ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СУШИЛКИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ СУШКИ ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННОГО МЕЛА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

9. Abdullaev S.F., Maslov V.A., Abdurasulova N.A. Izmenenie kontsentratsii uglekislogo gaza v atmosfernom vozduhe goroda Dushanbe. Vestnik Tadzhikskogo tehnicheskogo universiteta, 2011. № 3. Р. 9-15.

10. MEPC 65/INF.17. IMO Model Course on Energy-Efficient Operation of Ships. London: World Maritime University, 2013. 61 p.

11. Meleshko V.L. Izuchenie vozmozhnyih izmeneniy klimata s pomoschyu modeley obschey tsirkulyatsii atmosferyi i okeana. Izmeneniya klimata i ih posledstviya: uchebn. posobie. S-Pb: Science, 2002. 174 p.

12. Alamanov S.K. Izmenenie klimata i vodnyie problemyi v Tsentralnoy Azii: uchebn. Kurs dlya st-tov, 2004. M.-Bishkek: UNEP. 188 p.

13. Leonov V.Ye., Chernyavskiy V.V. «Sovremennyie metodyi issledovaniy i obrabotki eksperimentalnyih dannyih»: Monograph. Kherson: Kherson State Maritime Academy, 2020. 520 p. ISBN 978-966-2245-60-8. URL

14. Leonov V., Gurov A. GREENHOUSE EFFECT. FICTION or RESULT of the PROLONGED ACTION of the TECHNOGENIC SYSTEMS. The Scientific Heritage: Hungary, 2021. Vol. 1(60). P. 29-39. DOI: 10.24412/9215-0365-2021-60-1-29-29-39. [Electronic Resource]. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44726893/ (date of access: 27.07.2021).

15. Kontsentratsiya CO2 v atmosfere vokrug Yaponii pobila rekord. Rossiyskaya gazeta. 30.03.2021.

16. Karavaev M.M., Leonov V.Ye., Popov I.G., Shepelev E.T. Tehnologiya sinteticheskogo metanola: Monograph. M.: Chemia, 1984. 240 p.

17. Leonov V.Ye., Gatsan O.A., Gatsan V.A. Plavuchiy kompleks dlya glibokovodnogo vidobutku sIrkovodnyu iz morskoyi vodi i sposIb zapusku plavuchogo kompleksu. Patent 92422 Ukraina, zayavl., 2010. 25.10.2010: opubl. 23.08.2012, Byul. № 31.

18. Climate conference in Paris,2015. [Electronic Resource]. URL: http://www.un.org/sustainabledevelopment/ru/cop21/ (date of access: 27.07.2021).

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СУШИЛКИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ СУШКИ ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННОГО МЕЛА Умирзаков Р.А.1, Мергалимова А.К.2, Жаксылык А.М.3, Омаров А.М.4

1Умирзаков Руслан Абилдаевич - магистр технических наук;

2Мергалимова Алмагуль Каирбергеновна - доктор PhD технических наук;

3Жаксылык Акбота Мейрамбеккызы - магистр технических наук;

4Омаров Алибек Муратбекулы - магистр технических наук, кафедра теплоэнергетики,

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, г. Нур-Султан, Республика Казахстан

Аннотация: в данной статье рассматривается классификация сушильных аппаратов, применяемых в современной химической промышленности для сушки сыпучих материалов, таких как химически осажденный мел. Приведены примеры методов подбора различных типов сушильных аппаратов, используемых в производстве химически осажденного мела. При этом учитываются такие показатели, как скорость процесса сушки, производительности и характеристик, которые предъявляют конечному продукту (влажность и температура). В частности, изучены сушилки, работающие по принципу псевдоожиженного слоя. В статье перечислены основные преимущества и особенности данной технологии, рассмотрены режимы работы сушильных аппаратов на кипящем слое. В основной части статьи представлен тепловой расчет сушилки, который включает в себя составление материального и теплового баланса сушильной установки. Данные расчеты необходимы для обоснования способа сушки и выбора конструкции основных узлов

аппарата. Так же определены и рассчитаны расход тепла, основные виды потерь, количество теплоносителя, габариты сушилки, угол конусности и нижний диаметр сечения аппарата. В заключении приводится схема установки для сушки химически осажденного мела в аппаратах аэрофонтанирующего слоя с описанием принципа работы. Ключевые слова: сушильные аппараты, сушилки, пастообразные материалы, химический осажденный мел, тепловой расчёт сушилки.

Введение

Сушилки, применяемые в химической промышленности, обычно классифицируют по способу подвода теплоты к высушиваемому материалу следующим образом: конвективные (для сушки материала в слое, барабанные вращающиеся, для сушки материала в режиме псевдоожиженного и фонтанирующего слоя, для сушки материала в режиме пневмотранспорта, распылительные); кондуктивные (полочные, барабанные вращающиеся, вальцовые); специальные (терморадиационные, высокочастотные, сублимационные).

