Принимаем t_cт2=21°С. В качестве изоляционного материала выбираем совелит λ₂= 0,09 Вт/(м·К) [13].

303,952

.

     Отсюда D_н=3,07 м.

     Толщина слоя изоляции

=(3,07–2,828)/2=0,12 м.

Принимаем δ₂=0,12 м. 

     С учетом принятой толщины слоя изоляции уточняем наружный диаметр барабана

=2,8+2·0,014+2·0,12+2·0,001=3,07 м.

     Поверхность теплообмена

=3,14·3,07·22+2·0,785·3,07²=226,16 м².

     При определении α₂^/ все физические константы выбирают при средней температуре пограничного слоя у стенки

,

где t_f2 – температура воздуха в цехе, °С; t_cт2 – температура изолированной наружной стенки барабана, °С. при t_сл= (15+21)/2 = 18 °С по [8] определяем с = 1006,3 Дж/(кг·К); λ = 0,026 Вт/(м·К); μ = 0,018 мПа·с; ρ = 1,213 кг/м³.

Pr=1006,3·0,018·10^–3/0,026=0,693;

Gr=

;

(GrРr)_m=13,84·10⁹·0,693=9,59·10⁹ – вихревой режим.

     Расчетное уравнение

Nu_m=0,135(GrPr)

=0,135(9,59·10⁹)^1/3=285;

α₂^/= 285·0,026/2,47=3 Вт/(м²·К).

     Коэффициент теплоотдачи за счет лучеиспускания

=

      Здесь ε – степень черноты наружной поверхности сушилки, определяемая по справочным данным [9] для поверхности покрытой масляной краской  ε = 0,95; С₀= 5,7 Вт/(м²·К⁴) – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела; Т_ст и Т_ср – абсолютные температуры соответственно стенки и окружающей среды, К.

     α₂=3+5,3=8,3 Вт/(м²·К).

     Коэффициент теплопередачи

К=

     Проверяем выбор температуры стенки:

=84,5–0,61·66,5/5,5 = 93,4 °С,

15+0,61·66,5/8,3= 16,96 °С.

Расхождение незначительное.

Потери  тепла в окружающую среду

q_п=0,61·118,16·66,5/0,02 =239,66 кДж/кг влаги.

Тепловой  баланс на 1 кг удаляемой влаги составляют следующим образом:

Итого:      9172,43          9079,44

Невязка теплового баланса: % < 3%.

2.4.2. Для летних условий

     Задаемся  влажностью воздуха на выходе из сушилки  φ₂=19%. Влагосодержание воздуха:

0,02413.

     Расход  сухого воздуха

= =1,277 кг/с.

     Удельный  расход сухого воздуха на сушку:

= =63,85 кг/кг.

     Удельный  расход тепла в калорифере:

=63,85(131,93–45)=5550,48 кДж/(кг влаги).

      Энтальпия сушильного агента на выходе из сушилки

I₂=(1+1,97·0,02413)60+2493·0,02413=123 кДж/кг.

     Примем  температуру воздуха в цехе t₀= 25 °С. Тогда Δt_б=109–25 = 84 °С, Δt_м= 60–25 = 35 °С:

56°С.

х_ср=0,5(х₁+х₂)=0,5(0,00847+0,02413)=0,0163 кг/кг сухого воздуха;

1,326 м³/с.

     Скорость сушильного агента в барабане:

=1,326/[0,785·2,8²(1–0,18)]=0,426 м/с.

      Определяем  режим движения сушильного агента

Re_f=wD_бρ/μ=0,426·2,8·0,987/(0,021·10^–3)=44048,4.

Nu_f=0,018·44048,4^0,8·1,18=110,2.

α^/₁=110,2·0,0308/2,8=1,54 Вт/(м²·К).

