Конструкция, методика расчёта сушил

Содержание

Задание                                                                                               

1. Установки для сушки сыпучих материалов                                      

1.1 Общие сведения                                                                                  

 1.2 Барабанные сушила                                                                            

 1.3 Сушила для сушки в пневмопотоке и кипящем слое                       

 2 Установки для сушки литейных форм и стержней                                                                                     

 2.1 Принцип действия устройство сушильных установок                        

 2.2 Сушила с конвективным режимом работы                                     

 2.3 Расчет процессов сушки                                                                  

 Заключение                                                                                       

 Список использованных источников                                             

 1 Установки для сушки сыпучих материалов

1.1   Общие сведения

Сушила для сушки сыпучих материалов выполняются главным образом как установки непрерывного действия. К их числу относятся барабанные сушила, сушила для сушки в пневмопотоке и сушильные установки кипящего слоя. По характеру теплообмена в рабочей зоне эти устройства сильно отличаются между собой, что накладывает отпечаток на их конструкцию и рабочие показатели.

1.2   Барабанные сушила

 Тепловой и температурный режимы. Тепловой и температурный режимы работы барабанных сушил неизменны во времени. Температура и влажность высушиваемого песка при этом меняются по длине барабана по мере продвижения песка от загрузочного к разгрузочному концу сушила: температура растет, а влажность уменьшается.

 Температура и влагосодержание сушильного агента (в качестве которого обычно используется смесь дымовых газов и воздуха) также соответственно изменяются по длине сушильного барабана: температура падает, а влагосодержание растет за счет перехода влаги из песка в сушильный агент. Передача тепла к поверхности высушиваемого песка (т.е. в ЗТП) с учетом сравнительно низкого температурного уровня (не выше 700-8000 С) осуществляется в основном конвекцией в некоторой мере излучением. В этих сушилах протекает обычно проточный режим теплообмена. Однако лимитирующим звеном процесса сушки в этих установках является замедленная тепло- и массопередача внутри слоя песка. Поэтому с целью интенсификации процесса сушки конструктивно предусматривается разрыхление и перегребание слоя песка специальными лопатками на стенах барабана.

 Конструкция барабанного сушила. Основной частью барабанных сушил является длинный стальной цилиндр (барабан), установленный с небольшим наклоном к горизонту (рис. 1). Барабан опирается на опорные ролики и вращается вокруг своей оси благодаря зубчатому венцу, связанному через понижающий редуктор с электроприводом. Влажный сыпучий материал через загрузочное устройство и питатели подается в верхнюю часть барабана и при его вращении (обычно со скоростью несколько оборотов в минуту) постепенно перемещается к его разгрузочному концу. Для ускорения сушки внутри барабана установлены стальные пластины в виде лопастей или секторов, перемешивающие и разрыхляющие сыпучий материал. Перед выдачей песок остужают до темпе­ратуры ~50°С. Высушиваемый материал нагревается в барабанных сушилах смесью продуктов горения и возду­ха. Сжигание топлива производится в отдельной топке, после чего продукты горения смешиваются в смеситель­ной камере с воздухом для понижения их температуры до 800—850° С. При этой температуре сушильный агент поступает в барабан (у его загрузочного конца) и поки­дает барабан при температуре 100—120°С через газоот­вод у разгрузочного конца барабана и направляется в очистительные циклоны, а оттуда в дымовую трубу.

1 – вентилятор для подачи воздуха к горелке; 2 – горелка; 3 – камера;     

4 – взрывной клапан; 5 – смесительная камера; 6 – труба загрузочного

устройства; 7– барабана; 8 – барабан; 9 – привод вращения барабана;

10 – холодильник; 11 – разгрузочная камера; 12 – дымосос

Рисунок 1 – Схема барабанного сушила

Тепло к высушиваемому материалу передается глав­ным образом за счет конвекции и, несмотря на перемеши­вающие песок средства, сушка его происходит сравни­тельно медленно.

