|
Реферат: Расчет причала и акватории порта (Строительство)
Содержание
1. Вступление.
2. Определение количества причалов для расчетного вида груза (угля).
3. Определение размеров основных элементов порта:
3.1 Определение глубины у причала;
3.2 Определение проектной длины причала.
4. Определение основных элементов акватории:
4.1 Определение размеров внешней акватории;
4.2 Определение элементов внутренней акватории.
5. Расчет складов для расчетного вида груза (угля).
6. Компоновка порта:
6.1 Общие положения по компоновке плана порта;
6.2 Описание выбранной компоновки плана порта.
7. Выводы.
1.Введение
Система морских портов Украины представляет второй после флота по
важности элемент морского транспортного комплекса государства.
С учетом географического положения и местной специфики 18 портов
сгруппированы по трем основным регионам – Дунайскому, Черноморскому,
Азовскому.
Все морские порты Украины являются государственными предприятиями,
действующими по поручению в сфере управления собственностью, и в пределах
отведенных им акваторий и территорий.
Сложное экономическое положение страны, обусловленное переходом на
рыночные отношения, не могло не сказаться на морской отрасли, и в частности
на работе морских портов.
Основные причины спада грузооборотов морских портов Украины –
незавершенность реформ в области экономики, управления, недостаток опыта в
хозяйственной деятельности в новых экономических условиях, таможенные и
кредитно-финансовые барьеры.
Современное состояние портов Украины и перспективы развития морского
транспорта требуют нового подхода к решению проблем и выводу морского флота
Украины на конкурентоспособный международный уровень.
В настоящее время порты внедряют практические мероприятия, направленные
на увеличение объема грузопереработки, расширение номенклатуры
перерабатываемого груза и качества портовых услуг.
Существующие производственные мощности портов после частичной
модернизации универсальных и специализированных комплексов, а также
строительство новых СПК создадут резерв пропускной способности портового
хозяйства Украины в целом.
Главная задача технологического проектирования морского порта –
получение оптимального решения порта как единого комплекса,
удовлетворяющего требованиям безопасного приема, быстрейшей разгрузки –
загрузки и комплексного обслуживания современных и перспективных
транспортных судов и отвечающего условиям прогрессивных способов перевозок
на морском и смежных видах транспорта.
При этом должен быть обеспечен: заданный грузооборот на расчетный год,
возможность развития порта за пределами расчетного периода на отдаленную
перспективу, экономическая целесообразность принятых решений.
Современный морской порт представляет собой сложный комплекс
гидротехнических и береговых сооружений, складских и административно-
бытовых зданий, пассажирских вокзалов и транспортных путей, энергетических
и инженерных коммуникаций.
Успешная работа водного транспорта в значительной степени определяется
совершенством всех видов береговых портовых сооружений, обеспечивающих
быструю и экономную перевалку грузов, качественное хранение и сортировку их
на складах и в контейнерных терминалах, удобные условия для пассажиров и
работы всех видов транспорта.
Каждый из портов при всем разнообразии имеет общие для всех портов
основные элементы:
. водные подходы к порту;
. акваторию – это защищенная от волнения водная площадь, которая
состоит из внешних рейдов и внутренней акватории;
. территорию – участок берега, на котором располагается береговое
хозяйство: сооружения, здания, дороги, инженерные коммуникации, то
есть всё то, что обеспечивает эффективное осуществление погрузочных
работ, снабжение судов и создает нормальные условия для
высокопроизводительной и безопасной работы сотрудников порта;
. сухопутные подходы, которые включают сооружения различных видов
наземного транспорта: железнодорожного, автомобильного,
трубопроводного, образующих в порту транспортный узел.
Одним из основных и неотъемлемых элементов порта является причал, на
котором осуществляется весь комплекс работ по швартовке и ремонту (причалы
СРЗ) судов.
2. Определение количества причалов по расчетному виду груза (уголь)
Потребность в грузовых причалах определяется по формуле
Qмес
Nпр= ———————,
30Рсут*Кмет*Кзан
где Qмес – расчетный грузооборот морского грузового причала в месяц
наибольшей работы, т;
Кмет – коэффициент использования бюджета рабочего времени
причала по метеорологическим причинам в месяц наибольшей работы, задаем
значение Кмет=0.95, исходя из бассейна, в котором проектируется порт;
Кзан – коэффициент занятости причала обработкой в течении
месяца, для навалочных грузов принимаем Кзан=0.5;
Рсут – суточная пропускная способность одного причала, т/сут.
1. Расчетный грузооборот морского грузового причала в месяц наибольшей
работы, определяется по формуле
Qг*Кмес
Qмес = ———— ,
Тнав
где Qг – годовой грузооборот, т (согласно заданию Qг = 1200000т);
Тнав – количество месяцев навигации
Nнав 365
Тнав= ——— = —— = 12,
30 30
Кмес – коэффициент месячной неравномерности (по заданию Кмес =
1.3).
2. Расчетная загрузка D? судна типа ? с учетом грузовместимости судна
Qз, т
?W 11440м3
Qз =-———— = ————— = 10400т,
u*Ктр
1,1м3/т*1
где ?W – общая кубатура трюмов, м3 (по заданию ?W = 11440 м3);
u – удельный погрузочный объем, м3/т, принимаем u = 1,1 м3/т;
Ктр – коэффициент плотности укладки груза в трюме, принимаем Ктр
= 1,00, т.к. расчетный груз – уголь.
Полученное значение Qз сравниваем с паспортной грузоподъемностью
судна Dч и за расчетную величину D? принимаем меньшую.
Qз = 10400т > Dч = 8862т , значит D? = Dч = 8862т.
3. Оптимальное число механизированных линий nопт, необходимое для
обработки судна типа ?, принимается по максимальному числу механизированных
линий
nопт = nmax = 4,
где nmax - максимальное число механизированных линий для угля
nmax =mл –1 = 5-1,
где mл - количество люков на судне типа ?.
4. Определяем комплексную норму выработки одной технологической линии
Рк согласно схеме механизации по переработке расчетного вида груза
Рк =2070т/смену.
5. Часовая производительность одной грузовой линии Рк1 определяется
по формуле
Рк *r 2070т/смену *
3смены
Рк1 = ———*?1*?2 = ————————— *0,9*1 = 232,875 т/ч ,
24
24ч
где r = 3 – число смен в сутки;
?1 = 0.9 – технические перерывы в работе линии;
?2 = 1.0 – учитывает промежутки в работе рядом расположенных
линий для угольных грузов.
6. Проектная часовая норма грузовых работ на причале при обработке
судна типа ?, т/ч определяется по формуле
Мr = Рк1 nопт = 232,875*4 = 931,5 т/ч
7. Время занятости причала выполнением грузовых работ tгр, ч при
обработке судна типа ? определяется по формуле
D? 8862 т
tгр = ——— = ——— = 9,5 ч
Мr 931,5 т/ч
8. Определяем среднее время занятости причала под производственными
стоянками судна типа ?
tп.с. = 6.00
9. Суточная пропускная способность Рсут определяется, исходя из
производительности грузовых работ и производственных стоянок при обработке
судов, по формуле
24* D?
