Конструкция, методика расчёта сушил

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.

Камерные сушила, используемые для сушки мелких и средних стержней, отличаются от описанного только несколько меньшими размерами камеры, наличием толь­ко одной топки и соответственно одного дымового капа­ла, а также способом загрузки высушиваемого матери­ла. Стержни обычно размещают на металлических эта­жерках, вдвигаемых в рабочую камеру. Для облегчения перемещения этажерки делают сравнительно небольши­ми: в сушилке, как правило, помещают 2—4 этажерки од­новременно.

Внутренние размеры камерных сушил меняются в ши­роких пределах и зависят от их назначения и условий размещения в цехе. При конструировании сушил рекомендуется не превышать следующие максимальные размеры (внутренние): длина 10 м; ширина 5,5—6 м; высота 4,0— 4,5 м. Чтобы обеспечить циркуляцию газов в сушиле, дол­жны бить выдержаны минимально допустимые расстоя­ния между загружаемым материалом и подом 0,5—0,7 м; между материалом и сводом 0,4—0,5 м; между материа­лом и боковыми стенами над дымовыми каналами 0,4— 0,5м.

Ямное сушило (рис.91) применяется для сушки круп­ных форм. Рабочая камера ямного сушила располагает­ся ниже уровня пола цеха, и загрузка форм в нее осуще­ствляется через съемный свод с мостовым краном. Суши­ло занимает в цехе меньшую площадь, так как здесь отпадает необходимость в рельсовых путях и механиз­мах для перемещения тележки. При загрузке нижний ряд опок устанавливают на стеллажи, а последующие — од­ну на другую с металлическими прокладками между ними.

Так как топка в ямном сушиле расположена рядом с рабочей камерой, то величина геометрического напора, создаваемая разностью плотностей столбов дымовых га­зов в сушиле и воздуха вне его, невелика. Поэтому для повышения скорости движения газов в ямных сушилах всегда применяют принудительную рецир­куляцию. Продукты горения поступают из топки в вертикальный канал, в который снизу подсасывается возврат за счет инжектирующего действия струи отрабо­танных дымовых газов, подаваемых дымососной уста­новкой. Дымовые газы поступают в сушильную камеру из вертикальных каналов через отверстия. Поки­дающие камеру газы отводятся в борова, перекрытые чу­гунными плитами с отверстиями. Наибольшее распро­странение получили ямные сушила с размерами рабочих камер 9,0X5,0X3,5; 11,0X5,0X3,5; 13,0X3,5 м.

В камерных и ямных сушилах расход топлива на уда­ление 1 кг влаги из высушиваемого материала составля­ет 13500—20000 кДж/кг, причем большие значения соот­ветствуют сушке форм стального литья, а меньшие — сушке мелких стержней.

Разработка новых методов покрытия внутренних по­верхностей литейных форм быстротвердеющими смесями позволяет более широко заменять сквозную сушку форм более быстрой и производительной поверхностной под­сушкой.

В качестве примера установки, используемой для этой цели, может служить сушило с сушкой горячим воз­духом (рис. 6). Сушило представляет собой переносную рамную конструкцию, устанавливаемую над предназна­ченной для подсушки полуформой. Воздух, забираемый вентилятором из окружающего пространства, направля­ется в так называемый калорифер, представляющий со­бой теплоизолированную камеру с установленными в ней электрическими нагревателями сопротивления в виде спи­ралей.

1 – рабочее пространство сушила; 2 – съемный свод; 3 – вертикальный канал;  4 – из дымососной установки; 5 – топка; 6 – в дымососную установку;                 7 – дымовые борова

Рисунок 5 – Ямное сушило

 1 – сборный воздухопровод; 2 – вентилятор; 3 – электрокалорифер; 4 –  распределительные воздухопроводы

Рисунок 6 – Переносное сушило для поверхностной подсушки форм горячим воздухом

Вентилятор и калорифер установлены наверху ра­мы сушила. Нагреватели, обдуваемые потоком воздуха с высокой скоростью, быстро нагревают его до темпера­туры 300—350°С, после чего горячий воздух поступает в пять распределительных воздухопроводов, расположен­ных внизу рамы. Каждый воздухопровод имеет сопла, через которые горячий воздух с большой скоростью нап­равляется на поверхность литейной формы. Часть отра­ботанного воздуха через сборный воздухопровод засасы­вается вентилятором и вновь попадает в калорифер для обеспечения рециркуляции, которая протекает здесь по незамкнутому циклу.

