d_н= 805V_H2O/(1,977V_CO2+1,251V_N2+1,429V_O2)

V_CO2 = 1,003 м³/м³

V_Н2О = 0,01(2СН₄+3С₂Н₆+4С₃Н₈+5С₄Н₁₀+6С₅Н₁₂+Н₂О+0,16dL_a) =

= 0,01(2×93,0+3×1,2+4×0,7+5×0,4+6×0,2+1+0,16×10×64,42) = 2,997 м³/м³

V_N2 = 0,79L_a+0,01N₂ = 0,79×64,42+0,01×3,3 =50,925 м³/м³

V_O2 = 0,21(a – 1)L₀ = 0,21(6,73– 1)9,42 =11,335 м³/м³

d_н= 805×2,997/(1,977×1,003+1,251×50,925+1,429×11,335) = 29 г/кг сух.газ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Построение  теоретического и  действительного 

процесса сушки на I – d диаграмме

      Для построения теоретического процесса сушки известны два начальных параметра сушильного агента: t_н^газ = 350 °С и d_н = 29 г/кг сух. газ., по которым находим точку В – начало процесса сушки. Наносим на диаграмму точку А с начальными параметрами атмосферного воздуха t₀ =20 °С и d₀  = d_воз= 10 г/кг сух.воз., поступающего в топку и в смесительную камеру сушилки. Точки А и В соединяем прямой, которая описывает процесс смешения газов с атмосферным воздухом. Проводим из т. В прямую параллельно линии I=const до пересечения с изотермой t_к=102 °С в точке С, соответствующей конечным параметрам газов на выходе из сушилки (I_н = I_к = 450 кДж/кг).

      По  I – d диаграмме находим для точки С влагосодержание d₂=130  г/кг. Расход сухих газов для теоретического процесса сушки:

      G_газ^теор = 1000W/(d₂ – d_н) = 1000×1,033/(130 – 29) = 10,23 кг/с. 
 

Общие тепловые потери при сушке будут  составлять:

Q = Q_м+Q_окр,

где Q_м – расход тепла на нагрев материала,

        Q_окр – потери тепла в окружающую среду.

Расход  тепла на нагрев материала:

Q_м = G₂c_м(t_к^м – t_н^м),

где с_м – теплоемкость материала при конечной влажности

с_м = с₀(100-w_к)/100 + 4,2w_к/100,

где с₀ = 1,23 кДж/кг×К – теплоемкость абсолютно сухого материала.

с_м = 1,23(100-1,5)/100 + 4,2×1,5/100 = 1,275 кДж/кг

Q_м = 4,722×1,275(90 – 20) = 421,3 кВт. 

Потери  тепла через стенку в окружающую среду:

, 

Принимаем коэффициент теплоотдачи от газов  к внутренней поверхности барабана a₁ = 100 Вт/м²×К, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду a₂ = 12 Вт/м²×К

(t^газ – t^воз) – разность температур газов рабочего пространства и окружающего воздуха.

s₁ = 16 мм – толщина стенки барабана,

s₂ = 40 мм – толщина тепловой изоляции,

l₁ и l₂ – 58,2 и 0,2 Вт/м×К – теплопроводность соответственно стали и диатомитовой изоляции,

S_б – площадь боковой поверхности барабана

S_б = pD^cpL_бар = p2,688×16 = 135,1 м².

D^cp – средний диаметр барабана:

D^cp = D – 2(s₁+s₂) = 2,8 – 2(0,016+0,04) = 2,688 м

Температура газов внутри барабана

t^газ = [(t_н^газ – t_н^м) – (t_к^газ – t_к^м)]/ln[(t_н^газ – t_н^м)/(t_к^газ – t_к^м)] + t_cp^м

t_cp^м – средняя температура материала в барабане

t_cp^м = t_н^м + 2(t_к^м  – t_н^м)/3 = 20+2(90-20)/3 = 66,7 °С

t^газ = [(350 – 20) – (102 – 90)]/ln[(350 – 20)/(102 – 90)] + 66,7 = 295,1 °С

Q_окр = 135,1(295,1 – 20)/(1/100+1/12+0,016/58,2+0,04/0,2) = 126,6 кВт

Общие потери тепла в процессе сушки

Q = 421,3+126,6 = 447,9 кВт

Уменьшение  энтальпии дымовых газов:

