2. Расчетная часть Материальный расчет сушилки
 Скачать 41.07 Kb.
|
|
Задание
2. Расчетная часть 2.1. Материальный расчет сушилки Общее количество испаряемой влаги в единицу времени:  где G1 – расход материала (по высушенному материалу). Переводим G1 из т/ч в кг/с: G2 =  = 0,36 [ кг/с]W =  = 0,062 [ кг/с]Расход влажного материала: G1 = G2 + W = 0,36+0,062=0,3662 [ кг/с] Величина Δ, называемая внутренним балансом сушильной камеры, выражает разность между приходом и расходом теплоты непосредственно в сушильной камере без учета теплоты сушильного агента: ∆ = qВЛ – (qМ + qТР + qП). Расчет величины Δ выполняют для летних и зимних условий. Удельный приход теплоты с испаряемой влагой равен: θ1=170С θ2=41+5=460С qВЛ = сВЛθ1 = 4,19*17 =71,23 кДж/кг где Свл – удельная теплоемкость влаги, удаляемой из материала при начальной температуре материала; для воды свл = 4,19 кДж/(кг∙К). Удельный расход теплоты на нагревание высушенного материала равен: qМ =  =  =156,4316 кДж/кгУдельную теплоемкость с2 высушенного материала рассчитывают по формуле: с2 = с0 + (свл – с0)u2 =0,879 + (4,19 – 0,879) * 0,015 = 0,929 кДж/(кг∙К) Температуру θ1 материала принимают равной температуре мокрого термометра при средних параметрах окружающего воздуха. В зимних условиях допускается считать θ1 = 0 °С (при хранении материала в помещении), иначе необходимо учитывать дополнительный расход тепла на подогрев и плавление замерзшей свободной влаги в материале. Температуру θ2 высушенного материала при мягком режиме хранения рекомендуется принимать на 10…15 °С выше температуры мокрого термометра, определяемой по параметрам сушильного агента на входе в сушилку. При жестком режиме сушки температура материала приближается к температуре кипения влаги. Удельные потери теплоты на нагрев транспортирующих устройств (вагонеток, конвейера и др.) qтр= 0 Удельные потери теплоты в окружающую среду оценивают предва-рительно в долях от теплоты, расходуемой на испарение 1 кг влаги: qп=ап(r0-cпt2) = 0,05*(2493-1,97*65)=118,2575 кДж/кг где r0 – удельная теплота парообразования при нормальных условиях (для воды r0 = 2493 кДж/кг), сп – удельная теплоемкость пара (сп = 1,97 кДж/(кг∙К)). Коэффициент ап = 0,005…0,05. Меньшее значение рекомендуется для сушки в "кипящем" слое, большее – для барабанной и туннельной сушилок. После определения размеров сушильного аппарата следует выполнить уточненный расчет потери теплоты в окружающую среду. ∆ = qВЛ – (qМ + qТР + qП) = 71,23-(156,4316+0+118,2475) = -203,4491 кДж/кг Для зимнего времени года: θ1=00С θ2=37,5+5=42,50С qВЛ = сВЛθ1 = 4,19*0 =0 кДж/кг qМ =  =  =229,2532 кДж/кгqп=ап(r0-cпt2) = 0,05*(2493-1,97*65) =118,2475 кДж/кг ∆ = qВЛ – (qМ + qТР + qП) = 0-(229,2532 +0+118,2475) = -347,5007 кДж/кг 2.3. Построение на диаграмме I-x процесса сушки воздухом На диаграмме состояния атмосферного воздуха изображается точка А, состояния горячего воздуха на входе в сушилку точка В. Прямая АВ характеризует процесс нагрева воздуха в калорифере. Точку А наносят на диаграмму по значениям температуры t0 к относительной влажности φ0 в заданном районе. Для зимних условий (при отрицательной температуре) рекомендуется использовать параметры х0 и I0. Влагосодержание воздуха рассчитывается по уравнению: х0=0,622*(φ0*Рн )/(Р-Рн*φ0 ), где Рн – давление насыщенного водяного пара, соответствующее заданной температуре t0 (табл. 2.4); Р – общее давление влажного воздуха (диаграмма I-x построена для давления Р=99,3 кПа). Энтальпия I0 определяется по формуле: I0=св*t0+(r0+сп*t0)*х0 , где t0, х0 – температура и влагосодержание окружающего воздуха; r0, св, сп – удельная теплота парообразования и теплоемкость воздуха и пара, св=1 кДж/(кг*К) Параметры точки А:
Точка В с параметрами х1, t1, I1, находятся из условия равенства х1 и х0 на пересечении вертикальной линии АВ с заданной изотермой t1. Параметры точки В:
Состояние воздуха на выходе из сушилки изображается на диаграмме точкой С с параметрами x2, t2, I2. Так как величина х2 заранее неизвестна, находим сначала точку D (с параметрами х'2, t2, I1 ) на пересечении линий построения энтальпии I1 и изотермы t2 и откладываем по вертикали величину Δ(х'2 –х1) до точки Е.
