Проект сушильной установки непрерывного действия

В современных сушильных камерах  сушильный агент  циркулирует по замкнутому кольцу, при этом давление вентилятора необходимо только для преодоления сопротивлений движению агента сушки, поэтому его принимают равным статическому.

где, ΣΔhст — сумма сопротивлений всех участков кольца циркуляции агента сушки, Па; ρ — плотность агента сушки, кг/м3;  
ω—скорость циркуляции агента сушки на каждом участке;  
ξ — коэффициент трения воздуха о стенки каналов и воздуховодов; L — длина канала, м; dэ — диаметр круглого или эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода, м;(эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода со сторонами сечения а и b dэ = 2ab/(a + b));  ψ— коэффициент местного сопротивления.

 

2. Расчет основных параметров барабана

 

Объем сушильного пространства V складывается из объема V_п, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги , и объема V_c, требуемого для проведения процесса испарения влаги, т.е. . Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи:

 

(4.11)

где – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³;

 

– объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движении материала  и сушильного агента температура  влажного материала равна температуре  мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи  .

Для барабанной сушилки коэффициент  массоотдачи  может быть вычислен по эмпирическому уравнению:

 

(4.12)

где – средняя плотность сушильного агента, кг/м³;

с – теплоемкость сушильного агента при средней температуре  в барабане, Дж/кг К;

 – оптимальное заполнение  барабана высушиваемым материалом, %;

Р₀ – давление, при котором осуществляется сушка, Па;

Р – среднее  парциальное давление водяных паров  в сушильном барабане, Па.

Размеры куска исходя из задания составляют от 1,5 мм до 3,0 мм, а насыпная плотность соли 970 кг/м³. Принимаем рабочую скорость w = 2,6 м/с;

 

Парциальное давление водяных паров  в газе определим по уравнению

 

 

Тогда на входе в сушилку

на выходе из сушилки

 

 

Отсюда

 

Таким образом, объемный коэффициент  массоотдачи равен:

.

Движущую силу массопередачи  определим по уравнению

 

 

 

Средняя движущая сила , выраженная через единицы давления, равна

 

 

 

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала  имеем:

  – движущая сила в начале процесса сушки, Па;   

  – движущая сила в конце процесса сушки, Па.

По рисунку 2 определим  и .

 

,

.

Объем сушилки, необходимый для  прогрева влажного материала, находят  по модифицированному уравнению  теплопередачи.

 

 

 

Расход тепла  равен:

 

 

Объемный коэффициент теплопередачи  определяют по эмпирическому уравнению:

 

 

 

Для вычисления необходимо найти температуру сушильного агента до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до . Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:

 

, (4.19)

 

,

откуда  =97 ^оС. Средняя разность температур равна:

 

,

 

Подставляя  полученные значения в уравнение :

Общий объем сушильного барабана

м³

Пользуясь [8] выбираем барабанную сушилку БН 1,6-8НУ-01 с характеристиками приведенными ниже:

 

диаметр барабана..............................................1600 мм;

длина барабана..................................................8000 мм;

частота вращения барабана..............................0,053 с^-1;

мощность  электродвигателя.............................13,2 кВт;

длина................................................................. 9480 мм;

ширина.............................................................. 2860 мм;

высота................................................................3255 мм;

масса..................................................................14630 кг.

 

Определим действительную скорость газов  в барабане:

Данная  сушилка имеет объем V ≈ 16,1 м³.Сушилка будет задействована примерно на 72%, что является допустимым и позволит в будущем варьировать режимы сушки материала.

 

,

 

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м³/с) равен:

 

,

 

где среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха. Подставив, получим:

 

 м³/с

Тогда:

 

Действительная скорость газов ( =2,58 м/с) отличается от принятой в расчете ( =2,4 м/с) менее чем на 15 %. Некоторое уменьшение интенсивности процесса сушки при снижении скорости газов по сравнению с принятой в расчете полностью компенсируется избытком объема выбранной сушилки по сравнению с расчетным.

Определим среднее время пребывания материала в сушилке :

 

,

 

где количество находящегося в сушилке материала.

Количество находящегося в сушилке  материала (в кг) равно:

 

,

 

кг.

