Проект цеха по получению сухой послеспиртовой барды на спиртовом заводе

l - длина объекта ,м;

D-наружный диаметр с учётом изоляции, м;

t-температура теплоносителя,⁰C;

K-поправочный коэффициент, определяемый по справочнику

Средняя температура теплоносителя(дымовых  газов):

 

t=(t1+t2)/2=(500+40)/2=270

Принимаем, что сушильная  установка находится в помещении  с температурой воздуха 25⁰C (поправочный коэффициент к нормам потерь равен 1). Наружный диаметр барабана с учётом изоляции принимаем предварительно равным 4,1м.

По формуле находим  норму тепловых потерь:

 

Q_п/l=145*4,1+0,6*270+1,7*4,1*270=2638,4 Вт/м длины

 

Потери тепла по всей длине  барабана:

 

Q_п=20*1173=35460 Вт=1277,3*10⁵ Дж/ч

 

4.3.5.Массовый расход дымовых газов (абсолютно сухих) через сушильный барабан

 

L=W/(x2-x1)

 

где W=1567.8 кг/ч-испарённая влага в барабане;

       x1=0.0093 кг/кг сухого газа-влагосодержание дымовых газов на входе в барабан;

       x2- влагосодержание дымовых газов на выходе из барабана,определяемое (см.ниже) графо-аналитическим методом.

Определение величины x2.

Составим внутренний тепловой баланс сушилки:

 

∆=c_в*t_м1-q_м-q_п=4187*25-33,98*10³ -46,36*10³ =24,34*10³ Дж/кг влаги

 

где c_в=4187 Дж/кг*К-теплоёмкость воды (влаги в материале)

      t_м1=25⁰C-температура материала на входе в сушилку

Удельные затраты тепла  на нагрев материала:

 

q_м=G₂*(t_м2-t_м1)*c_м/W                                                  

 

 где G₂=1378 кг/ч-масса высушенного материала;

       c_м=1510 Дж/кг*град[7]

 

q_м=1378*(70-25)*1510/2755,3=33,98*10³ Дж/кг влаги

 

Удельные потери тепла  в окружающую среду:  

 

q_п=Q_п/W

 

q_п=1277,3*10⁵ /2755,3=46,36*10³ Дж/кг влаги

 

Далее, используя уравнение  (J₂-J₁₎/(x₂-x₁)=∆ ,при известных J₁,x₁,∆ зададимся произвольно двумя значениями x₂ ,и вычислим соответственно J₂:

для x₂^/=0.1

       J₂^/=24,34*10³*(0,1 – 0,0093)+570*10³=572,2*10³ Дж/кг

для x₂^//=0.2

       J₂^//=24,34*10³*(0,2 – 0,0093)+570*10³=574,6*10³ Дж/кг

Нанесём на диаграмму Рамзина  точки с координатами x₁ и J_1,x₂^/ и J₂^/,x₂^// и J₂^//.Проведём через три точки прямую (одна точка является проверочной) до пересечения с изотермой t=40⁰C, соответствующей температуре газов на выходе из барабана, и по точке пересечения прямых определяем искомую величину x₂=0,24 кг/кг сухого газа (рис. 3.1.)

 

Рис.3.1.

 

L=2755,3/(0,24 – 0,0093)=11943,22 кг/ч

 

4.3.6. Объёмный расход влажных газов на входе и выходе из барабана

 

V_вх=L*(1+x₁)/ρ₁=11943,22*(1+0,0093)/0,46=26204,9 м³/ч

 

V_вых=L(1+x₂)/ρ₂=11943,22*(1+0,24)/1,1=13463,3 м³/ч

 

где ρ₁₌1,293*T/(T+t₁)=1,293*273/(273+500)=0,46 кг/м³-плотность дымовых   газов на входе в сушилку;

ρ₂=1,293*T/(T+t₂)=1,293*273/(273+40)=1,1 кг/м³-плотность дымовых газов на выходе из сушилки

 

4.3.7.Расход газов для летних условий

 

Средняя температура и  относительная влажность атмосферного воздуха для летних условий г.Минска[5]:

t=17,5⁰C ; φ=78%

По диаграмме Рамзина  определяем x₀=10,2*10^-3 кг/кг сухого воздуха.

Воздух, нагретый до температуры  помещения t=25⁰C, имеет энтальпию J₀=52,4*10³ Дж/кг сухого воздуха.