Материалы и методы

Критериями выбора основных типов сушилок для обработки являются их исходные свойства (консистенция, влажность, гранулометрический состав, токсичность, пожаровзрывоопасность и т.д.), требования, предъявляемые к конечному продукту (физико-химические и механические свойства), вопросы технологии, стоимостные показатели. К сушилкам конвективного типа относятся сушилки кипящего или псевдоожиженного слоя. Их широко применяют в химической промышленности для сушки зернистых, сыпучих, а в ряде случаев и пастообразных материалов. Продолжительность сушки материала в кипящем слое резко сокращается. Преимущества этого способа сушки заключаются в интенсивном перемешивании твердых частиц и теплоносителя, в большей площади поверхности контакта фаз, а также в простоте конструкции сушилки.

В качестве сушильного агента используют горячий воздух, дымовые и инертные газы. При сушке распылением материал не перегревается и температура на поверхности обычно в пределах 60-70°С. Это объясняется тем, что при малых размерах частиц (до 4—5 мкм) испарение идет очень быстро. Несмотря на то, что время сушки составляет 15-30 с, поверхность материала не пересыхает.

Оптимальный режим сушки должен обеспечить получение продукта стандартного качества при высоких технико-экономических показателях. При обосновании и выборе режима сушки необходимо исходить из технологических свойств материала, которые изменяются в процессе сушки, т.е. нужно выбрать такие режимные параметры (температуру, влажность, скорость воздуха и др.), воздействие которых на те или иные характеристики материала обеспечило бы его наилучшие технологические свойства.

Большое значение, как мы знаем, имеет предварительная обработка материалов перед сушкой. При выборе методов предварительной обработки и режима сушки необходимо учитывать показатели термо- и влагоустойчивости продукта, структурно-механические свойства, от которых зависит коробление образцов и образование трещин, а также его биологическую природу. Для каждого продукта экспериментально определяется максимально допустимое значение конечной влажности. Для выбора сушильного аппарата нами проведен тепловой расчет.

Тепловой расчёт сушилки включает: составление материального и теплового баланса установки. В результате теплового расчёта определяют необходимое количество сушильного агента, объём сушильного аппарата, их размеров, расход тепловой энергии и т.д. Исходя из результатов расчёта обосновывают рациональный способ сушки и конструкции сушильного аппарата.

1. Материальный баланс сушильного аппарата.Производительность сушильного аппарата по готовому продукту с влажностью 14 % (начальная влажность материала 60-65 %) составляет 60 кг/час. Часовую производительность рассчитываем с учётом поправки на потери:

С, 60 кг

/-> / _ -1- _ _ ^ /-П _ ,

2 ~ К ~ 0,95 ~ час'

где: К- коэффициент, учитывающий выход продукта. Он должен составлять 0,95~0,99.

Количество свободной влаги испаряемой в процессе сушки, будет равно:

С2(мл - м/2) 63 ■ (65 - 14) кг

И/ = -— =---- « 37-;

100 -и/2 100-14 час

Тогда производительность сушилки по исходному материалу составит:

кг

С, = С' + Ш = 63 + 37 = 100-;

час

Количество теплоносителя (воздуха) в процессе сушки не изменяется, если нет утечек или подсоса. Поэтому расчёт сушильных установок приводим на 1 кг сухого газа. Таким образом, материальный баланс сушильного аппарата можем определить как:

С, "МЛ С-, ■ ш2

+ ыг = 2 2 + Ьс12, 100 1 100 2

или

=-^-= 698^,

а2~с11 0,0582-0,0052 час

где: L - количество сушильного агента (воздух);

d2 - соответствует начальному и конечному влагосодержанию газа. Расход газа (воздуха) на 1 кг испаряемой влаги равен:

I I 698 кг

1= — =-=-= 18,9 — ;

И/ 52-5х 37 кг

2. Тепловой баланс сушильного аппарата.Если на основе опытных данных известен режим процесса, то из теплового баланса можно определить расход тепла на сушку и расход соответственно тепловых ресурсов.

Суммарный расход тепла для сушки влажного материала на сушильном аппарате равен:

Ш = Qи + Qм + Q5 + Q2,

где: QuиQм - расход тепла на испарение влаги и расход тепла нагрева материала. Q5и Q2-потери тепла в окружающую среду и потери тепла с уходящими газами.

Для непрерывно действующей сушилки рассчитываем часовой расход тепла. Для сушилки периодического действия - расход тепла на один цикл сушки. Расход тепла на испарение влаги:

Qи = W(qи + 0,4712 -60 = 37-(2525 + 0,4745 - 23) = 93356,55 кДж/кг, где: ^ - температура уходящих газов 0С; 61 - начальная температура материала 0С; Соответственно qu = 2525 кДж/кг. Расход тепла для нагрева материала: Qм = G2 См (62 - 6:) = 60 '1,05239-(55-18)=2336,3 кДж/час,

где:62- температура материала после сушки 0С; См - теплоёмкость высушенного материала, кДж/кг°С.