Конструкции сушил непрерывного действия. Сушиль­ные установки непрерывного действия представляют со­бой вытянутые (в высоту или в длину в зависимости от удобства размещения в цехе) камеры, внутри которых с помощью конвейеров различных конструкций высуши­ваемый материал перемещается от загрузочного к раз­грузочному концу. Из-за трудности создания надежных конвейерных устройств для транспортировки тяжелых форм и крупных стержней эти сушила применяются толь­ко для сушки мелких и средних стержней. Сушила не­прерывного действия работают с постоянным во времени тепловым режимом.

Вертикальное конвейерное сушило (рис. 7) выполня­ется в виде башни со стенами рамно-щитовой конструк­ции. Пространство между внутренним и внешним сталь­ными листами обшивки рам заполняется теплоизоляци­онным материалом (шлаковой или стеклянной ватой). Внутри сушила движется вертикальный конвейер, состо­ящий из двух непрерывных роликовых цепей с подвешенными на них этажерками. На полки этажерок укладыва­ют подвергаемые сушке стержни. Количество полок на каждой из этажерок зависит от размера стержней. При массе стержней до 5 кг обычно на этажерке устанавли­вают по три полки, при сушке более крупных стержней количество полок уменьшается. Изменяя скорость дви­жения конвейера, можно устанавливать различное время пребывания стержней в сушиле в зависимости от их массы. Загрузка стержней производится со стороны вос­ходящей ветви конвейера, разгрузка — с противоположной стороны, причем загрузка и выгрузка обычно меха­низированы.

1 – рабочее пространство сушила; 2 – привод; 3 – цепь конвейера; 4 – продольная перегородка; 5 – ведущее колесо; 6 – дымовая труба

Рисунок 7 – Вертикальное конвейерное сушило

Топка сушила находится между двумя ветвями кон­вейера; размещена выше уровня загрузочного и разгру­зочного окон, чтобы предотвратить выбивание горячих дымовых газон. Топливо сжигается. б топке, располо­женной внутри смесительной камеры, в которой происхо­дит перемешивание выходящих из топки продуктов горе­ния (с температурой 1000—1200° С) с холодным воздухом или отработанными газами. Наружная камера одновре­менно играет роль тепловой изоляции кладки топки. При­готовленный таким образом сушильный агент выходит из камеры смешения через отверстия в ее своде и поступает в сушильную камеру со стороны восходящей ветви кон­вейера. Поднявшись в верхнюю часть сушила, дымовые газы огибают перегородку, опускаются в нижнюю часть сушила, откуда дымососом часть их отводится для ре­циркуляции, а часть поступает в дымовую трубу. Вместо сплошной перегородки часто используются газоотбойные щиты, устанавливаемые над топкой. Меняя угол накло­на этих щитов при помощи лебедки, можно регулировать распределение газовых потоков в сушильной камере. По­мимо этого, дымовая труба соединена с верхней частью сушильной камеры четырьмя короткими трубопроводами с заслонками на каждом из них. Все эти средства позво­ляют регулировать работу сушила и подбирать тот ре­жим сушки, который требуется для данных стержней.

Стержни перед выдачей из сушила охлаждаются. Зо­ной охлаждения служит участок нисходящей ветви кон­вейера между дымоотборным отверстием и разгрузочным окном. Охлаждение стержней осуществляется воздухом, подсасываемым в сушильную камеру через окно разгрузки.

 Технические характеристики типовых вертикальных сушил, разработанных институтом «Теплопроект», при­ведены ниже:

Производительность   су­шила, кг/ч                                    800         1300       1750       2500

влаги,    кг/ч                                 42            68           92         131

Расход тепла на удале-­ние 1 кг влаги, кДж/кг .     26700     21000     19600      18000 Общее число этажерок в сушиле                                     18             26            28           35

 Горизонтальное конвейерное сушило (рис. 8) пред­ставляет собой теплоизолированный коридор. Внутри ко­ридора перемещается цепной конвейер, который делает несколько поворотов в горизонтальной плоскости. К цепи конвейера подвешены этажерки, на которые укладывают влажные стержни. Торцы сушила остаются открытыми

