2.2.2 Гидродинамический расчет

2.2.2.1 Исходные данные

Параметры елового опила

Вход в сушилку

Абсолютная влажность w_a1=78,57 %

Эквивалентный диаметр d_э=2,3·10^-3 м

Плотность при w_a1 [2, табл. 4] r_м1=932,85 кг/м³

Фактор формы Ф=0,83

Выход из сушилки

Абсолютная влажность w_а2=25 %.

Плотность при w_а2 [2, табл. 4] r_м2=670 кг/м³.

Параметры сушильного агента

Вход в сушилку

Расход L₁=1,4 кг/с

Температура t₁=380 °C

Влагосодержание х₁=0,069 кг/кг

Теплосодержание J₁=607,47 кДж/кг

Плотность [6, прил. 2] r_t1=0,507 кг/м³

Динамическая вязкость [6, прил. 3] m_t1=31,802·10^-6Па·с

Выход из сушилки

Расход L₂=1,48 кг/с

Температура t₂=80 °C

Влагосодержание х₂=0,179 кг/кг

Теплосодержание J₂=555,26 кДж/кг

Плотность [6, прил. 2] r_t2=0,985 кг/м³

Динамическая вязкость [6, прил. 3] m_t2=20,9·10^-6Па·с

Средние значения параметров для сушилки:

L_ср=0,5(L₁+L₂)=0,5(1,4+1,48)=1,44 кг/с;

t_cp=0,5(t₁+t₂)=0,5(380+80)=230 °C;

x_cp=0,5(x₁+x₂)=0,5(0,069+0,18)=0,125 кг/кг;

r_tcp=0,5(r_t1+r_t2)=0,5(0,507+0,985)=0,746 кг/м³;

m_tcp=0,5(m_t1+m_t2)=0,5(31,802+20,9)·10^-6=26,351·10^-6 Па·с;

w_acp=0,5(w_a1+w_a2)=0,5(78,57+25)=51,79 %;

r_мcp=798,95 кг/м³ при w_acp=51,79 % [2, табл. 4];

l_tcp= 0,287 Вт/(м·К) при t_cp=230 °C [2, табл. 7].

2.2.2.2 Диаметр трубы-сушилки

Объемный расход сушильного агента:

на входе в сушилку при t₁=380 °C и х₁=0,069 кг/кг:

V_t1=L₁(1+x₁)/r_t1=1,4(1+0,069)/0,507=2,95 м³/с.

на выходе из сушилки при t₂=80 °C и х₂=0,179 кг/кг:

V_t2=L₂(1+x₂)/r_t2=1,48(1+0,179)/0,985=1,77 м³/с.

Далее расчет производим при средних значениях:

V_tср=L_cр(1+х_ср)/r_tср=1,44(1+0,125)/0,746=2,17 м³/с.

Критерий Архимеда:

Ar=(d_э)³r_tсрr_мсрg/m²_tср=(2,3·10^-3)³·0,746·798,95·9,81/(26,351·10^-6)²=102451.

Критерий Рейнольдса для условий витания:

Re_вит= Ar/(18+0,61Ar^0,5)= 102451/(18+0,61·102451^0,5)=480,43.

Скорость витания шарообразной частицы:

(w_вит)_шар= Re_витm_tср/d_эr_tср=480,43·26,351·10^-6/2,3·10^-3·0,746=7,38 м/с.

Скорость витания реальной частицы опила:

w_вит=( w_вит)_шарФ^0,5=7,38·0,83^0,5=6,72 м/с.

Фактическая скорость сушильного агента в сушилке:

w_cp=Kw_вит=1,6·6,72=10,76 м/с.

Диаметр трубы-сушилки:

D=(V_tcp/0,785w)^0,5=(2,17/0,785·10,76)^0,5=0,51 м.

Принимаем трубу Æ511×5,5 мм по [5, табл. 8] D=0,5 м.

Действительная скорость сушильного агента:

w_г=V_tcp/(0,785D²)=2,17/(0,785·0,5²)=11,02 м/с.

2.2.2.3 Длина трубы-сушилки

Скорость движения частиц материала:

w_м=w_г-w_вит=11,02-6,72=4,3 м/с.

Концентрация материала (опила) в сушильном агенте:

w_г/[(L₁+L₂)(1+x_cp)w_м]= =(0,53+0,371)·11,02/[(1,4+1,48)(1+0,125)·4,3]=0,71 кг/кг.

Критерий Re_вит по w_г:

Re_вит=w_гd_эr_tср/m_tср=11,02·2,3·10^-3·0,746/26,351·10^-6=717,55.

Критерий Нуссельта:

Nu=0,14(Re_вит)^0,5=0,14·717,55^0,5=3,75.

Объемный коэффициент теплоотдачи:

a_v = 6Nul_tcp r_tcp/d_э²r_м = 6·3,75·0,287·0,71·0,746/(2,3·10^-3)²·798,95 = =808,58 Вт/(м³К)

Средняя разность температур:

Dt_cp=[(t₁-q₁)-(t₂-q₂)]/ln[(t₁-q₁)/(t₂-q₂)] = [(380-20)-(80-59)]/ln[(380-20)/(80-59)]=58,15 K.

Объем трубы-сушилки:

V_c=(Q_и+Q_м)/Dt_cpa_v=(408,12+40,08)·10³/58,15·808,58=9,53 м³

Длина зоны сушки:

l_зс.=V_c/0,785D²=9,53/0,785·0,5²=48,56 м.

Длину трубы от места ввода сушильного агента до места ввода влажной стружки принимаем l_m=2 м.

Длина участка разгона:

l_p=0,5w_гD=0,5·11,02·0,5=2,76 м.

Общая длина трубы-сушилки:

l = l_зс+l_m+l_p=48,56+2+2,76=53,32 м.

2.2.2.4 Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

Потери давления при движении чистого сушильного агента на трение и местные сопротивления:

DP_г=0,5w_г²r_tcp(1+l_гl/D+x_мс)=0,5·11,02²·0,746(1+0,089·53,32/0,5+2,39) = =583,47 Па,

где l_г=64/Re_вит=64/717,55=0,089.

Местные сопротивления трубы-сушилки принимаем по [5, табл. 12] и в соответствии с рис. 1:

вход в трубу, ξ_вх=1 1 шт.

отвод α=90°, ξ_от=0,39 1 шт.

выход из трубы, ξ_вых=1 1 шт.

Σx_м.с=x_в.х+x_от+x_вых=1+0,39+1=2,39.

Потери давления на трение при движении материала (опила):

DР_м=0,5l_м (l/D)w_г²r_tcp=0,5·0,02·0,71(53,32/0,5)·11,02²·0,746=68,59 Па,

где l_м – коэффициент трения; l_м=0,01-0,03.

Потери давления на поддержание опила во взвешенном состоянии:

DР_под=lr_tcpg =53,32·0,746·9,8·0,71=276,77 Па

Потери давления на разгон опила до скорости движения w_м=4,3 м/с:

DР_раз=0,5x_раз w_г²r_tcp=0,5·1,5·0,71·11,02²·0,746=48,24 Па,

где x_раз – коэффициент сопротивления разгона материала, x_раз=1-2; принимаем x_раз=1,5.

Общее гидравлическое сопротивление трубы-сушилки:

DР_с=DР_г+DР_м+DР_под+DР_раз=583,47+68,59+276,77+48,24=977,07 Па.

Размеры трубы-сушилки

Диаметр: Æ511×5,5 мм;

Длина: l=53,32 м;

Гидравлическое сопротивление: DR_с=977,07 Па.