Участок отлива слюдобумаги. 4 глава
Mш = φ∙ ρн∙V,(3.1.12) Mш = 0,3∙3800∙0,785∙1,22 = 1546 кг.(3.1.13)
Масса одного стального шара диаметром dш = 53,6 мм:
mш = ∙π∙rш3∙ρ,(3.1.14)
где rш - радиус шара; ρ = 7800 кг/м3 – плотность стали.
mш = ∙3,14∙(26,8∙10-3)3∙7800 = 0,63 кг.(3.1.15)
Число шаров в загрузке:
z = Mш/mш, (3.1.16) z = 1546/0,63 = 2454.(3.1.17)
Определим массу загрузки, состоящую из массы Mш мелющих тел и массы измельчаемого материала, которую принимаем равной 14 % массы мелющих тел. Следовательно,
mз = 1,14∙Mш,(3.1.18) mз = 1,14⋅1546 = 1,762 т. (3.1.19)
Масса измельчаемого материала, находящегося в мельнице:
mи = 0,14∙Mш,(3.1.20) mи = 0,14∙1546 = 216 кг.(3.1.21)
В результате выполненных расчетов барабанная мельница мокрого измельчения 4-ШМ-2 имеет следующие параметры загрузки: диаметр шаров dш = 53,6 мм; масса шаровой загрузки Mш = 1546 кг; число шаров в загрузке z = 2454; масса влажной слюды, находящейся в мельнице mн = 216 кг. [3]
3.2 Расчет классификатора
Необходимо подобрать гидроциклон для поверочной классификации измельченной слюды. В начале технологического расчета точно устанавливаем требования, которые предъявляются к гидроциклону в данной операции и исходные условия их работы. В гидроциклон поступает на классификацию пульпа, состоящая из измельченной слюды и воды. Влажность слюды равна 50%, производительность установки - 2 тонны пульпы в сутки. С учетом того, что установка работает 7 часов в сутки питание гидроциклона: твердого - 0,143 т/ч; жидкого - 0,143 т/ч; добавляемая вода - 0 т/ч; номинальная крупность слива - 315 мкм. Объем пульпы для классификации в гидроциклоне составляет:
Vп = Vж + Vтв = W2 + (Q2/δт),(3.2.1)
где δТ - плотность твердого в пульпе, плотность флогопита, равная 2,7 т/м3.
Vп = 0,143 + (0,143/2,7) = 0,196 м3/ч. (3.2.2)
На одну секцию измельчения в шаровой барабанной мельнице объем пульпы в питании составит:
Vсекц = Vп/N, (3.2.3)
где N - количество секций измельчения, равное 1 (так как измельчение проводится в один этап).
Vсекц = 0,196/1 = 0,196 м3/ч. (3.2.4)
Гидроциклон подбираем по граничной крупности слива, которая составляет:
dг = dн/1,75,(3.2.5)
где dн - номинальная крупность слива, равная 315 мкм.
dг = 315/1,75 = 180 мкм.(3.2.6)
По таблице 3.2.1 такая граничная крупность обеспечивается гидроциклоном с D = 500 мм, технические характеристики которого приведены в таблице 3.2.2.
Таблица 3.2.1 Данные для выбора гидроциклонов
Таблица 3.2.2 Технические характеристики ГЦ 500К
Давление P0 пульпы на входе в гидроциклон при работе в замкнутом цикле должно быть не менее 0,08 МПа. Объемная производительность гидроциклона для P0 = 0,1 МПа составит:
V = 3∙Kα∙KD∙dп∙dс∙P00,5,(3.2.7)
где KD - поправка на диаметр гидроциклона, равная 1,1; dп - эквивалентный диаметр питающего отверстия, равный 130 мм; dс - диаметр сливного отверстия, 150 мм; P0 - рабочее давление пульпы на входе в гидроциклон, равное 0,1 МПа; Kα - поправка на угол конусности для α = 20°, равная 1.
