Барабанная сушилка

  

Рисунок 2.3 – Принципиальная схема сушильной установки:

 

2.3. Устройство  и принцип работы барабанной  сушилки

 

     Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан 1, опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопатями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Газы и материал особеннно часто двинуться прямотоком, что помогает избежать перегрева материала. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором 8 со средней скоростью, не превышающей 2 – 3м/с. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. На концах барабана часто устанавливают уплотнительные устройства

 

1. – барабан; 2 – бандажи; 3 – опорные ролики; 4 – передача; 5 – опорно-упорные ролики; 6 – питатель; 7 – лопасти; 8 – вентилятор; 9 – циклон; 10 – разгрузочная камера; 11 – разгрузочное устройство.

 

    Рисунок 2.5 – Схема  барабанной сушилки

  

     Барабанная сушилка выполняется в виде сварного цилиндра. К его наружной поверхности прикреплены бандажные опоры, а также кольца жёсткости и приводной зубчатый венец. Наклон оси барабана может составлять до 3-6 градусов к горизонту.

     Данные сушилки относятся к атмосферным сушилкам непрерывного действия. В них сушат сыпучие продукты. В качестве сушильного агента используются топочные газы или нагретый воздух.

Внутри барабана располагаются  насадки. Их конструкция определяется свойствами высушиваемого продукта. Со стороны загрузочной камеры расположена  многозапорная винтовая насадка. В  зависимости от диаметра барабана она  может иметь от 6 до 16 спиральных лопастей. Для сушки продуктов  обладающих большой адгезией к поверхности  в барабане закрепляют цепи, которые  дробят комки, а также очищаю стенки барабана.           Вместо цепей могут использоваться ударные приспособления. Их крепят с внешней стороны барабана. 

     В зависимости от свойств продукта могут применяться различные схемы барабанных сушилок. Так, если продукт обладает хорошей сыпучестью и имеет средний размер частиц (до 8 мм), то при диаметре барабана от 1000 до 1600 мм используют секторную насадку. Для продуктов, имеющих высокую адгезию или размер частиц сыпучего продукта больше 8 мм, применяют подъёмно-лопастные устройства. Если продукт характеризуется налипанием, но в процессе сушки восстанавливает сыпучие свойства, то для сушилок с диаметром барабана от 1000 до 3500 мм устанавливают сначала подъёмно-лопастные перевалочные устройства, а далее ставят секторные насадки.

Для изготовления, как самых барабанов, так и загрузочных и разгрузочных камер в основном применяют углеродистые стали. В некоторых случаях барабаны, разгрузочные и загрузочные камеры частично или полностью изготавливают из жаростойких сталей специальных марок.

     Наряду с атмосферными существуют вакуумные барабанные сушилки периодического действия. Они делятся на сушилки среднего и глубокого вакуума[3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технологический расчет

 

 

 

3.1. Изображение  процесса сушки на диаграмме  Рамзина

     Для построения схематического  изображения процесса сушки на  диаграмме Рамзина рассчитаем  влагосодержание воздуха в точке  М для смеси свежего воздуха  с отработанным, учитывая кратность рециркуляции,[4]

 

xM===0,016 кг/кг

(3.1)

 

     В соответствии с принятыми параметрами свежего воздуха (t_a=-6, φ_a=85%) определяем точку А(рис. 3.1), которая характеризует состояние свежего воздуха. Ей соответствуют I_a=4кДж/кг, х_а=0,004кг/кг. Состояние нагретого воздуха (точка В) определяется условиями нагрева его в калорифере(c учетом рециркуляции части отработанного воздуха) x_B=x_M=0,016 кг/кг та температурой нагревания t_в=90. Таким образом состояние воздуха в калорифере(точка В) определяется t_B=61. Для него I_B=108кДж/кг, t_мт=22. Состояние отработанного воздуха (точка С) в первом приближении определится условиями теоретической сушки I_c=I_B=const и φ_с=88%. Для него х_с=0,028кг/кг, t_C=32[4].

 

     Рисунок 3.1 – Схематическое изображение процесса сушки с рециркуляцией части отработанного воздуха на диаграмме Рамзина.

 

3.2. Материальный баланс процесса

 

    Массовые затраты влажного  материала, поступающего на сушку,[4]

 

G1=Gc =×= 0,513кг/с,

(3.2)

  

где G_c – производительность, кг/ч,

           ω₁ – начальное влагосодержание материала, %(масс.).

    Массовый расход высушенного материала,[4]

 

G2=Gc = 0,5 ×= 0,501кг/с,

(3.3)

 

где ω₂ – конечное влагосодержание материала, %(масс.).

    Количество влаги, которое удаляют из материала,[4]

 

W=G1 – G2 = 0,513-0,501= 0,012кг/с.

(3.4)

   

Проверка массового количества удаляемой влаги,[4]

 

W=G1× = 0,513×=0,0118кг/с.

(3.5)

   

Удельные затраты воздуха,[4]

 

l = = = 41,67 кг/кг,

(3.6)

 

где x_c – конечное влагосодержание воздуха,

      x_a – начальное влагосодержание воздуха(найдены по диаграмме Рамзина).

     Массовый расход воздуха,[4]

 

L=l×W= 41,67×0,0118= 0,492 кг/с.

(3.7)

 

3.3. Выбор типоразмера барабана

 

    В соответствии с таблицей выбрано напряжение барабана по влаге: для нитрата натрия А=20кг/(м³×ч)[5].