1 – топка; 2 – вентилятор подачи дымовых газов в сушильное пространство;    3 – вентилятор откоса отработанных газов из сушила;           4 – трубопровод дымовых газов; 5 – короба подачи дымовых газов в сушильное пространство; 6 – трубопроводы подачи охлаждающего воздуха; 7 – дымовая труба; 8 – дымосос; 9 – натяжное устройство конвейера;           10 –звездочка привода конвейера; 11 – вентилятор подачи охлаждающего воздуха; 12 – трасса конвейера; 13 – отверстия с задвижками для выхода газов в сушильное пространство

Рисунок 9 – Четырехходовое горизонтальное конвейерное сушило

(для входа и выхода непрерывно движущегося конвейе­ра). Чтобы избежать попадания горячих газов на рабо­чую площадку, сушило поднято над уровнем пола цеха на высоту около 2 м и конвейер входит в него наклонно. Сушильная камера выполняется сборной из отдельных панелей с теплоизоляционной прокладкой. В качестве теплоизоляции служит шлаковая или стеклянная вата. Сборка каркаса с панелями осуществляется па болтах что допускает легкую смену панелей. Часть потолочных панелей не крепится болтами, а лежит свободно и играет роль предохранительного клапана    на случай взрыва в рабочем пространстве.

 Топка в таких сушилах вынесена из рабочей камеры и дымовые газы подаются вентилятором по металличе­скому дымоходу. Продукты горения поступают в короба, расположенные па полу сушила, Поступление сушильно­го агента в рабочее пространство регулируется задвиж­ками. Отработанные дымовые газы отбираются из пред­последнего и последнего коридоров и используются для рециркуляции. Последний ход сушила играет роль зоны охлаждения. В него подается атмосферный воздух для охлаждения стержней перед выходом из сушила. Часть топочных газов, смешанных с воздухом в зоне охлажде­ния, отсасывается вентилятором и выбрасывается в атмо­сферу. Наличие вынесенной топки и принудительной по­дачи сушильного агента позволяет легко регулировать требуемый режим сушки по всему рабочему простран­ству. Производительность горизонтальных конвейерных сушил 2000—3000 кг/ч при количестве испаряемой влаги до 140—160 кг/ч и расходе тепла на 1 кг удаляемой влаги 14500—19500 кДж/кг.

Отопление всех описанных сушильных установок мо­жет осуществляться любым видом топлива (твердым, жидким или газообразным), сжигание которого осуще­ствляется с помощью топливосжигательных устройств.

 3 Расчет процессов сушки

 Расчет процесса сушки производится для нахождения необходимого для нормальной работы сушила количест­ва сушильного агента и определения расхода тепла (топ­лива). Тип сушила, характеристики высушиваемого ма­териала и вид топлива обычно бывают заданы. Режим сушки выбирают, исходя из технологических соображе­ний и вида форм и стержней.

 При такой постановке задачи расчет сводится к сов­местному рассмотрению балансов влаги и тепла при про­цессе сушки. Очевидно, что вся влага, удаляемая из ма­териала при сушке, переходит к сушильному агенту, по­вышая влагосодержание последнего от начального dнач (на выходе в сушило) до конечного  dкон (на выходе из сушила). Тогда, исходя из закона постоянства массы:

                                   mвл = L(dкон –dнач) кг,                                                (1)

где    L — количество сухого   сушильного агента, кг сухого газа (возд).

Количество необходимого сухого сушильного агента удобно выразить, отнеся его к 1 кг удаляемой из высу­шиваемого материала влаги:

                           l=L/ mвл =1/ dкон –dнач   кг/кг исп. вл.                                (2)

 Все последующие операции по совместному анализу балансов тепла и массы для процесса сушки могут быть наиболее эффективно осуществлены с помощью I—d диаграммы, подробно описанной в гл. II первого тома учебника. Основными параметрами I—d диаграммы служат              энтальпия I (кДж/кг) и влагосодержание d (кг/кг сух. возд). Диаграмма I—d построена для влажного воздуха, однако с ее помощью можно производить расчеты сушки не только воздухом, но и дымовыми газа­ми, а также смесью дымовых газов с воздухом.

 При расчете процессов сушки с помощью I—d диа­граммы следует последовательно отображать на ней имеющие место в сушиле явления: подготовку сушильно­го агента перед его подачей в рабочую камеру (т. е. подогрев воздуха в случае использования воздуха в качест­ве сушильного агента); смешение продуктов горения с воздухом или возвратом в случае сушки дымовыми газа­ми и собственно процесс сушки.