V = 3∙1∙1∙13∙15∙0,10,5 = 185 м3/ч.(3.2.8)
Необходимое количество гидроциклонов на одну секцию составит:
N = Vсекц/V = 0,17/185 1.(3.2.9)
Следовательно, принимаем к установке 1 гидроциклон, обеспечивающий граничную крупность слива, равную 180 мкм. Принимаем предварительно к установке песковую насадку с диаметром отверстия, равным 48 мм. Граничная крупность слива для песковой насадки Δ = 48 мм составляет:
dг = 1,5∙((D∙dC∙TП)/(Δ∙KD∙P00.5∙(δТ - 1)))0,5,(3.2.10)
где δт - плотность твердого в пульпе, плотность слюды флогопит, равная 2,7 т/м3; Tп - содержание твердого в питании гидроциклона, равное 50 %.
dг = 1,5 ((50∙15∙50)/(4,8∙1,1∙0,10.5∙(2,7 - 1)))0,5 = 172,4 мкм, (3.2.11)
что меньше 180 мкм. Нагрузка по пескам Qп выбранного гидроциклона составляет 208,7 т/ч. Удельная нагрузка тогда составит:
q = (Qп∙4) / (N∙π∙Δ2),(3.2.12) q = (208,7∙4) / (1∙3,14∙4,82) = 0,00115 т/(м2∙ч).(3.2.13)
Удельная песковая нагрузка по твердому должна находиться в пределах 0.5 2.5 т/ч на 0,0001 м2 площади песковой насадки. Площадь насадки:
Sп = π∙R2 = 3,14∙2,4∙2,4 = 0,001808 м2.(3.2.14)
Тогда допустимая песковая нагрузка:
qд = (0,5 2,2) Sп,(3.2.15) qд = 0,000904 0,00398 т/(м2∙ч).(3.2.16)
Так как qд min < q < qд mах, окончательно принимаем песковую насадку с Δ = 48 мм. [14]
3.3 Подбор насосов
Подача пульпы в гидроциклон осуществляется песковым насосами. Выбор насоса производится по заданной объемной производительности (м3/ч), содержанию твердого в пульпе и необходимому манометрическому напору. Производительность насоса по воде определяется по формуле:
Vн2о = Vп∙(1 + Тп),(3.3.1)
где Vн2о - объемная производительность насоса по воде, м3/ч; Vп - объемная производительность насоса по пульпе, равная 0,196 м3/ч (3.2.2); ТП - содержание твердого в пульпе, равное 50%.
Vн2о = 0,196∙(1 + 0,5) = 0,3 м3/ч.(3.3.2)
К установке принимаем песковой насос с наименьшей возможной производительность, но обеспечивающий достаточный напор для гидроциклона ГЦ 500К. В таблице 3.3.1 приведены технические характеристики насоса П-12.5/12.5. Такой же насос установлен для перекачки пульпы в центрифугу. [14]
Таблица 3.3.1 Технические характеристики П-12.5/12.5
3.4 Расчет центрифуги
Исходя из заданной производительности по твердому осадку Dт = 143 кг/ч, предварительно принимаем к установке универсальная центрифуга ОГШ-35. Ее технические характеристики приведены в таблице 3.4.1.
Таблица 3.4.1 Технические характеристики ОГШ-35
Необходимая крупность разделения δк = 0,005 мм. Для нахождения скорости осаждения частицы размером δк = 0,005 мм рассчитываем критерий Архимеда:
Ar = [δк3(ρт - ρж) ρжg]/μ2,(3.4.1)
где ρт - плотность слюды, равная 2700 кг/м3; ρж - плотность воды, равная 1000 кг/м3; μ - вязкость воды, равная 0,9∙10-3 Па∙с.
Ar = [0,0053∙10-9∙(2700 - 1000)∙1000∙9,81]/(0,9∙10-3) = 2,32∙10-6.(3.4.2)
Режим осаждения ламинарный Ar < 3,6, поэтому скорость осаждения рассчитана по формуле Стокса:
ω0 = δк 2 (ρт - ρж)∙g/(18∙μ),(3.4.3) ω0 = 0,005 2 ∙10-6∙(2700 - 1000)∙9,81/(18∙0,9∙10-3) = 0,257∙10-4 м/с. (3.4.4)
Средний диаметр потока жидкости в барабане:
Dср = (Dв + Dб)/2,(3.4.5)
где Dв - внутренний диаметр барабана центрифуги, равный 350 мм; Dб - диаметр слива жидкости, равный 260 мм.
Dср = (350 + 260)/2 = 305 мм = 0,305 м.(3.4.6)
Фактор разделения, соответствующий среднему диаметру, определяется по зависимости:
Frср = (ω2∙ Dср)/(2g) = (2π2n2 Dср)/g, (3.4.7)
где n - частота вращения ротора центрифуги, равная 66 1/с.
Frср = (2∙3,142∙662∙0,305)/9,81 = 2710.(3.4.8)
Производительность центрифуги по подаваемой суспензии рассчитываем по уравнению:
Vc = π∙Dср∙ℓ∙ω0∙Frср∙ɳэ,(3.4.9)
где ℓ - длина пути осаждения, равная 0,375 м; ɳэ - коэффициент эффективности разделения, равный 0,2 для центрифуг непрерывного действия.
