5. 3 Технологический расчет сушилок



Скачать 69.07 Kb.
Дата10.05.2016
Размер69.07 Kb.
<=== Возврат к содержанию главы 5

5.3 Технологический расчет сушилок
Рассмотрим методику технологического расчета наиболее распространенных конвективных сушилок непрерывного действия (барабанной и кипящего слоя), а также кондуктивной сушилки самой простой конструкции – валковой.

Расчет барабанных сушилок. В качестве сушильного агента в них, как правило, используются топочные газы с начальной температурой 500-700 оС. Расчет кинетики сушки осложняет неопределенность величины поверхности материала, обтекаемого сушильным агентом (~ 10% материала падает с верхнего уровня его подъема насадкой, а основная часть материала представляет собой плотный слой, обдуваемый сушильным агентом вдоль наружной поверхности).

Необходимый расход тепла в сушилке определяется как сумма расхода тепла на испарение влаги из материала Qисп = W·r0

и на нагрев влажного материала

Qнагр = Gн·(см + св·uн)·(tм – θн) + Gк·(см + св·uк)·( θкtм)

с учетом потерь тепла в окружающую среду:



Q = (1+η)·( Qисп + Qнагр). (5.6)

Здесь н, к – температуры материала на входе и выходе из сушилки;



r0 – удельная теплота парообразования при средней температуре материала θср = (θн + θк)/2;

– расход влаги, удаляемой из материала;

Gн, Gк – производительность сушилки по влажному и высушенному материалу (кг/с), причем Gн = Gк + W;

uн, uк – влажность материала до и после сушки (кг влаги/кг общей массы);

tм – температура мокрого термометра для сушильного агента (вначале принимается, затем уточняется),

cм, св – удельные теплоемкости сухого материала и влаги (Дж/кг/К);

η – доля потерь тепла от его общих затрат (~ 10%).

Необходимый расход сушильного агента (топочных газов)

,

причем их начальное влагосодержание (х1) принимается равным влагосодержанию атмосферного воздуха (х0), а конечное (х2) определяется по Ix диаграмме Рамзина, см. приложение Г, с использованием значений энтальпии газов I1 при начальной температуре t1 и удельных потерь тепла в сушилке

Δ = [Qнагр + η·( Qисп + Qнагр)]/W ==> I1I2 = (х2х1),

где I2 – энтальпия топочных газов при конечной температуре t2 (обычно равной к).



Замечание. Температура мокрого термометра tм топочных газов и их влагосодержание в непосредственной близости от поверхности материала хнас определяются на Ix диаграмме Рамзина по точке пересечения линий I2 = const и φ = 1 (линия насыщения атмосферного воздуха). Если полученное значение tм отличается от первоначально принятого более чем на 10%, необходимо вернуться к определению значения Qнагр.

Необходимый рабочий объем барабана



Vраб = W/Av

определяется по значению удельной объемной влагонапряженности Av (кг влаги/м3/с), которое принимается по данным экспериментов, например при температуре t1 = 500 oC и uн ≤ 10% Av ~ 0.008 кг/м3/с.

По значению Vраб в каталоге выбирается стандартный барабан ближайшего объема с размерами Dб×Lб, см. приложение Г, а затем производится уточненный расчет объема барабана (V) и удельной объемной влагонапряженности.

Необходимая продолжительность сушки материала определяется по эмпирической формуле

τ = 2· ρн·βм·( uнuк)/Av/[2– ( uнuк)],

где ρн – насыпная плотность материала,

βмкоэффициент заполнения барабана материалом (0.15-0.3),

а среднее время пребывания материала в барабане – по формуле

τпреб = 2· ρн·V·βм/(Gн + Gк + Gу),

где Gу = Gк·δу – унос мелких фракций материала;

δу ~ 0.03-0.08 – доля уноса сухого материала.

Замечание: при правильном выборе значений V и Av должно выполняться условие: τпреб ≥ τ.

Необходимая частота вращения барабана определяется по формуле



n = kн·Lб/Dбпреб/tg(α),

где kн – коэффициент, определяемый видом насадки (для лопастных и секторных kн ~ 0.7),

α – угол наклона барабана к горизонтали (3-6о),

При расчете барабанных сушилок часто требуется определить эквивалентный диаметр частиц материала, которые могут быть унесены потоком сушильного агента:



,

где ρч – плотность частиц материала;

ρг, μг – плотность и динамическая вязкость топочных газов при их средней температуре;

Ar – критерий Архимеда, значение которого определяется по графику зависимости Ly = f(Ar);

Ly = w3· ρг2/g/μг/(ρч – ρг) – критерий Лященко, определяемый по значению скорости топочных газов в свободном сечении барабана

w = Vг/[0.25·π·Dб2·(1– βм – βн)];

βнкоэффициент заполнения барабана насадкой (~ 0.04-0.08);



Vг = L·[1+( х0 + х2)/2]/ρг – средний объемный расход топочных газов.