 Ниже рассмотрен порядок отображения на I—d диа­грамме процессов сушки различными сушильными аген­тами. Это отображение будет в дальнейшем называться «построение процесса сушки».

 Сушка воздухом. Для построения на I—d диаграм­ме процесса сушки воздухом предварительно определяют его начальные параметры φвоз и Твоз в зависимости от времени года и местности. По этим данным на диаграм­ме находят точку А (рис. 10). Для осуществления про­цесса сушки воздух необходимо подогреть до температу­ры Тнач (температура воздуха на входе в сушильную ка­меру). Эту температуру принимают на 150—250° С выше рекомендуемой технологией температуры сушки, по­скольку указанная разность температур между сушиль­ным агентом и поверхностью сушимых изделий характер­на для значительного большинства сушил с теплопере­дачей преимущественно конвекцией. Эта разность темпе­ратур и создает необходимый для процесса сушки тепловой поток к высушиваемой поверхности. Процесс подогрева на диаграмме изображается прямой линией АВ, параллельной линиям постоянного влагосодержания d=const, так как при подогреве начальное влаго­содержание воздуха остается неизменным, а изменяется только его энтальпия. Точка В характеризуется пара­метрами    dнач = dвоз, Тнач, Iнач.

 В процессе сушки влагосодержание воздуха и его температура изменяются. Влагосодержание воздуха воз­растает за счет удаления влаги из материала, а его тем­пература снижается до величины Ткон вследствие затра­ты тепла на процесс сушки. Температура Ткон соответст­вует моменту выхода сушильного агента из сушильной камеры. Эту температуру принимают равной рекомен­дуемой (по технологическим условиям) температуре сушки или величине несколько меньшей в случае, если садка загружается в холодную камеру, и тогда учитыва­ется средняя за период температура уходящих газов. (Во всех случаях выбирать параметры процесса сушки ниже линии относительной влажности φ=100% нельзя, так как насыщен­ный пар частично конденсируется и влага оседает на высушиваемых изделиях, что резко ухудшает качество форм и стержней.)

 Если в процессе сушки все вводимое в сушило тепло расходуется исключительно па удаление влаги из материала, то происходит так называемый теоретический процесс сушки, который протекает при постоянной энтальпии сушильного агента. На I—d диаграмме он изо­бражен прямой линией ВС', параллельной линиям по­стоянной энтальпии I== const до пересечения в точке С' с изотермой Ткон =const. Энтальпия сушильного агента (в данном случае воздуха) при теоретическом процессе сушки остается постоянной, поскольку тепло, затрачен­ное на испарение влаги, возвращается воздуху с водяны­ми парами, несущими в себе скрытую теплоту парообра­зования.

Рисунок 10 – Построение  I–d-диаграмме    процесса    сушки нагретым воздухом

 Для определения количества сухого воздуха lтеор, требующегося для удаления 1 кг влаги из материала, на­ходят по шкале влагосодержаний разность конечного d2 и начального d1 = dнач влагосодержаний воздуха, соот­ветствующих началу и концу теоретического процесса сушки, а затем подставляют эту величину в выражение (XIII-37). Отрезок (d2—d1) можно заменить отрезком (D’—С'), измеренным в миллиметрах и умноженным на масштаб. Точку D' находят следующим построением. Из точки С' проводят линию, параллельную оси абсцисс до пересечения с вертикальной прямой, 'характеризую­щей влагосодержание воздуха в начале процесса. Мас­штаб влагосодержаний Md зависит от общего масштаба диаграммы и указывается обычно на оси абсцисс.

 Действительный процесс сушки отличается от теоре­тического тем, что учитывается расход тепла на потери разного рода (аккумуляцию тепла высушиваемым ма­териалом, транспортирующими устройствами, непосред­ственно сушильной камерой и т. п.). Эти затраты тепла уменьшают     энтальпию сушильного агента. Расчет дей­ствительного процесса сушки сводится к определению изменения энтальпии сушильного агента, зависящего от величины тепловых потерь. Для построения действитель­ного процесса сушки по I—d диаграмме предварительно находят величину перечисленных выше потерь, относя их к единице массы (1 кг) испаренной влаги.