Массовый расход дымовых  газов:

 

L=W/(x₂-x₁)=2755,3/(0,073-0,0102)=43874,2 кг/ч

 

где W=2755,3 кг/ч – испарённая влага в барабане;

x₁=10,2*10^-3 кг/кг сухого воздуха – влагосодержание дымовых газов на входе в барабан;

x₂=0,073 кг/кг сухого воздуха- влагосодержание дымовых газов на выходе из барабана.

Определение величины x_2.

 

∆=24,34*10³ Дж/кг влаги

 

(J₂-J₁)/(x₂-x₁)=∆

 

для x₂^/=0,1

J₂^/=24,34*10³*(0,1 – 0,0102)+52,4*10³=54,6*10³ Дж/кг

для x₂^/=0,2

J₂^//=24,34*10³*(0,2 – 0,0102)+52,4*10³=57,0*10³ Дж/кг

Нанесём на диаграмму Рамзина  точки с координатами x₁ и J_2, x₂^/ и J₂^/, x₂^// и J₂^//. Проведём через три точки прямую (одна точка является проверочной) до пересечения с изотермой t=40⁰C, соответствующей температуре газов на выходе из барабана, и по точке пересечения прямых определяем искомую величину x₂=0,073 кг/кг сухого газа (рис.3.2.)

Рис.3.2.

Объёмный расход влажных  газов на входе и выходе из барабана:

 

V_вх=L(1+x₁)/ρ₁=43874,2*(1+0,0102)/0,363=122098,4 м³/ч

 

V_вых=L(1+x₂)/ρ₂=43874,2*(1+0,073)/1,1=42797,3 м³/ч

 

4.3.8. Скорость газов на выходе из барабана

 

ω=4*V_вых/π*D²

 

ω=4*13463,3/3,14*4²*3600=0,30 м/с,

 

что вполне допустимо из условия уноса мелких частиц из барабана при максимально возможном расходе  газа на выходе (в данном случае при  зимних условиях).

 

4.3.9.Расчёт теплоизоляции барабана

 

Для изоляции принимаем шлаковату.

Определим толщину слоя шлаковаты  δ₂ из уравнения:

 

1/K=1/α₁+1/α₂+( δ₁/λ₁+ δ₂/λ₂₊ δ₃/λ₃)

 

Стенка барабана схематично изображена на рис.3.1.

Стенка барабана

Рис.3.1.

 

Принимаем:

δ₁₌10 мм – толщина стенки барабана;

δ₂=1 мм – толщина стенки кожуха из листового железа, покрытого масляной краской.

По справочнику [3] находим:

λ₁=38,2 ккал/м.ч.град=38,2*1,163=44,4 Вт/м*К – теплопроводность стали при t=270⁰C;

λ₂=0,0882 Вт/м*К – теплопроводность шлаковаты при t=(270+25)/2=146.5⁰C

λ₃=44,5 ккал/м.ч.град=44,5*1,163=51,8 Вт/м*К – теплопроводность стали при t=25⁰C

 

Определение коэффициента теплопередачи

 

K=Q_п/(F*∆t_ср)

 

К=35460/(257,5*133,3)=0,99 Вт/(м²*К)

 

где Q_п=35460 Вт – тепловой поток (потери в окружающую среду);

       F=π*D*l=3,14*4,1*20=267,5 м² – боковая поверхность барабана;

       D=4,1 м – диаметр барабана с учетом предварительно принятой толщины изоляции.

        - средняя разность температур между дымовыми газами и окружающей средой.

 

Определение коэффициента теплоотдачи α₁ от дымовых газов к стенке барабана

 

Расчет проводим по формуле [6] для средней температуры газов  в барабане t=390⁰C

α₁=1,25*(α₁^/+α₁^//)

 

где ω и ρ вычислены  для средней температуры газов.

 

 

 кг/м³

 

μ=0,029*10^-3 Н*сек/м² – вязкость дымовых газов при t=270⁰С.

При Re>10⁴ выбираем формулу:

 

Nu=0,0324*Re^0,8

 

 

 Вт/(м²*К)

 

где λ=40*10^-3 ккал/м.ч.град = 40*10^-3*1,163 = 46,5 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности дымовых газов при t=270⁰C [5].

Определяем α₁^// из формулы:

 

Nu=0,47*Gr^0,25

 

 

 

где ∆t=20⁰C – разность между температурами дымовых газов и стенки (принимаем)

 

 Вт/(м²*К)

 

α₁=1,25*(11,3+1,8)=16,375 Вт/(м²*К)

 

 

Определение коэффициента теплоотдачи α₂ от барабана к окружающей среде

 

α₂=α₂^/+α₂^//

 

где α₂^/ - коэффициент теплоотдачи за счет естественной конвекции;

      α₂^// - коэффициент теплоотдачи за счет лучеиспускания.

