Рассчитать барабанную сушилку для сушки аммиачной силитры. Производительность установки по высушенному материалу

ЗАДАНИЕ

Рассчитать барабанную сушилку для сушки аммиачной силитры. Производительность установки по высушенному материалу

G₂ = 3590 кг/ч = 0,997 кг/с.

Средний диаметр частиц материала d_ч = 1,1 мм.

Влажность материала: начальная w₁^с =5,3%, конечная w₂^с =0,25%.

Температура материала:

­­­­­­– начальная Ѳ₁=17 ⁰С;

– конечная Ѳ₂=50,6 ⁰С.

Материал – аммиачная силитра, сушильный агент - воздух наружный.

Параметры сушильного агента:

– температура t₀ = 18 ⁰С;

– влажностью j₀ = 50%.

Воздух подогревается в паровом калорифере до температуры

t₁ = 133 ⁰С. Температура сушильного агента на выходе из сушильной камеры

t₂ = 60,6 ⁰С.

Давление греющего пара в калорифере P = 0,6 МПа.

1. Из уравнения материального баланса определяем расход испаряемой влаги:

, (1)

где w₁^с,w₂^с – влажность материала, %;

G₂ – производительность установки по высушенному материалу, кг/с;

=0,05 кг/с

2. Производительность по влажному материалу:

, (2)

где W – расход испаряемой влаги, кг/с;

3. Из уравнения теплового баланса определяем массовый расход сушильного агента (без учета присосов) L₁^/.

, (3)

где Q_исп – количество тепла, расходуемое на испарение влаги, кВт;

Q_мат – количество тепла на нагрев материала, кВт;

Q_пот – потери теплоты в окружающую среду через ограждения и изоляцию, кВт;

С₁ – удельная теплоемкость влажного сушильного агента, кДж/кг·гр;

Q_прис – теплоты на нагрев присосов воздуха, кВт.

Определим количество тепла, расходуемое на испарение влаги:

(4)

где r (0⁰C) =2500 кДж/кг [1] – теплота парообразования при температуре 0⁰С;

C_п = 1,86 кДж/кг·гр [1] – теплоемкость пара;

C_вл = 4,19 кДж/кг·гр [1] – теплоемкость влаги.

Согласно формуле (4):

Q_исп = 0,05·(2500+ 1,86·(60,6-0)-4,19·(17-0)) = 127 кВт

Определим количество тепла на нагрев материала:

Q_мат = G₂ ·C_м2·(Ѳ₂-Ѳ₁), (5)

где C_м2 – теплоемкость влажного материала [4];

Ѳ_1, Ѳ₂ – температуры материала до и после сушилки.

C_м2 = C_сух.м· , (6)

где C_сух.м = 0,923 кДж/кг·гр [2] – теплоемкость сухого материала.

C_м2 = 0,923· кДж/кг·гр

Тогда, согласно формуле (5):

Q_мат = 0,997·0,91 ·(50,6 -17) = 30,5 кВт

Определим потери теплоты в окружающую среду через ограждения и изоляцию:

Q_пот = W·q_пот (7)

где q_пот – удельные тепловые потери, задаемся в приделах 100-250 кДж/кг исп.вл [3].

Принимаем q_пот = 200 кДж/кг исп. вл, тогда:

Q_пот = 0,05·200 = 10 кВт

Рис.1 – Действительный процесс сушки в I - d диаграмме.

Определяем параметры сушильного агента по I – d диаграмме (рис. 1):

т. «0» – параметры наружного воздуха:

– температура t₀ = 18 ⁰C;

– относительная влажность j₀ = 50%;

– влагосодержание d₀ = 7 г/кг с.в.;

– энтальпия I₀ = 35 кДж/кг

– порциальное давление Р_по = 7,5 мм рт ст = 1000 Па;

т.«1» – характеризует параметры состояния сушильного агента на входе в сушильную камеру:

– температура t₁ = 133 ⁰C;

– влагосодержание d₀ = d₁ = 7 г/кг с.в.;

– энтальпия I₁ = 157 кДж/кг;

– порциальное давление Р_п1 = 7,5мм рт ст = 1000 Па;

«1» - «2т» – процесс изменения состояния сушильного агента в теоретической сушильной камере (если нет потерь);

«2т» – состояние сушильного агента на выходе из теоретической сушильной камеры:

– температура t_2т = 60,6 ⁰С;

– влагосодержание d_2т = 35 г/кг с в;

– энтальпия I₁ = I_2т = 157 кДж/кг;

– порциальное давление Р_п2т = 33 мм рт ст = 4300 Па

Удельная теплоемкость влажного сушильного агента [3]:

С₁ = 1_кг.с.в.·С_{сух.в-ха} + d₁ · 10^-3 ·1_{кг.пара} · С_пара , (8)

где С_{сух.в-ха} – теплоемкость сухого воздуха, ровна 1,005 кДж/кг·гр [1];

d₁ – влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру, г/кг с в;

С₁ = 1_кг.с.в.·1,005 + 7·10 ^-3·1_{кг.пара}·1,86 = 1,018 кДж/кг·гр

Расход сушильного агента, согласно формуле (3):

= 2,3 кг/с

4. Определяем расход сушильного агента с учетом присосов воздуха.

