барабанная сушилка 2000

(3.7)

где <1.0 - коэффициент теппоотдачи от внешней поверхности ба­ раб~на к ОiEружающей среде и может быть рассчитан по формуле

(7]
IY	Q 74 .1- О 07(8 _. I ).			(3.8)
~·;..o	-- ,/:" . .	~'	00'

где 9, ,-, - температура, соответственно, наружной поверхности

изоляционного слоя барабана и окружающей среды (если уста­

новка располагается в помещении, тогда е = 30 + 50 ос, а to =

15 + 20 ОС);

DII - диаметр барабана с учетом толщины изоляции, м. Удел~ные потери тепла с материалом рассчитываются по

формуле:

(3.9)

где Н1 И Н2 -- энтальпия влажного материала, соответственно, на

выходе и входе барабана, кДж/кг С.м.

В свою очередь, энтальпия влажного материала может

быть рассчитана по формуле:

Н2 =Сс.м.·( +и2 'Св . (,

(3.10)

где Сс.м., Св. - теплоемкость, соответственно, сухого материала и

влаги; ( - температура материала на выходе из барабана.

Распола,-ая величиной А, приступаем к построению линии

реальной сушки в координатах I-X. ДNЯ чего достаточно задать­

ся произвольным значением Х; с помощью уравнения (3.6) опре­

делить сопряженное значение 1; определить положение произ­

вольной точки в I-X координатах (рис. 3.1); соединить эту точку с точкой 1 и продолжить эту линию до пересечения с известным параметром воздуха на выходе из барабана (например cp~.

npuмерЗ.6.

Оllределить удельные потери тепла в окружающую среду изолированным барабаном, диаметр которого равен 2,2 м, а дли­ на 12м, если барабанная сушилка располагается в помещении, а количество удаляемой впаги равно 0,118 кг/с.

Решенuе

3адаемся температурой наружной поверхности изоляции е =40 ОС, а температурой окружающей среды to =20 ос. Диаметр барабана с изоляцией принимаем равным диаметру барабана

9

www.mitht.ru/e-library

без изоляции, т.е. Ом =2,2 м. Рассчитаем коэффициент теплоот­ дачи от наружной поверхности барабана к окружающей среде:

ао = 9,74 + 0,07· (40 - 20)= 11,14Вт/(м2·град).

Тогда удельные потери тепла в окружающую среду будут

равны

_ 11,14· (40 - 20). 3,14·2,2 ·12 -1565 кдж!
qo -	- ,	КГ уд.вл.
	0,118

Прuмер3.7.

Определить удельные потери тепла С материалом в усло­ виях примера 3.1., если известно, что температура материала на входе в барабан равна 5 ос, температура воздуха на выходе из

барабана составляет 40 ОС, а теплоемкость сухого материала

равна 0,8 кДж!к·гград

Решение

Рассчитаем энтальпию материала на входе и выходе бара­

бана, полагая, что речь идет о прямоточной сушилке И, принимая,

что ( = '2 -1Оос

Н) = 0,8·5 + 0,087 . 4,19·5 = 5,82 ~KГ С.М.

Н2 =0,8· 30+0,0101· 4,19·30 =25,27 ~KГ С.М.

Тогда удельные потери тепла с материалом могут быть рассчитаны по формуле (3.9.)

_ 1,534· (25,27	- 5,82) _ 252 9 .,. П,.,./
qM -	-	,	1V-YN КГ уд.вл.
0,118

Прuмер3.8.

Определить параметры воздуха на выходе из сушильного барабана, если известно, что: температура воздуха на входе в

барабан t1 = 100 ОС;	влагосодержание	на входе	в барабан
Х1 =0,008 кг вл.lкг а.с.в.; относительная		влажность	воздуха на
выходе из барабана <1>2	=70% удельные потери тепла в окружаю­

щую среду и с материалом равны qo = 156,5 кДж!кг уд.вл., qm = 252,9 кДжIкг уд.вл.

Решение

Рассчитаем сумму удельных потерь тепла

А = -409,4 кДж/кг Уд.ВЛ.

10

www.mitht.ru/e-library

Задаемся произвольным значением влагосодержания воз­

духа Х> Хо, например Х = 0,020 кг вл.lкг а.С.В. и находим сопря­

женное ему значение теплосодержания по уравнению (З.6.)

/- /, = (Х-Xo)i\

/=(х - Хо)'i\ + /1 =(0,020- 0,008). (-49,4)+ 123 =

=118,1 кДж.

КГБ.

(11 было найдено ранее, см. пример 3.4.)

Находим положение произвольной точки (X,I) в поле диа­ граммы I-X. Соединяем полученную точку с точкой 1 (X1,t1) и продолжаем линию реального процесса до пересечения с линией

'Р2 =70%. Находим положение точки 2 и соответствующие ей па­

раметры: t2 = 37,7 ОС; 12 =114.2 кДжfкг а.С.В.; Х2 =0,0292 кг вл.lкг а.С.В.

3.2.1.5. Расчет потребного расхода воздуха в реалЬНОй сушилке

Потребный расход воздуха в реальной сушилке может быть

выражен: через массовый расход а.С.В., Lj через массовый рас­ ход влажного воздуха, Lan.; через объемный расход влажного воздуха; - соответственно, по формулам (3.11.), (3.12.) и (3.13.)

L=[·W,кга.С.Б./С.	(3.11.)
L,л. =L(l +Х), кг/с.,	(3.12.)
V = V •L, м3/с.;	(3.13.)
o

где Vo- условный удельный объем воздуха, который может быть

рассчитан по формуле (3.14.)

	v: _R,· Т,,(0,622 + х)			(3.14.)
	0 -	0622.В	'
где R. -		,
	газовая постоянная для воздуха, равная 287 Джlкг К;
Тв -	температура воздуха, К; В -		барометрическое давле­
ние, Па.

Пример 3.9.

Определить объемный расход воздуха на выходе из бара­ бана сушильной установки, если параметры воздуха имеют сле­ дующие значения: t2 = З7,7 ОС, Х2 =0,0292 кг/кг; Х1 =0,008 кг/кг; а количество удаляемой влаги в сушилке составляет 0,118 кг/с.

Решение

Определяем удельный расход воздуха по формуле

11

www.mitht.ru/e-library

1=	=	1	=47,2	КГ а.С.В./КГ УД.ВЛ.

Х2 -хо 0,0292-0,008

Тогда массовый расход а.С.В. будет равен

L = Z. W = 47,2'0,118 = 5,57 КГ а.С.В./С.

Условный удельный объем отработанного воздуха рассчитываем по формуле (3.14.)

Vо	= 287· (273 + 37,7). (0,622 + 0,0292) = о939	3/
	,	М кг а.С.В.
	0,622·745 ·133,4

Объемный расход влажного воздуха получаем, воспользо­

вавшись формулой (3.13.)

V =0,939· 5,57 =5,23 м3/с.

3.2.2.Расчет скорости движении воздуха на Bl:tlXOAe барабанной сушилки

Скорость движения сушильного агента в выходном сечении барабана W. связана с диаметром последнего 06 уравнением расхода (3.15.)

v = ~б • (1 - р).We ,

(3.15.)

где р - коэффициент заполнения барабана, или доля сечения барабана, занятая высушиваемым материалом. КоЭФФициент

заполнения изменяется с изменением типов внутренних уст­

ройств барабана (лопастная система, распределительная систе­ ма, перевалочная система с закрытыми ячейками, комбиниро­

ванная), с изменением диаметра подпорного кольца на выходе из

барабана высушенного материала, с изменением свойств мате­

риала; и может колебаться от 0,05 до 0,30. Этот параметр про­ цесса определяет среднее время пребывания материала в бара­ бане и, следовательно, должен быть задан по заданию на курсо­

вое проектирование, так как время сушки уже известно по зада­

нию в неявном виде в форме напряжения по влаге Н.

Пример 3.10.

Рассчитать скорость движения воздуха на выходе из бара­ банной сушилки, если диаметр барабана равен 2,2 м., коэффи­ циент заполнения барабана высушиваемым материалом - 0,15,

а объемный расход влажного воздуха на выходе из барабана ра­

вен 5,23 мЗ/с.

12

www.mitht.ru/e-library

Решение

Находим внутренний диаметр барабана, учитывая, что [6] толщина стенки барабана 12 мм., Dбвн = JJб - 2S = 2200-

24 = 2176 мм.

ПО формуле (3.15.) определяем скорость воздуха:

W =	2 V	5,23 2	=1,655 м/с.
e	!!P.~(1- /3)	0,785·2,176	·0,85
	4

3.2.3. Проверка найденного значения диаметра барабана по

допустимой скорости сушильного areHTa в барабане

При сушке материал и сушильный агент обычно движутся параллельно в прямотоке [4J. При этом достигается высокая ин­ тенсивность сушки и минимальные затраты тепла. Кроме того, материал сохраняет начальные свойства, т.к. в процессе его суш­ ки не перегреваются даже самые мелкие частицы. Противоточное же движение материала и сушильного агента обычно используют, если необходимо совместить сушку с другим процессом, напри­

мер, с прокаливанием (сушильный агент - топочные газы).

Наиболее простой зависимостью связана допустимая ско­ рость сушильного агента в барабане с дисперсностью и плотно­ стью частиц материала в случае прямотока. В таблице 3.1. пред­ ставлена зависимость допустимой скорости сушильного агента в

барабане от кажущейся плотности материала и от размера час­

тиц.

				Табл. 3.1.
Средняя скорость сушильного агента в барабане, мlc.
Размер частиц,		Кажущаяся плотность, кг/м3
ММ.		350	1000		1400	1800		2200
0,3+2		0,5+1	2+5		3+7,5	4+8		5+10
Более 2		1+3	3+5		4+8	6+10		7+12
Для полидисперсного материала с размером частиц от 0,2
до 5 мм. и р" =800+ 1200			КГ/М? обычно принимают среднюю

скорость сушильного агента и: = 2+5 "flc.

13

www.mitht.ru/e-library

Прuмер 3.11.

В условиях примера 3.10. проверить найденное значение диаметра барабана по допустимой скорости сушильного агента в

барабане, если кажущаяся плотность материала.А< =1000 кг/мЗ, а

размер частиц колеблется от 0,2 до 5 мм.

Решение

Найденное значение диаметра барабана обеспечивает

скорость движения сушильного агента не превышающую допус­

тимую; 1,655 < 2.

Более объективной проверкой найденного значения диа­ метра барабана может служить предельная доля высушенного

материала, унесенного сушильным агентом в пылеосадительное

устройство, которая, в свою очередь, определяется пропускной

способностью пылеосадительного устройства по твердому мате­

риалу. Пропускная способность, так например, циклона может

быть найдена из его характеристики, как допускаемая запылен­

ность газа на входе в циклон (9). При этом расчетная доля высу­

шенного материала, унесенного сушильным агентом, должна

быть меньше предельной. Расчетная доля материала, унесенно­

го сушильным агентом из барабана, определяется по критиче­ скому диаметру частиц и кривой распределения массы высушен­ ного материала по диаметру частиц (подробнее этот вопрос бу­ дет рассмотрен в разделе «Пылеосадительные устройства»).

3.2.4. Расчет потребного расхода суwильного агента в случае

суwки топочными газами

'

В химической промышленности, помимо воздушной сушки, широко применяется сушка дымовыми газами (5). В качестве топ­

лива могут быть использованы твердые, жидкие или газообраз­

ные вещества.

Однако, для обеспечения высокой чистоты дымовых газов,

а следовательно, и продукта, в качестве топлива применяются в

последнее время только жидкие или газообразные вещества. Принципиальная схема сушильной установки для сушки то­

почными газами представлена на рис. 3.2.

В топочной камере 1 (камере сгорания) сгорает топливо при

некотором коэффициенте избытка воздуха. Образующиеся ды­ мовые газы поступают в камеру смешения 2, где смешиваются с наружным воздухом, количество которого зависит от требуемой температуры газовоздушной смеси t1. Смесь с температурой t1

поступает в сушилку 3 и выходит опуда с температурой t2•

14

www.mitht.ru/e-library

1					2	материал			3
							t'M
Воздух
		,-----1...._-,
to, <1>0, 10
						Воздух			t",..
	Топливо					to , еро. 10

Газовая сушилка более экономична, чем воздушная. Рас­ ход топлива в газовой сушилке примерно в два раза меньше, чем

в воздушной сушилке (при тех же параметрах сушильного аген­

та).

Рассмотрим последовательно методы расчета расхода су­ шильного агента в случае: а) топливо - твердое или жидкое; б)

топливо - газообразное.

3.2.4.1. Расчет потребного РВсхода moпочных газов в случае твердого или жидкого топлива

Расчет потребного расхода топочных газов на входе в су­

шильную камеру начинают с расчета удельного теоретического

расхода воздуха (первичного воздуха) в топке.

Состав рабочего топлива может быть представлен в виде:

	кг углерода		Р	кг водорода	+ sP	кг серы	+
еР	кг топлива	+н		кг топлива		кг топлива
	кг кислорода			кг влаги		кг золы
+ аР	кгтоплива		+ wPкгтоплива + Ч'Р кгтоплива- 1

Тогда теоретический расход кислорода на сгорание 1 кг то­

плива определяют согласно реакциям горения.

С + 02 = С02 => на сжигание 1 кг С требуется 2,67 кг кислорода. 2Н2 + 02 =2Н2О => на сжигание 1 кг Н2 требуется 8 кг кислорода. 8 + 02 =802 => на сжигание 1 кг 8 требуется 1 кг кислорода.

Следовательно, теоретический расход кислорода на сгора­ ние 1кг топлива будет равен

15

www.mitht.ru/e-library

'о	=(2,67. еР + 8НР + sP _ аР) КГ кислорода.
2	кг топлива

Но в воздухе массовое содержание кислорода составляет

23.2%. Поэтому теоретический расход воздуха на сжигание 1 кг

топлива будет равен:

'т =4,31· (2,67. еР +8НР + sP - аР) кг возд/кгтопл. (3.16)

Удельный действительный расход первичного воздуха больше теоретического на величину коэффициента избытка воз­

духа. который может быть определен по формуле

21 а =, (3.17.)

21-02г

где 02г - содержание кислорода в продуктах сгорания (3+5%).

11 =IT·a

(3.l8.)

Действительный расход первичного воздуха рассчитывает­

ся по Формуле (3.19.)

L1 = /1 ·Б

(3.19.)

где В - расход топлива, кг/с.

Прuмер 3.12.

Рассчитать удельный действительный расход первичного воздуха в топочной камере сушильной установке, если в качестве

топлива используется мазут, а содержание кислорода в продук­

тах сгорания можно принять равным 3,5 %.

Решение

Находим состав рабочего топлива [1 О]. еР = 0,842;

HP=0,122; ОР =0,0045; sP =0,0015; W =0,03; чsР =0.000

Определяем теоретический расход первичного воздуха на

сжигание 1 кг мазута (по формуле 3.16.)

lт =4,31· (2,67 ·0,842 + 8·0,122 + 0,0015 - 0,0045) =13,88 кгв.

кгт.

определяем коэффициент избытка воздуха (по формуле

3.17.)

21 а= =12

(21-з,5) ,

Определяем удельный действительный расход первичного

воздуха

16

www.mitht.ru/e-library

I1 =13,88 . 1,2 =16,66 кг возд./кг топл.

Для расчета сушилки, работающей на топочных газах, мож­ но пользоваться диаграммой Рамзина, так как физические свой­

ства топочных газов и воздуха различаются незначительно. По­

этому для определения температуры топочных газов на выходе

топочной камеры достаточно рассчитать их влагосодержание, Хт, и энтальпию, Iт•

8лагосодержание топочных газов на выходе из топки может

быть определено как отношение между массой паров влаги в то­ почных газах и массой сухой части топочных газов

Хт =~кг вл./кг С.Т.г.,	(3.20.)
gc.m.2.

где gn есть масса паров влаги в топочных газах из расчета на 1 кг

топлива, кг вл.lкг топл., а gO.T.Г. есть масса сухой части топочных

газов из того же расчета, кг C.T.r.lKr топл.

При этом

gn = I1Хо + w' + 911' + Wr,

(3.21.)

где 9НР есть масса влаги, образующаяся в процессе горения во­

дорода, содержащегося в 1 кг топлива согласно реакции 2Н2 + ~ = 2Н2О, а Wт-t.tacca водяного пара, применяемого для

дутья.

Масса сухой части топочных газов может быть рассчитана

по формуле
gc.m.2. = I1		+1- Ч'Р - W р -		9Нр , кг С.Т.Г./КГ ТОПЛ. (3.22.)
Таким образом окончательно имеем
ХТ	_11 'Хо +WP +9НР			+WT
	-	р	р	р , КГ вл./кг С.Т.Г. (3.23.)
	11	+1-'1' -W	-9Н

Энтальпию топочных газов на выходе топочной камеры оп­

ределяем из уравнения теплового баJiанса этой камеры из расче­

та на 1кг топлива.
Р	.'	=
СТ ·(т +QB	-1'/т +/1 ·10 +Wr 'ln

=V1	(3.24.)
	+(l-\}Ip)-WP-9НР Ут +\}IP -СЗ-11

где СТ, ТТ - СООтветственно, теплоемкость и температура топли­

ва; Q; - высшая теплотворная способность топлива, при отсут-

17

www.mitht.ru/e-library

ствии справочных данных для твердого и жидкого топлива может

быть рассчитана по формуле Менделеева

Q; =33,9СР +125,5НР +10,9{SP +ОР),МДжIкг~(з.25.)

llT - коэффициент полезного действия топки, может быть

принят равным 0,95; 10 - знтальпия свежего воздуха

in' - энтальпия пара, применяемого для дутья;

Сэ, tэ - теплоемкость и температура золы.

Таким образом, энтальпия топочных газов на выходе из то­

почной камеры будет равна						~.;: .:!}_.!.1..		кДж
/т =С		+	r	+--'1 -;0 +W;	.'
	Т • t r	QB		'1]	'ln				(3.26.)
			/1	+ (1- ч' )- W - 9Н				КГС.Т.Г.

Температура топочных газов на выходе из топочной камеры

определяется по диаграмме Рамзина по найденным значениям Хт

и IT.

Пример 3.13.

Определить влагосодержание топочных газов на выходе из топочной камеры, если в качестве топлива используется мазут,

состав которого найден в предыдущем примере, а для сжигания

топлива используется пневматическая горелка, Т.е. пар не ис­

пользуется для дутья. ха =0,008 кг вл.lкг св. Удельный расход первичного воздуха равен 16,66 кг а.С.вJкгтопл.

С целью понижения температуры топочных газов в топоч­ ной камере (для защиты кладки от высоких температур) часть

вторичного воздуха поступает непосредственно в камеру сгора­

ния 1'2=18 кг a.C.B.lKr топл.

Решение

Определяем влагосодержание топочных газов по формуле (3.23.) с учетом того, что: для дутья испОЛЬЗУЮТ воздух, а не во­ дяной пар, Т.е. Wr =О; содержание золы равно нулю; наряду с

первичным воздухом в топочную камеру подается часть вторич­ ного воздуха.

	•		Р	+ 9· Н		Р
Хm =	/1 . ХО + '2 . ХО + W					=
	1	Р		9 . Н	Р
	/1 + '2 + 1- W -

=16,66·0,008 + 18·0,008 + 0,03 + 9· 0,122 =О 0407 кг ВЛ.

16,66 + 18 + 1- 0,03 - 9· 0,122	'кг С.Т.Г.
18

www.mitht.ru/e-library