Линия ВЕ совпадает по направлению с линией действительного процесса сушки. Ее пересечение с изотермой t2 определяет положение точки С.
Для проверки правильности построения необходимо убедиться в том, что разность энтальпий I1 и I2 при влагосодержании х2 (отрезок СС1 на диаграмме) соответствует величине, рассчитанной по формуле: I1 - I2 = -Δ ( х2- х1);
Массовый расход абсолютно сухого газа рассчитывают, используя результаты построения процесса сушки на диаграмме I-x: L=W/(x2-x1);
Массовый расход влажного газа Lвл. определяют в зависимости от его влагосодержания: Lвл.=L*(1+x2);
Расход греющего пара в калорифере при сушке воздухом рассчитывают по уравнению теплового баланса: D=L*(I1-I0)/r;
где r – удельная теплота парообразования, соответствующая заданному давлению греющего пара, r=2189,5 кДж/кг, P=2,5 кг/см2. 2.5. Расчет рабочего объема сушилки Общее количество теплоты, затрачиваемой в процессе сушки за 1 секунду, определяют по формуле: Q0=L*(I1-I0);
Количество теплоты, передаваемое высушиваемому материалу в рабочем объеме сушилки за 1 секунду: Q=Q0-W*(qтр.-qп.); qтр. =0
Так как расчетные данные по зиме больше, чем по лету, то дальнейший расчет ведем по зиме. Для расчета рабочего объема Vp сушилки используют уравнение теплоотдачи от сушильного агента к материалу:   м3Интенсивность теплообмена определяется по уравнению:  *3600 кг/(м3*с)Средний температурный напор вычисляют по формуле логарифмического усреднения, если Δtб./ Δtм>2, или как среднее арифметическое, если Δtб./ Δtм<2. Находим температурные напоры на входе сушильного агента в сушилку и на выходе из нее: Δtб.=t1-θм; Δtм.=t2-θм; где t1, t2 – температуры сушильного агента соответственно на входе в сушилку и на выходе из нее.  1450С 650С 42,50С 00С Δtм.=65-0=650С; Δtб.=145-42,5=102,50С;  0С2.6. Расчет коэффициента теплоотдачи Среднюю температуру сушильного агента находят по формуле:   0С 0Сλ=3,2059* 10-2 Вт/(м*К); ν=23,63*10-6 м2/с; Ср=1025,2 Вт/( кг*К); Рr=0,69 Для расчета конвективной теплоотдачи при продольном обтекании поверхности турбулентным газом применяют уравнение:  где υ – средняя скорость газа; l – определенный линейный размер (таб. 2.6); ν – кинематический коэффициент вязкости, ν=23,63*10-6 м2/с; Линейным размером является диаметр кусков материала, d=0,02м (таб.2.6) Коэффициент теплоотдачи к частицам материала можно рассчитать по уравнению, справедливому для значений Re>1000.  Принимаем Рr=0,69 Критерий Гухмана Gu, введенный в уравнение учитывает влияние массообмена на теплообмен:  ,где tcp - средняя температура газа, °С, tM - температура мокрого термометра, °С,  Коэффициент теплоотдачи:  Вт/(м2*К)2.7. Расчет параметров барабанной сушилки Из материального баланса сушилки следует зависимость, по которой можно найти коэффициент заполнения ψ барабана, то есть долю рабочего объема барабана, заполненного материалом.  ,где ρн – насыпная плотность материала (таб. 2.6) ρн=1200 кг/м3 , Во избежание чрезмерного пылеуноса скорость газов vг в барабане не должна превышать 2,5-3 м/с. Исходя из этого условия находят минимально допустимый диаметр сушильного барабана:  м где ρсг и L – плотность и расход абсолютно сухого сушильного агента.  кг/м3Задаются отношения длины барабана Lб к его диаметру Dб в пределах 4  ,Принимаем Lб/Dб=6, тогда Lб=6*Dб=6,48 м, Принимаем стандартный размер сушильного барабана по ГОСТ 11875-79.
 =8,9 м3Находят средний массовый расход материала:  кг/сНайдем объем барабана:  Находим время пребывания материала в барабане:  Выбираем угол наклона сушильного барабана γб согласно стандарту от 0,0175 до 0,07 рад (1-40) и рассчитывают частоту вращения барабана nб или угловую скорость wб, необходимую для перемещения заданного количества материала по длине Lб за время сушки τ:  ,где γб – угол наклона барабана, γб=0,07 рад, а1 –коэффициент зависящий от типа насадки, а1=0,7 (для подъемно-лопастной); а2 - коэффициент зависящий от плоскости высушиваемого материала и направления движения газов и материалов, так как у нас тяжелый материал, то а2=0,7. Потребляемую мощность Nб на вращение барабана приближенно определяют по формуле: Nб=78*σ*ρнас*nб* Dб3* Lб = 78*0,0193*1200*6,23*(1,2)3*8 = 155,58 кВт, σ – коэффициент мощности (табл. 2.10), σ=0,22*ψ+0,016 = 0,22*0,015+0,016 = 0,0193, Массу металла барабанной сушилки Gб, допускается определять ориентировочно в зависимости от ее рабочего объема Vp. Gб=7200+630*Vp = 7200+630*68,87 = 50588,1 кг = 50,5881т 3. Вспомогательные расчеты 3.1. Расчет плотности влажного газа Плотность пара значительно меньше плотности сухого воздуха, поэтому при расчете параметров гидравлического сопротивления газовоздухопроводов и в некоторых других случаях следует плотность сушильного агента (газа или воздуха) находить с учетом его влагосодержания. Рассматривая плотность влажного газа рв.г. как сумму плотностей абсолютно сухого газа рс.г и пара ρп, взятая при их парциальных давлениях, а влагосодержание х как соотношение плотностей пара и воздуха (ρп/рс.г), получим расчетную формулу ρв.г = рс.г(1 +х) Парциальное давление абсолютно сухого газа Рс.г вычисляют как разность между общим давлением смеси Р и парциальным давлением пара ρп: Рс.г = P - ρп; Pп — парциальное давление пара, его можно найти на диаграмме 1-х в зависимости от влагосодержания х, при этом общее давление P влажного газа следует принять равным 99,4 кПа; Pп =133,3 Па,  =99400-133,3 = 99266,7 Па, кг/м3где р0 – плотность при нормальных условиях, ρ0 = 1,293 кг/м3; Р0-давление соответствующее нормальным условиям, Р0=101,3 кПа; Т0 –температура соответствующая нормальным условиям, Т0=273К; Т – температура влажного газа, X2=0,02824  кг/м3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
кг/кг сух. в.;
кг/с
кг/с
вл 
2,1*(1+
) = 2,19 кг/с
) =2,32 кг/с
кг/с
кг/с