--PAGE_BREAK--
1.3. Определение основных размеров сушильного барабана.
Основные размеры барабана выбирают по нормативам и каталогам-справочникам [2, 3] в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного пространства V складывается из объема Vп, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема Vс, требуемого для проведения процесса испарения влаги, т. е. V = Vс + Vп. Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи [4, 5]:
(16)
где – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м3; Кν – объемный коэффициент массопередачи, 1/с.
При сушке кристаллических материалов происходит удаление поверхностной влаги, т. е. процесс протекает в первом периоде сушки, когда скорость процесса определяется только внешним диффузионным сопротивлением. При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи Кν = βν.
Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи βν может быть вычислен по эмпирическому уравнению [5]:
(17)
где ρср – средняя плотность сушильного агента, кг/м3; с — теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная 1 кДж/(кг*К) [1]; β – оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %; Ро – давление, при котором осуществляется сушка, Па; p — среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па.
Уравнение (17) справедливо для значений ωрср = 0,6 – 1,8 кг/(м2*с), n = 1,5 –5,0 об/мин, β = 10 – 25%.
Рабочая скорость сушильного агента в барабане зависит от дисперсности и плотности высушиваемого материала. Для выбора рабочих скоростей (ω, м/с) при сушке монодисперсных материалов можно руководствоваться данными, приведенными в таблице 1.
Для полидисперсных материалов с частицами размером от 0,2 до 5 мм и насыпной плотностью ρм = 800 – 1200 кг/м3 обычно принимают скорость газов в интервале 2 – 5 м/с. В данном случае размер частиц высушиваемого материала от 1 до 4 мм, насыпная плотность 1100 кг/м3 [1]. Принимаем скорость газов в барабане ω = 2,2 м/с. Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане tср = (250 + 80)/2 = 165 0С практически соответствует плотности воздуха при этой температуре:
кг/м3
При этом ωρср = 2,2*0,807= 1,775 кг/(м2*с), что не нарушает справедливости уравнения (17).
Частота вращения барабана обычно не превышает 5 – 8 об/мин; принимаем n = 5 об/мин.
Оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом β для разных конструкций перевалочных устройств различно. Наиболее распространенные перевалочные устройства показаны на рисунке. 1. Для рассматриваемой конструкции сушильного барабана β = 14 %.
Рисунок 1. типы перевалочных устройств, применяемых в барабанных сушилках, и степень заполнения барабана β:
1 – подъемно-лопастного, β = 12%; 2 – то же, β = 14%; 3 – распределительные, β = 20,6%; 4 – распределительные с закрытыми ячейками, β = 27,5%.
Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, т. е. при Ро=105 Па. Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.
Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению:
кг/м3 (18)
Таблица 1. К выбору рабочей скорости газов в сушильном барабане ω
Тогда на входе в сушилку:
Па
На выходе из сушилки:
Па
Отсюда Па
Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:
с-1
Движущую силу массопередачи определим по уравнению:
(19)
где – движущая сила в начале процесса сушки, кг/м3; – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м3; – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее, кг/м3.
Средняя движущая сила ΔРср, выраженная через единицы давления (Па), равна:
(20)
Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем: – движущая сила в начале процесса сушки, Па; – движущая сила в конце процесса сушки, Па; — давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.
Значения и определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (tм1) и в конце (tм2) процесса сушки. По диаграмме I-х найдем: tм1= 52,5°С, tм2= 51 °С; при этом = 13949,85 Па, = 12956,76 Па [1]. Тогда
Па
Выразим движущую силу в кг/м3 по уравнению (19)
кг/м3.
Объем сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению (16):
м3
Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи:
(21)
где Qп – расход тепла на прогрев материала до температуры tм1 кВт; Кν – объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м3*К); Δtср – средняя разность температур, град.
Расход тепла Qп равен:
(22)
кВт.
Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению [5]:
(23)
кВт/(м3*К).
Для вычисления Δtср необходимо найти температуру сушильного агента tx, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до tм1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:
(24)
.
tx = 225,30C.
Средняя разность температур равна:
(25)
0C.
Подставляем полученные значения в уравнение (21):
м3.
Общий объем сушильного барабана V= 77,82+ 4,86 = 82,68 м3.
Далее по справочным данным [2, 3] находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.
В таблице 2 приведены основные характеристики барабанных сушилок, выпускаемых; заводами «Уралхиммаш» и «Прогресс» [6]. По таблице выбираем барабанную сушилку № 7208 со следующими характеристиками: объем V = 86,2 м3, диаметр d = 2,8 м, длина l= 14 м.
Определим действительную скорость газов в барабане:
(26)
Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м3/с) равен:
(27)
где хср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха. Подставив, получим:
м3/с.
Тогда м3/с.
Определим среднее время пребывания материала в сушилке [5]:
(28)
Количество находящегося в сушилке материала (в кг) равно:
(29)
кг
Отсюда с.
Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана [5]:
(30)
о
Если полученное значение α' мало (меньше 0,5о), число оборотов барабана уменьшают и расчет повторяют сначала.