Потери тепла сушилкой в окружающую среду:

Для определения габаритов сушилки можно приближённо принять удельную потерю тепла в окружающую среду 30-100 ккал/кг влаги в зависимости от начальной влажности материала. Меньшую величину принимают для высоко влажных материалов, тогда: Q5 = q5W = 30 37=1110 ккал/час = 4650,9 кДж/час; Потеря тепла с уходящими газами, определяется следующим образом: Q2 = L(I2 - 10) = 698^(195,673 - 33,101) = 113475,3 кДж/час. Суммарный расход тепла в сушилке равен:

^ = Qи + Qм + Q5 + Q2 =93356,55 + 2336,3 + 4650,9 + 113475,3 = 213819,05 кДж/час.

3. Расчет количества агента сушки и ресурсов.При однократном использовании агента сушки (воздуха) расход газов определяем из теплового баланса сушилки, если известен температурный режим сушки:

£Л = 2 <3;

или

<2и + Qm + Qs

Л -Л '

где: Jj, J2 - энтальпия газов при начальной и конечной температуре/;, t2 и при начальном и конечном влагосодержании Sb S2.

С достаточной степенью точности это соотношение можно представить в виде: _ Qh + QM + Qs _ 93356,55 + 2336,3 + 4650,9 + 113475,3 _

L ~ Citi - C2t2 ~ 1,022-120- 45-1,005 ~

КГ

= 2761,9-«= 0,626 м3/сек.

час

где: С;и С2 -теплоёмкость газов, соответствующая значениям температуры/;, t2. Часовой расход тепла на сушку равен:

= Wi ~h) = 3545,4 - (195,673 - 33,101) = ^^ g кДж

г1 0,98 ' час'

где: г] - КПД генератора тепла, в расчетах можно принимать для паровых и электрических калориферов 0,98^0,99.

4. Определение габаритов сушилки.Из статического расчёта известно количество тепла, которое необходимо передать материалу, чтобы уменьшить влажность продукта до заданной, а также известны количество агента сушки (воздух) и его параметры. На основании опытных работ определены оптимальные температурные и гидродинамические режимы сушки, обеспечивающие получение продукта высокого качества. Для определения габаритов сушилки по имеющимся данным необходимо рассчитать поверхность материала, через которую происходит перенос тепла и испарение влаги или соответственно длительность сушки материала. Для любой сушилки справедливо следующее соотношение: F G3 15

т = — = тггтт:-^тт = „ _____—ттгг = 0,81 часа « 46 мин.

F2 0,5^ + 0,5(100 - 63)

где: т - среднее интегральное время пребывания материала в зоне сушки, час; F -поверхность материала, находящегося в зоне сушки, через которую проходит тепло- и массообмен, м2; F2 -часовая поверхность материала; G3 - количество материала, единовременно находящегося в зоне сушки, кг; Gj, и G2 - производительность сушилки соответствует влажному и сухому материалу, кг/час.

Определяем оптимальное значение угла конусности по формуле:

а = 180° - 2(ср +Y) = 180 - 2(35 + 40) = 30°. где: р - угол естественного откоса материала, 380; у - угол равный 30-400 Угол конусности нашего аппарата лежит в пределах общепринятых значений Исходя из скорости газов в широком сечении, находим диаметр камеры. ve = 24,6 м/с,

L=225 3.6— « 0,46 —.

час сек

Определяем диаметра нижнего сечения аппарата:

do = 2

N

0

71 ■

= 0,171 м.

Конусность аппарата составляет - 30 (угол раскрытия конуса).

Результаты и обсуждение

В результате проделанных изысканий и расчетов были определены основные параметры для разработки конструкции сушилки. Также были рассчитаны конструктивные размеры для сушильной камеры.

На рисунке 1 приведена схема установки для сушки химически осажденного мела в аппаратах аэрофонтанирующего слоя.

Воздух

Рис. 1. Схема установки для сушки химически осажденного мела

Установка состоит из сушильной камеры - 1, теплогенератора - 2, уловителя готового продукта (аппарат ВЗП) - 3 и вентилятора - 4. Принцип действия установки следующий: Исходный влажный материал подается в сушильную камеру, где подвергается воздействию горячего теплоносителя. Высушенные частицы материала уносятся потоком теплоносителя в улавливающий аппарат, представляющий собой высокоэффективный аппарат ВЗП, и собираются в бункере готового продукта. Очищенный и отработанный воздух отсасывается вентилятором и выбрасывается в атмосферу. Выводы.

Таким образом, для сушки химически осажденного мела предлагается сушильная установка аэрофонтанного типа, с параметрами, полученными на основе теплового и конструктивного расчетов, изложенных выше.

Список литературы

1. Паус К.Ф., Евтушенко И.С. Химия и технология мела. М., 1977.

2. Поникаров И.И, Гайнуллин М.Г. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки. Альфа. М., 2006.

3. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1981.

4. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. М., 1967. 664 с.

5. ЛыковМ.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. 432 с.