 Потери тепла на нагрев материала дм, отнесенные к 1 кг испаренной влаги, находят с помощью выражения

                    qM =MM cM (TMкон -ТМнач)/mвл  кДж/кг исп. вл.,                       (3)

где     ММ— масса материала после сушки, кг;

           CM— средняя    теплоемкость      песчано-глинистых смесей,      

                     принимаемая   равной   0,837   кДж/(кг*К);

           ТМ кон — конечная температура материала, °С;

           ТМнач — начальная температура материала, °С.

  Потери тепла на нагрев транспортирующих устройств qтр, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:

                    qтр =Mтр cM (Tтркон –Ттрнач)/mвл  кДж/кг исп. вл.,                      (4)

где     Мтр— масса транспортирующих устройств, кг;

           Cтр— средняя    теплоемкость материала транспортирующих        

                     устройств,  кДж/(кг*К).

 Потери тепла на аккумуляцию камерой сушила qакк, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:

                     qакк =Mкл cкл (Tсркон –Тсрнач)/mвл  кДж/кг исп. вл.,                   (5)

где     Мкл— масса кладки камеры сушила, кг;

           Cср— средняя    теплоемкость материала кладуки камеры,      

                     кДж/(кг*К);

           Тср кон — средняя конечная температура кладки, °С;

           Тсрнач —  средняя начальная температура кладки, °С.

 Для нахождения средних температур по толщине стен используют метод конечных разностей.

 неучтенные потери принимают равными 5-10% от величины найденных суммарных потерь (исключая потери тепла на нагрев сухого материала).

После суммирования величин найденных тепловых потерь находят потери теплосодержания, относя их к 1 кг сухого воздуха:

                         Iпот =∑qпот /lтеор  кДж/кг сух.воз.                                         (6)

 Полученную величину в масштабе энтальпий откладывают от точки С’ по вертикали d2 =const вниз (отрезок С’E). Точку Е соединяют с точкой В начала процесса сушки. Таким образом, действительный процесс сушки, протекающий с уменьшением энтальпии воздуха, изображается на I–d диаграмме прямой линией ВЕ. Поскольку процесс сушки заканчивается при заданной температуре уходящего из сушила воздуха Ткон , то на пересечении линии ВЕ с изотермой Ткон находят точку С, соответствующую концу действительного процесса сушки и характеризующуюся параметрами воздуха   dкон, Ткон, Iкон. Проведя из точки С прямую линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с прямой АВ (dнач =const) в точке D, находят величину отрезка CD, соответствующую разности влагосодержаний воздуха (dкон - dнач) в действительном процессе сушки. Подставляя величину           (dкон - dнач) в выражение (2) , определяют действительное количество сухого воздуха, необходимого для удаления 1 кг влаги из высушиваемого материала.

 Расчет воздуха в объемных единицах можно найти по формуле

                                Vдейств =Vlдейств  м3/кг исп. вл.,                                    (7)

                       где V– объем влажного воздуха, приходящего на 1 кг сухого               

                                   воздуха при атмосферном давлении. При температуре 

                                   200 С можно принять V=0,86 м3/кг.

 Расход тепла для удаления 1 кг влаги можно найти по изменению энтальпии воздуха при его подогреве от Твоз до Тнач:

                            q=lдейств (I’нач-Iвоз)-сТМнач  кДж/кг исп. вл.,                      (8)

где (I’нач-Iвоз)– разность энтальпий воздуха, определяемая по отрезку   

                        АВ с учетом масштаба энтальпии Мr (указываемом                  

                        обычно на оси ординат).

          сТМнач – количество тепла, кДж/кг исп. вл., внесенного в сушило  

                        влагой, содержащейся в материале при начальной

                        температуре  материала ТМнач ;

                   с– теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг*К);

 Расход тепла на подогрев воздуха за цикл сушки равен

                                     Qцикл=qmвл  кДж.                                                     (9)

 Сушка дымовыми газами. Для построения процесса сушки дымовыми газами предварительно определяют начальные параметры продуктов горения ТД  (как действительную температуру горения) и dД на выходе из топки. По этим данным строят точку В’, соответствующую параметрам продуктов горения на воздухе в сушильную камеру (рис. 11).

