Расчет процесса конвективной сушки сыпучего материала в барабанной, вращающейся сушилке (стр. 3 из 3)

, G_т = 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 V_б, длины и диаметра барабана.

Определив длину и диаметр барабана, выбирают стандартный аппарат.

Объем барабана складывается из объема необходимого для сушки V_суш и объема для прогрева материала.

V_б = V_суш + V_прогр (16)

Объем необходимый для сушки материала можно определить по формуле:

, (17)

где К_v – объемный коэффициент массопередачи, с^-1

ΔХ_ср – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³

Движущую силу массопередачи ΔХ_ср определяем по уравнению:

, (18)

где

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

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

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

Δр_м = 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 t_м1 и в конце t_м2 процесса сушки.

По диаграмме Рамзина найдем:

t_m1 = 57 ^оC

р₁^* = 18498 (Па),

t_m2 = 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

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

Откуда ΔХ_ср по уравнению 18 будет равно:

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

)

t_ср = (t_вх + t_вых) / 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 К_v пропорционален коэффициенту массоотдачи β_v.

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

(20)

где

ρ_ср – средняя плотность сушильного агента, кг/м³

ρ_ср = М∙Т₀ / (V₀(T₀ + t_ср)) = 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:

ωρ_ср = 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 А_v - 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:

V_суш = 0,348 / 0,45∙0,029 = 26,6 м³;

Объем барабана необходимый для прогрева влажного материала определяют по уравнению:

, (22)

где Q_п – расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1, кВт

Q_п = G_кС_м(t_м1 – Θ₁) + W_вС_в(t_м1 – Θ₁ ) (23)

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

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

K_v = 16(2,3

0,763)^0,9 5^0,7 12^0,54 = 0,3127кВт/м³*К

Δt_ср – средняя разность температур, ⁰С

С_в – теплоемкость вздуха

Θ₁ – температура влажного материала

Θ₁ = Т₀

Для вычисления Δt_ср необходимо найти температуру сушильного агента t_х до которой он охлаждается, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_м1 .Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:

Q_n = L_с.г.∙(1+X₁ )∙C_г∙(t₁ – t_х ) (24)

Откуда:

t_x =

t_x = 267 ⁰С;

Средняя разность температур Δt_ср равна:

, (25)

Δt_ср = ((300 – 20) + (267 – 57)) / 2 = 245 ⁰С;

Подставляем полученные значения в уравнение 22:

V_п = 151,63 / 0,3127∙245 = 1,98 м³;

Общий объем сушильного барабана равен:

V_б = V_суш + V_прогр = 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 d_вн = 1,8 м,

Длина l = 12 м,

Частота n = 5 об/мин;

Определим действительную скорость газов в барабане:

, (26)

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

, (27)

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

V_г =

Тогда:

ω_д = 6,1 / 0,785∙1,8² = 2,4 м/с;

Принятое: ω = 2,3 м/с

Время пребывания материала в барабане:

, (28)

где G_м = Vβρ_м = 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 ρ_ср – плотность сушильного агента

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

Ar = (d³∙ρ_ч∙ρ_ср∙g) / µ_ср² = [(1∙10^-3)³ ∙1200∙0,735∙9,8]/(0,025∙10^-3)² = 34,6∙10⁴;

μ_ср и ρ_ср – вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре;

d – диаметр частиц материала, м;

ρ_r – плотность частиц материала.

Скорость уноса равна:

ω_ун = 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 ω_д = 2,4 м/с меньше чем скорость уноса частиц ω_ун = 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 d_вн = 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.