Пересчет габаритов аппарата в реальных условиях конвективной сушки

Зная расход сушильного агента в реальных условиях пересчитаем габариты аппарата:

1) Площадь и диаметр газораспределительной решетки

2) Высота аппарата

Н_сеп.= 6 · 0.63 = 3.78 м

Высота аппарата над распределительной решеткой H_апп= 3.78 + 0.63 = 4.41 м. Общая высота аппарата –Н_общ= 4.41 + 1.98 = 6.39 м.

Сопротивление псевдоожиженного слоя, газораспределительной решетки и общее сопротивление сушилки

Определение порозности псевдоожиженного слоя в рабочем состоянии

Порозность псевдоожиженного слоя в рабочем состоянии может быть найдена по формуле [Error: Reference source not found, стр. 307]:

Учитывая, что при 140^оС плотность сушильного агента (воздуха) равна= 0.85 кг/м³, вязкость воздуха= 2.40 · 10^–5Па·с, скорость сушильного агента по расчету в идеальном процессе сушкиw= 1.81 м/с и диаметр частиц влажного материалаd₀= 2 ·10^–3м, найдем критерий Рейнольдса по формуле [Error: Reference source not found, стр. 307]:

Критерий Архимеда [Error: Reference source not found, стр. 307] (_тв= 0.85 кг/м³– плотность влажного материала):

Таким образом, порозность псевдоожиженного слоя равна:

Сопротивление псевдоожиженного слоя[Error: Reference source not found, стр. 310]

Па

Сопротивление газораспределительной решетки и выбор живого сечения

Выбор живого сечения необходимо выполнять таким образом, чтобы обеспечивалось равномерное газораспределение. Для этого необходимо определить минимальное сопротивление решетки, достаточного для псевдоожижения слоя и его растекания в случае частичного внезапного обнажения решетки. Через отверстия в обнаженной части решетки будет проходить большее количество газа, и их сопротивление окажется больше сопротивления участков решетки, покрытых материалом [⁷]. Для того, чтобы скорость газа в отверстиях, покрытых твердым материалом, не упала ниже скорости начала псевдоожижения, должно выполняться условие:

Р_реш> (Р_реш)^min

Расчет сопротивления решетки ведем по формуле [Error: Reference source not found, стр. 310]:

где = 1.75 – коэффициент сопротивления решетки;

F_c= 0.03 – доля живого сечения решетки, принимаемая в интервале 0.02 – 0.1;

= 0.85 кг/м³– плотность сушильного агента (воздуха) при 140^оС;

w= 1.81 м/с – скорость сушильного агента.

Па

Минимальное сопротивление решетки [Error: Reference source not found, стр. 310]:

где K_w= 1.5 – рабочее число псевдоожижение (выбор этого числа см. расчет рабочей скорости сушильного агента в процессе идеальной сушки);

₀= 0.4 – порозность неподвижного слоя для шарообразных частиц.

Па

Таким образом, выполняется поставленное условие Р_реш> (Р_реш)^min, следовательно выбор доли живого сечения был сделан правильно.

Общее гидравлическое сопротивление сушилки [Error: Reference source not found, стр. 310]:

Па

Число отверстий распределительной решетки[Error: Reference source not found, стр. 308]

где D_р= 1.98 м –диаметр распределительной решетки;

d₀= 0.002 м – диаметр отверстий решетки.

рис. 4. Газораспределительная решетка

отверстия

Шаг отверстий [Error: Reference source not found, стр. 309]

м = 10 мм

м = 9 мм

Подбор и расчет калориферов

В калориферной установки подогревается воздух в количестве 5.94 кг/с (см. расчет процесса идеальной сушки) от начальной температуры 20.3^оС (средняя температура окружающей среды для г. Липецка) до конечной температуры 140^оС (при такой температуре воздух должен входить в сушильный аппарат). Давление греющего пара 0.6 МПа. В данном разделе необходимо установить тип калориферов, провести расчет их основных параметров и выбрать их габаритные размеры.

Перед основным расчетом проведем определение температуры греющего пара. Ее определяют экстраполяцией по данным из источника [Error: Reference source not found, т. LVII, с. 532] (см. рис. 5).

рис. 5. Определение температуры греющего пара по его давлению.

P_{гр.пара}= 0.6 МПа

t_{гр.пара}= 159^оС

В настоящее время промышленностью выпускаются только калориферы с биметаллическим спирально-накатным оребрением типа КП3-СК-01 АУЗ и КП4-СК-01 АУЗ. Выберем основным калорифер КП4-СК-01 АУЗ – большая модель, – поскольку он характеризуется более высокими теплохимическими показателями, а большая модель обеспечит необходимую производительность по горячему воздуху.

Рассмотрим два варианта калориферной установки – с одним и двумя калориферами в ряду (см. рис. 6)

рис. 6. Калориферные установки с одним и двумя калориферами в ряду.

