барабанная сушилка 2009
.pdf(3.7)
где а.о - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности ба
рабана к окружающей среде и может быть рассчитан по формуле
[7]
(3.8)
где е, 10 - 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);
Ом - диаметр барабана с учетом толщины изоляции, м. Удельные потери тепла с материалом рассчитываются по
формуле:
(3.9)
где Н1 и Н2 - энтальпия влажного материала, соответственно, на входе и выходе барабана, кДж/кг С.м.
В свою очередь, энтальпия влажного материала может
быть рассчитана по формуле: |
.1: +U2 'Св .t:, |
|
Н2 =сс,,, |
(3.10) |
где Се•м., Св. - теплоемкость, соответственно, сухого материала и
влаги; ( - температура материала на выходе из барабана.
Располагая величиной А, приступаем к построению линии
реальной сушки в координатах I-X. Для 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 <J>2 или t2)'
ПрuмерЗ.6.
Определить 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 влаги равно 0,118 кг/с.
Решение
Задаемся температурой наружной поверхности изоляции е =40 ОС, а температурой окружающей среды 10 =20 ОС. Диаметр барабана с изоляцией принимаем равным диаметру барабана
11
www.mitht.ru/e-library
без изоляции, Т.е. Dи = 2,2 м. Рассчитаем коэффициент теплоот дачи от наружной поверхности барабана к окружающей среде:
а() =9,74 + 0,07· (40 - 20) = 11,14 вт!(м2·град).
Тогда удельные потери тепла в окружающую среду будут
равны
_ 11,14· (40 - 20). 3,14·2,2 ·12 -1565 П",,/ |
||
qo - |
- |
,K~ 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!кгград
Решение
Рассчитаем энтальпию материала на входе и выходе бара бана, полагая, что речь идет о прямоточной сушилке и, принимая,
что 1~ = t2 -1 О ос
Н} =: 0,8·5 + 0,087·4,19·5 =5,82 кДж/кг С.М.
Н2 =0,8·30+0,010J·4,19·30=25,27 кДж/КГС.М.
Тогда удельные потери тепла с материалом могут быть
рассчитаны по формуле (3.9.) |
|
|
|
|
_ 1,534· (25,27 - 5,82) _ 2S? |
9 |
дж! |
r |
|
q.. - |
-- __, |
|
к |
КГ\Д.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 <р2 = 70% удельные потери тепла в окружаю
щую среду и с материалом равны qo =156,5 кДж!кг УД.вл., qm =252,9 кДж!кг уд.ВЛ.
Решение
Рассчитаем сумму удельных потерь тепла
А = -409,4 кДж/кг УД.вл.
12
www.mitht.ru/e-library
Задаемся произвольным значением влагосодержания
воздуха Х > Хо, например Х = 0,020 кг вл.lкг а.С.В. и находим
сопряженное ему значение теплосодержания по уравнению (3.6.)
1 -11 = (Х-XO)~
f ==(х -Xo)·~+11 =(0,020-0,008).(-49,4)+123=
=118,1 кдж.
КГВ.
(11 было найдено ранее, см. пример 3.4.)
Находим положение произвольной точки (X,I) в поле диаграммы I-X. Соединяем полученную точку с точкой 1 (X1,t1) И
продолжаем линию реального процесса до пересечения с линией
<р2 =10%. Находим положение точки 2 и соответствующие ей параметры: t2 = 37,7 ОС; 12 =114,2 кДж/кг 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., L; через массовый расход влажного воздуха, Lвл.; через объемный расход влажного воздуха; - соответственно, по формулам (3.11.), (3.12.) и (3.13.)
L = /. W, кг а.С.В./С. |
(3.11.) |
Lел. ='Ц1 +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.)
~T. = Re • Тв(0,622 + х) |
(3.14.) |
|
|
0622.В |
|
(1 |
' |
|
|
, |
|
где RB - газовая постоянная для воздуха, равная 287 Джlкг К; |
||
ТВ - температура |
воздуха, К; В |
- барометрическое |
давление, Па.
ПрuмерЗ.9.
Определить объемный расход воздуха на выходе из барабана сушильной
установки, если параметры |
воздуха |
имеют следующие значения: |
tz =37,7 се, |
Х2 = 0,0292 кг/кг; Х1 =0,008 |
кг/кг; а |
количество удаляемой вла"" |
в сушилке |
составляет 0,118 кг/с. |
|
|
|
Решение |
|
|
|
Определяем удельный расход воздуха по |
формуле |
||
www.mitht.ru/e-library
1 |
1 |
КГ а.С.В./КГ УД.вл. |
1=. |
=. ------ = . 47,2 |
|
Х2 - ХО |
0,0292 - 0,008 |
|
Тогда массовый расход а.С.В. будет равен
L = I·W= 47,2'0,118 = 5,57 КГ а.С.В./С.