 Как уже отмечалось, температуру Тнач выбирают, исходя из требований технологии процесса сушки. Так как эта температура должна быть существенно меньше тем­пературы продуктов горения, то для снижения последней смешивают дымовые газы с атмосферным воздухом или возвратом. Рассмотрим сначала порядок построения про­цесса сушки смесью дымовых газов с воздухом.

Рисунок 11 – Построение на I—d-диаграмме процесса сушки смесью дымовых газов и воздуха

 Для построения этого процесса на I—d диаграмме описанным выше путем находят точку А, характеризую­щуюся начальными параметрами воздуха dвоз, Tвоз, и за­тем соединяют ее с точкой В'. Прямая АВ’ изображает процесс смешения дымовых газов с воздухом. Значение температуры воздушно-дымовой смеси на входе в сушильную камеру принимают так же, как и в предыду­щем случае (для сушки воздухом), т. е. на 150—250°С выше технологически рекомендуемой температуры сушки.

 Пересечение прямой АВ’ с изотермой Тнач дает точку В, характеризующуюся параметрами dнач, Тнач, Iнач. Принимая температуру уходящих из сушила газов Ткон рав­ной технологически рекомендуемой температуре сушки, дальнейшее построение процессов сушки дымовыми га­зами проводят аналогично построению процесса сушки воздухом.

 Количество исходной смеси воздуха и дымовых газов, требующееся для удаления 1 кг влаги из высушиваемого материала в теоретическом процессе сушки, находят из выражения

                                 lтеор =1/( d2 - dнач) кг/кг исп. вл.,                               (10)

здесь отрезок C'D' соответствует разности влагосодержаний (d2 - dнач) (см. рис. 11). То же в действительном процессе

                                 lдейств =1/( dкон - dнач) кг/кг исп. вл.,                          (11)

 Здесь отрезок CD соответствует разности влагосодержаний (dкон - dнач) с учетом масштаба влагосодержаний Мd.

 Расход тепла на удаление влаги определяют по фор­муле (аналогичной процессу сушки воздухом) по разно­сти энтальпий дымовых газов. В технических расчетах обычно используется величина низшей теплоты сгорания топлива Qрн , определяемая при условии, что вся влага, образующаяся при горении топлива, находится в парооб­разном состоянии при температуре 20° С. Поэтому вместо энтальпии Iнач, фактически соответствующей точке В, следует учесть энтальпию Iнач (см. рис. 11), соответст­вующую точке В", характеризующейся энтальпией тех же газов, при той же температуре Tнач, но при влагосодержа­ний, соответствующем 20°С (т. е. практически dвоз).

 Тогда

                            q=lдейств (I’нач-Iвоз)-сТМнач  кДж/кг исп. вл.                     (12)

 Здесь с учетом масштаба энтальпии Мr разности (I’нач-Iвоз) соответствует отрезок АВ".

 Расход тепла за цикл сушки находят по формуле (9). Далее, зная величину низшей теплоты сгора­ния топлива, можно легко найти количество топлива, ко­торое надо сжечь в сушиле за 1 цикл сушки:

                             Вцикл=Qцикл/Qрн  кг (м3).                                                 (13)

 Среднечасовой расход топлива

                              b= Вцикл /t  кг/ч (м3/ч),                                                  (14)

где t— время работы топки сушила, ч.

Заключение

 В современных плавильных цехах высушивание различных материалов и изделий играет весьма важную роль, так как от него в значительной мере зависит качество металла или получаемых отливок. Это обусловлено тем, что сталеразливочные ковши, их стопорные устройства, литейные формы и стержни подвергаются сушке с целью удаления влаги, вводимой при их изготовлении вместе со связующими растворами и материалами. Кроме того, исходные сыпучие материалы для изготовления огнеупоров, литейных форм и стержней также предварительно высушивают.

 Широкий ассортимент материалов, подвергаемых сушке, и изделии из них предопределяет большое разнообразие сушильных установок, которые выполняются работающими как непрерывно, так и периодически, топливными и энергетическими и т.д. Все эти совершенно различные в конструктивном отношении установки объединяются общностью осуществляемого с их помощью технологического процесса сушки.

Список использованных источников

1 Лыков А. В. Тепло- и массообмен в процессах сушки. М., Госэнергоиздат, 1956, 464 с. с ил.

2 Мастрюков Б. С. Теплотехнические расчеты промышленных печей. М., «Металлургия», 1972, 367 с. с ил.