I_пот = Q/ G_газ^теор = 447,9/10,23 = 43,8 кДж/кг

Построение действительного процесса сушки. Из точки С вертикально вниз откладываем величину I_пот = 43,8 кДж/кг до точки D. Наносим точку Е - пересечение линии BD и изотермы 102 °С. Линия ВЕ описывает действительный процесс сушки. Влагосодержание газов на выходе из сушилки в точке Е – d_к= 110 г/кг, тогда действительный расход газов на сушку

G_газ = 1000W/(d_к – d_н) = 1000×1,033/(110 – 29) = 12,75 кг/с.

Расход  тепла на сушку:

Q_c = G_газ(I`_н – I_воз) – 4,2Wt^м_н

I`_н = 390 кДж/кг – энтальпия воздуха подаваемого на сушку

I_воз = 44 кДж/кг – энтальпия неподогретого воздуха.

Q_c = 12,75(390 – 44) – 4,2×1,033×20 = 4324,7 кВт

Расход  тепла в топке с учетом КПД топки h=0,9

Q_т = 4324,7/0,9 = 4805,3 кВт

Расход  топлива

В = Q_т/Q_н^p = 4805,3/35485 = 0,1354 кг/с 

6. Материальный  баланс сушильного барабана

   При установившемся процессе сушки количество влаги, поступающей в барабан с дымовыми газами и материалом, должно быть равно количеству  влаги, количеству влаги, оставшейся в материале и влаге, уходящей с дымовыми газами.

Расход  влажных отходящих газов на выходе из барабана:

   G_см = (1+0,001d_н)G_газ+W =

   = (1+0,001×29)12,75+1,033 = 14,153 кг/с.

Количество  водяных паров в дымовых газах, поступающих на сушку:

G_вл = ВV_H2Or_H2O = 0,1354×2,997×0,804 = 0,326 кг/с.

Полученные  статьи расхода и прихода материальных потоков сводим  в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.1

Материальный  баланс сушильного барабана

7. Тепловой баланс сушильного барабана

Приход тепла:

- тепло от  сгорания топлива:

Q_гор = BQ_н^р = 0,1354×35485 = 4804,7 кВт

- тепло вносимое  воздухом, подаваемым на горение  и для разбавления дымовых газов:

Q_B = L``_aI_BB = 64,42×26×0,1354 = 226,8 кВт. 

Расход  тепла:

- тепло на испарение и нагрев влаги материала:

Q_исп = (2493+1,97t_к^газ – 4,2t_н^м)W

где 2493 кДж,кг – скрытая теплота парообразования  при 0°С;

       1,97 кДж/кг×К – теплоемкость водяных паров;

       4,2 кДж/кг×К – теплоемкость влаги материала.

Q_исп = (2493+1,97×102 – 4,2×20)1,033 = 2869,6 кВт

- тепло  с отходящими дымовыми газами, за исключением тепла, уносимого  испарившейся влагой:

Q_ух = (a_обшL`₀+DV)BI_ух,

где I_ух = 110 кДж/кг – энтальпия уходящих из барабана газов

      DV – разность между объемом продуктов горения и объемом воздуха, поступающего на горение

DV = V_a - aL`₀ = 12,5 – 1,2×9,57 = 1,016 м³/м³

Q_ух = (6,73×9,57+1,016)0,1354×130 =1151,6 кВт,

- потери  тепла в топке:

Q_т = BQ_н^р(1 - h_т) = 0,1354×35485(1 – 0,9) = 480,5 кВт

Статьи  прихода и расхода теплоты сводим в тепловой баланс сушильного барабана.

Таблица 7.1.

Тепловой  баланс сушильного барабана