Отсюда

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана:

 

 

 

3. Выбор вспомогательного оборудования

3.1 Расчет калорифера

 

Основной задачей расчета калорифера является определение площади его  поверхности нагрева. Этот расчет аналогичен расчету любого теплообменного аппарата рекуперативного типа. Площадь поверхности  нагрева определяют по уравнению:

 

где F – площадь поверхности нагрева, м²;

 – средняя разность температур  греющего теплоносителя и воздуха,  °С;

К – коэффициент  теплопередачи от греющего теплоносителя  к воздуху, кВт/ (м² К)

Q – расчётное количество теплоты, необходимое для подогрева воздуха, кВт;

Из этой формулы необходимая площадь  поверхности нагрева (м²):

 

 

Среднюю разность температур найдём по формуле:

 

 

Если  то рассчитывается как среднее арифметическое и

 

 

 

В качестве теплоносителя выступает  водяной греющий пар. Принимаем  температуру на входе в калорифер  равной температуре на выходе из него при стандартном давлении греющего пара МПа.

Запишем схему процесса теплообмена, отображенную на рисунке 5.1:

 

 

Рисунок 5.1

Схема процесса теплообмена

 

Так как  , то расчёт проводим по формуле:

 

Тепловой поток, принимаемый исходной смесью и, соответственно, отдаваемый насыщенным водяным паром:

 

 

где теплоемкость воздуха, ;

 плотность воздуха при средней  его температуре в калорифере,

 

 

Расход насыщенного водяного пара:

 

 

 

где теплота парообразования,

 

 

Определяем ориентировочную площадь  поверхности теплообмена. По [3] значение коэффициента теплопередачи для  случая теплообмена от конденсирующегося  водяного пара к воздуху К = 35 Вт/(м² К). При этом:

 

 

Для обеспечения площади поверхности  нагрева  выбираем два калорифера по [3] марки КПБ-12Б, установленные параллельно, так как при последовательном подключении теплоотдача второго калорифера может резко упасть в связи с превращением пара в конденсат в первом калорифере. Направление движения пара в калорифере принимаем сверху вниз.

Основные характеристики КПБ-12Б:

 

площадь поверхности нагрева……………………160,48;

Производительность  по теплу.…………………..475,5кВт;

Габаритные  размеры……………………………..1727

1575 220мм;

Диаметр труб……………………………………...50мм.

масса……………..………………………………...529кг;

 

3.2 Расчет циклона

 

В сушильном барабане неизбежно  происходит частичное истирание  материала. Наиболее мелкие частицы  выносятся из барабана потоком газа. Для улавливания последних чаще всего используют циклоны.

Выбор диаметра циклона зависит  от нагрузки по газу (производительность), марки циклона и соотношения  гидравлического сопротивления  циклона  , Па и удельного соотношения веса газа при условиях очистки ,Н/м . Принимают м, что соответствует оптимуму по энергозатратам и эффективности очистки.

По монограмме на рисунке 5.2 [4] при  =18684м /ч и для циклона ЦН-15 находим, что диаметр циклона равен 1,35 м.

 

Рисунок 5.2 – Номограмма для определения  диаметра циклона ЦН

 

Выбираем циклон с ближайшим  стандартным диаметром D=1,4 м [1]

Рассчитаем действительное сопротивление  циклона:

 

,

 

где ξ  – коэффициент гидравлического  сопротивления циклона ЦН – 15;

ρ_г – плотность газа на выходе из барабана, кг/м³;

ω_ф – фиктивная скорость газа, м/c.

ξ = 105 по данным [4].

 

Рассчитаем плотность газа на выходе из барабана при t₂ по зависимости

 

 

 

Фиктивная скорость газа может быть рассчитана по формуле

 

 

,

где V_ц – объемный расход газа проходящего через один циклон, м³/c;

D – внутренний диаметр корпуса циклона, м.

Рассчитаем  фиктивную скорость газа

 

 

 

Далее рассчитываем действительное гидравлическое сопротивление циклона

 

3.3 Расчет вентилятора

 

Для выбора вентилятора необходимо рассчитать гидравлическое сопротивление  системы  . Общее гидравлическое сопротивление найдем по формуле

 

 

где – гидравлическое сопротивление сушильного барабана, Па;

 – гидравлическое сопротивление  циклона, Па;

 – гидравлическое сопротивление  прямых участков газохода, Па;

 – сумма гидравлических потерь  в местных сопротивлениях, Па.

Принимаем = 100 Па.

Гидравлическое сопротивление  прямых участков газопровода найдем по формуле

 

 

где λ  – коэффициент трения;

 

l – длина прямых участков газохода;

ω_гп – скорость газа в газопроводе, м/с;

d_г – внутренний диаметр газопровода, м.

l = 25 м по рисунку 5.3; ω_гп принимаем равной 8 м/с по [1].

 

Внутренний диаметр газопровода  рассчитаем по формуле

 

 

 

 

Стандартный внутренний диаметр принимаем  равным 1,0 м