Vc = 3,14∙0,305∙0,375∙0,257∙10-4∙2710∙0,2 =(3.4.10) = 0,005 м3/с = 18 м3/ч.
Плотность суспензии была определена по формуле:
ρс = (ρт∙ρж)/(ρт - (ρт - ρж)∙xm),(3.4.11)
где xm - массовая концентрация твердой фазы, равная 50%.
ρс = (2700∙1000)/(2700 - (2700 - 1000)∙0,5) = 1495 кг/м3. (3.4.12)
Производительность центрифуги по твердому осадку при Vc = 18 м3/ч была определена по формуле:
Gт = Vc∙ρс∙xm,(3.4.13) Gт = 18∙1495∙0,5 = 13131 кг/ч.(3.4.14)
Полученное значение производительности по осадку
Gт = 13131 кг/ч > Gтmax = 500 кг/ч.(3.4.15)
В этом случае рабочую производительность по осадку принимаем:
Gтр = 0,5∙Gтmax = 0,5∙500 = 250 кг/ч. (3.4.16)
Тогда максимальная производительность по суспензии:
Vc = Gтр/(ρс∙xm),(3.4.17) Vc = 250/(1495∙0,5) = 0,343 м3/ч.(3.4.18)
Требуемое количество центрифуг:
z = Vтр/Vc, (3.4.19)
где Vтр - требуемая производительность по суспензии, равная 0,196 м3/ч (3.2.2).
z = 0,196/0,343 = 0,6. (3.4.20)
Таким образом, для установки принимаем одну центрифугу ОГШ-35. [13]
3.5 Расчет сушилки с кипящим слоем
3.5.1 Материальный и тепловой баланс процесса горения В сушильной установке с кипящим слоем подогрев сушильного агента осуществляется за счет сжигания газообразного топлива с высоким избытком воздуха в топке. При этом требуемая температура сушильного агента обеспечивается за счет дополнительного смешения продуктов сгорания и воздуха перед сушильной камерой. Целью расчета является определение состава сушильного агента (смеси продуктов сгорания и воздуха), влагосодержания и энтальпии. Исходными данными являются элементарный состав топлива и температура газов перед сушилкой. Основой для расчета являются уравнения материального и теплового баланса процесса горения, учитывающие изменения теплоемкости газов в зависимости от температуры. Требуемые для расчета параметры воздуха - энтальпия h0 и влагосодержание x0 определяем по h-x диаграмме влажного воздуха: h0 = 38 кДж/кг; x0 = 9∙10-3кг/кг. Сжигание газообразного топлива В качестве теплоносителя используем топочный газ, образующийся при горении газообразного топлива. В таблице 3.5.1.1.1 представлен состав используемого природного газа.
Таблица 3.5.1.1.1 Состав топлива
Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа:
V0 = 0,0476 [yH2/2 + yCO/2 + yH2S + (3.5.1.1.1) + ∑(m+n/4)yCmHn - yO2],
где yi - объемное содержание данного компонента, %. Так как используемый газ не содержит в себе H2, O2 и H2S, то в соответствии с уравнением (1) имеем:
V0 = 0,0476 [(1+4/4)98,7 + (2+6/4)0,35 + (3.5.1.1.2) + (3+8/4)0,12 + (4+10/4)0,06] = 9,5 м3/м3.
Находим объем дымовых газов. Теоретический объем азота:
V0N2 = 0,79V0 + 0,01yN2,(3.5.1.1.3) V0N2 = 0,79∙9,5 + 0,01∙0,67 = 7,5 м3/м3. (3.5.1.1.4)
Объем трехатомных газов:
VRO2 = 0,01∙(yCO2 + yCO + yH2S +∑myCmHn), (3.5.1.1.5) VRO2 = 0,01[(1∙98,7 + 2∙0,35 + 3∙0,12 +(3.5.1.1.6) + 4∙0,06 + 0,1)] = 1,0 м3/м3.
Теоретический объем водяных паров:
V0H2O = 0,01(yH2S+∑(n/2)yCmHn) + 1,61V0∙x0, (3.5.1.1.7)
где V0 - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа, равное 9,5 м3/м3,
x0 - влагосодержание воздуха, равное 9∙10-3 кг/кг.
V0H2O = 0,01(2∙98,7 + 3∙0,35 + 4∙0,12 + 5∙0,06) +(3.5.1.1.8) + 1,61∙9,5∙9∙10-3 = 2,13 м3/м3.
