Определение основных размеров сушильного барабана

Основные размеры барабана выбирают по нормативам и каталогам – справочникам в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного про­странства V складывается из объема V _п, необходимого для прогрева влажного мате­риала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема V _c, требуемого для проведения процесса испарения влаги, т. е. рассчитывается по [3] с. 297:

V = V _c + V _п, (3.24)

Объем сушильного простран­ства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи по [3] с. 297:

V _c = W / (K _υ Δ x _ср'), (3.25)

где Δ х _ср – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³;

К _υ – объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи К _υ = β _υ.

Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи β _υ может быть вычислен по эмпирическому уравнению [3] формула (9.17):

где ω – скорость газов в барабане, м/с;

r _ср – средняя плотность сушильного агента, кг/м³;

n – частота вращения барабана, об/мин;

β – оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %;

Р ₀ – давление, при котором осуществляется сушка, Па;

с – теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, кДж/(кг·К);

Р – среднее парциальное давление водяных паров в су­шильном барабане, Па.

с = 1 кДж/(кг·К) – по данным, приведенным в [3]; β = 20,6% – по данным, приведенным в [3] таблица (9.2); ωr _ср = 0,6 – 1,8 кг/(м² · с)– по данным, приведенным в [3].

P ₀ = 10⁵ Па, т.к. процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении.

Примем ωr _ср = 1,1, тогда вычислим r _ср, кг/м³, (при t _ср = (120 + 720)/2 = 420°С) и найдем ω _ор:

Ориентировочный диаметр сушильного барабана d _ор, м, находится по формуле (3.23):

 

Примем стандартный диаметр барабана d _ст = 1 м по [8].

Расчетная скорость газов в барабане , м/с, находится по формуле (3.28):

Уточненное значение , кг/(м² · с) равно:

= 2,096 · 0,5100 = 1,069 кг/(м² · с)

Частота вращения барабана обычно не превышает 5–8 об/мин; принимаем n = 5 об/мин. 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 p, Па, определим по [3] формула (9.18):

p = (x / M _в) P ₀ / (1 / M _с.в + x / M _в), (3.29)

где x – влагосодержание газов на входе в сушилку, кг влаги/кг сух. возд.;

M _в – молярная масса воды, кг/кмоль;

P ₀ – давление при котором осуществляется процесс сушки, Па;

M _с.в – молярная масса воздуха, кг/кмоль.

Тогда на входе в сушилку p ₁, Па:

р ₁ = (0,04627 / 18) 10⁵ / (1 / 29 + 0,04627 / 18) = 6928,706 Па;

на выходе из сушилки p ₂, Па:

р ₂ = (0,2610 / 18) 10⁵ / (1 / 29 + 0,2610 / 18) = 29616,013 Па;

Отсюда среднее парциальное давление водяных паров в газе P, Па,(по [3]

с. 299):

P = (р ₂ – р ₁) / 2, (3.30)

P = (6928,706 + 29616,013) / 2 = 18272,359 Па,

Движущую силу массопередачи Δ x '_ср, кг/м³, определим по уравнению, приведенному в [3] формула (9.19):

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 Δ Р _ср, выраженная через единицы давления (Па), определяется по [3] формула (9.20):

Δ Р _ср = (Δ Р _б – Δ Р _м) / ln(Δ Р _б / Δ Р _м), (3.32)

где 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 определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (t _м1) и в конце (t _м2) процесса сушки. По диаграмме I – х найдем: t _м1 = 74 °С, t_м2 = 72 °С; при этом , по [3].

Выразим движущую силу массопередачи Δ x '_ср в кг/м³ по уравнению (9.19) из [3]:

Объем сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по [3] с. 299:

V _c = 0,1961/ (0,652· 0,0202) = 14,881 м³.

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи по [3] формула (9.21):

V _п = Q _п / (К _υ Δ t _ср), (3.33)

где Q _п – расход тепла на прогрев материала до температуры t _м1, кВт;

K _υ – объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³·К);

Δ t _ср – средняя разность температур, град.

Расход тепла Q _п, кВт, рассчитывается по [3] формула (9.22):

Q _п = G _к с _м(t _м1 – θ ₁) + W _в с _в(t _см1 – θ ₁), (3.34)

Q _п = 2,859 · 0,797 (74 + 6) + 0,1961 · 4,19 (74 + 6) = 248,023 кВт.

Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравне­нию (9.23) из [3]:

К _υ = 16 (ω ρ _ср)^0,9 n ^0,7 β ^0,54, (3.35)

К _υ = 16 · 1,069^0,9 · 5^0,7 · 20,6^0,54 = 268,514 Вт/м³·К = 0,269 кВт/м³·К.

Для вычисления Δ t _ср необходимо найти температуру сушильного агента t _x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t _м1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса (по [3] формула (9.24)):

Q _п = L _сг (1 + x ₁) c _г (t ₁– t _x), (3.36)

248,023 = 0,9132 (1 + 0,04627) 1,136(720– t _x),

откуда t _x = 491,5 °С. Средняя разность температур равна (по [3] формула (9.25)):

Δ t _ср = [(t ₁ – θ ₁) + (t _x – t _м1)] / 2, (3.37)

Δ t _ср = [(720 + 6) + (591,5 – 74)] / 2 = 571,8 °C.

Подставляем полученные значения в уравнение (3.):

V _п = 248,023 / (0,269 · 571,8) = 1,612 м³.

Общий объем сушильного барабана V, м³, по [3] формула (9.21):

V = 14,881 + 1,612 = 16,49 м³.

Далее по справочным данным находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.

Выбираем барабанную сушилку: диаметр d = 1 м, длина l = 4 м, по [8].

Определим среднее время пребывания материала в сушилке τ (с) по [3] формула (9.29):

τ = G _м / (G _к + W / 2), (3.38)

Рабочая скорость газов на выходе из барабана ω, м/с, по [3] с. 302:

Рабочая скорость газов на выходе из барабана меньше 2 м/с, что не превышает допустимую скорость уноса наименьших частиц.

Количество находящегося в сушилке материала (в кг) равно по [3] формула (9.30):

G _м = V β ρ _м, (3.40)

G _м = 16,49 · 0,206 · 1500 = 5095,41 кг,

τ = 5095,41 / (2,859 + 0,1961 / 2) = 1723 с.

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана по [3] формула (9.31):