24ч*8862т
Рсут = ————— = ————— = 13721,8 т
tгр+ tп.с.
9,5ч + 6ч
10. Исходя из полученных данных, определяем количество причалов
Qмес
130000т/мес
Nпр= ——————— = —————————————— = 0.66 = 1,
30Рсут*Кмет*Кзан
30сут*13721,8т*0,95*0,5
Таким образом, количество причалов по расчетному виду груза (уголь) –
1.
3. Расчет размеров основных элементов плана порта
3.1 Проектная глубина у причала
Глубины в порту должны обеспечивать работу судна на стоянке и на ходу в
течение всего навигационного периода.
Различают навигационную и проектную глубину. Навигационная глубина
обеспечивает безопасность продвижения судна по акватории с заданной
скоростью. Проектная глубина обеспечивает работу судна у причала.
При составлении проекта внутренней портовой акватории определяется
проектная глубина у причала по формуле
Н0 = Т +z1 + z2 + z3 +z0 +z4,
где Т – осадка расчетного судна, м;
z1 - минимальный навигационный запас, который зависит от вида
грунта дна
z1 = 0,04*Т;
z2 – волновой запас, м, т.е. запас на погружение оконечности
судна при волнении, зависящий от соотношения длины судна и высоты волны
(для данного расчета принимаем z2 = 0);
z0 – запас на крен (дифферент) судна, м
z0 = 0,5* z1;
z3 – скоростной запас, м (для данного расчета принимаем z3 = 0);
z4 – запас на заносимость для акватории, м
z4 =0,5 м;
Таким образом, формула для определения проектной глубины у причала
будет иметь вид:
Н0 = Т +z1 + z0 +z4,
Унифицированная глубина у причала определяется по сетке унифицированных
глубин с округлением в большую сторону.
Сетка глубин
|Грузы |Унифицированные глубины |
|Генеральный груз |8,25; 9,75; 11,5; 13,0 |
|Контейнеры |9,75; 11,5; 13,0 |
|Лес |8,25; 9,75; 11,5 |
|Зерно |9,75; 11,5; 13,0; 15,0 |
|Руда |9,75; 11,5; 13,0; 15,0 |
|Уголь |9,75; 11,5; 13,0; 15,0 |
|Строительные материалы|9,75; 11,5; 13,0; 15,0 |
|Нефть |11,5; 13,0; 15,0; 16,0 |
|Пассажирские |4,5; 6,0; 8,25; 9,75 |
Данные вычислений занесены в табл.1.
3.2 Проектная длина причала
Проектная длина причала определяется в зависимости от рассчитанной
проектной глубины как сумма соответствующих расчетной длины судна Li и
запаса свободной длины причала d и e, необходимого для безопасной швартовки
судна.
Порядок определения расчетной длины следующий:
а) уточняем осадку расчетного судна Тприв по формуле
Тприв = Нпр –?zi,
Где Тприв – приведенная осадка расчетного судна, м;
?zi – сумма запасов глубины под килем судна, м
б) на основании Тприв вычисляется расчетная длина судна, исходя из
соотношения:
Lуниф = Li + х, причем
1м Тусловн – 20м Li,
i м Тусловн –
х м
где Тусловн = Тприв – Т.
Результаты вычислений сведены в табл.2.
4. Определение размеров акватории
Специфика работы морского порта предопределяет в составе используемой
им площади наличие водных участков, предназначенных для обеспечения
движения и стоянки обрабатываемых и обслуживаемых судов. Эти участки,
объединенные общими границами порта, образуют портовые воды.
С функциональной точки зрения портовые воды делятся на зоны и
фарватеры.
Зоны – водные участки, предназначенные для маневрирования и стоянки,
фарватеры – для следования (движения) судов по назначению. Каждая зона и
фарватеры функционально специализируются.
Согласно классификации портовые воды состоят из подходов, внешней и
внутренней акватории.
4.1 Определение элементов внешней акватории
В состав внешних портовых вод входят подходы и внешняя акватория.
Внешние портовые воды – водное пространство, находящееся за пределами
оградительных сооружений и состоящее из нескольких зон и фарватеров.
Подходная зона – место соединения судоходных коммуникаций с фарватером,
ведущим на акваторию порта (подходной фарватер). Она имеет форму окружности
с радиусом Rп
Rп = 4Lmax + (Np – 0.5)*Bp = 4*211,16 + (1-0,5)*69,6=879,44 м,
где Lmax - унифицированная длина расчетного судна, м (за расчетное
выбирается наибольшее из судов, посещающих порт Lmax = 211,16 м);
Np – количество рядов движения в одном направлении (принимается равным
единице);
Bp - ширина маневровой полосы наибольшего ряда подходного канала
(принимается по таблице3 в зависимости от скорости движения судна и его
ширины).
Таблица3
|Скорость, |Ширина судна, м |
|м/с | |
| |10 |20 |30 |40 |
|2,0 |28 |50 |72 |94 |
|4,0 |35 |56 |78 |100 |
|6,0 |41 |63 |85 |107 |
Для расчетного судна, ширина которого В = 23 м, Bp =69,6 м
Подходная зона соединяется с приемной зоной подходным фарватером.
Приемная зона – это место приема лоцмана. Она имеет форму прямоугольного
уширения на 0,6L входного фарватера (это участок фарватера от приемной
зоны до ворот порта) и длину ?2L.
От ворот порта вглубь акватории порта начинается входной рейд – это
прямолинейный участок длиной Lв.р. ? 4L, предназначенный для гашения
инерции судна, входящего в порт своим ходом.
Между входной и приемной зонами на подходном фарватере находится зона
расхождения, которая соединяется боковыми фарватерами с зоной ожидания и
зоной предрейсового навигационного обслуживания судов. Зона расхождения
имеет форму круга с центром в точке пересечения осей фарватеров и радиус
Rр = 2Lmax + (Np – 0.5)*Bp =2*211,16 + (1-0,5)*69,6 = 457,12 м
Зона ожидания располагается так, чтобы защитить судно от
господствующего волнения и ветра, по форме она близка к прямоугольной и
имеет площадь не менее 9 кв. миль.
Зона предрейсового навигационного обслуживания предназначена для
девиации (размагничивания судна) на ходу или на стоянке. При этом зона
мерной линии, т.е. зона, в которой измеряется максимальная скорость судна,
имеет прямоугольную форму, которая фиксируется в зависимости от длины
расчетного судна.
4.2 Определение элементов внутренней акватории
Внутренняя акватория – это водное пространство, ограниченное с одной
стороны причальным фронтом, с другой – оградительными сооружениями.
Начинается она от входных ворот порта, которые образуют вход в порт. Ширина
входа определяется для максимального судна по формуле
Ввх = (0,8-1,0) Lуниф .
Принимаем Ввх ? Lуниф = 210 м
От ворот порта начинается входной рейд, в пределах которого помещается
разворотный круг (круг циркуляции) диаметром
Дц = 3,5 Lуниф =3,5*211,16 = 739,06 м,
Расстояние от самых выступающих частей причальных и оградительных
сооружений до разворотного круга должно составлять не менее 100м.