     Необходимый объем  барабана,[3]

 

Vб=W/A=(0,0118×3600)/20=2,124м3

(3.8)

    

Согласно  межотраслевым нормам МН 2106-61 отношение  длины барабана к его диаметру L_б/D_б=3,5…7,0. Принимаем L_б/D_б=5, откуда L_б=5D_б,[5].

     Тогда объем барабана,[3]

 

Vб=×Lб=×5Dб, откуда	(3.9)
Dt===0,815м	(3.10)
Lб=5×Dб=5×0,815=4,075м,	(3.11)

  

    где L_б – длина барабана,м,

           D_б – диаметр барабана,м.

    В соответствии с этим принимаем: диаметр барабана D_б=1м, его длину L_б=4м,[5].

 

3.4. Тепловой баланс процеса

 

     Приход удельного тепла с воздухом,[4]

 

q1=l×IA=41,67×4=166,68 кДж/кг,

(3.12)

 

где I_А – удельная энтальпия воздуха в начале сушки,кДж/кг.

   Температура влажного материала принята за температуру воздуха в помещении t_п=15.

     Приход удельного  тепла с влагой материала,[4]

 

q2=cв×tп=4,19×15=62,9кДж/кг

(3.13)

 

где с_в – средняя удельная теплоемкость воды при температуре 15,

       t_п – температура воздуха в помещении,.

    Приход удельного тепла с материалом,[3]

 

q3=G2×cм×tп/W=0,501×1,095×15/0,0118=697,37кДж/кг,

(3.14)

 

где с_м – средняя удельная теплоемкость материала при температуре 15.

     Приход удельного тепла, которое передается в калорифере воздуху,[3]

 

qк=l×(IB-IA)=41,67×(108-4)=4333,68 кДж/кг.

(3.15)

 

     Общий удельный приход тепла,[3]

 

∑qпр=q1+q2+q3+qk=166,68+62,9+697,37+4333,68=5260,63 кДж/кг.

(3.16)

 

     Расход удельной теплоты с отработанным воздухом,[3]

 

q4=l×Ic=41,67×108=4500,36 кДж/кг.

(3.17)

 

     Температура нагретого материала определяется температурой воздуха по мокрому термометру после калорифера:t_м=t_Bмт=22.

     Расход удельной теплоты с материалом, который выходит из сушилки,[3]

 

q5=×cм×tм=×1,095×22=1022,8 кДж/кг.

(3.18)

 

     Средняя разница температур между горячим воздухом в барабане и воздухом в помещении,[4]

Δtср===29,13K.

(3.19)

 

     Средняя температура воздуха в сушильном барабане,[4]

 

tсер=(tB+tC)/2=(61+32)/2=46,5.

(3.20)

 

     Физические свойства воздуха при средней температуре,[2]

ρ=1,115кг/м³,

μ=1,922×10^-5Па×с,

λ=0,0276 Вт/м×К,

С_р=1,005кДж/кг×К.

     Скорость воздуха  в барабане при коэффициенте  заполнения барабана β=0,15 (для подъемно-лопастной насадки),[5]

 

wП===0,661 м/с.

(3.21)

 

     Критерий Рейнольдса,[4]

 

Re=wп×Dб×ρ/μ=0,661×1×1,115/1,922×10-5=38346.

(3.22)

 

     Критерий Прандтля,[4]

 

Pr=cp×μ/λ=1005×1,922×10-5/0,0276=0,7.

(3.23)

 

     Критерий Нусельта,[4]

 

Nu=0,023×Re0,8×Pr0,4=0,023×383460,8×0,70,4=92,628.

(3.24)

 

     Коэффициент теплоотдачи конвекцией от горячего воздуха в барабане к его стенке,[3]

 

=λ×Nu/Dб=0,0276×92,628/1=2,56Вт/(м2×К).

(3.25)

 

     Среднее парциальное  давление водяного пара в воздухе при среднем влагосодержании,[3]

 

xср=(xc+xA)/2=(0,028-0,004)/2=0,012 кг/кг.

(3.26)

 

     По диаграмме Рамзина  для него p_пар=11мм.рт.ст=0,0143 атм×см. Для произведения,

P_пар×D_б=0,0143×100=1,43 атм×см 

 

степень черноты воздуха ε=0,078[6], а коэффициент излучения

 

с1=ε×с0=0,078×5,67=0,442 Вт/(м2×К4)

(3.27)

 

 где с₀=5,67 Вт/(м²×К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела[6].

     Принятые (с дальнейшим  уточнением), температуры внешней  (t_ст1=25) и внутренней (t_ст2=40) поверхности стенки сушилки.

     Коэффициент теплоотдачи  излучением от воздуха к внутренней стенке сушилки,[3]

×=×= =0,556 ,

(3.28)

 

где с₂=5,5 Вт/(м²×К⁴) – коэффициент излучения стальной стенки сушилки.

     Коэффициент теплоотдачи  конвекцией и излучением от  горячего воздуха к внутренней поверхности барабана,[3]

 

α1=2,56+0,556=3,116.

(3.29)

 

     Коэффициент теплоотдачи  излучением и конвекцией от  внешней поверхности стенки к воздуху в помещении,[3]

 

α2=9,74+0,07(tст1-tп)=9,74+0,07(25-15)=10,4 .

(3.30)

 

     Для уменьшения потерь теплоты  от барабана в окружающую среду  принята изоляция асбестовым  полотном.

     Коэффициент теплопередачи от воздуха в барабане через многослойную стенку к воздуху в помещении,[3]

 

К===1,46 ,

(3.31)