Допустимые скорости движения воздуха во фронтальном сечении калорифера V_= 2 – 7 кг/м²·сек. Расчет скорости во фронтальном сечении установки с одним калорифером в ряду ведем по формуле:

с двумя калориферами в ряду:

где G– количество подогреваемого воздуха,f_в– площадь фронтального сечения калорифера для прохода воздуха.

Используя справочные данные [⁸, т. 13, с. 26], составим таблицу (табл. 1)

№ кал.	fв, м^2	V 1ряд, кг/м^2·сек	V 2ряда,кг/м^2·сек
6	0.267	19.850	9.925
7	0.329	16.109	8.055
8	0.392	13.521	6.760
9	0.455	11.648	5.824
10	0.581	9.122	4.561
11	1.660	3.193	1.596
12	2.488	2.130	1.065

табл. 1. Выбор калориферов по скорости движения воздуха во фронтальном сечении (жирным выделены те скорости, которые удовлетворяют условиюV_= 27 кг/м²·сек).

Для последующего рассмотрения пригодны установки №11-12 для однорядных и №8-10 для двурядных калориферов.

Оценим величины теплопередачи в зависимости от скорости воздуха во фронтальном сечении калориферной установки и рассчитаем необходимую поверхность теплообмена установки по формуле:

где k– коэффициент теплопередачи (Вт/м²·град) в зависимости от скорости воздуха для каждого из калориметров [Error: Reference source not found, т. 16, с. 28];Q– мощность калориферной установки;Q=G·C· (t_к–t_н) = 5.94 · 1.01 · (140 – 20.3) = 718.13 кВт;t– температурный напор:

' = 159 – 20.3 = 138.7 ^oC; '' = 159 – 140 = 19 ^oC

Расчет необходимой поверхности и выбор констант теплопередачи сведем в таблицу

№ кал. КП4-СК-01 АУЗ	установка с одним калорифером в ряду		установка с двумя калориферами в ряду
	k, Вт/(м^2·град)	Fн, м^2	k, Вт/(м^2·град)	Fн, м^2
8	–		58.2	204.97
9	–		53.9	221.32
10	–		47.6	250.61
11	39.5	302.00	–	–
12	32.6	365.92	–	–

табл. 2. Определение F_ни выборk.

Значения констант теплопередачи определялись по данным [Error: Reference source not found, т. 16, с. 28] в зависимости от скорости воздуха соответствующей калориферной установки интерполированием.

Число рядов калориферной установки и сопротивление каждой из установок определим по следующим формулам:

;

Запас по поверхности теплообмена на приемлемых вариантах калориферных установок определяется следующим образом:

где F_д– действительная поверхность, м²;F_д=F·n(F– поверхность одного калорифера)

№	F, м^2	сопротивление одного калорифера Pкалорифера, Па	установка с одним калорифером в ряду				установка с двумя калориферами в ряду
			число рядов n	сопрот-е установки Pу, Па	Fд, м^2	F, %	число рядов n	сопрот-е установки Pу, Па	Fд, м^2	F, %
8	25.52	220.2	–	–	–	–	4	1761.6	102.08	50.20
9	29.57	168.8	–	–	–	–	4	1181.6	118.28	46.56
10	37.66	112.3	–	–	–	–	3	673.8	112.98	54.92
11	110.05	60.9	3	182.7	330.15	9.98	–	–	–	–
12	166.25	30.7	2	61.4	332.50	–	–	–	–	–

табл. 3. Расчет запаса по поверхности.

Запас по прочности поверхности нагрева установки составляет 10 – 20 %. Меньший запас недостаточен для компенсации возможного уменьшения теплопроизводительности калориферной установки, обусловленного отклонением фактических значений константы теплопроводности от их паспортных показателей, а также загрязнением поверхности в процесс эксплуатации. Запас в размере, превышающий рекомендованный, увеличивает стоимость установки.

Примем также критерий сопротивления установки P_уне более 250 Па. Таким образом, двум критериям соответствует лишь одна установка – №11 – с небольшим недостатком рекомендованного запаса по прочности поверхности нагрева.

Окончательный выбор. Проведя все необходимые расчеты и сравнив полученные значения с рекомендованными, приходим к выводу, что наилучший вариант – трехрядная калориферная установка с одним калорифером типа №11 в ряду. Схема такой установки приведена ниже (см. рис. 7)

рис. 7. Схема используемой калориферной установки.

Г

рис. 8. Калорифер КП411-СК-01 АУЗ.

абариты калориферной установки.

На Error: Reference source not found представлена калориферная установка с вынесенными размерами. Эти размеры соответствуют размеру одного калорифера. Принимая, что установка представляет собой единый блок, собранный из трех последовательных калориферов, определим габариты всей калориферной установки:

Высота – 1727 мм

Длина – 180 · 3 = 540 мм

Ширина – 1051 мм