Расчет сушилок кипящего слоя. В качестве сушильного агента в них обычно используется подогретый воздух с начальной температурой 100-150 оС. Расчет кинетики сушки требует предварительного определения значений критического Uкр и равновесного Uр влагосодержания материала. В ходе расчета требуется определять скорость витания самых мелких частиц материала wвит и проверять выполнение условия wвит < w.

Необходимый расход тепла в сушилке (Q) и расход сушильного агента (L) определяются так же, как и для барабанной сушилки.

Продолжительность процесса сушки определяется по формуле

,

где N = β ∙ Δхсрf – скорость сушки,

Δхср – средняя движущая сила процесса,

f = 6∙π∙d2/(π∙d3∙ρм) – удельная поверхность частиц сухого материала,

d – средний диаметр частиц,

ρм – плотность материала,

β – коэффициент массоотдачи, определяемый из критериального уравнения (5.3).

Скорость сушильного агента в кипящем слое, необходимая для вычисления критерия Рейнольдса, рассчитывается по значению критерия Лященко, которое определяется по графику зависимости Ly = f(Ar),

где Ar = gd3∙ρг∙(ρм – ρг)/μг2 – критерий Архимеда;

ρг, μг – плотность и динамическая вязкость сушильного агента.

Длительность сушки τ не должна быть больше (и намного меньше) среднего времени пребывания частиц материала в слое

τпреб = hслSреш∙ρм∙(1 – ε)/Gк,

где ε ~ 0.75 – порозность слоя псевдоожиженного материала,

hсл = (80-100)∙d0 – высота псевдоожиженного слоя,

d0 – диаметр отверстий газораспределительной решетки (1.5, 2.5, 3, 5 мм),

Sреш = L/(ρгw) – необходимая площадь решетки.

Необходимые размеры газораспределительной решетки (ширина В и длина Н) определяются ее площадью и заданным значением отношения Н/В:



,

а необходимые размеры сепарационной зоны сушилки – по соотношению



,

где скорость витания частиц материала минимального размера



wвит = Reвит∙μг/(dmin∙ ρг),

причем критерий Рейнольдса для скорости витания определяется по значению критерия Архимеда, вычисленного при d = dmin.



Расчет валковых сушилок. Рабочим элементом этой сушилки является полый гладкий валок, обогреваемый изнутри насыщенным водяным паром,

нижняя часть которого погружена в корыто с суспензией высушиваемого материала. При вращении валка материал тонкой пленкой налипает на горячую поверхность обечайки, высыхает за один оборот и срезается ножом. Частота вращения валка регулируется в зависимости от необходимого времени сушки. Его геометрические размеры (внутренний диаметр D и длина обечайки L) определяются заданной производительностью сушилки.

Уравнение теплового баланса контактной сушки:

Qп = Qвл + Qм +Qпот,

где Qп = Gпrп – теплота конденсации греющего пара,



Gп – его расход,

rп – удельная теплота парообразования при температуре конденсации tп;

Qвл = Wro – расход тепла на испарение влаги из материала,

W – расход удаляемой влаги,

ro – удельная теплота парообразования при температуре окружающего воздуха;

Qм = Gн ∙ [cм ∙ (1 – uн) + cв uн] ∙ [0.5 ∙ (tст2 + tпов) – to] – расход тепла на нагрев материала,

Gн - массовый расход влажного материала,

см, uн – его удельная теплоемкость и начальная влажность,

cв – удельная теплоемкость воды,

tст2, tпов, to – температура наружной стенки валка, поверхности материала и окружающего воздуха;

Qпот – потери тепла в сушилке.

Необходимая площадь поверхности валка



F = Qп / [K ∙ (tпtпов) ∙ φ] = π ∙ (D + 2∙δc)2 ∙ (L/D), (5.7)

где Kкоэффициент теплопередачи,

φ ~ 0.75 – степень активности контакта материала с поверхностью валка,

δc – толщина стенки валка

Коэффициент теплоотдачи к высушиваемому материалу αм определяется из уравнения равенства тепловых потоков

Mro = αм ∙ (tповtо),

где M = 0.0015 ∙ vм0.8 ∙ (pнpо) – удельная убыль влаги из материала,



vм – скорость движения материала (окружная),

рн - давление насыщенных паров влаги,

ро - парциальное давление паров влаги в окружающем воздухе.

Замечание. Для определения значения K необходимо найти значения температур внутренней tст1, наружной tст2 поверхности валка и поверхности материала tпов. Поскольку определяемым параметром является также и значение D, следует составить и решить систему уравнений равенства тепловых потоков: отдаваемого конденсирующимся паром, проходящего через стенку валка и через слой материала, дополненную уравнением (5.7).

По рассчитанной поверхности валка и заданному отношению его длины к диаметру определяются значения D и L.



<=== Возврат к содержанию главы 5


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница