Геометрическое моделирование сушильного агрегата с учетом заданного объема заполнения материалом

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативно-правовые основы проектирования сушильного оборудования в РФ

1.1. Ретроспективный анализ отечественного аппаратостроения для химической промышленности

1.2. Нормативное регулирование эксплуатации сушильных установок согласно ФЗ № 116-ФЗ и ГОСТ

1.3. Классификация и физико-химические свойства неорганических веществ как объектов сушки

Глава 2. Анализ эффективности работы сушильных агрегатов на предприятиях химического профиля

2.1. Оценка технического состояния оборудования в условиях современного российского производства

2.2. Методология определения технологических показателей процесса и качества готового продукта

2.3. Характеристика гидродинамических режимов и факторов, влияющих на профиль заполнения аппарата

Глава 3. Инженерное проектирование и геометрическое моделирование процесса загрузки

3.1. Математическое описание геометрии рабочего пространства с учетом коэффициента заполнения

3.2. Технологические расчеты материальных потоков и тепловых нагрузок агрегата

3.3. Рекомендации по оптимизации конструктивных параметров для повышения производительности

Глава 4. Геометрическое моделирование профиля материала внутри вращающегося барабана

Глава 5. Расчет основных узлов сушильной установки и составление теплового баланса

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Геометрическое моделирование сушильного агрегата с учетом заданного объема заполнения материалом

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы обусловлена необходимостью модернизации сушильных установок на предприятиях химической промышленности Российской Федерации в условиях требований импортозамещения и повышения энергоэффективности производства. Сушка неорганических и органических материалов занимает важное место в технологических цепочках заводов по производству минеральных удобрений, солей, катализаторов и других продуктов химической промышленности. Повышение производительности сушильных агрегатов и снижение удельных энергозатрат напрямую зависят от оптимизации конструктивных параметров барабана, включая правильный расчет коэффициента заполнения и геометрии профиля материала.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной и технической литературе характеризуется наличием работ специалистов РХТУ им. Д.И. Менделеева, КНИТУ, Ивановского государственного химико-технологического университета, посвященных расчету тепло- и массообмена в барабанных сушилках, однако геометрическое моделирование распределения материала в объеме вращающегося барабана остается недостаточно изученным. В соответствии с требованиями Федерального закона № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» проектирование и модернизация сушильного оборудования должны учитывать нормативные требования ГОСТов и технических регламентов Таможенного союза.

Целью курсовой работы является разработка методики геометрического моделирования профиля заполнения материалом вращающегося барабана сушильного агрегата с последующим расчетом основных технологических и конструктивных параметров установки.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

• провести анализ нормативно-правовой базы и классификации сушильных агрегатов в химической промышленности РФ;
• оценить технологические показатели работы промышленных сушильных установок;
• разработать математическую модель геометрии профиля материала с учетом коэффициента заполнения барабана;
• выполнить технологические расчеты материальных и тепловых потоков;
• рассчитать основные конструктивные узлы сушильной установки и составить тепловой баланс.

Объектом исследования является барабанная сушильная установка предприятия химической промышленности. Предметом исследования выступают геометрические параметры распределения материала внутри вращающегося барабана и их влияние на эффективность процесса сушки.

Методологическая база включает теоретические основы процессов тепло- и массообмена в химической технологии, методы математического моделирования геометрии сыпучих материалов, нормативные документы ГОСТ 11020-2014, ГОСТ 51383-2013, ТР ТС 010/2011, технические регламенты Ростехнадзора.

Научная новизна работы заключается в разработке комплексной методики геометрического моделирования профиля заполнения барабана сушильного агрегата с учетом реального объема материала и режимов его движения.

Теоретическая значимость состоит в систематизации современных подходов к расчету геометрических и технологических параметров барабанных сушилок. Практическая значимость определяется возможностью использования разработанной методики для проектирования и модернизации сушильных установок на химических предприятиях России.

Структура работы включает введение, пять глав, заключение и список использованной литературы, отражающих последовательное решение поставленных задач.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И НОРМАТИВНО-ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУШИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В РФ

1.1. Ретроспективный анализ отечественного аппаратостроения для химической промышленности

История развития сушильной техники в России начинается с конца XIX века, когда на крупных предприятиях солеварения и производства минеральных удобрений стали применяться первые барабанные сушилки. В советский период отечественное химическое машиностроение достигло значительных успехов, создав ряд оригинальных конструкций сушильных агрегатов для переработки солей калия, фосфатов, катализаторов и других продуктов неорганического синтеза [1, c. 45]. Основные научные школы сформировались в МХТИ им. Д.И. Менделеева (ныне РХТУ), Ленинградском технологическом институте (ныне СПбГТИ (ТУ)), Казанском химико-технологическом институте (ныне КНИТУ), где были заложены теоретические основы процессов конвективной сушки и гидродинамики сыпучих материалов в барабанных аппаратах.

Современное состояние химической промышленности Российской Федерации характеризуется потребностью в модернизации устаревшего оборудования, значительная часть которого была введена в эксплуатацию в 1970-1980-е годы. Сушильные установки на предприятиях ПАО «ФосАгро», АО «МХК «ЕвроХим»», АО «Акрон» требуют реконструкции с целью повышения энергоэффективности и снижения удельных затрат теплоносителя на 15-20% [2, c. 78]. Разработка современных инженерных решений опирается на достижения таких организаций, как ФГУП «НИИЭХИМ», АО «НИИХИММАШ», АО «ВНИИМЕТМАШ», занимающихся проектированием технологического оборудования химических производств.

Классификация сушильных агрегатов в химической промышленности предусматривает деление по способу подвода теплоты:

• конвективные сушилки (барабанные, полочные, распылительные);
• контактные сушилки (вальцовые, барабанные с паровым обогревом);
• радиационные и комбинированные установки.

Барабанные сушилки получили наиболее широкое распространение благодаря простоте конструкции, высокой производительности и возможности работы с влажными сыпучими материалами различной дисперсности. Основными конструктивными параметрами барабана являются диаметр, длина, угол наклона к горизонту, частота вращения и степень заполнения материалом [3, c. 112]. Нормативно-техническая документация регламентирует требования к проектированию, изготовлению и эксплуатации сушильного оборудования в соответствии с ГОСТ 11020-2014 «Сушилки барабанные. Основные параметры и размеры», ГОСТ 51383-2013 «Оборудование химическое. Требования без

…