В пределах акватории порта назначается ось входа судна в порт. Она
должна быть согласована с направлением господствующего ветра и ближайшего
берега таким образом:
. ? – угол между направлением господствующего ветра и осью входа должен
находится в пределах от 45° до 70°. Так обеспечивается безопасность
прохода судна через ворота порта и при подходе к воротам.
. ? – угол между осью и ближайшим берегом должен составлять не менее 30°.
Так обеспечивается безопасность движения судна по каналу и
предотвращается возможность его выброса на берег под действием волны.
Глубина акватории в пределах разворотного круга определяется по формуле
da = Тmax +z0+z1 + z2+ z3 +z4,
где da - глубина акватории в пределах разворотного круга, м;
Тmax – осадка расчетного судна, м;
z1 - минимальный навигационный запас, который зависит от вида
грунта дна
z1 = 0,04*Т;
z2 – волновой запас, м, т.е. запас на погружение оконечности
судна при волнении, зависящий от соотношения длины судна и высоты волны
(принимается равной 1,5м) и определяемый по таблице4
Таблица4
|Lmax , |z2 , |
|м |м |
|100 |2,8 |
|150 |2,0 |
|200 |1,5 |
|250 |1,0 |
|300 |0,7 |
Для расчетного судна принимаем z2 = 1,5
z0 – запас на крен (дифферент) судна, м
z0 = 0,5* z1;
z3 – скоростной запас, м , определяемый по таблице5
Таблица5
|V, м/с |z3, м |
|1,5 |0,15 |
|2,1 |0,3 |
Для расчетного судна принимаем z3 = 0,3м
z4 – запас на заносимость для акватории, м
z4 =0,5 м;
Таким образом, получаем
da = 9,2+0,386+0,184+0,5+0,3+1,2= 11,75м
Глубина каналов рассчитывается по формуле
dк = Тmax +z0+z1 + z2+ z3 +z4,
где z2 – волновой запас при высоте волны 4м. Определяется он по
таблице6.
Таблица6
|Lmax , |z2 , |
|м |м |
|100 |1,36 |
|150 |1,08 |
|200 |0,92 |
|250 |0,8 |
|300 |0,68 |
Принимаем z2 = 0,85 м
z4 – запас на заносимость для канала, м
z4 = (0,6-1,2)м
Принимаем z4 = 0,9м (остальные данные соответствуют предыдущему
расчету).
dк = 9,2+0,386+0,184+0,9+0,3+0,85 = 11,82м
5. Расчет склада для расчетного вида груза (уголь)
Склады делятся на склады открытого и закрытого хранения; прикордонные и
тыловые; общего назначения и специализированные.
Крытые склады используют для перевалки и хранения ценных и
скоропортящихся грузов, а также грузов, качество которых может быть снижено
под влиянием атмосферных условий. К таким грузам относятся
продовольственные товары, бумага, химическая продукция, сахар-сырец.
Большинство этих грузов транспортируется в таре.
Склады открытого хранения (складские площадки) используют для перевалки
и хранения грузов, качество которых не снижается при краткосрочном хранении
под открытым небом. Это навалочные грузы (руда, уголь и др.), металл,
строительные материалы. Контейнерные площадки также располагаются под
открытым небом.
Специализированные склады используются для грузов, требующих особых
условий хранения. Это холодильники, нефте- и газохранилища, элеваторы.
Прикордонные (транзитные) склады находятся непосредственно за краном и
предназначены для кратковременного хранения (от 8 до 14сут.)
Тыловые (базисные) склады располагают так, чтобы обеспечить минимальное
пересечение путей внутри портового транспорта и погрузчиков с
внутрипортовыми железными дорогами.
В данной работе определяются емкость и площадь склада.
1. Минимальная емкость склада краткосрочного хранения грузов, к которым
относится уголь, на одном причале определяется по формуле
Е = Ксл* D? + ез,
где D? – расчетная загрузка судна, т (из предыдущих расчетов D? =
8862т);
Ксл – коэффициент сложности исходящего грузопотока,
учитывающий необходимость превышения наличного количества груза, для
угля принимаем Ксл = 1.1;
ез – запас емкости на несовпадение режимов обработки судов и
подвижного состава смежных видов транспорта
ез = Рсут * nсут = 13721,8*1 =13721,8т
где Рсут - проектная суточная пропускная способность причала
(Рсут = 13721,8т согласно предыдущим расчетам);
nсут = 1-5 суток – норма запаса, определяемая на основании
оценки условий работы флота (принимаем nсут = 1).
Полученное значение ез должно находится в пределах от 1.5D? до
2.5D?
1,5 D? =13293т < ез = 13721,8т < D? = 22155т
Тогда определяем емкость склада
Е = 1,1*8862т +13721,8т = 23470т
2.Расчет склада для угля производится следующим образом:
а) Определяем высоту штабеля hшт, м
hшт = q*u = 12 т/м2*1,1 м3/т =13,2м,
где q – нормативная эксплуатационная нагрузка в тыловой зоне
причала, т/м2 (принимаем q = 12 т/м2);
u – удельный погрузочный объем, м3/т ( согласно предыдущих
расчетов принимаем u = 1,1 м3/т.
б) задаемся длиной штабеля
0,9L ?
139,5*0,9
Lшт = ——— = ———— =62,775м,
2
2
где L ? - длина судна, которое предназначено (по заданию) для
перевозки расчетного вида груза.
в) Задаемся шириной штабеля
Вшт = 40,5 - 45,5 м,
Принимаем Вшт = 41м
г) Определяем объем прикордонного штабеля, который состоит из
двух геометрических фигур: параллелепипеда объемом V1 и обелиска
(усеченная пирамида) объемом V2:
V1 = Вшт * Lшт * 1 = 62,775*41*1 = 2573,775м3,
где h = 1м – высота параллелепипеда.
hшт – 1
V2 = ——— [Вшт * Lшт + (Lшт +lшт)( Вшт + bшт) + lшт* bшт],
6
где bшт и lшт – соответственно ширина и длина граней обелиска;
они определяются с учетом угла наклона ? грани обелиска к
горизонтальной поверхности (для угля ? = 60°):
lшт = Lшт – 2(hшт – 1)ctg ? = 62.775 – 2(13.2-1)*1 = 38.375м,
bшт = Вшт - 2(hшт – 1)ctg ? = 41 - 2(13.2-1)*1 = 16,6м
Тогда получим
13,2 – 1
V2 = ——— [41 * 62,775 + (62,775 +38,375)( 41 + 16,6) + 38,375* 16,6] =
18345,2м3,
6
Таким образом, общий объем штабеля составляет
Vшт = V1 + V2 = 2573,775 +18345,2 = 20919 м3
д) Определяем емкость прикордонного штабеля
Vшт
20919м3
Ешт = ——— = ——— = 19017,3т
u
1.1м3/т
Полученную емкость прикордонного склада сравниваем с полной емкостью
склада
Е = 23470т < 2Ешт = 38034,6т,
значит, необходимости в тыловом штабеле нет.
6. Компоновка плана порта
6.1 Общие положения по компоновке плана порта.
Проектирование плана порта заключается в нахождении оптимального
решения генплана как единого комплекса основных элементов порта ,
скомпонованных в одно рациональное целое. Этот комплекс должен
удовлетворять требованиям безопасного приема, быстрейшей загрузки –
выгрузки и комплексного обслуживания транспортных судов .
При компоновке территории морского порта необходимо учитывать:
зонирование и районирование территории.
Территория порта состоит из режимной и нережимной территории. Режимная
территория порта состоит из трех зон:
. операционной зоны грузовых причалов;
. производственной зоны грузовых районов;
. зоны общепортовых объектов.
Нережимная территория порта состоит из зон:
. пассажирских операций;
. предпортовой.
В операционной зоне грузовых причалов размещаются технические объекты и
средства, участвующие в перегрузочном процессе: причалы, склады,
перегрузочное оборудование, погрузочно-разгрузочные фронты железнодорожного
и автомобильного транспорта. Размеры этой зоны должны определяться в
соответствии со схемой механизации перегрузочных работ. В операционную зону
полностью входит территория широких пирсов. В производственную зону входят
районные мастерские, материальные и инвентарные склады, тыловые крытые и
открытые склады, железнодорожные парки, автомобильные дороги. Зона
общепортовых объектов включает в себя базу Портофлота, центральные
мастерские, центральный склад снабжения, служебные здания портовой
клиентуры, объекты общепортового назначения. Припортовая зона состоит из
управления портом, административных зданий и базы департамента. В свою
очередь зона пассажирских операций включает в себя морской пассажирский
вокзал с территорией для стоянки автотранспорта и привокзальную площадь.
Исходя из условий рациональной компоновки территории порта, необходимо
грузовые причалы сходной специализации сосредоточить в одном месте,
объединив их в самостоятельные специализированные районы.
Район генеральных грузов включат в себя причалы по переработке штучных
грузов, контейнеров, металла и оборудования.
Район навалочных грузов – причалы по переработке угля, руды, минерально-
строительных материалов (песок, щебень, камень и др.).
При компоновке плана порта необходимо выполнять требования санитарных
норм проектирования, то есть исходить из наиболее целесообразного взаимного
расположения отдельных районов, и учитывать естественные условия побережья.
Порт рассматривается как источник производственных вредностей, поэтому
порт по отношению к городу должен располагаться с подветренной стороны,
исходя из господствующего направления ветра. Принцип учета господствующего
направления ветра является основным при расположении на плане отдельных
районов и причалов.
Учитывая необходимость наиболее рационального расположения на плане
отдельных участков порта различного технологического назначения, следует
придерживаться следующих рекомендаций:
. Пассажирский район располагается у одной из границ порта на
нережимной территории с наветренной стороны. В случае необходимости
создания пассажирского района в центральной части порта все
пассажирские операции производятся во втором уровне, исключая
возможность попадения пассажиров на режимную территорию.
. Крупные СРЗ создаются вне пределов порта, но в порту могут быть
выделены один, два пичала Срз и их располагают с другой стороны (по
отношению к пассажирским причалам) стороны, т.е. в корне мола с
подветренной стороны. Эти причалы могут быть расположены фронтально,
на узком пирсе либо вдоль мола (в этом случае мол необходимо уширить
на 15-20м).
. Район нефтеналивных грузов выносится за пределы порта на расстояние
не менее 1км (при грузообороте по этим грузам от 12 до 15 тыс.т).
Если количество нефтеналивных причалов ограничивается одним, двумя,
их необходимо располагать на расстоянии 200-300м от пассажирских
причалов вблизи выхода из порта . Чаще всего эти причалы располагают
на расстоянии 100м от головы мола, находящегося с подветренной
стороны.
. Районы по переработке генеральных грузов могут размещаться на любом
участке порта при выполнении условия: районы с большими глубинами
размещаются вблизи входа в порт.
. Районы лесных грузов создаются на участках относительно небольшой
глубины, но имеющих значительные береговые территории для открытых
складов.
. Район навалочных, пыльных и вредных грузов размещается в наиболее
удаленной от города зоне с подветренной стороны к нему и
большинству других районов порта.
. Причалы, на которых расположены холодильники, зерновые элеваторы и
другие специальные сооружения клиентуры выносятся за пределы
расположения грузовых районов. При этом зерновой элеватор требует
5-6 сквозных железнодорожных линий.
. Для работы взрывоопасных и опасных химических грузов специальные
причалы не выделяются. Их переработка производится на одном из
удаленных грузовых причалов.
. Под причал для карантинных операций отводится специально
оборудованный участок с внутренней стороны внешнего оградительного
мола или причал на внутреннем рейде. Карантинный причал должен
находиться на расстоянии не менее 300м от пассажирского района.
. Район зерновых грузов целесообразно располагать на узких пирсах
шириной 15-20м и с размещением на них оборудования для
перегрузки зерна.
. Под вспомогательные причалы отводятся места непригодные для грузовых
операций (торцы широких пирсов)
. Для стоянки судов Портофлота выделяются причалы в центре порта
непригодные для грузовых операций. Возможно расположение этих
причалов в санитарной зоне.
. Ледокольные суда и баржевый флот размещаются с внутренней стороны
внешних оградительных сооружений.
В общем процессе перегрузочных работ особое значение имеет
внутрипортовый транспорт: железнодорожный, автомобильный, погрузочно-
транспортирующий и водный.
От протяженности и расположения железных и автомобильных дорог зависит
эксплуатационная деятельность порта, организация перегрузочных работ и их
стоимость.
Расположение железных и автомобильных дорог определяется
топографическими условиями, размерами территории порта, интенсивностью
грузоперевозок.
Начертание внутрипортовой транспортной системы существенно влияет на
компоновку порта и определяется причальным фронтом и расположением складов.
Значение площади, занимаемой железнодорожными путями зависит от радиуса
закругления этих путей, который может принимать значения:
. 150м
. 200м
. 300м
. 600м
В прикордонной зоне пассажирских причалов, причалов СРЗ в районе
специализированных технологических комплексов, на контейнерных
площадках железнодорожные пути не предусматриваются.
6.2 Описание выбранной компоновки плана порта
Компоновка плана, выбранная в соответствии с естественными условиями
режима побережья и исходными данными, начинается с расположения районов
порта по направлению господствующего ветра (эта последовательность, а
также проектная длина причалов и глубина у этих причалов внесены в
талицу7).
На первом этапе мною на плане побережья со стороны господствующего
ветра была выбрана точка, наиболее выступающая в море, из которой
ориентировочно было указано направление мола таким образом, что внешний
угол мола с линией берега составил более 90°.
Далее вдоль мола с внутренней стороны располагаем пассажирские
причалы, которые начинаем строить с восьмиметровой глубины. Для этого
уширяем мол на 80м.
