Расчет барабана-сушилки

       Удельные  потери тепла в сушильном барабане на нагрев высушиваемого материала  будут равны [2]:

       q_м = G_к · с_м · ( θ_к – θ_н) / W,     (3.19)

где с_м = 930 Дж / (кг·К) – теплоемкость высушиваемого материала (глины); θ_к и θ_н – температуры влажного и высушенного материала, °С; G_к – расход по высушенному материалу, кг / ч.

       Начальную температуру материала примем равной θ_н = 20ºС. Конечную температуру материала примем равной температуре мокрого термометра сушильного агента t_м, с которым в контакте находится высушенный материал [5]. Температуру мокрого термометра определим по диаграмме Рамзина. Температуру мокрого термометра сушильного агента на выходе из сушилки можно приблизительно принять равной температуре мокрого термометра сушильного агента на выходе для процесса теоретической сушки. Для определения температуры мокрого термометра сушильного агента на выходе из сушилки t_м, проведем линию I₁ = I₂ = I^т до пересечения с кривой j = 100% и определим соответствующую температуру. Для летних условий t_м = 68ºС, для зимних условий t_м = 65ºС. Так как отличие в температурах небольшое, то примем конечную температуру материала равной температуре мокрого термометра сушильного агента на выходе из сушилки для зимних условий         θ_к = 65ºС.

       Тогда, удельные потери тепла в сушильном барабане на нагрев высушиваемого материала будут равны:

       

= 257500 Дж / кг или 257,5 кДж / кг.

       Удельные  потери тепла в окружающую среду  равны:

       q_п = Q_п / W,      (3.20)

где Q_п – тепловые потери с цилиндрической поверхности сушильного барабана, Вт.

       Для определения Q_п найдем основные размеры сушильного барабана. 

       3.3. Расчет основных размеров барабана 

       Найдем  диаметр барабана из соотношения [6]:

        ,    (3.21)

где L = 5 · D – длина барабана (рекомендуется L/D принимать в диапазоне значений 3,5 ÷ 7) [6]; V_Б – объем сушильного барабана, м³; D – диаметр сушильного барабана, м.

       Объем сушильного пространства барабанной сушилки  можно определить по формуле (3.22) [2].

       V_Б = W / А_υ,     (3.22)

где А_υ – напряжение барабана по влаге. По опытным данным сушки в барабанных сушилках напряжение барабана по влаге для глины равно                 А_υ = 55 кг / (м³·ч) [2].

V_Б = 1398 / 55 = 25,42 м³.

       Выразим из соотношения (3.21) диаметр сушильного барабана:

             (3.23)

       

= 1,86 м. 

       Примем  нормализованные размеры барабана согласно каталогу [9]:

       D = 2,0 м; L = 10 м. Объем сушильного пространства равен V_Б = 31,4 м³.

       Определим потери тепла в окружающую среду.

       Норма тепловых потерь с одного погонного  метра цилиндрической поверхности  может быть определена по эмпирической формуле [6]:

       К · Q_п / L = 145 · D + 0,6 · t + 1,7 · D · t,   (3.24)

где К  – поправочный коэффициент; t – средняя температура дымовых газов; D – диаметр сушильного барабана с учетом слоя изоляции.

       t = (t_н + t_к) / 2 = (600 + 100) / 2 = 350ºC.

       Примем, что установка находится в  помещении, имеющем температуру 25ºС тогда поправочный коэффициент К = 1 из таблицы [6]. Наружный диаметр барабана с учетом слоя изоляции примем предварительно равным 2,1 м.

       Подставим значения в (3.24):

       1 · Q_п / L = 145 · 2,1 + 0,6 · 350 + 1,7 · 2,1 · 350 = 1764 Вт / м длины.

       Потери  тепла по всей длине барабана равны:

       Q_п = 10 · 1764 = 17640 Вт · 3600 = 635·10⁵ Дж / ч.

       Подставим полученное значение в (3.20):

       q_п = 635·10⁵ / 1398 = 45425 Дж / кг влаги или 45,4 кДж / кг.

       Тогда Δ равно:

       Δ = 4,19 · 20 – (257,5 + 45,4) = – 219,1 кДж / кг влаги. 

       3.4. Параметры сушильного агента на выходе из барабана 

       Определим параметры сушильного агента на выходе из барабана. В теоретической сушилке  энтальпии I₁ и I₂ равны, так как все тепло идет на испарение влаги. Для определения параметров сушильного агента на выходе из барабана в действительной сушилке запишем уравнение рабочей линии сушки.

       I₂ = ∆ · (х₂ – х₁) + I₁     (3.25)

       В данном уравнении известны величины I₁, х₁ и ∆. Для определения влагосодержания сушильного агента при выходе из сушильного барабана х₂, зададимся двумя произвольными значениями х^/₂ и х^//₂, близкими к х₂^т – влагосодержание сушильного агента в условиях теоретической сушки, и вычислим соответствующие им значения энтальпии I^/₂ и I^//₂.

       Для зимних условий х₂^т = 0,22 кг / кг сухого воздуха.

       Примем  х^/₂ = 0,21 кг / кг сухого воздуха, тогда

       I^/₂ = – 219,1 · (0,21 – 0,0327) + 738 = 699 кДж / кг.

       При х^//₂ = 0,19 кг / кг сухого воздуха, тогда

       I^/₂ = – 219,1 · (0,19 – 0,0327) + 738 = 704 кДж / кг.

       Проведем  линию через точки с координатами I₁, х₁; , ; , и на пересечении ее с изотермой t₂ = 100˚С определим х₂ (рис. 3.1).

       х^З₂ = 0,208 кг / кг сухого воздуха;

       I^З₂ = – 219,1 · (0,208 – 0,0327) + 738 = 700 кДж / кг сухого воздуха. 
 
 

 

        
Аналогично для летних условий х₂^т = 0,23 кг / кг сухого воздуха.

       Примем  х^/₂ = 0,21 кг / кг сухого воздуха, тогда

       I^/₂ = – 219,1 · (0,21 – 0,0417) + 770 = 733 кДж / кг.

       При х^//₂ = 0,2 кг / кг сухого воздуха, тогда

       I^/₂ = – 219,1 · (0,2 – 0,0417) + 770 = 735 кДж / кг.

       Проведем  линию через точки с координатами I₁, х₁; , ; , и на пересечении ее с изотермой t₂ = 100˚С определим х₂ (рис. 3.2).

       х^Л₂ = 0,22 кг / кг сухого воздуха;

       I^Л₂ = – 219,1 · (0,22 – 0,0417) + 770 = 731 кДж / кг сухого воздуха. 

       3.5. Массовый расход дымовых газов через сушильный барабан 

       Массовый  расход дымовых газов (абсолютно сухих) L через сушильный барабан найдем по уравнению:

       L_с.г. = W / (х₂ – х₁)    (3.26)

       Для зимних условий:

       L^З_с.г. = 1398 / (0,208 – 0,0327) = 7975 кг / ч.

       Для летних условий:

       L^Л_с.г. = 1398 / (0,22 – 0,0417) = 7841 кг / ч.

       Определим расход тепла на сушку [2]:

       Q_c = L_с.г. · (I₁ – I₀)    (3.27)

       Для зимних условий:

       Q^З_c = 7975 · (738 – 30) / 3600 = 1568,4 кДж / с или 1568,4 кВт.

       Для летних условий:

       Q^Л_c = 7841 · (770 – 45) / 3600 = 1579 кДж / с или 1579 кВт. 

       3.6. Объемный расход влажных газов на входе и выходе из барабана 

       Объемный  расход влажных газов на входе в барабан [6]:

       V_вх = L_с.г. · (1 + х₁) / ρ₁,     (3.28)

       Объемный  расход влажных газов на выходе из барабана [6]:

       V_вых = L_с.г. · (1 + х₂) / ρ₂,    (3.29)

где ρ₁ и ρ₂ – плотности сушильного агента при t₁ и t₂ соответственно.

       Плотность газов при произвольной температуре  определяется по закону Менделеева –  Клапейрона.

       ρ_t = ρ₀ · T₀ / (T₀ + t),    (3.30)

где ρ₀ – плотность газа при температуре T₀.

Примем ρ₀ = 1,293 кг / м³ при T₀ = 273 К (как для воздуха) [6].

       ρ₁ = 1,293 · 273 / (273 + 600) = 0,404 кг / м³;

       ρ₂ = 1,293 · 273 / (273 + 100) = 0,946 кг / м³;

       Тогда для зимних условий:

       V^З_вх = 7975 · (1 + 0,0327) / 0,404 = 20386 м³ / ч;

       V^З_вых = 7975 · (1 + 0,208) / 0,946 = 10184 м³ / ч.

       Для летних условий:

       V^Л_вх = 7841 · (1 + 0,0417) / 0,404 = 20218 м³ / ч;

       V^Л_вых = 7841 · (1 + 0,220) / 0,946 = 10112 м³ / ч.

 

        
3.7. Действительная скорость сушильного  агента в барабане 

       Определим действительную скорость сушильного агента в барабане [2]:

       ω_д = υ_г / (0,785 · d²),    (3.31)

где υ_г –объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м³/с:

       Объемный  расход влажного сушильного агента на выходе из барабана равен [2]:

        ,   (3.32)

где х_ср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг / кг сухого воздуха;    t – средняя температура дымовых газов, t = 350ºС.

       Так как массовый расход дымовых газов  в зимний период больше чем в летний, то расчет будем вести по параметрам для зимнего периода.

       х_ср = (х₁ + х₂) / 2 = (0,0327 + 0,208) / 2 = 0,1204 кг / кг сухого воздуха.

       Подставим в (3.32) и получим:

       

 м³ / с.

       Тогда:

       ω_д = 4,66 / (0,785 · 2,0²) = 1,49 м / с. 

       3.8. Определение времени пребывания  материала в сушилке и угла  наклона барабана 

       Среднее время пребывания материала в  сушилке [2]:

        ,     (3.33)

где G_М – количество находящегося в сушилке материала, кг.

       G_М = V_Б · β · ρ_м,     (3.34)

где ρ_м = 1380 кг / м³ – насыпная плотность высушиваемого материала [4]; β – степень заполнения барабана.

       Для сушки глины применяются подъемно-лопасные перевалочные устройства со степенью заполнения барабана β = 12% [2].

       G_М = 31,4 · 0,12 · 1380 = 5200 кг.

       Тогда

       

 с.

       Угол  наклона барабана определяется по формуле (3.35).

        ,    (3.35)

где L – длина барабана, м; d – диаметр барабана, ω_д – действительная скорость газов на выходе из барабана, м / с; n = 5 – число оборотов барабана, об / мин.

       

 

       3.9. Расчет теплоизоляции барабана