Удельный расход тепла на удаление 1 кг влаги из ма­териала для барабанных сушил около 4000—5000 кДж/кг. Технические характеристики типовых барабанных сушил, разработанных институтом «Теплопроект», приведены ниже:

Производительность сушил, т/ч      3,0     6,45      15,35     43,0

Количество удаляемой влаги, кг/ч  314    660       1610      4500

Длина барабана, м                             4,0     6,0        8,0         12,0

Диаметр барабана ,м                         1,0     1,2        1,6         2,2

 1.3 Сушила для сушки в пневмопотоке и кипящем слое

Тепловой и температурный режим. Сушила для сушки в пневмопотоке и кипящем слое работают в слоевом ре­жиме, выгодно отличаясь от сушил барабанного типа большей эффективностью и удельной производительно­стью благодаря интенсивному протеканию процессов теп­ло- и массообмена и, следовательно, более быстрому и равномерному удалению влаги из высушиваемого мате­риала. В установках для сушки в пневмопотоке обеспе­чиваются условия существования взвешенного слоя, ког­да скорость потока сушильного агента превышает так на­зываемую скорость витания твердых частиц, в результате чего последние уносятся потоком. В сушилах с кипящим слоем сыпучий материал под динамическим воздействием потока сушильного агента находится в разуплотнен­ном состоянии и энергично перемешивается. Этим обеспе­чивается резкое увеличение удельной поверхности нагре­ва (м2/кт) и рост коэффициента теплоотдачи. Интенсив­ный конвективный перенос во взвешенном и кипящем слоях способствует быстрому протеканию процесса суш­ки. В сушилах со взвешенным и кипящим слоем обеспе­чивается практически камерный режим обработки, что вполне допустимо в случае сушки сыпучих материалов. Вместе с тем кипящий слой, подобно жидкости, облада­ет хорошей текучестью, что позволяет легко (конструк­тивно) осуществить технологически непрерывный про­цесс, т, е. непрерывную загрузку влажного материала и непрерывный слив — выгрузку высушенного материала. Что же касается сушки в пневмопотоке, то условие, чтобы среднее время пребывания частицы в рабочем простран­стве печи (ЗТП) было бы больше времени, необходимого для протекания процесса сушки, усложняет конструкцию установки, вызывая необходимость в громоздкой и длин­ной рабочей камере — трубе.

 Конструкция   установки для сушки в пневмопоток. Установка для сушки в пневмопотоке представляет собой вертикальную трубу (изготовленную обычно из чугуна С учетом сильного абразивного износа), в нижнюю часть которой из бункера через шлюзовой питатель подается влажный сыпучий материал (рис. 2). Здесь частички подхватываются восходящим потоком горячего сушиль­ного агента (обычно это смесь продуктов горения и воз­духа, поступающая из топки со скоростью от 10 до 40 м/с при температуре около 700° С) и уносятся вверх по трубе.

1 – топка; 2 – шлюзовой питатель; 3 – ленточный конвейер;                    4 – загрузочный бункер; 5 – вертикальная сушильная труба; 6 – разгрузочный циклон; 7 – циклон для очистки уходящих газов; 8 – вентилятор высокого давления

Рисунок 2 – Схема установки для сушки сыпучих материалов в пневмопотоке

1 – топка; 2 – труба для удаления продуктов горения при пуске и разогреве сушила; 3 – циклон; 4 – дымосос; 5 – рабочая камера; 6 – решетка; 7 – смесительная камера; 8 – подвод холодного воздуха для разбавления продуктов горения; 9 – разгрузочное устройство; 10 – холодильник для охлаждения сухого сыпучего материала

Рисунок 3 – Сушило для сушки в кипящем слое

 Пройдя трубу и освободившись от влаги, песок попадает в циклон, где он отделяется от газа-носителя и затем вы­гружается. Уходящие газы перед выбрасыванием в ат­мосферу подвергаются дополнительной очистке в цикло­не с увлажнением.

