Главная | Обратная связь
МегаЛекции

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 + (Q2т),(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

D, мм 150 250 360 500 710 1000 1400
dг, мкм 20–50 30–100 40–150 50–200 60–250 70–280 80–300

 

Таблица 3.2.2 Технические характеристики ГЦ 500К

Диаметр цилиндрической части, мм 500
Угол конуса, град 20
Диаметр сливного отверстия, мм 150
Диаметр пескового отверстия, мм 48, 75, 96, 150
Производительность по питанию при давлении 0,1 МПа, м³/час 180
Длина, мм 825
Ширина, мм 875
Высота, мм 2210

 

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:

 

2о = 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%.

 

2о = 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

Подача по воде, м3 Напор, МПа Мощность двигателя, кВт Масса, т Длина, м Ширина, м Высота, м
12,5 0,125 2,2 0,05 0,840 0,360 0,365

 


 

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

Диаметр барабана, мм 350
Отношение длины барабана к диаметру 1,8
Максимальная частота вращения ротора, 1/с 67
Фактор разделения 3140
Расчетная производительность по твердой фазе, кг/ч 500

 

Необходимая крупность разделения δк = 0,005 мм.

Для нахождения скорости осаждения частицы размером δк = 0,005 мм рассчитываем критерий Архимеда:

 

Ar = [δк3т - 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 2т - 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

Компонент газа CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2
Объемное содержание данного компонента yi, % 98,7 0,35 0,12 0,06 0,1 0,67

 

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 м33.

 

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 м33. (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 м33.


 

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 м33,

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 м33.

 

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:

 

в = α∙V0∙ cв∙t0,(3.5.1.2.15)

 

где V0 - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа, равное 9,5 м33 (3.5.1.1.2).

 

в = 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 м33.

 

Объем сухих дымовых газов:

 

Vс.г. = VRO2 + V0N2 +(α - 1) V0,(3.5.1.2.21)

 

где VRO2 - объем трехатомных газов, м33; V0N2 - теоретический объем азота, м33.

 

Vс.г. = 1,0 + 7,5 + (8,84 - 1)∙ 9,5 = 82,98 м33. (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 м33,

Vс.г. - объем сухих дымовых газов, равный 82,98 м33 (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:

 

1 = 1 / (х'2 - х1),(3.5.2.5)

1= 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)

 





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2019 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.