Условный удельный объем отработанного воздуха рассчи
тываем по формуле (3.14.) |
|
|
V |
=. 387· (273 +37,7). (0,622 +0,0292) =. 0939 м3/кг а.С.В. |
|
о |
0622, . 745· 133,4 |
' |
Объемный расход влажного воздуха получаем, воспользо вавшись формулой (3.13.)
~!" =. 0,939·5,57 =5,23 М3/С.
3.2.2.Расчет скорости движения воздуха на выходе барабанной сушилки
Скорость движения сушильного агента в выходном сечении барабана WB связана с диаметром последнего Dб уравнением
расхода (3.15.)
~T =. m:o . (1- р).W6 , |
(3.15.) |
где 13 - коэффициент заполнеНI1Я 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 ма териала; и может колебаться от 0,05 до 0,30. Этот параметр про цесса определяет среднее время пребывания материала в бара бане и, следовательно, должен бьггь 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
равен 5,23 мЗ/с.
14
www.mitht.ru/e-library
Решение
Находим внутренний диаметр барабана, учитывая, что [6] толщина стенки барабана 12 мм., Dбвн·~ Dб - 2S ::; 2200 - 24 = 2176мм.
По формуле (3.15.) определяем скорость воздуха:
ТУе = ~ v |
= |
5,23 2 |
== ],655 м/с. |
~j~,,-(1 _ р) |
|
0,785·2,176 |
·0,85 |
4.
3.2.3.Проверка найденного значения диаметра барабана по допустимой скорости сушильного агента 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 сушки не перегреваются даже самые мелкие частицы. Противо
Т04ное же движение материала и сушильного агента обычно ис ПОЛЬЗУЮТ, если необходимо совместить сушку с другим процес сом, например, 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, м/с.
Ра.змер частиц, |
Кажущаяся плотность, кr/Mj |
|
|||
ММ. |
350 |
]000 |
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 Рн =800 + 1200 |
кг/м3 обычно принимают среднюю |
||||
скорость сушильного агента и::: 2+5 м/с.
15
www.mitht.ru/e-library
Пример 3.11.
В условиях примера 3.10. проверить найденное значение
диаметра барабана по допустимой скорости сушильного агента в
барабане, если кажущаяся плотность материала рн =1000 кг/мЗ,
а размер частиц колеблется от 0,3 до 2 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 сушильного агента в случае
сушки топочными газами
В химической промышленности, помимо воздушной сушки,
широко применяется сушка дымовыми газами [5]. В качестве то
плива 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
топочными газами представлена на рис. 3.2.
В топочной камере 1 (камере сгорания) сгорает топливо при некотором коэффициенте избытка воздуха. Образующиеся
дымовые 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.
16
www.mitht.ru/e-library
|
|
|
|
|
2 |
материал I |
3 |
|
|||
Воздухг |
|
--~---. |
|
|
|
t'M |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
to, о, |
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Топли- |
|
|
оздух |
t"", |
||||||
|
|
|
to, (1)0, |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Газовая сушилка более экономична, чем воздушная. Расход топ
лива в газовой сушилке примерно в два раза меньше, чем в воз душной сушилке (при тех же параметрах сушильного агента).
Рассмотрим последовательно методы расчета расхода
сушильного агента в случае: а) топливо - твердое или жидкое; б) топливо - газообразное.
3.2.4,1. Расчет потребного расхода топочных 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:
|
р кг углерода |
р кг водорода |
|
р |
кг серы |
|
||
С |
|
кг топлива |
+ Н |
|
+ S |
кг топлива + |
||
|
|
|
кг топлива |
|
|
|
|
|
|
|
кг кислорода |
|
кг влаги |
|
|
кг золы |
- |
+ о |
р |
кг топлива |
р |
кг топлива |
+ |
\f1P-- |
||
|
+ W |
|
кг топлива - ] |
|||||
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, $ + 02 =$02 ~ на сжигание 1 кг S требуется 1 кг кислорода.
Следовательно, теоретический расход кислорода на сго
рание 1кг топлива будет равен
17
www.mitht.ru/e-library
'о |
= (2,67. сР + 8НР + sP -. ор) 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:
LT =4,31.(2,67.СР +8НР +sP _ОР) 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 |
(3.17.) |
а=, |
21- 022
где 02г - содержание кислорода в продуктах сгорания (3+5%).
Hl=LT·a |
(3.18.) |
Действительный расход первичного воздуха рассчитывает ся по Формуле (3.19.)
lJJ=Hl·B |
(3.19.) |
где В - расход топлива, кг/с.
Пример 3.12.
Рассчитать удельный действительный расход первичного воздуха в топочной камере сушильной установке, если в качест
ве топлива используется мазут, а содержание кислорода в про
дуктах сгорания можно принять равным 3,5 %.
Решение
Находим состав рабочего топлива [10]. еР =0,842; HP =0,122; оР =0,0045; sP =0,0015; wP = 0,03; 'рР = 0,000
Определяем теоретический расход первичного воздуха на
сжигание 1 кг мазута (по формуле 3.16.)
Ет =4,31· (2,67·0,842 +8·0,122 + 0,0015 - 0,0045) =13,88 кг~
кгт.
Определяем коэффициент избытка воздуха (по формуле
3.17.)
а=- 21 |
=12 |
(21- з,5) |
, |
Определяем удельный действительный расход первичного
воздуха
18
www.mitht.ru/e-library
ц =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, IT•
Влагосодержание топочных газов на выходе из топки мо
жет быть определено как отношение между массой паров влаги в топочных газах и массой сухой части топочных газов
Хm =_gn кг ВЛ./КГС.Т.г., |
(3.20.) |
gc.m.z. |
|
где gn есть масса паров влаги в топочных газах из расчета на 1 кг
топлива, кг вл.!кг топл., а gCTr. есть масса сухой части топочных
газов из того же расчета, кг C.T.r.lKf топл.
При этом
|
Р |
|
|
|
|
gn = |
цХО t |
fV + 9нР + WT, |
(3.21.) |
|||
где 9Н |
есть масса влаги, образующаяся в процессе горения во |
|||||||||||
|
||||||||||||
дорода, |
|
содержащегося |
в |
1 |
кг томива согласно |
реакции |
||||||
2Н2 + 02 |
=2Н2О, а W,Macca водяного пара, применяемого для |
|||||||||||
дутья. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса сухой части топочных газов может быть рассчитана |
||||||||||||
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
gcm.e =Ц' +] - |
'Р |
р |
W р - |
9НР , кг С.Т.г./кг топл. |
(3.22.) |
|||||||
- |
||||||||||||
Таким образом окончательно имеем |
|
|||||||||||
Х.,. |
I.:~ 'Х |
о |
+wP +9НР |
+и/'т |
(3.23.) |
|||||||
=:: |
|
.)' |
|
р |
" ,кг вл./кг С.Т.г. |
|||||||
|
|
. |
Ц +1-ЧJ |
-w |
--9Н |
|
||||||
Энтальпию топочных газов на выходе топочной камеры оп ределяем из уравнения теплового баланса этой камеры из рас
чета на 1КI' топлива.
р |
~' |
.' |
СТ -fr +QB |
-1]1' +),'\ |
·10 +WT '/n = |
=[ц +(1 - ЧJР}-WP -9НРУт +'РР 'Сз 'fз (3.24.)
где СТ• ТТ - соответственно, теплоемкость и температура топли-
ва; Q; - высшая теl1лотворная способность топлива, при отсут-
19
www.mitht.ru/e-library
ствии справочных данных для твердого и жидкого топлива может
быть рассчитана по формуле Менделеева
Q; =33,9СР +125,5H P +10,9(SP +ОР), МДж/кг; (3.25.)
11Т - коэффициент полезного действия топки, может быть принят равным 0,95;
10 - энтальпия 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
, |
т |
у |
. |
|
р |
'СЗ'fз |
[ |
кдж |
] |
3"6 |
_Ct'lt+Qb'17+Lj'!o+Wt'ln-ЧJ |
|
|
|
|||||||
Jj' - |
|
('\ |
|
|
|
|
|
КГС.Т.г. |
|
( . - ) |
|
ц + 1- ЧJр }_Wf' -9Н |
Р |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура топочных газов на выходе из топочной каме ры определяется по диаграмме Рамзина по найденным значени
ям Хт и Ir.
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 a.C.B.lKr топл.
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 "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. WT = О; содержание золы равно нулю; наряду с
первичным воздухом в топочную камеру подается часть вторич ного воздуха.
|
|
= |
Ц 'Х |
+1; 'Х |
+W P +9·НР |
|||
Х |
т |
о |
|
о |
wP |
-- |
||
|
|
/)',' |
1 |
|
н Р |
|||
|
|
|
Jj + 2+ |
-- 9· |
|
|||
== 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 |
' |
КГС.Т.Г. |
20 |
|
|
www.mitht.ru/e-library