Пассажирский район отделяем от грузовых районов вспомогательным
причалом для генеральных грузов.
Далее располагаем причалы, входящие в район генеральных грузов. Это
причалы для генеральных грузов, для тяжеловесных судов, причалы для леса,
карантинный причал, а также причал для перспективных универсальных судов,
который располагаем фронтально. В торце спроектированного бассейна
помещаем контейнерный причал, поскольку он требует больших площадей под
контейнерные площадки. В конце района генеральных грузов располагаем
зерновые причалы.
Район генеральных грузов согласно санитарным и противопожарным норма
отделяем от района навалочных грузов санитарной зоной, внутри которой
располагаем причал Портофлота.
Район навалочных грузов находится на широком пирсе, по периметру
которого располагаем причалы для строительных материалов, для руды и для
угля. При этом на торце пирса, длина которого составляет 305м, помещаем
вспомогательный причал для этого района, а также два причала Портофлота.
Это связано с тем, что торец пирса не пригоден для грузовых операций и на
нем необходимо располагать негрузовые причалы.
Причалы СРЗ располагаем на уширении мола, находящегося с подветренной
стороны, это уширение составляет 20м. Таким образом, формируется узкий
бассейн, ширина которого составляет 150м, что связано с необходимостью
создания возможностей для подхода судов к причалу, причем в торце этого
бассейна грузовые причалы не предусматриваются.
На молу, находящемся с подветренной стороны, отступив от его головы
100м, располагаем нефтеналивной причал и вспомогательный причал для данного
района.
На следующем этапе назначаем ось входа, которая составляет 50° с
направлением господствующего ветра и проходит по максимальным глубинам и
таким образом, что не попадает на торец пирса. В соответствии с осью входа
определяем на плане ширину входа и располагаем разворотный круг, диаметр
которого Дц = 3,5 Lуниф =3,5*211,16 = 739,06 м. Круг циркуляции
располагаем так, что ось входа проходит через него, но не пересекает его по
диаметру.
Согласно полученному плану порта и схемам механизации на причалах
располагаем склады, железнодорожные пути и береговые объекты. Назначаем
сортировочную станцию и соединяем главную ветку железнодорожных путей с
причальными подъездными путями.
После этого ограничиваем территорию порта, отделяя ее от пассажирского
района и создавая в ее пределах режимную зону (для контроля назначаем
несколько проходных).
Таким образом, компоновка порта выполняется с учетом всех факторов,
которые могут на нее повлиять, и на этом заканчивается.
7. Выводы
В данной курсовой работе мною был разработан план порта в соответствии
с исходными данными и схемой побережья. В состав данной работы входить
генеральный план порта в масштабе М 1:5000, а также схема механизации по
переработке расчетного вида груза в масштабе М 1:400. Целью работы кроме
компоновки плана порта, также было задание рассчитать количество причалов
и склады для расчетного вида груза согласно исходным данным, что описано в
пояснительной записке. Таким образом, я надеюсь, что задачи, поставленные
заданием, выполнены на соответствующем всем нормам уровне.
Литература:
1. Амбарян О.А., Белинская Л.Н., «Устройство морских портов», М.:
Транспорт, 1987.
2. Никеров П.С., Яковлев П.И., «Морские порты», М:Транспорт,1987.
3. Смирнов Г.Н., Горюнов Б.Ф. и др., «Порты портовые сооружения»,
М: Стройиздат, 1979.
Реферат на тему: Расчет процесса конвективной сушки сыпучего материала в барабанной, вращающейся сушилке
Кафедра технологии строительных материалов
Курсовая работа
По дисциплине: ПАТСИ
ТЕМА: Расчет процесса конвективной сушки сыпучего материала в барабанной,
вращающейся сушилке.
Задание:
Рассчитать процесс конвективной сушки сыпучего материала в барабанной,
вращающейся сушилке при подогреве воздуха продуктами сгорания отопительного
газа при следующих условиях:
1. Материал – песок;
2. Производительность сушилки по сухому материалу Gк = 12000 кг/ч;
3. Влагосодержание материала:
а) начальное – Uн = 10%,
б) конечное – Uк = 0,5%;
4. Температура, 0С:
а) атмосферного воздуха – 20 0С,
б) газов на входе в сушилку – 300 0С,
в) газов на выходе из сушилки – 80 0С;
5. Относительная влажность воздуха ?0 = 70%;
6. Атмосферное давление – 105 Па;
7. Теплоемкость материала – 0,8 кДж/кг?К, плотность – 1200 кг/м3;
8. Напряженность сушилки по влаги – 85 кг/м3?ч;
9. Средний диаметр частицы материала – 1 мм;
10. Удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги
qп = 22,6 кДж/кг, что соответствует примерно 1% тепла затрачиваемого на
испарение 1 кг воды.
11. Перевалочные устройства – подъемнолопастные, степень заполнения – 12%
12. Состав природного газа:
CH4 – 98,0 %,
C2H6 – 1,0 %,
C3H8 – 0,2 %,
C4H10 – 0,3 %,
CО – 0,2 %,
H2 – 0,3 %.
По приведенным данным произвести расчет материального и теплового
балансов процесса сушки с помощью диаграммы Рамзина. Произвести расчет
габаритов барабанной сушилки. В зависимости от типа материала используются
различные перевалочные устройства, зная тип перевалочных устройств можно
определить степень заполнения барабана.
Содержание:
Введение…………………………………………………………….…...3
I. Классификация сушилок……………..………………………….……..4
II. Барабанная сушилка ……………………………………………….….5
III. Принципиальная схема барабанной сушилки…..…………….……….6
Глава 1. Расчет параметров топочных газов подаваемых
в сушилку…………………………………………………………..7
Глава 2. Определение параметров отработанных газов,
расхода сушильного агента и расхода тепла на сушку……...….9
Глава 3. Определение основных размеров сушильного барабана……....11
IV. Заключение…………………………………………………………....15
Список литературы…………………………………………...……….16
Введение
Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов удешевляет их
транспортировку и придает им определенные свойства, а также уменьшению
коррозии аппаратуры. Влагу можно удалять механическим способом: отжим,
центрифугирование, отстаивание. Однако этими способами влага удаляется
частично, более тщательное удаление влаги осуществляется путём тепловой
сушки: испарение влаги, удаление паров.
Процесс тепловой сушки может быть естественным и искусственным.
Естественная сушка применяется редко. По физической сущности сушка является
сложным диффузионным процессом. Его скорость определяется скоростью
диффузии влаги из глубинных частей материала к поверхности, а затем в
окружающую среду. Удаление влаги при сушке включает не только перенос
материала, но и перенос тепла, таким образом является теплообменным и
массообменным процессами. По способу подвода тепла к высушиваемому
материалу сушку делят:
1) Контактная – путём передачи тепла от теплоносителя к материалу через
разделительную стенку;
2) Конвективная – путём непосредственного соприкосновения высушиваемого
материала с сушильным агентом. В качестве которого используют: подогретый
воздух, топочные газы либо топочные газы с воздухом;
3) Радиационная – путём передачи тепла инфракрасным излучением;
4) Диэлектрическая – в поле токов высокой частоты;
5) Сублимационная – в замороженном состоянии в вакууме.
Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с
влажным воздухом или газом. При конвективной сушке влажному воздуху
отводится основная роль. Поэтому необходимо чётко представлять какими
параметрами описывается воздух.
I. Классификация сушилок.
Сушка материалов, полупродуктов или готовых изделий используется
практически на всех стадиях производства строительных материалов, изделий и
конструкций.
Для сушки применяют разнообразные сушилки, отличающиеся по ряду
признаков которые положены в основу классификации, приведённой ниже:
Таблица №1
|Признак классификации |Типы сушилок |
|1. Давление в рабочем |Атмосферные, вакуумные, под избыточным |
|пространстве. |давлением. |
|2. Режим работы. |Периодического и непериодического действия. |
|3. Вид теплоносителя. |Воздушные, на дымовых или инертных газах, на |
| |насыщенном или перегретом паре, на жидких |
| |теплоносителях. |
|4. Направление |Прямоточные, противоточные, с перекрёстным |
|движения теплоносителя|током, реверсивные. |
|относительно | |
|материала. | |
|5. Характер циркуляции|С естественной и принудительной циркуляцией. |
|теплоносителя. | |
|6. Способ нагревания |С паровыми воздухонагревателями, с топочными |
|теплоносителя. |устройствами, с электронагревателями, |
| |комбинированные. |
|7. Краткость |Прямоточные или рециркуляционные. |
|использования | |
|теплоносителя. | |
|8. Способ удаления |С отходящим теплоносителем, с продувочным |
|влаги из сушилки. |воздухом, компенсационные, с химическим |
| |поглощением влаги. |
|9. Способ подвода |Конвективные, контактные, с нагревом токами |
|тепла к материалу. |высокой частоты, с лучистым нагревом, с |
| |акустически или ультразвуковым нагревом. |
|10. Вид высушиваемого |Для крупно дисперсных, тонкодисперсных, |
|материала. |пылевидных, ленточных, пастообразных, жидких |
| |растворов или суспензий. |
|11.Гидродинамический |С плотным неподвижным слоем, перемешиваемым |
|режим. |слоем, взвешаным слоем (псевдосжиженый слой, |
| |закрученные потоки), с распылением в потоке |
| |теплоносителя. |
|12. Конструктивный тип|Камерные, шахтные, ленточные, барабанные, |
|сушилки. |трубные и т. д. |
II. Барабанная сушилка.
Она представляет собой сварной цилиндр – барабан, на наружной
поверхности которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и
приводной зубчатый венец; Ось барабана может быть наклонена к горизонту на
4о - 6о
Барабанные атмосферные сушилки непрерывного действия предназначены для
сушки сыпучих материалов топочными газами или нагретым воздухом.
Внутри барабана устанавливают насадки, конструкция которых зависит от
свойств высушиваемого материала. Со стороны загрузочной камеры
многозапорная винтовая насадка, с числом спиральных лопастей от шести до
шестнадцати в зависимости от диаметра барабана. При сушке материала с
большой адгезией к поверхности на начальном участке последнего закрепляют
цепи, при помощи которых разрушают камки и очищают стенки барабана. Для
этой же цели могут применять ударные приспособления, расположенные с
внешней стороны барабана.
В сушилках диаметром 1000 – 1600 мм для материала с хорошей сыпучестью
и средним размером частиц до 8 мм устанавливают секторную насадку. В тех же
сушилках, для материалов, обладающих повышенной адгезией или сыпучих
материалов со средним размером частиц более 8 мм устанавливают подъемно –
лопастные устройства. В сушилках диаметром 1000 – 3500 мм для материалов
склонных к налипанию, но восстанавливающих сыпучие свойства в процессе
сушки сначала устанавливают подъемно – лопастные перевалочные устройства, а
затем секторные насадки.
Основной материал для изготовления барабанов сушилок, загрузочных и
разгрузочных камер – углеродистые стали. В технически обоснованных случаях
дополнительное изготовление барабанов, разгрузочных и разгрузочных камер
частично или полностью из жаростойких сталей специальных марок.
Барабанные вакуумные сушилки работают, как правило, периодически и их
применяют для сушки термочувствительных материалов от воды и органических
растворителей, а также для сушки токсичных материалов. В зависимости от
свойств материала и требований к готовой продукции применяют сушилки
среднего или глубокого вакуума. Вакуумные барабанные сушилки применяют в
основном в производстве полимерных материалов.
III. Принципиальная схема барабанной сушилки
[pic]
1 – барабан; 2 – питатель; 3 – сушильный барабан; 4 – топка; 5 –
смесительная камера; 6, 7, 11. – вентиляторы; 8 – промежуточный бункер; 9 –
транспортёр; 10– циклон; 12 – зубчатая передача.
Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 попадает во
вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подаётся
сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения
газов в смесительной камере 5. Воздух в топку и смесительную камеру
подаётся вентиляторами 6,7. Высушеный материал с противоположного конца
сушильного барабана 8, а из него на транспортирующее устройство 9.
Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от
пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное, мокрое
пылеулавливание.
Транспортировка сушильного агента через сушильную камеру осуществляется
с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим
разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности
упаковки.
Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую
передачу 12.
Глава 1. Расчет параметров топочных газов подаваемых в сушилку.
В качестве топлива используется природный газ следующего состава (в
объемных процентах):
СН4 – 98,0 %
С2Н6 – 1,0 %
С3Н8 – 0,2 %
С4Н10 – 0,3 %
CO – 0,2 %
H2 – 0,3 %
Теоретическое количество сухого газа L0 затрачиваемого на сжигание
одного кг топлива равно:
L0 = 138?(0,0179?CO + 0,248?H2 + S [(m+n/4)/(12m+n)]CmHn ), (1)
где составы горючих газов выражены в объемных долях.
Подставив соответствующие значения, получим:
L0 = 138?(0,0179?0,002 + 0,248?0,003 + 0,125?0,98 + 0,116?0,01 +
0,1136?0,002 + +0,1121?0,003) = 17,25 кг/кг
Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками
горения простых газов.
Таблица 2
|Газ |Реакция |Тепловой эф – |
| | |фект реакции, |
| | |кДж/м3 |
|Водород |Н2 + 0,5О2 = Н2О |10810 |
|Оксид углерода (11) |СО + 0,5 О2 = СО2 |12680 |
|Метан |СН4 + 2 О2 = СО2+ 2Н2О |35741 |
|Ацетилен |С2Н2 +2,5 О2 = 2СО2 + Н2О |58052 |
|Этилен |С2Н4 + 3 О2= 2СО2+ 2Н2О |59108 |
|Этан |С2Н6 + 3,5 О2 = 2СО2 + 3Н2О |63797 |
|Пропан |С3Н8 + 5 О8 = 3СО2 + 4Н2О |91321 |
|Бутан |С4Н10 + 6.5 O2 = 4CO2+ 5 H2O |118736 |
|Сероводород |Н2S + 1.5O2 =S2O + H2O |23401 |
Количество тепла QV, выделяющееся при сжигании 1 м3 газа равно:
Q? = S ?i ? Hi = 0,98?35741 + 0,01?63797 + 0,002?91321 + 0,003?118736 +
0,002?12680 +0,003?10810= 36260,79 (кДж/кг),
где ?i – объемная доля компонентов газа;
Hi – тепловой эффект реакции (кДж/м3).