 Конструкция сушила с кипящим слоем. Сушило с ки­пящим слоем (рис. 3) представляет камеру, дно которой выполнено в виде решетки. На решетку помещают слой подлежащего сушке сыпучего материала, а под решетку подводят горячий (с температурой 800—850° С) сушиль­ный агент из топки и из смесительной камеры под таким давлением, чтобы частицы материала находились во взве­шенном состоянии, а не уносились бы потоком газов, как в случае сушки в пневмопотоке. Свежие горячие газы, проходящие через кипящий слой, интенсивно высушива­ют материал благодаря высоким значениям коэффициен­тов тепло- и массообмена. Удельная производительность (отнесенная к площади решетки) сушил кипящего слоя высока и достигает 7500 кг/(м2-ч) при удельном расходе тепла на удаление I кг влаги из высушиваемого материа­ла около 3600—4500 кДж/кг. Высушенный песок посту­пает из рабочей камеры в холодильник, где остывает до температуры ~50°С, и затем выгружается из установки. Верхняя часть рабочей камеры выполняется с несколько большим поперечным сечением для того, чтобы снизить скорость движения сушильного агента и тем самым уменьшить вынос мелких фракций из рабочей камеры. Уходящие из камеры газы перед выбрасыванием их в ат­мосферу очищаются от пыли в циклоне.

Сушильные установки с кипящим слоем получают все более широкое распространение благодаря эффективно­сти их работы, возможности автоматизации и простоте регулирования.

2. Установки для сушки литейных форм и стержней

 2.1 Принцип действия устройство сушильных установок

Различные способы подвода тепла к формам и стерж­ням определяют в первую очередь особенности конструк­ции сушильных установок. Так, нагрев может осуществ­ляться либо путем генерации тепла в самом высушивае­мом материале (сушила ТВЧ), либо путем передачи теп­ла к поверхности материала извне как излучением, так и конвекцией. Наибольшее распространение для суш­ки литейных форм и стержней получили сушила, в кото­рых тепло к материалу передается от горячих продуктов сгорания, смешанных с воздухом или возвратом (отрабо­танными продуктами сгорания). Так как технология процессов сушки предусматривает сравнительно невысокий температурный уровень (до 450°С), то при этих услови­ях преобладает передача тепла конвекцией.

Помимо теплотехнических соображений, на конструк­цию сушила оказывает влияние вид высушиваемых изде­лий, главным образом их масса и габариты. Так, для суш­ки сравнительно мелких изделий (стержней), которые могут быть легко перемещены через рабочую камеру су­шильной установки при помощи разного рода вертикаль­ных, наклонных и горизонтальных конвейеров, применя­ются сушила непрерывного действия. Эти установки хоро­шо вписываются в поточные линии современных литейных цехов и хорошо удовлетворяют требованиям массового производства с установившейся программой и сортамен­том изделий.

Крупные стержни и формы, которые не представляет­ся возможным непрерывно транспортировать через рабо­чие камеры, сушат в установках периодического действия с выкатными этажерками и тележками. Загрузка изделий при этом облегчается благодаря кран-балкам и мостовым кранам. Особо крупные и громоздкие формы, для кото­рых потребовался бы очень мощный механизм выдвиже­ния тележки, сушат в ямных сушилах со съемным сводом, через который и ведется загрузка изделий в рабочую камеру мостовым краном.

2.2 Сушила с конвективным режимом работы

 Тепловой и температурный режим. Сушила с конвек­тивным режимом работы делятся на установки периоди­ческого действия (камерные) и непрерывного действия. Однако в обоих случаях на их конструкцию и работу вли­яет режим тепловой работы, определяющий преобладание конвективного теплообмена в рабочих камерах при низ­ком уровне температур (300—450°С). Как отмечалось в гл. III этого тома, интенсификация конвективного тепло­обмена и улучшение использования топлива достигается применением циркуляционного характера движения су­шильного агента с частичным удалением отработанных газов. В старых конструкциях сушил для этой цели ис­пользовалась естественная циркуляция, а в современных установках широко применяются инжекторы, вентилято­ры и дымососы. Кроме этого, рециркуляция сушильного агента способствует повышению его влагосодержания замедлению процесса сушки, в особенности на его ран­ней стадии, что весьма важно при сушке массивных форм и стержней, в которых могут возникнуть трещины при быстром неравномерном удалении влаги с поверхности.