     Примем  температуру внутренней поверхности  барабана как и в расчете для  зимних условий t_ст1= 76,5°С. Тогда коэффициент теплоотдачи за счет естественной конвекции будет иметь такое же значение, как в п. 2.4.1 α₁^//=2,87 Вт/(м²·К).

     Принимаем k=1,25.

α₁=1,25(1,54+2,87)=5,51 Вт/(м²·К).

Принимаем t_cт2= 29 °С. Тогда при t_сл=(25+29)/2= 27 °С по [8] определяем с = 1006,7 Дж/(кг·К); λ = 0,026 Вт/(м·К); μ = 0,0184 мПа·с; ρ = 1,178 кг/м³.

Pr=1006,7·0,0184·10^–3/0,026=0,7;

Gr=

;

     (GrРr)_m=8,08·10⁹·0,7=5,656·10⁹– вихревой режим.

     Расчетное уравнение

Nu_m=0,135(GrPr)

=0,135(5,656·10⁹)^1/3=239;

α₂^/=239·0,026/3,07=2,52 Вт/(м²·К).

     Коэффициент теплоотдачи за счет лучеиспускания

=

α₂=2,52+5,8=8,32 Вт/(м²·К).

     Коэффициент теплопередачи

К=

Потери  тепла в окружающую среду

q_п=0,61·118,16·56/0,02 =202 кДж/кг влаги.

     Тепловой  баланс на 1 кг удаляемой влаги:

Итого:     10697,8          10297,13

Невязка теплового баланса: %<3%.

 

     Результаты  расчетов сушильной установки для зимних и летних условий заносим в таблицу

 

 

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  СУШКИ

     для барабанных сушилок предлагается [4] следующая формула расчета продолжительности сушки (в мин.):

где β  – коэффициент заполнения барабана; ρ_н – насыпная плотность материала, кг/м³ ;ω₁ и ω₂ –начальная и конечная влажность материала, %; А – напряжение барабана по влаге, кг/(м³·ч).

находим по справочным данным для зерна ρ_н=1200 кг/м³ [7].

339 мин.

     Зная  время пребывания, рассчитывают угол наклона барабана

,

n - частота  вращения барабана, об/мин; w- скорость  сушильного агента в барабане, м/с.

1,5º > 0,5º.

     Далее проверяют допустимую скорость газов, исходя из условия, что частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания w_св определяют по уравнению

,

где μ_ср и ρ_ср - вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре; d- наименьший диаметр частиц материала, м; Ar≈d³ρ_чρ_срg/μ²_ср - критерий Архимеда; ρ_ч- плотность частиц высушиваемого материала, для зерна ρ_ч=2260 кг/м³ [5].

     Средняя плотность сушильного агента

,

М_св - мольная масса воздуха, кг/кмоль; М_в- мольная масса водяного пара, кг/кмоль; Р₀ - давление, при котором идет процесс сушки, Па; р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па; Т₀=273 К.

     Парциальное давление водяных паров в сушильном  барабане определяют как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.

     Парциальное давление водяных паров в газе определяют по уравнению

.

     На  входе в сушилку

1346 Па.

     На  выходе из сушилки

3742 Па.

     Среднее парциальное давление

р=0,5(1346+3742)=2544 Па.

0,98 кг/м³.

     Наименьший  диаметр частиц зерна d= 0,5 мм [6].

     Критерий  Архимеда

Ar=

5637.

     Скорость  уноса

w_св=

4,19 м/с.

     Полученное значение скорости уноса частиц сравнивают с рабочей скоростью сушильного агента в сушилке: w=0,426 м/с < w_св=4,19 м/с. Расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем.

 

4.РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СУШКИ С ПОМОЩЬЮ  I – x ДИАГРАММЫ

       Расход сушильного агента и тепла на сушку могут быть определены графоаналитическим путем с помощью изображения процесса на I – x диаграмме. Расчет выполняют отдельно для зимних и летних условий. На рис.3 приведено изображение процесса сушки в барабанной сушилке.