Принимаем величину присосов воздуха G_прис = 5% от расхода сушильного агента (без учета присосов воздуха) L₁. Тогда:

G_прис = 0,05· L₁^/ = 0,05·2,3 = 0,115 кг/с

Теплота на нагрев присосов воздуха ровна:

Q_прис = G_прис· С_в-ха ·(t₂ - t₀), (9)

где С_в-ха – удельная теплоемкость воздуха [1], равная 1,005 кДж/кг·гр;

Q_прис = 0,115·1,005 ·(60,6-18) = 5 кВт

Расход сушильного агента с учетом присосов воздуха (согласно формуле (3)):

= 2,34 кг/с

5. Определяем параметры состояния сушильного агента на выходе из

реальной сушильной камеры (точка 2, рис.1). Теоретическая сушильная камера – это сушильная камера без потерь и процесс в ней происходит при постоянном теплосодержании. В нашем же случае есть потери.

Определяем расход сушильного агента без учета влаги:

(10)

=2,32 кг с.в./с

Удельный расход сухого воздуха:

(11) = 46,4 кг с.в./кг исп.вл.

Из формулы (11) находим влагосодержание в т.2:

г/кг с в

Тогда состояние сушильного агента на выходе из реальной сушильной камеры (точка 2):

– температура t₂ = 60,6 ⁰С;

– влагосодержание d₂ = 29 г/кг с в;

– энтальпия I₂ = 140 кДж/кг;

– порциальное давление Р_п2 = 32мм рт ст = 4267 Па

6. Расчет и выбор сушильной камеры барабанной сушилки.

Напряженность по испаряемой влаге определяется по таблице [3] и для аммиачной силитры А = 5 кг/м³·час.

Определяем объем сушильной камеры:

(12)

м³

По найденному объему, используя «Характеристики барабанных сушилок [2]», выбираем барабанную сушилку № 6843 со следующими параметрами:

– объем сушильного пространства V_б = 45,6 м³;

– внутренний диаметр барабана Д_б = 2,2 м;

– длинна барабана L_б =12 м;

– толщина стенок наружного цилиндра δ_ст =1 4·10^-3 м;

– частота вращения барабана n = 5 об/мин.

7. Проверка на унос частиц потоком из сушилки.

Определяем скорость воздуха в барабане:

, (13)

где β – коэффициент заполнения барабана высушенным материалом равен 0,12 [3];

V_суш.аг – объемный расход сушильного агента на выходе из сушилки, м³.

Массовый расход сушильного агента на выходе из сушилки (в точке 2):

, (14)

– расход сушильного агента без учета влаги, кг/с.

Найдем плотность воздуха на выходе из сушилки [1]:

(15)

где В – атмосферное давление, равное 1·10⁵ Па;

R – газовая постоянная, равная [1];

Р_п2 – порциальное давление в точке 2 (на выходе из сушилки), Па.

0,92 кг/м³

Найдем объемный расход сушильного агента на выходе из сушилки:

V_суш.аг. = (16)

V_суш.аг. = =2,6 м³/с

Тогда скорость воздуха в барабане, согласно (13):

Определяем скорость витания (она равна скорости уноса частиц):

, (17)

где – динамическая вязкость сушильного агента (по средней температуре) [3], Па·с;

– критерий Архимеда;

– плотность сушильного агента (по средней температуре), кг/м³ [3];

средний диаметр частиц материала, м.

Критерий Архимеда:

(18)

– плотность частиц материала [3], кг/м³;

– ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с² ;

Средняя температура сушильного агента:

t^ср = 0,5·(t₁+t₂)=0,5·(133+60,6) = 97 ⁰С

Теплофизические свойства сухого воздуха при средней температуре [3]:

= 21,9·10^-6 Па·с;

– = 0,975 кг/м³;

– = 1860 кг/м³.

Найдем критерий Архимеда по формуле (18):

Тогда скорость витания, согласно формуле (17):

Так как скорость сушильного агента меньше скорости витания < , то выбранная сушилка удовлетворяет технологические требования процесса сушки.

8. Определение среднего времени пребывания материала в сушилке.

, (19)

– масса материала, кг;

G₂ – производительность установки по высушенному материалу, кг/с;

G₁ – производительность установки по влажному материалу, кг/с;

= , (20)

– насыпная масса материала, кг/м³;

= = 45,6·0,12·920 = 5034 кг

Тогда среднее время пребывания материала в сушилке, согласно (19):

9. Определим угол наклона барабана:

(21)

1 ⁰

Такой угол барабана удовлетворяет условие 0,5 ⁰ – 6 ⁰ [3], следовательно, сушилка удовлетворяет технологическим требованиям процесса сушки.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике /О. М. Рабинович – М.: Машиностроение, 1973. – 344 с.

2. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий (курсовое проектирование) – Москва: Энергия, 1970. – 408 с.

3. Методические указания к выполнению КП «Расчет барабанной сушильной установки непрерывного действия»/ Товажнянский – Х, ХПИ, 1998.

4. Лыков М.Б., Леончик В.И. Распылительные сушилки – М, Машиностроение, 1966. – 330с.

Дата добавления: 2015-09-29