Низшая теплота сгорания газового топлива определяется на 1м3 газа при нормальных условиях через теплоты сгорания составляющих его компонентов:
Qcн = 358,2∙yCH4 + 637,5∙yC2H5 + 912,5∙yC3H8 + (3.5.1.1.9) + 711,7∙yC4H10 + 126,4∙yCO, Qcн = 358,2∙98,7 + 637,5∙0,35 + 912,5 ∙0,12 +(3.5.1.1.10) + 711,7∙0,06 + 126,4∙0,1 = 35742,31 кДж/м3.
Определение избытка воздуха и параметров смеси Коэффициент избытка воздуха α определяется из уравнения теплового баланса, записанного для условий адиабатного сжигания:
Qφв + Qcн = hг,(3.5.1.2.1) Qcн + α∙ V0∙cв∙t0 = hг0 + (α-1)∙h0в,(3.5.1.2.2)
где cв - теплоемкость воздуха, кДж/м3К, h0в - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре t = t1, °С. Здесь энтальпия газов hг0 при α = 1 и температуре газов t = t1 определяется выражением:
hг0 = VRO2∙ сRO2∙ t1 + V0H2O∙ cH2O ∙ t1 +(3.5.1.2.3) + V0N2∙ cN2∙ t1, кДж/м3.
При расчете необходимо учитывать зависимость теплоемкости от температуры для газовых компонентов в следующем виде: Теплоемкость сухих трехатомных газов
сRO2 = 1,6 + 0,00088∙ t1,(3.5.1.2.4)
где t1- температура теплоносителя на входе в сушилку, равная 330°С,
сRO2 = 1,6 + 0, 00088∙330 = 1,89 кДж/м3К.(3.5.1.2.5)
Теплоемкость азота
cN2 = 1,29 + 0,000202∙ t1,(3.5.1.2.6) cN2 = 1,29 + 0,000202∙ 330 = 1,36 кДж/м3К. (3.5.1.2.7)
Теплоемкость водяных паров
cH2O = 1,49+0,00016∙ t1,(3.5.1.2.8) cH2O = 1,49+0,00016∙ 330 = 1,54 кДж/м3К.(3.5.1.2.9)
Теплоемкость воздуха
cв = 1, 319 + 0, 000078∙ t1,(3.5.1.2.10) cв = 1, 319 + 0, 000078∙ 330 = 1, 34 кДж/м3К.(3.5.1.2.11)
Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре t = t1, °С:
h0в = V0∙ cв ∙ t1,(3.5.1.2.12) h0в = 9,5∙1,34∙330 = 4200 кДж/м3.(3.5.1.2.13)
Таким образом, уравнение (3.5.1.2.3) принимает вид:
hг0 = 1,0∙1,89∙330 + 2, 13∙1,54∙330 + (3.5.1.2.14) + 7,5∙1,36∙330 = 5072 кДж/м3.
Физическая теплота воздуха:
Qφв = α∙V0∙ cв∙t0,(3.5.1.2.15)
где V0 - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа, равное 9,5 м3/м3 (3.5.1.1.2).
Qφв = α∙9,5∙1,34∙20 = 255∙α кДж/м3.(3.5.1.2.16)
Определяем избыток воздуха из уравнения (3.5.1.2.2):
α = (Qcн - hг0 + h0в)/(h0в - V0∙ cв∙t0),(3.5.1.2.17)
где Qcн - низшая теплота сгорания газового топлива определяется на 1м3 газа при нормальных условиях, равная 35742,31 кДж/м3 (3.5.1.1.10).
α = (35742,31 - 5072 + 4200)/(4200 - 255) = 8,84. (3.5.1.2.18)
Тогда действительный объем водяных паров при избытке воздуха будет равен:
VH2O = V0H2O + 1, 61(α - 1) V0∙x0,(3.5.1.2.19)
где x0 - влагосодержание определяемое по h-x диаграмме влажного воздуха, равное 9∙10-3 кг/кг.
VH2O = 2, 13 + 1, 61(8,84 - 1)*(3.5.1.2.20) *9,5∙9∙10-3 = 3,2 м3/м3.
Объем сухих дымовых газов:
Vс.г. = VRO2 + V0N2 +(α - 1) V0,(3.5.1.2.21)
где VRO2 - объем трехатомных газов, м3/м3; V0N2 - теоретический объем азота, м3/м3.