Естественно, что независимо от высказанных сообра­жений тепловой и температурный режимы работы сушил периодического действия характеризуются изменением поля температур в рабочей камере во времени, тогда как поле температур внутри рабочих камер сушил непрерыв­ного действия во времени не изменяется.

1 – дымовой канал; 2 – дымовой боров; 3 – короб для подачи и распределении поворота в рабочую камеру; 4 – выкатная платформа;  5 – дверь; 6 – рабочая камера ушила; 7 – механизм подъема двери;  8 – рециркуляционный вентилятор; 9 – шибер; 10 – трубопровод для отвода отработанного газа

Рисунок 4 – Камерное сушило с выкатной  тележкой и с искусственной циркуляцией

Конструкции сушил периодического действия. К та­ким сушилам относится камерное сушило с выкатной те­лежкой (платформой), предназначенное для сушки форм и стержней. Сушило состоит из рабочей камеры и двух тонок, расположенных ниже пода камеры и соединенных с ней дымовыми каналами, играющими одновременно и роль смесительных камер (рис. 90). Стены и свод рабо­чей камеры сушила выполняют обычно из красного кир­пича толщиной 0,23—0,35 м. Свод камерного сушила име­ет толщину 0,115 м и сооружается в виде отдельных сво­дов, опирающихся на двутавровые балки. В качестве теплоизоляции используют, шлаковую вату, трепельный порошок или диатомитовый кирпич. Двери камерных су­шил представляют собой каркас, с двух сторон обшитый листовым железом; пространство между листами запол­нено легковесным кирпичом или шлаковой ватой. Двери, как правило, открываются вручную, а большие сушила оборудуются для этой цели подъемными механизмами с электроприводом или пневмоцилиндром. Тележка с уста­новленными на ней формами или крупными стержнями перемещается по уложенным на поду сушила рельсам ручной или электрической лебедкой. Сушило оборудовано двумя топками, расположенными ниже уровня пода цеха. В топках сжигают любое имеющееся в распоряжении топ­ливо; твердое, жидкое или газообразное. Стены топоч­ных камер футеруют шамотом. Продукты горения на­правляются из топок в дымовые каналы, расположенные под подом сушильной камеры вдоль продольных стен. В этих каналах для снижения температуры дыма его сме­шивают с воздухом или с уходящими газами (возвратом), имеющими значительно меньшую температуру. Получен­ная смесь (сушильный агент) поступает в камеру через отверстия в сводах дымовых каналов. Поднимающиеся вверх потоки горячих газов увлекают за собой более холодные газы, находящиеся в камере, и вызывают в ней естественную циркуляцию, способствующую выравнива­нию температуры по всему объему камеры и ускорению процесса сушки. Дымовые газы удаляются из камеры че­рез боров, расположенный вдоль продольной оси камеры.

Для повышения интенсивности процессов сушки в ка­мерных сушилах широко применяется принудительная рециркуляция продуктов горения. В этом случае часть отработанных продуктов отбирается на борова при помо­щи дымососа, находящегося вне сушила, и подается в коробы, расположенные по всей длине рабочей камеры су­шила (внутри ее с обеих сторон, над сводами дымовых каналов). Выходящие с большой скоростью (15—20 м/с) из сопел коробов отработанные газы усиливают рецирку­ляцию в камере сушила, интенсивно подсасывая свежие дымовые газы из отверстий в сводах дымовых каналов. Введение принудительной рециркуляции сокращает про­должительность сушки в 1,3—1,5 раза.

Камерные сушила часто работают в режиме как есте­ственной, так и вынужденной циркуляции. В начале суш­ки газообразные продукты, поступающие в камеру, быст­ро остывают и поэтому в первый период, длительность которого составляет 15—20% от всего времени сушки, установка работает обычно с естественной циркуляцией газов. После разогрева камеры включают дымосос и до­водят температуру до требуемой, поддерживая ее в те­чение последующего периода, длительность которого со­ставляет 40—50% от полного времени сушки. После этого выключают подачу топлива, и происходит, медленное ох­лаждение материала вместе с камерой до температуры 150—200° С. Тележку выкатывают из сушила, а на ее место помещают новую садку.

Страницы: 1, 2