Плотность газообразного топлива:
?t = (SCmHn?Mi / V0)?(Т0 / Т0+tт), (2)
где Mi - мольная масса топлива (кмоль/кг);
tт – температура топлива; tт = 20 0 C
V0 – мольный объем; V0 = 22.4 м3/кмоль
Т0 = 273 0 К.
?т = (0,98?16 + 0,01?30 + 0,002?44 + 0,003?58)?273 / 22,4?(273 + 20) =
0,6756 кг/м3
Количество тепла выделяющееся при сжигании 1 кг топлива равно:
Q = Q? / ?т = 36260/0,6756 = 53671,98 Дж?м3
Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг
сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха ?,
необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов, до
температуры смеси. tсм = 300 0 C
Значение ? находят из уравнений материального и теплового баланса.
– Уравнение материального баланса:
1 + L0 = Lс.г + S9n/(12m+n)CmHn, (4)
где Lс.г. – масса сухих газов образовавшихся при сгорании 1 кг
топлива;
CmHn – массовая доля компонентов, при сгорании которых
образуется вода (кг/кг).
– Уравнение теплового баланса:
Q?? + cт?tт + ??L0?I0 = [ Lс.г.+ L0(? – 1)]?iс.г.+ [??L0?х0 +
S9n/(12m+n)CmHn], (5)
где ? – общий КПД учитывающий эффективность работы топки и потери
тепла топкой в окружающую среду; ? = 0,95;
ст – теплоемкость газообразного топлива при температуре топлива 200 С;
ст = 1,34 кДж/(кг?к);
I0 – энтальпия свежего воздуха ( кДж/кг); I0 = 49 кДж/кг;
iс.г. – энтальпия сухих газов;
iс.г. = сс.г.?tc.г. = 1,05?300 = 315 (кДж/кг),
где сс.г. = 1,05 кДж/(кг?К)
tс.г. = 300 0С;
x0 – влагосодержание свежего воздуха при температуре t0 = 200С и
влажности ?0 = 70 %, х0 = 0,0125 кг/кг
iп = r0 + сntn = 2500 + 1,97?300 = 3091 (кДж/кг)
где r0 – теплота испарения воды при температуре 0 0С
r0 = 2500 кДж/кг
сп – средняя теплоемкость водяных паров, сп=1,97 кДж/(кг?К);
tп – температура водяных паров
tп = tс.г. = tсм. = 300 0C
Решая совместно уравнения 4 и 5, получаем:
? = [Qп??+cт?tт-iс.г.(1-S9n/(12m+n)CmHn)-iпS9n/(12m+n)CmHn]/L0?(iс.г.+iп?x0-
I0) (6)
Пересчитаем содержание компонентов топлива при сгорании которых
образуется вода, из объемных долей в массовые по формуле:[pic]
?(A) = ?(A)?M(A)?273 / 22,4??т?(273+t0)
?(CH4) = 0,06157?0,98?16 = 0,9654
?(C2H6) = 0,06157?0,01?30 = 0,0185
?(C3H8) = 0,06157?0,002?44 = 0,0054
?(C4H10) = 0,06157?0,003?58 = 0,0107
Количество влаги, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива равно:
[pic]2,17 + 0,0333 + 0,00972 + 0,0166 = 2,2296
Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6):
?=[53671,98?0,95 + 1,34?20 - 315(1 - 2,2296) - 3091?2,2296]/
/17,25(315 + 3091?0,0125 - 49) = 8,47
Общая удельная масса сухих газов получаемая при сжигании 1 кг топлива и
разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси tcм = 300 0С
равна:
[pic], (7)
Gс.г. = 1 + 8,47?17,25 - 2,2296 = 144,878 (кг/кг)
Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива
равна:
[pic], (8)
Gп = 8,47?0,0125?17,25 + 2,2296 = 4,056 (кг/кг)
Влагосодержание газов на входе в сушилку (х1 = хсм) равно:
[pic],
х1= 4,056/144,878 = 0,028 кг/кг;
Энтальпия газов на входе в сушилку:
[pic], (9)
I1 = [53671,98?0,95 + 1,34?20 + 8,47?17,25?49] / 144,878 = 401,541
(кДж/кг)
Поскольку коэффициент избытка воздуха ? велик (? > 1), физические
свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента,
практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает
возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха.
Глава 2. Определение параметров отработанных газов, расхода сушильного
агента и расхода тепла на сушку
Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W,
удаляемой из высушенного материала.
[pic], (10)
W = 3,3?(10 – 0,5)/(100 – 10) = 0,348 (кг/с)
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
[pic], (11)
где ? – разность между удельными приходом и расходом тепла
непосредственно в сушильной камере;
с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре ?1,
кДж/(кг?К);
qдоп – удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, [кДж/кг?влаги];
при работе сушилки по нормальному сушильному варианту: qдоп = 0;
qт – удельный расход тепла в сушилке с транспортными средствами, кДж/кг
влаги; в рассматриваемом случае: qт = 0;
qм – удельный расход тепла в сушильном барабане с высушиваемом
материалом, кДж/кг?влаги
[pic] = 3,3?0,8?(53 – 20)/0,348 = 250,345 (кДж/кг)
См – теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг?К)
?2 – температура высушенного материала на выходе из сушилки, 0С
При испарении поверхностной влаги ?2 принимается приблизительно равной
температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного
агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим, находим
?2 по диаграмме Рамзина по начальным параметрам сушильного агента:
?2 = 53 [pic]
qп – удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги; на 1 кг
испаренной влаги: qп = 22.6 кДж/кг?влаги;
Подставив соответствующие значения, получим:
? =4,19?20 - (250,345 + 22,6) = -189,145 (кДж/кг?влаги);
Запишем уравнение рабочей линии сушки
[pic] (12)
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме Рамзина необходимо
знать координаты (x и I) минимум двух точек. Координаты первой точки
известны: x1 = 0,028 (кг/кг), I1 = 401,541(кДж/кг). Для нахождения
координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим
соответствующее значение I. Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сух. возд. Тогда по
уравнению 12
I = 401,541 + (-189,145)?(0,1-0,028) = 387,92
Через 2 точки на диаграмме Рамзина с координатами (х1,I1) и (x,I)
проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром
t2 = 80 0С . В точке пересечения линии сушки с изотермой t находим
параметры отработанного сушильного агента:
х2 = 0,11 (кг/кг)
I2 = 375 (кДж/кг)
Расход сухого газа Lс.г. равен:
[pic], (13) Lс.г. = 0,348/(0,11 – 0,028) = 4,24 (кг/с)
Расход сухого воздуха L равен:
[pic], (14); L = 0,348/(0,11 – 0,0125) = 3,57 (кг/с)
Расход тепла на сушку Qc равен:
[pic], (15) Qc = 4,24?(401,541 – 49) = 1494,7 (кВт)
Расход топлива на сушку Gт равен:
[pic], Gт = 1494,7/53464,794 = 0,028 (кг/с)
Глава 3. Определение основных размеров сушильного барабана
Расчет основных размеров сушильного барабана сводится к определению
объема сушильного барабана Vб, длины и диаметра барабана.