Vс.г. = 1,0 + 7,5 + (8,84 - 1)∙ 9,5 = 82,98 м3/м3. (3.5.1.2.22)
Найдем плотность отдельных компонентов при данном давлении (Р = 101, 325 кПа) и температуре из уравнения состояния идеального газа:
ρi = (P∙μi)/[R∙(t1 + 273)],(3.5.1.2.23)
где μi - молярная масса компонентов газа. Плотность воздуха:
ρв = (P∙μв)/[R∙(t1 + 273)],(3.5.1.2.24) ρв = (101325∙28,8)/[8314∙(330 + 273)] = 0, 582 кг/м3. (3.5.1.2.25)
Плотность азота:
ρ N2 = (P∙μ N2)/[R∙(t1 + 273)],(3.5.1.2.26) ρ N2 = (101325∙28)/[8314∙(330 + 273)] = 0, 566 кг/м3. (3.5.1.2.27)
Плотность сухих трехатомных газов:
ρ RO2 = (P∙μ RO2)/[R∙(t1 + 273)],(3.5.1.2.28) ρ RO2 = (101325∙44)/[8314∙(330 + 273)] = 0, 889 кг/м3. (3.5.1.2.29)
Плотность сухих дымовых газов:
ρ с.г. = (∑ρi∙Vi)/Vс.г.,(3.5.1.2.30) ρ с.г. = [(0, 889∙1,0) + (0, 566∙7,5) + (3.5.1.2.31) + (0, 582∙(8, 84 - 1)∙ 9,5)]/82, 98 = 0, 584 кг/м3.
Плотность водяных паров:
ρ H2O = (P∙μ H2O)/[R∙(t1 + 273)], (3.5.1.2.32) ρ H2O = (101325∙18)/[8314∙(330 + 273)] = 0, 364 кг/м3. (3.5.1.2.33)
Влагосодержание теплоносителя на входе в сушильную камеру при заданной температуре t1 определяем из выражения:
x1 = (VH2O/Vс.г.)∙(ρ H2O/ρ с.г.),(3.5.1.2.34)
где VH2O - действительный объем водяных паров при избытке воздуха, равный 3,2 м3/м3, Vс.г. - объем сухих дымовых газов, равный 82,98 м3/м3 (3.5.1.2.22).
x1 = (3,2 / 82, 98)∙(0, 364 / 0, 584) = 0, 024 кг/кг. (3.5.1.2.35)
По h-x диаграмме влажного воздуха (рисунок 3.5.1.2.1) при известных температуре t1, равной 330°, и влагосодержании x1, равному 0, 024, определяем энтальпию газов перед сушильной установкой: h1 = 400 кДж/кг.
Рисунок 3.5.1.2.1. Нахождение энтальпии по h-x диаграмме влажного воздуха
3.5.2 Тепловой и материальный баланс процесса сушки При известной производительности по сухому продукту G2, равной 143 кг/ч, и конечной влажности по сухому продукту U2, равной 1 %, количество испаренной влаги определяют как:
W = G2∙[(U1-U2)/(100-U1)],(3.5.2.1)
где U1 - начальная влажность слюды, влажность после процесса центрифугирования, равная 30 %.
W = (143/3600)∙[(30 - 1)/(100-30)] =(3.5.2.2) = 0,0164 кг/с.
Расход исходного материала:
G1 = G2 + W,(3.5.2.3) G1 = (143/3600) + 0, 0164 = 0,056 кг/с. (3.5.2.4)
Конечное влагосодержание для теоретической установки находим по h-x диаграмме влажного воздуха (рисунок 3.5.2.1). Необходимо построить процесс сушки. Построение производится по расчетным параметрам наружного воздуха φ0 и t0, состояния сушильного агента перед камерой x1 и t1 и его температуры на выходе из сушильной установки t2. Точка 0 на рисунке 3 соответствует состоянию воздуха, поступающего в топку. Условно процесс в топке и камере смешения изображается прямой 0-1. Точка 1 определяется по температуре t1 и рассчитанному влагосодержанию х1. От точки 1 проводим линию h = const до изотермы t2 и определяем конечное влагосодержание х'2 для идеальной (без теплопотерь) сушильной установки. х'2 = 0, 115 кг/кг. Расход теплоносителя на испарение 1 кг влаги в теоретической сушилке:
ℓ1 = 1 / (х'2 - х1),(3.5.2.5) ℓ1= 1 / (0, 115 - 0, 024) = 10, 99 кг/кг влаги.(3.5.2.6)
Расход теплоты на испарение 1 кг влаги в теоретической сушилке:
q1 = ℓ1 (h1 – h0),(3.5.2.7)
где h1 - энтальпия газов перед сушильной установкой, равная 400 кДж/кг, h0 - начальная энтальпия воздуха, равная 38 кДж/кг.
q1 = 10, 99 (400 - 38) = 3978 кДж/кг влаги.(3.5.2.8)
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|