Определим α₂^/ по упрощенной формуле [7]:

 

 

 Вт/(м²*К)

 

где ∆t=20⁰С – разность температур между наружной стенкой барабана и окружающей средой (принимаем).

 

 

 Вт/(м²*К)

 

где ε=0,95 – степень черноты  для поверхности, покрытой масляной краской;

      С₀=5,7 Вт/(м²*К) – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

α₂=1,6+6,33=7,93 Вт/(м²*К)

 

Определение толщины слоя шлаковаты

 

 

 м

 

Наружный диаметр барабана с учетом изоляции:

 

                                      D_н=4+2*0,073=4,145 м.

4.4 Подбор и расчет емкостного оборудования

Необходимый объем емкости  рассчитывается следующим образом:

 

 

 

где τ – время пребывания жидкости в емкости, ч

G – расход жидкости, м³/ч.

k – коэффициент заполнения емкости, k = 0,8¸0,9 для емкостей без перемешивающего устройства и k = 0,7 для емкостей с перемешивающим устройством

Исходя из необходимого объема емкости, подбирается стандартная  емкость по ГОСТ 9931-85.

 

Сборник влажной  барды

G=490 м³/сут=20,42 м³/ч.

 

 

 

Объем стандартной емкости (V_ст) равен     63  м³, диаметр 3600   мм, высота цилиндрической части 5700   мм, высота всего сборника 6739 мм.

 

Сборник сухой  барды

G = 1378 кг/ч=1,33 м³/ч)

 

 

 

Объем стандартной емкости равен 1,0 м³, диаметр 1200 мм, высота цилиндрической части 700  мм, высота всего сборника 1300 мм.

 

Сборник фугата

G=15861 кг/ч=15,25 м³.

 

.

 

Объем стандартной емкости  равен  10,0 м³, диаметр 2200 мм, высота цилиндрической части 2200  мм, высота всего сборника 3500 мм.

 

 

Смеситель

G = 4133 кг/ч=3,97 м³/ч

 

 

 

Объем стандартной емкости  равен 3,20 м³, диаметр 1600 мм, высота цилиндрической части 1600   мм.

 

4.5. Подбор насоса

 

      Для перемещения фугата (расход 15861 кг/ч=15,25 м³/ч = 0,0042 м³/с) из сборника фугата в ВВУ принимаем центробежный насос марки Х20/31 со следующими характеристиками: Q=5,5*10^-3 м³/с, Н=18 м ст. жидкости, n= 48,3 с^-1, η_н=0,55, электродвигатель АО2-41-2 N=5,5 кВт, η_дв=0,87.

 

Таблица 4.1 – Сводная таблица  оборудования

Оборудование	Позиция	Количество	Размеры
Декантерная цетрифуга	2	1	длина 3480 мм ширина 910 мм высота 1360 мм
Сборник влажной барды	1	1	D=3600 мм L=5700 мм H=6739 мм
Сборник сухой барды	11	1	D=1200 мм L=700 мм H=1300 мм
Сборник фугата	3	1	D=2200 мм L=2200 мм H=3500 мм
Смеситель	7	1	D=1600 мм L=1600 мм
ВВУ: Испаритель   Сепаратор   Конденсатор	5   6   8	3   3   1	D=1500 мм H=9800 мм D=1600 мм H=3600 мм D=1000 мм H=3600 мм
Барабанная сушилка	9	1	D=4145 мм L=20000 мм
Насос Х20/31	4	1	длина 825 мм ширина 296 мм высота 310 мм

 

 

 

3 Материальные и тепловые расчеты технологического процесса

Исходные данные:

1. Количество барды 490 м³/сут
2. Содержание сухих веществ в барде 7,5%
3. Количество осадка дробины при отстаивании от объема барды 86%
4. Содержание сухих веществ в фугате 4,1%
5. Влажность кека 65%
6. Плотность барды 1040 кг/м³
7. Содержание сухих веществ в кеке 30%.

 

Считая плотность барды 1040 кг/м³, получаем массовый расход барды:

 

 

 

Так как при отстаивании  количество осадка дробины составляет 86% от объема барды, то на центрифугирование  поступает барды:

 

 

 

Расход фугата определим из уравнения материального баланса:

 

 

 

где G_б,G_ф - расход барды и фугата, соотвественно, кг/ч;

C_б, C_к,C_ф - концентрация сухих веществ в барде, кеке, фугате , соотвественно.

 

 

 

 

 

Влажного кека на стадию сушки поступает: