Расчет барабанная сушилка

 

α = 1,6*10^-2(Re/ε)^1,3λPr^0,33/d_э,                   (43)

 

где λ —  коэффициент теплопроводности воздуха  при средней температуре, равный 0,032 Вт/(м*К); Pr — критерий Прандля.

Критерий Прандля определяется по формуле /7/:

 

Pr = cμ_ср/λ ,                               (44)

 

Подставляя в формулы (43-44), получаем:

 

Pr = 1011*2,2*10^-5/0,032 = 0,695,        

 

α = 1,6*10^-2*(37,813/0,478)^1,30,032*0,695^0,33/(1,0*10^-3) =

= 133,291 Вт/(м²*К).           

 

Подставляя найденные  значения в (42), получаем:

 

(64 – 44)/ (180 – 44) =

= exp[-133,291*6*(1-0,478)h/(0,9062*1011*0,918*1,0*10^-3)],     

 

Откуда h = 3,86*10^-3 м.

Сравнивая величины рассчитанные на основе данных по массоотдаче (h = 2,99*10^-3) и теплоотдаче (h = 3,86*10^-3) получаем вывод, что они удовлетворительно совпадают.

Рабочую высоту псевдоожиженного слоя H_пс определяем путём сравнения рассчитанных величин с высотой, необходимой для гидродинамически устойчивой работы слоя и предотвращения каналообразования в нём. В случае удаления поверхностной влаги гидродинамически стабильная высота обычно значительно превышает рассчитанную по кинетическим закономерностям. На основании опыта эксплуатации аппаратов с псевдоожиженным слоем установлено, что высота слоя H_пс должна быть приблизительно в 4 раза больше высоты гидродинамической стабилизации слоя H_ст, т.е. H_пс ≈ 4H_ст. Высота H_ст связана с диаметром отверстий распределительной решётки d₀ соотношением H_ст ≈ 40d₀; следовательно H_пс ≈ 80d₀.

Выберем диаметр отверстий   распределительной  решётки d₀= 2,0 мм. Тогда высота псевдоожиженного слоя

 

H_пс = 80*2,0*10^-3 = 0,16 м.

 

Число отверстий n в распределительной решётке определяется по уравнению

 

n = 4SF_c/(πd₀²) = d²F_c/ d₀²,                 (45)

 

где S — сечение распределительной решётки, численно равное сечению сушилки, м²; F_c — доля живого сечения решётки, принимаемая в интервале от 0,02 до 0,1.

Приняв долю живого сечения F_c= 0,03, найдём число отверстий в распределительной решетке:

 

n = 1,5²*0,03/ (2,0*10^-3)² = 16875.          

 

Принимаем расположение отверстий  в распределительной решетке  по углам равносторонних треугольников. При этом поперечный шаг t΄ и продольный шаг t´΄ вычисляют по следующим соотношениям:

 

t΄=0,95 d₀F_c^-0,5,                                 (46)

 

t´΄= 0,866 t´.                                     (47)

 

откуда

 

t΄=0,95*2,0*10^-3*0,03^-0,5 = 0,011 м,                 

 

t´΄= 0,866*0,011 = 0,0095 м.                    

 

Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем H_с принимают в 4-6 раз больше высоты псевдоожиженного слоя:

 

H_с = 5*0,16 = 0,8 м.

 

2.8. Р а с ч ё  т  т о л щ и н ы   т е п л о в о й   и з о л я ц и и

 

В качестве материала для  тепловой изоляции будем использовать шлаковату. Примем предварительное значение толщины шлаковаты равное 10 см.

Толщину слоя шлаковаты  δ₂ определяем из уравнения:

 

1/К = 1/α₁ + 1/α₂ + (δ₁/λ₁ + δ₂/λ₂ + δ₃/λ₃),          (48)

 

где δ₁ — толщина стенки сушильной камеры, принимаемая равной 10 мм /2/; δ₃ — толщина стенки кожуха из листового железа, покрытого масляной краской, равная 1 мм /3/;                             λ₁ — теплопроводность стали при средней температуре сушильного агента, равная 54,0 Вт/(м*К) /6/;                               λ₂ — теплопроводность шлаковаты, равная 0,0698 Вт/(м*К) /6/;    λ₃ — теплопроводность стали при температуре  окружающей сушилку среды, равная 57,8 Вт/(м*К); К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К); α₁ — коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к стенке сушилки, Вт/(м²*К);                         α₂ — коэффициент теплоотдачи от сушилки к окружающей среде, Вт/(м²*К).

 

К = Q_п/(FΔt_cp),                           (49)

 

где Q_п — тепловые потери в окружающую среду, Дж; F — боковая поверхность сушилки, м³; Δt_cp— средняя разность температур между сушильным агентом и окружающей средой.

 

Q_п = q_пW,                              (50)

 

F = πD_иH_суш,                          (51)

 

где D_и — диаметр сушилки с учётом предварительно принятой толщиной изоляции, равный 1,7 м; H_суш— высота сушилки, равная 0,96 м.

 

Δt_cp= ((t₁ – t₀) – (t₂ – t₀))/ln((t₁ – t₀)/ (t₂ – t₀)),  (52)

 

летом Δt_cp = ((180 - 20) - (64 - 20))/ln((180 - 20)/ (64 - 20)) =

= 89,854 ˚С,       

 

зимой Δt_cp = ((180 – (-7)) - (62 – (-7)))/ln((180 – (-7))/ (62 – (-7))) =

= 118,355 ˚С.       

 

F = 3,14*1,7*0,96 = 5,12 м²,                   

 

Q_п = 70707*0,0564 = 398,748 Вт ,           

 

летом К = 398,748/(5,12*89,854) = 0,867 Вт/(м²*К),    

 

зимой К = 398,748/(5,12*118,355) = 0,658 Вт/(м²*К).    

 

α₁ = 1,25(α₁´ + α₁´´),                          (53)

 

α₁´ = (Nuλ)/d,                       (54)

 

где λ — коэффициент  теплопроводности воздуха при средней  температуре сушильного агента, равный 0,032 Вт/(м*К) /6/ .

 

Nu = 0,0324Re^0.8,                              (55)

 

Re = wdρ_ср/ μ_ср,                       (56)

 

Re = 2*1,5*0,918/(0,022*10^-3) = 125182,                      

 

Nu = 0,0324*125182^0,8= 387,774,                   

 

α₁´ = (387,774*0.032)/1,5 = 8,273 Вт/(м²*К),              

 

α₁´´= (Nuλ)/d,                   (57)

 

где

 

Nu = 0,47Gr^0.25,                          (58)

 

где Gr — критерий Грасгоффа,

 

Gr = (gd³ρ_ср²Δt)/( μ_ср² (T₀+ t_cp)),                (59)

 

где Δt — разность между температурами сушильного агента и стенки (принимаем равной 20 ˚С), /3/.

 

Gr = (9,81*1,7³0,918²*20)/((0,022*10^-3) ²*(273+112,178)) =

= 4,357*10⁹ ,                   

 

Nu = 0,47*(4,357*10⁹ )^0.25= 120,755,                  

 

α₁´´= (120,755*0,032)/1,5 = 2,576 Вт/(м²*К),          

 

α₁ = 1,25*(8,273 + 2,576) = 13,561 Вт/(м²*К),            

 

α₂ = α₂´ + α₂´´,                    (60)

 

где α₂´— коэффициент теплоотдачи за счёт естественной конвекции, Вт/(м²*К); α₂´´— коэффициент теплоотдачи за счёт лучеиспускания, Вт/(м²*К).

 

α₂´ = 1,08(Δt^´/D_и)^0,25,                  (61)

 

где Δt^´— разность температур между наружной стенкой сушилки и окружающей средой (принимаем равной 20 ˚С).

 

α₂´´= ε´с₀[(T_ст/100)⁴-(T_cp/100)⁴]/( T_ст - T_cp),        (62)

 

где ε´— степень черноты для поверхности, покрытой масляной краской, равна 0,95 /6/; с₀ — коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрного тела, равный 5,7 Вт/(м²*К⁴) /6/;                    T_ст — температура стенки,˚С; T_cp— температура среды, ˚С.

 

Летом T_ср= 290 К, T_ст= 310 К;

 

зимой T_ср= 266 К, T_ст= 286 К.

 

α₂´ = 1,08*(20/1,7)^0,25= 2,000 Вт/(м²*К),                   

 

летом α₂´´= 0,95*5,7*[(310/100)⁴-(290/100)⁴]/(310 - 290) =

= 5,855 Вт/(м²*К),           

 

зимой α₂´´= 0,95*5,7*[(286/100)⁴-(266/100)⁴]/(286 - 266) =

= 4,560 Вт/(м²*К),           

 

летом α₂ = 2,000+5,855 = 7,855 Вт/(м²*К),            

 

зимой α₂ = 2,000+4,560 = 6,560 Вт/(м²*К),            

 

Подставляя в формулу (48), определяем толщину слоя шлаковаты:

 

летом  δ₂ = 0,0698*(1/0,867 – 1/13,561 – 1/7,855 –

                 - 0,01/54,0 – 0,001/57,8) = 0,066 м

 

зимой  δ₂ = 0,0698*(1/0,658– 1/13,561 – 1/6,560 –

                - 0,01/54,0 – 0,001/57,8) = 0,090 м

 

Для расчёта диаметра сушилки  с учётом изоляции принимаем δ₂ = 0,090 м:

D_и = d + 2 δ₂,                                     (63)

 

D_и = 1,5 + 2*0,090 = 1,68 м.              

 

2.9. Р а с ч ё  т  г и д р а в л  и ч е с к о г о  

с о п р о т и  в л е н и я с у ш и л к и

 

Гидравлическое сопротивление  сушилки рассчитывается по формуле:

 

ΔР_с = ΔР_пс + ΔР_р,                         (64)

 

где ΔР_с — гидравлическое сопротивление сушилки, Па;            ΔР_пс— гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя, Па; ΔР_р— гидравлическое сопротивление решётки, Па.

Величину ΔР_пс находим по уравнению /7/:

 

ΔР_пс= ρ_ч(1 – ε)gH_пс,                             (65)

 

ΔР_пс= 2165*(1 - 0,478)*9.81*0,16 = 1174 Па,          

 

Минимально допустимое гидравлическое сопротивление решётки можно быть вычислена по формуле /7/:

 

ΔР_рmin= ΔР_псK_w²(ε-ε₀)/[( K_w²-1)(1- ε₀)],        (66)

 

где ε₀ — порозность неподвижного слоя принимается равной 0,4. Подставив в (66) соответствующие значения, получим:

 

ΔР_рmin= 1174*2,3²*(0,478-0,4)/[( 2,3²-1)(1- 0,4)] =

= 188 Па.     

 

Гидравлическое сопротивление  выбранной решётки

 

ΔР_р = ξ ρ_ср(w/F_c)²/2.                    (67)

 

Коэффициент сопротивления  решётки ξ = 0,75 /7/. Тогда

 

ΔР_р = 0,75*0,918*(0,9062 /0,05)²/2 = 314 Па.              

 

Значение ΔР_р= 314 Па превышает минимально допустимое гидравлическое сопротивление решётки ΔР_рmin.

Гидравлическое сопротивление  сушилки таким образом

 

ΔР_с = 1174 + 314 = 1488 Па.