Барабанная сушилка

 

где 0,01 – толщина стенки барабана,м;

      46,5 – коэффициент  теплопроводности стали, Вт/(м×К),[6];

      λ_из=0,112 Вт/(м×К) – коэффициент теплопроводности асбеста,[6];

      δ_из=0,03 м – толщина слоя изоляции.

    Проверим принятые ранее температуры поверхностей стенок барабана. Уточненная температура внутренней поверхности,[3]

 

tст2=tср-Δtср=46,5-×29,13=32,85.

(3.32)

 

     Уточненное значение  температуры внешней стенки барабана,[3]

tст1=tп+Δtср=15+×29,13=19,09.

(3.33)

 

     Поскольку уточненные  температуры отличаются от принятых, то необходимо дальнейшее уточнение. Для этого необходимо принять рассчитанные значения температур поверхности стенки и повторить расчет:

 

 

_×=×=0,539 ;

 

α₁=2,56+0,539=3,099;

 

α₂=9,74+0,07(t_ст1-t_п)=9,74+0,07(19,09-15)=10,03 ;

 

К===1,448 ;

 

t_ст2=t_ср-Δt_ср=46,5-×29,13=32,89 ;

 

t_ст1=t_п+Δt_ср=15+×29,13=.

 

 

     Значит, принятые температуры практически равны расчетным.

     Площадь поверхности  барабана:

 

F=π×D_б×L_б+2=3,14×1×4+2=14,13 м².

 

      Удельные потери  теплоты стенками барабана:

 

q_п====50,5 кДж/кг.

 

     Общие затраты теплоты:

 

∑q_затр=q₄+q₅+q_п=4500,36+1022,8+50,5=5573,66 кДж/кг.

 

     Дисбаланс теплоты:

 

100=100=5,95%,

 

то есть превышает допустимый для технических расчетов (5%), поэтому необходимо уточнить расчет процесса сушки.

 

3.5. Уточнение параметров процесса сушки

 

     Внутренний тепловой  баланс процесса,[7]

 

Δ=(с×θ+qд)-(qтр+qм+qп)=62,9-(325,43+50,5)=-313,03 кДж/кг,

(3.34)

 

где: с×θ=q₂=62,9 кДж/кг – удельная теплота влаги, которая вносится с материалом;

       q_д=0 – дополнительное нагревание воздуха в барабане;

       q_тр=0 – затраты тепла на нагревание транспортных средств;

       q_м=q₅-q₃=1022,8-697,37=325,43 кДж/кг.

     Уточненный процесс  сушки наносим на диаграмму  Рамзина (Рис.3.2).

 

    

     Рисунок 3.2. – Схематическое  изображение уточненного процесса  сушки с рециркуляцией части  отработанного воздуха на диаграмме  Рамзина.

 

    

 

     Состояние свежего и нагретого воздуха, определенные ранее, не изменились. Состояние отработанного воздуха характеризуется полученными Δ и φ_с(точка С). Для нахождения этой точки выбирают любое влагосодержание (например, X₀=0,03 кг/кг), лучше больше влагосодержания свежего воздуха и на основании уравнения внутреннего теплового баланса рассчитывают энтальпию воздуха в этой точке.

     

I0=IB+Δ(X0-XB)=108-313,03(0,03-0,016)=103,62 кДж/кг.

(3.35)

 

     Через точки В и О с координатами X₀, I₀ и X_B, I_B проводят прямую действительной сушки до пересечения ее с кривой φ_с=85%. Точка пересечения означает состояние отработанного воздуха, для которого:

I_c=103 кДж/кг,X_c=0,026 кг/кг,t_C=31 ,t_Cмт=29 ,[4].

     Далее уточняем материальный  и тепловой баланс сушки:

l = = = 45,45 кг/кг;

 

L=l×W= 45,45×0,0118= 0,536 кг/с;

 

q₁=l×I_A=45,45×4=181,8 кДж/кг;

 

q_к=l×(I_B-I_A)=45,45×(108-4)=4726,8 кДж/кг;

 

∑q_пр=q₁+q₂+q₃+q_k=181,8+62,9+697,37+4726,8=5668,87 кДж/кг;

 

Δt_ср===28,4K;

 

q₄=l×I_c=45,45×103=4681,35 кДж/кг;

 

t_сер=(t_B+t_C)/2=(61+31)/2=46;

 

w_П===0,72м/с;

 

Re=w_п×D_б×ρ/μ=0,72×1×1,115/1,922×10^-5=41769;

 

Nu=0,023×Re^0,8×Pr^0,4=0,023×41769^0,8×0,7^0,4=99;19

 

=λ×Nu/D_б=0,0276×99,19/1=2,74 Вт/(м²×К);

 

x_ср=(x_c+x_A)/2=(0,026+0,004)/2=0,015 кг/кг;

 

p_пар=15 мм.рт.ст=0,0195 атм×см;

 

P_пар×D_б=0,0195×1=0,0195 атм×см;

 

ε=0,19;

с₁=ε×с₀=0,19×5,67=1,08 Вт/(м²×К⁴);

t_ст2=32,85 ;t_ст1=;

 

_×=×=1,14 ;

 

α₁=2,74+1,14=3,88;

 

α₂=9,74+0,07(t_ст1-t_п)=9,74+0,07(19,09-15)=10,03 ;

 

К===1,599 .

     Уточняем температуры  стенок:

 

t_ст2=t_ср-Δt_ср=46-×28,4=34,3 ;

 

t_ст1=t_п+Δt_ср=15+×28,4=.

 

q_п====54,4 кДж/кг;

 

q₅=×c_м×t_м=×1,005×29=1237,4 кДж/кг;

 

∑q_затр=q₄+q₅+q_п=4500,36+1237,4+54,4=5792,16 кДж/кг;

 

Дисбаланс: 100=-2,17%.

    Разбежность минимальна, расчеты закончены. К выполнению принимаются эти уточненные параметры процесса сушки.

     Затраты влажного воздуха на входе в калорифер,[7]

 

Lвл=L(1-xA)=0,536×(1-0,004)=0,534 кг/с;

(3.36)

 

    затраты влажного воздуха на выходе из сушилки,[7]

Lвл=L(1-xC)=0,536×(1-0,028)=0,521 кг/с;

(3.37)

 

     затраты греющего  пара,[7]

GП===0,023 кг/с.

(3.38)

 

     Параметры потоков  приведены в таблице 3.1.

 

     Таблица 3.1 – Параметры  потоков при сушке нитрата  натрия с рециркуляцией части  отработанного воздуха.

 

Поток	Параметры
	Влагосодержание,х,кг/кг	Температура,	Расходы,кг/с
Абс. сухой воздух	0,004	-6	0,536
Влажный воздух на входе в калорифер	0,004	-6	0,534
Влажный воздух на входе в сушилку	0,004	61	0,534
Влажный воздух на выходе из сушилки	0,028	31	0,521
Влажный материал на входе в сушилку	0,025	15	0,513
Влажный материал на выходе из сушилки	0,002	29	0,501
Греющий пар	0,05	110	0,023

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Гидравлический расчет

 

 

     Для гидравлического расчета барабанной сушилки рассчитаем гидравлическое сопротивление трубопровода, обозначив L_т1 – длина трубопровода для подачи воздуха в сушилку, L_т2 – длина трубопровода для отвода воздуха из сушилки, а также используя рассчитанные ранее длину и диаметр барабана (Рис.4.1).

 

     Рисунок 4.1 – Схематическое трубопровода для гидравлического расчета.

 

     Рассчитаем диаметр трубопровода для подачи и отвода воздуха,[3]

 

d===0,18 м,

(4.1)

 

где ω –  скорость движения воздуха в трубопроводе, принятая в границах от      15 до 25 м/с.

    Коэффициент гидравлического сопротивления рассчитаем по формуле Блазиуса, считая трубы гидравлически гладкими,[3]

 

λ==0,022

(4.2)

 

    Принимаем  длины трубопроводов вблизи сушилки:  L_т1=2м, L_т2=1,5м.

    Потери напора на трение по длине потока в трубопроводе для подачи воздуха,[3]

 

hт1=λ×=0,022×=4,98 м.

(4.3)

 

    Потери напора при внезапном расширении трубопровода.

     Потери напора вследствии трения,[3]

 

hтр1=λ××=2,3×××=0,26 м,

(4.4)

 

где λ==2,3× – коэффициент гидравлического трения;

      В – коэффициент,  принятый для кольцевого сечения;

      ω – скорость  движения жидкости в трубопроводе, м/с. Принимаем ω=20 м/с.

     Рассчитаем потери  напора в местных сопротивлениях,[3]

 

hм.с1.=ξм.с.1× =0,67×=13,67 м,

(4.5)

где ξ_м.с1 – коэффициент местного сопротивления, для внезапного расширения принимаем ξ_м.с1=0,67.

     Общие потери напора на внезапное расширение,[3]

 

hпр=hтр1+hм.с1.=0,26+13,67=13,93 м.

(4.6)

 

    Потери напора на трение по длине барабана сушилки,[3]

 

hт2=λ×=0,022×=1,79 м.

(4.7)

 

    Потери напора на внезапное сужение трубопровода.

    Потери напора вследствии трения,[3]

 

hтр2=λ××=2,3×××=0,26 м,

(4.8)

 

     Рассчитаем потери  напора в местных сопротивлениях,[3]

 

hм.с2.=ξм.с2.× =0,41×=8,36 м,

(4.9)

где ξ_м.с2 – коэффициент местного сопротивления, для внезапного сужения принимаем ξ_м.с2=0,41.

     Общие потери напора на внезапное сужение,[3]

 

hпс=hтр2+hм.с2.=0,26+8,36=8,62 м.

(4.10)

 

     Потери напора на  трение по длине трубопровода для отвода воздуха,[3]

 

hт3=λ×=0,022×=3,74 м.

(4.11)

 

     Общие потери напора  в сушидьной камере и трубопроводах  для подачи и отвода воздуха,[3]

 

h=h_т1+h_пр+h_т2+h_пс+h_т3=4,98+13,93+1,97+8,62+3,74=33,24 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы:

 

 

1. Некрасов Б. В. Основы общей химии/ Б. В. Некрасов. – М.:Химия,1973. –  430 с.
2. Сычев В. В. Термодинамические свойства воздуха / Сычев В. В., Вассерман А. А., Козлов А. Д., Спиридонов Г. А., Цымарный В. А. — М.: Издательство стандартов, 1978. — 276 с.
3. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. – М.: Химия, 1973. – 784 с.
4. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1981. – 560 с.
5. Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу «Основные процессы и аппараты химической технологии» для студентов IV–V курсов всех специальностей. Раздел «Сушка» / Сост.: П. Г. Сорока, В. В. Ивашкевич, В. И. Зражевский. – Днепропетровск: УГХТУ, 2000. – 49 с.
6. Справочник химика. – М.:Госхимиздат. – Т. 1,III. – 1952.
7. Чернобыльский И. И., Танайко Ю. М. Сушильные установки химической промышленности. – Киев: Техника, 1969. – 116 с.