аппаратами, камеры с прямоугольным сечением и с направленным потоком материала имеют некоторые особенности:

• Сечение камеры прямоугольное, L>>B.
• Загрузка сосредоточена на одном конце, выгрузка - на другом.
• Благодаря большому соотношению L/B линейная скорость материала в слое значительно выше, чем в однокамерных цилиндрических аппаратах.
• Температура материала по длине аппарата изменяется довольно плавно. Для таких установок характерно то, что температура отходящих газов меньше температуры обрабатываемого материала.
• Более равномерное время пребывания в установках с направленным движением, тем более, что охладитель оборудован внутренними перегородками, теплообменными трубами, которые служат своеобразными дросселями для материала.

На основе анализа технических характеристик подобных аппаратов, особенностей их работы выбираем охладитель прямоугольной формы с размерами площади решетки LхB = 7,0х1,5 м.

Сечение решетки s_р = 7,0·1,5 = 10,5 м².

 

2.3. Расход воздуха в свободном сечении камеры охладителя.

Ранее был определен диапазон рабочих  скоростей в свободном сечении  камеры охладителя: ω_р=0,96-1,12

Секундный расход воздуха:

Часовой расход воздуха при температуре  воздуха t_в = 30°С:

Принимаем средний расход воздуха:

 

2.4. Порозность слоя.

В том случае, когда плотностью среды между частицами можно  пренебречь по сравнению с плотностью самих частиц, порозность определяется по формуле:

Практически, порозность неподвижного насыпанного (неупорядоченного) слоя шарообразных частиц одинакового диаметра.

В расчетах принимается  среднее значение .

2.5. Расчет массы материала, находящегося на решетке.

Принимаем высоту неподвижного слоя .

Сечение решетки  .

Объем материала с учетом порозности:

.

.

При порозности масса твердого материала на решетке:

,   

≈ 6,9

≈ 7,6

Вес материала на решетке в диапазоне 6,9-7,6 т

 

2.6. Среднее расходное время пребывания частиц твердого материала в аппарате со взвешенным слоем.

, с

где - вес материала на решетке, кг;

- расход твердого материала,  кг/с.

 

(~5,2 )

(~5,7 )

Среднестатистическое время пребывания материала в кипящем слое 5,2-5,7 мин.

Средняя линейная скорость движения материала вдоль охладителя .

2.7. Расчет порозности взвешенного слоя и высоты взвешенного слоя.

Для d_max=0,63 мм - . По графику L_У=f(Ar) для соответствует значение .

L_У - критерий Лященко,

Отсюда:

При принятом числе псевдоожижения К_ω=7 рабочая скорость воздуха равна , что соответствует среднему значению принятого диапазона рабочих скоростей в свободном сечении охладителя .

Найдем порозность взвешенного слоя при К_ω=7.

По графику L_У=f(Ar) при L_У=5,145 и находим ε ≈ 0,65-0,7.

Высота взвешенного слоя определяется из соотношения:

,

где - высота неподвижного слоя, м;

- порозность неподвижного слоя, м.

 

Максимальное значение высоты взвешенного  слоя:

Минимальное значение высоты взвешенного  слоя:

Ранее была принята высота неподвижного слоя (см. п.2.5).

 

2.8. Толщина решетки и живое сечение.

По аналогии с рассмотренными ранее  прототипами аппаратов примерно равной производительности с рассчитываемым, принимаем толщину решетки равной 5 мм.

От конструкции решетки в  большой степени зависит состояние  кипящего слоя. Решетка выполняет двойную функцию: равномерно распределяет газовый поток по сечению камеры и поддерживает слой при остановках охладителя.

В настоящее время применяют  два типа решеток: провальные и беспровальные.

Живое сечение решеток составляет обычно 3-10%

Предлагается к установке следующая конструкция колпачка, рис.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.

Рекомендуемые скорости в отверстиях решетки 9-15 м/с. Принимаем 15 м/с. При  равенстве скоростей газового потока на входе в колпачок и на выходе из щелевого зазора, размер щелевого зазора составит ~ 10 мм.

Конструкция колпачка предотвращает  просыпание продукта в подрешеточное  пространство и позволяет регулировать скорость истечения воздуха из колпачка. Скорость истечения определяет зону действия каждого колпачка в кипящем слое.

Принимаем живое сечение ~ 8,5%, что составит для плиты с сечением решетки :

10,5 – 100

х   –  8,5

- суммарное сечение отверстий  колпачков.

Число колпачков на плите:

При расходе воздуха 40000 м³/ч скорость входа в отверстие колпачка составит:

Нами принята скорость на входе в отверстие колпачка .

Принимаем число колпачков  .

Фактическое живое сечение решетки: