Реферат: Расчет процесса конвективной сушки сыпучего материала в барабанной, вращающейся сушилке

Θ2 = 53

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:

Δ =4,19∙20 − (250,345 + 22,6) = -189,145 (кДж/кг∙влаги);

 Запишем уравнение рабочей линии сушки

         (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:

,      (13)          Lс.г. = 0,348/(0,11 – 0,028) = 4,24 (кг/с)

Расход сухого воздуха L равен:

,   (14);            L = 0,348/(0,11 – 0,0125) = 3,57 (кг/с)

Расход тепла на сушку Qc равен:

,   (15)      Qc = 4,24∙(401,541 – 49) = 1494,7 (кВт)

Расход топлива на сушку Gт равен:

,                      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:

, (17)

где  Кv – объемный коэффициент массопередачи, с-1

        ΔХср – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м3

Движущую силу массопередачи ΔХср определяем по уравнению:

,    (18)

где 

ΔХб = Х1* - Х1          – движущая сила в начале процесса сушки, кг/м3

ΔХм = Х2* – Х2      – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м3

Δрб = р1* – р1         – движущая сила в начале процесса сушки, Па 

Δрм = 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:

,      (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

Δpср = ((18498–4321) − (17109 − 15054)) / ln(16,7) = 6276 Па

Откуда ΔХср по  уравнению 18 будет равно:

ΔХср = 6276∙18 / (105∙22,4∙((273 + 190)/273)) = 0,029 (кг влаги/м)

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 βv.

Для барабанной сушилки коэффициент массотдачи βv может быть вычислен по эмпирическому уравнению:

    (20)

где

ρср – средняя плотность сушильного агента, кг/м3

ρср = 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)

β – 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)

ω – 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:

ωρср = 0,6 … 1,8 кг/м2∙с

n = 1,5 … 5 об/мин

β = 10 … 25 %

Если указанные пределы не соблюдаются, то объем барабана можно рассчитывать по величине объемного напряжения по влаге:

,     (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 ω 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 – 10,0	7,0 – 12,0

Степень заполнения барабана зависит от конструкции перевалочных устройств:

подъемно – лопастные допускают β = 12 … 14 %;

распределительные с открытыми и закрытыми ячейками – β = 21 … 27 %

Принимаем:

ω = 2,3 м/с

n = 5 об/мин

β = 12 %

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:

,     (22)

где Qп – расход тепла на прогрев материала до температуры tм1, кВт

Qп = GкСм(tм1 – Θ1) + WвСв(tм1 – Θ1 )               (23)

Qп = 3,3 * 0,8 * 37 + 0,348 *4,19 * 37 = 151,63

Кv – объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м3∙К)

Kv = 16(2,3  0,763)0,950,7 120,54 = 0,3127кВт/м3*К

Δtср – средняя разность температур, 0С

Св – теплоемкость вздуха

Θ1 – температура влажного материала

Θ1 = Т0

Для вычисления Δtср 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 =

tx = 267 0С;

Средняя разность температур Δtср равна:

,     (25)

Δtср = ((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:

,    (26)

где Vг – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м3/с

,     (27)

хср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг

Vг =

Тогда:

ωд = 6,1 / 0,785∙1,82 = 2,4 м/с;

Принятое: ω = 2,3 м/с

Время пребывания материала в барабане:

,     (28)

где Gм = Vβρм = 30,5 * 0,12 * 1200 =4392    (29)

Отсюда

τ = 4392 / (3,3 + 0,348/2) = 1264,25 с;

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана α:

,     (30)

α = (30∙12/1,8∙5∙1264,25 + 0,007∙2,4)∙(180/3,14) = 2,80;

Проверим допустимую скорость газов по уносу мелких частиц:

,    (31)

где  ρср – плотность сушильного агента

 

ρср = [29∙(105–9687,5)+18∙9687,5]∙273/(22,4∙105∙(273+190)) = 0,735 кг/м3;

Ar = (d3∙ρч∙ρср∙g) / µср2 = [(1∙10-3)3 ∙1200∙0,735∙9,8]/(0,025∙10-3)2 = 34,6∙104;

μср и ρср – вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре;

d – диаметр частиц материала, м;

ρr – плотность частиц материала.

Скорость уноса равна:

ωун = 0,025∙10-3/1∙10-3∙0,735∙[34,6∙106/(18 + 0,575∙√34,6∙106)] = 4,6 м/с;

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке ωд = 2,4 м/с меньше чем скорость уноса частиц ωун = 4,6 м/с, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем.

IV. Заключение

По данным условиям мы рассчитали процесс конвективной сушки материала (глины) в барабанной, вращающейся сушилке при подогреве воздуха продуктами сгорания отопительного газа. Так же по приведенным данным произвили расчет материального и теплового балансов процесса сушки с помощью диаграммы Рамзина. По расчетам нашли тип барабанной сушилки – № 7119 и его характиристики:   диаметр dвн = 1,8 м, длина l = 12 м,  объем  V = 30,5 м3, частота n = 5 об/мин, угол наклона к горизонту которой составляет α = 50.

Список литературы:

1.   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Посков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1981.

2.   Сушильные аппараты и установки. Каталог НИИХИММАШ. 3-е изд., М.:, 1975.

3.   Аппараты с вращающимися аппаратами общего назначения. Основные параметры и размеры. ГОСТ 11875-79.

4.   Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973.

5.   Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970.