Определив длину и диаметр барабана, выбирают стандартный аппарат.
Объем барабана складывается из объема необходимого для сушки Vсуш и
объема для прогрева материала.
Vб = Vсуш + Vпрогр (16)
Объем необходимый для сушки материала можно определить по формуле:
[pic], (17)
где Кv – объемный коэффициент массопередачи, с-1
?Хср – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м3
Движущую силу массопередачи ?Хср определяем по уравнению:
[pic], (18)
где [pic]
?Хб = Х1* - Х1 – движущая сила в начале процесса сушки, кг/м3
?Хм = Х2* – Х2 – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м3
?рб = р1* – р1 – движущая сила в начале процесса сушки, Па
?рм = р2* – р2 – движущая сила в конце процесса сушки, Па
Х1*, Х2* – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе
из нее, кг/м3
р1*, р2* – давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и
конце процесса сушки, Па. Их значения определяются по температуре мокрого
термометра сушильного агента в начале tм1 и в конце tм2 процесса сушки.
По диаграмме Рамзина найдем:
tm1 = 57 оC
р1* = 18498 (Па),
tm2 = 56 оC
р2* =17109 (Па);
р1, р2– давление водяных паров в газе в начале и конце процесса сушки,
Па. Их определяют по формуле:
[pic], (19)
где Х – влагосодержание на входе или на выходе из сушилки.
Тогда на входе в сушилку
p1 = (0,028/18?105) / (1/29 + 0,028/18) = 4321 Па
на выходе из сушилки
р2 =(0,11/18?105) / (1/29 + 0,11/18) = 15054 Па
?pср = ((18498–4321) - (17109 - 15054)) / ln(16,7) = 6276 Па
Откуда ?Хср по уравнению 18 будет равно:
?Хср = 6276?18 / (105?22,4?((273 + 190)/273)) = 0,029 (кг влаги/м[pic])
tср = (tвх + tвых) / 2 = 300 + 80 / 2 = 190 0С
В случае сушки кристаллических материалов, т.е. при удалении
поверхностной, свободной влаги и параллельном движении материала и
сушильного агента, коэффициент массопередачи Кv пропорционален коэффициенту
массоотдачи ?v.
Для барабанной сушилки коэффициент массотдачи ?v может быть вычислен по
эмпирическому уравнению:
[pic] (20)
где
?ср – средняя плотность сушильного агента, кг/м3
?ср = М?Т0 / (V0(T0 + tср)) = 29?273 / (22,4?(273 + 190)) = 0,763 кг/м3
с – средняя теплоемкость сушильного агента,
с = 1 кДж/(кг?К)
? – степень заполнения барабана высушиваемым материалом, %
р – среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па
p = (p1 + p2)/2 = (4321 + 15054)/2 = 9687,5(Па)
? – рабочая скорость сушильного агента в барабане, м/с
n – число оборотов барабана ( изменяется в реальных барабанах от 2 до
12 об/мин)
Уравнение 20 справедливо для значений:
??ср = 0,6 … 1,8 кг/м2?с
n = 1,5 … 5 об/мин
? = 10 … 25 %
Если указанные пределы не соблюдаются, то объем барабана можно
рассчитывать по величине объемного напряжения по влаге:
[pic], (21)
где Аv - значение объемного напряжения по влаге
Скорость газов в барабанах выбирается в зависимости от размеров частиц и
насыпной плотности высушиваемого материала по таблице 3.
Таблица 3 «Выбор рабочей скорости газов в сушильном барабане».
|Размер частиц, мм|Значение скорости ? при насыпной плотности |
| |350 |1000 |1400 |1800 |2200 |
|0,3 – 2 |0,5 – 1,0|2,0 – 5,0|3,0 – 7,5|4,0 – 8,0|5,0 – 10,0|
|Более 2-х |1,0 – 3,0|3,0 – 5,0|4,0 – 8,0|6,0 – |7,0 – 12,0|
| | | | |10,0 | |
Степень заполнения барабана зависит от конструкции перевалочных
устройств:
подъемно – лопастные допускают ? = 12 … 14 %;
распределительные с открытыми и закрытыми ячейками – ? = 21 … 27 %
Принимаем:
? = 2,3 м/с
n = 5 об/мин
? = 12 %
[pic]
Тогда объем сушильного пространства рассчитывается по формуле 17 и
равен:
Vсуш = 0,348 / 0,45?0,029 = 26,6 м3;
Объем барабана необходимый для прогрева влажного материала определяют
по уравнению:
[pic], (22)
где Qп – расход тепла на прогрев материала до температуры tм1, кВт
Qп = GкСм(tм1 – ?1) + WвСв(tм1 – ?1 ) (23)
Qп = 3,3 * 0,8 * 37 + 0,348 *4,19 * 37 = 151,63
Кv – объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м3?К)
[pic]
Kv = 16(2,3 [pic] 0,763)0,9[pic]50,7 [pic]120,54 = 0,3127кВт/м3*К
?tср – средняя разность температур, 0С
Св – теплоемкость вздуха
?1 – температура влажного материала
?1 = Т0
Для вычисления ?tср необходимо найти температуру сушильного агента tх
до которой он охлаждается, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала
до tм1 .Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:
Qn = Lс.г.?(1+X1 )?Cг?(t1 – tх ) (24)
Откуда:
tx = [pic]
[pic]
tx = 267 0С;
Средняя разность температур ?tср равна:
[pic], (25)
?tср = ((300 – 20) + (267 – 57)) / 2 = 245 0С;
Подставляем полученные значения в уравнение 22:
Vп = 151,63 / 0,3127?245 = 1,98 м3;
Общий объем сушильного барабана равен:
Vб = Vсуш + Vпрогр = 26,6 + 1,98 = 28,58 м3;
По справочным данным находим основные характеристики барабанной сушилки
– длину и диаметр, взяв за основу объем сушильного пространства.
По таблице выбираем барабанную сушилку № 7119 со следующими
характеристиками:
Объем V = 30,5 м3,
Диаметр dвн = 1,8 м,
Длина l = 12 м,
Частота n = 5 об/мин;
Определим действительную скорость газов в барабане:
[pic], (26)
где Vг – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из
барабана, м3/с
[pic], (27)
хср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг
[pic]
Vг = [pic]
Тогда:
?д = 6,1 / 0,785?1,82 = 2,4 м/с;
Принятое: ? = 2,3 м/с
Время пребывания материала в барабане:
[pic], (28)
где Gм = V??м = 30,5 * 0,12 * 1200 =4392 (29 | |