Далее необходимо проверить допустимую скорость газов, исходя из условия, что частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания ωс в, определяют по уравнению [4]:
(31)
где μср и рср – вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре; d– наименьший диаметр частиц материала, м; Аг = d3рчрсрg/μср2 – критерий Архимеда; рч — плотность частиц высушиваемого материала, равная для аммофоса 1750 кг/м3.
Средняя плотность сушильного агента равна:
кг/м3
Критерий Архимеда:
Тогда скорость уноса:
м/с.
Рабочая скорость сушильного агента в сушилке (ωд = 2,746 м/с) меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера ωс.в = 6,653 м/с, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем. В противном случае (при ωд > ωс.в) уменьшают принятую в расчете скорость сушильного агента и повторяют расчет.
2. Технологический расчет вспомогательного оборудования.
2.1. Расчет вытяжного циклона.
Для выделения частиц сухого материала из воздуха, выходящего из барабанной сушилки, выбираем циклон конструкции НИИОГАЗ серии ЦН-24. Для циклона ЦН-24 оптимальная скорость воздуха 4,5 м/с [7].
Определим необходимую площадь сечения циклона:
(32)
где νг – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м3/с; ωопт – оптимальная скорость воздуха в циклоне, м/с.
м2.
Диаметр циклона:
(33)
м.
Диаметр циклона округляем до стандартного значения D = 2,4 м [3].
Действительная скорость воздуха в циклоне:
(34)
м/с.
Действительная скорость не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%. Данное условие сохранилось.
Определим потери давления в циклоне:
(35)
где ξ – коэффициент гидравлического сопротивления; ρ – плотность воздуха при рабочих условиях кг/м3.
ξ для циклона ЦН-24 равно 80 [2].
Плотность воздуха при рабочих условиях определим по формуле:
(36)
где ρ0– плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; t2 – температура воздуха на выходе из сушилки, оС.
кг/м3.
Тогда потери давления в циклоне:
Па.
2.2. Расчет вытяжного вентилятора.
Для транспортировки сушильного агента через сушильную установку применяют вытяжной вентилятор. Расчет ведем по летним условиям, так как летом нагрузка на вентилятор больше. Для его выбора рассчитываем полное гидравлическое сопротивление установки:
∆Р = ∆Рб.с +∆Рц +∆Рр.ф + ∆Рп (37)
Где ∆Рб.с, ∆Рц, ∆Рр.ф, ∆Рп, — гидравлическое сопротивление соответственно барабанной сушилки, циклона, рукавного фильтра, трубопровода, в Па.
∆Рб.с для сушилок диаметром до 2.8 м. составляет 20-35 мм. вод. ст. = 196-343 Па. [12].
Примем:
∆Рб.с = 343 Па.
∆Рц = 808 Па.
∆Рр.ф = 2000 Па.
Примем скорость воздуха в трубопроводе ωтр = 25 м/с.
Диаметр трубопровода:
(38)
Где V = 8.92 * 1.4 = 12,43;
d = 0,796 м.
Примем диаметр d = 800 * 15 мм, ωтр = 24,73 м/с.
Температура воздуха на входе в сушилку 273 ОС, на выходе из рукавного фильтра примем t = 70 ОС.
Средняя температура:
tср = (273+70)/2 =171,5 ОС.
ρ=1,04 кг/м3 [2]
μ=2,2*10-5 Па*с
Re = (24,73*0,8*1,04)/2,2*10-5 = 9,35*105
Примем, что трубы были в эксплуатации и имеют незначительную коррозию. Тогда ∆=0,15 мм. Получим:
e = 1,5*10-4 / 0,77 = 1,95*10-4,
10/e = 51282
Так как Re попадает в этот промежуток, расчет λ следует проводить для смешанного трения:
(39)
λ = 0,11*(1,95*10-4 + 68/935000)0,25 = 0,014 м.
Определяем коэффициенты местных сопротивлений [1]:
1) вход в трубу (принимаем с острыми краями); ξ1=0,5
2) колено с углом 90О; ξ2=1,1
3) выход из трубы; ξ3=1,0
Сумма коэффициентов местных сопротивлений:
Гидравлическое сопротивление трубопровода:
ΔРn = (0,014/0,77 + 4,8)*1,04*24,732/2 = 1642 Па.
Избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления всей установки и трубопровода:
ΔР = 343 + 808 + 2000 + 1642 = 4793 Па.
Таким образом, необходим вентилятор высоко давления. Полезную мощность его находим по формуле:
Nn = V*ΔР = 12,83*4793 = 60 кВт.
В центробежных насосах вал электродвигателя обычно непосредственно соединяется с валом насоса; в этих случаях ηпер = 1.
ηн центробежных насосов большой подачи примем равной 0.9.
N = Nn/( ηпер* ηн) = 66,67 кВт.
Выбираем газодувку ТВ-450-1,08, которую можно считать вентилятором высокого давления, со следующими характеристиками:
Q=7,50 м3/с; ∆р=8000 Па; п=49,5 с-1; электродвигатель типа А2-92-2; N=125 кВт; ηдв=0,94.
продолжение
--PAGE_BREAK--