Расчет сушильной установки барабанного типа

      Рис. 3. Изображение процесса сушки на диаграмме Рамзина

      При построении процесса сушки сначала  на диаграмму наносят точку А  с параметрами t₀ и φ₀, характеризующую состояние воздуха перед калорифером. Из точки А проводят вертикаль до пересечения с изотермой t₁=const, где t₁ – температура воздуха после калорифера. Точка пересечения В характеризует состояние нагретого воздуха перед входом в сушилку. Вертикальный отрезок АВ изображает процесс нагрева воздуха в калорифере, протекающий при x₀=x₁=const.

      Из  точки В проводят линию I₁, которой изображается адиабатический процесс изменения состояния воздуха в сушилке. Пересечение этой линии с изотермой t₂ дает точку С_т, характеризующую состояние отработанного воздуха на выходе из сушилки. Отрезок ВС_т изображает охлаждение воздуха в процессе сушки. Ломаная АВС_т – графическое изображение всего процесса изменения состояния воздуха в теоретической сушилке.

      Для изображения процесса в действительной сушилке на линии ВС_т выбирают любую точку е и откладывают от нее вверх (при Δ>0) или вниз (при Δ<0) отрезок

,

где ef –  расстояние по горизонтали от точки  е до линии x₁=const, – отношение масштабов диаграммы I – х.

     Величину  Δ определяют по формуле

,

=0,506·1,772(50–17)/0,02=1479,44 кДж/кг.

     Масштаб по оси I [11]:

m_I=

     Масштаб по оси х:

М=0,167/0,000336=497.

      Конец отрезка еЕ (точка Е) лежит на линии  процесса в действительной сушилке. Соединяя точки Е и В и продолжая отрезок ЕВ до пересечения с изотермой t₂=const, определяют точку C, выражающую состояние отработанного воздуха. Линия BC характеризует действительный процесс сушки.

      Для определения расхода сухого воздуха  и тепла в калорифере из точки C опускают перпендикуляр на линию АВ до пересечения в точке D. Пользуясь измеренными по диаграмме отрезками АВ и СD, определяют удельные расходы воздуха

и тепла  в калорифере

.

     Полученные  данные сравнивают с результатами аналитического расчета.

Зимние  условия

Δ= 71,23–(1479,44+ 239,66) = –1647,87 кДж/кг;

ef = 30 мм, еЕ = 30·(–1647,87)/(4,19·497) = –23,7 мм; АВ = 176 мм; СD = 46,5 мм;

l=1/(46,5·0,000336)=64 кг/кг;

q_к= 497·176/46,5 = 1881,1 ккал/кг = 7881,8 кДж/кг.

     Аналитически  было рассчитано:

l= 63,8 кг/кг (расхождение 0,5%); q_к=7864,63 кДж/кг (расхождение 0,1%).

Летние  условия

Δ=71,23–(1479,44+202)= –1610,21 кДж/кг;

ef= 15 мм, еЕ=15·(–1610,21)/(4,19·497)= –11,6 мм; АВ= 123 мм; СD = 46 мм;

l=1/(46·0,000336)=64,7 кг/кг; q_к=497·123/46=1329 ккал/кг=5568,5 кДж/кг.

     Аналитически  было рассчитано:

l=63,85 кг/кг (расхождение 2%); q_к=5550,5 кДж/кг (расхождение 1,4%).

5. ВЫБОР  ЦИКЛОНА

      в качестве газоочистного устройства выбираем циклон типа ЦН–15.

      При расчете первоначально задаемся отношением ΔP/ρ_г=640 и выбираем значение коэффициента гидравлического сопротивления циклона ξ₀=160 [12].

     определяем фиктивную скорость газа в цилиндрической части циклона

             = 2,83 м/с.

      диаметр цилиндрической части циклона

м.

     Принимаем = 0,8 м.

      Гидравлическое  сопротивление циклона

м/с;

=160 506 Па.

 

6. ВЫБОР КАЛОРИФЕРА

      для нагрева воздуха, поступающего в сушилку, выбираем паровой воздухоподогреватель.

      Поверхность нагрева:

где Q_к – расход тепла в калорифере, Вт; t_s – температура насыщения водяного пара, ºC; t_f – средняя температура воздуха, ºC; К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К).

      Расчет  калорифера проводим по зимним условиям: Q_к= 157,3 кВт.

     Температура греющего пара при заданном давлении Р = 2 ат t_s= 119,6ºC [5].

     Средняя температура воздуха

t_f =(t₀+t₁)/2=(–14+109)/2= 47,5ºC.

      коэффициент теплопередачи в пластинчатых калориферах при обогреве паром рассчитываем по уравнению [7]:

К=14,1W^0,366,

где W=L_с.в./f – массовая скорость воздуха, кг/(м²с); f – живое сечение каналов калорифера для прохода воздуха, м².

     Принимаем по [12] f= 0,486 м² для калорифера КФБ–9.

W=1,276/0,486=2,63 кг/(м²с);

К=14,1·2,63^0,366=20 Вт/(м²·К).

      Площадь поверхности теплообмена

 м².

      Для обеспечения этой поверхности теплообмена  потребуется 2 калорифера КФБ–9 площадью 53,3 м². сопротивление одного калорифера ΔР_к= 400 Па [12].

 

7. ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРА

      Для выбора вентилятора определяют гидравлическое сопротивление сети, включающее как  сопротивление трубопроводов, так  и сопротивление предыдущих аппаратов [4]:

+ ΔР_к,

ΔP_cуш – сопротивление барабанной сушилки, составляет 100 200 Па (или 10 20 мм вод. ст.); ΔP_тр – потери давления на трение и местные сопротивления в трубопроводах, Па; ΔP_ц – гидравлическое сопротивление циклона, Па; ΔР_к – гидравлическое сопротивление калорифера, Па.

,

где ρ – плотность газа, кг/м³; w – скорость газа, м/с; λ – коэффициент трения; l – длина трубопровода, м; d – диаметр трубопровода, м; ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений. принимаем стальной трубопровод наружным диаметром 426 мм и толщиной стенки 11 мм. Тогда внутренний диаметр d = 404 мм.

      Скорость  воздуха в трубопроводе

      Критерий  Рейнольдса для потока газа в трубопроводе

      Примем  значение шероховатости труб е = 0,2 мм. Тогда при d/e = 404/0,2 = 2020 и Re = по [5] λ =0,0178.

      примем длину трубопровода l=10 м.

      ΔP_тр=0,98·9,97²/2(0,0178·10/0,404+10,3)= 523Па.

      Примем  сопротивление сушилки ΔP_cуш=100 Па.

ΔP=200+523+506+2·400=2029 Па.

      Полезную  мощность, затрачиваемую на перемещение газа, определяют по формуле

=1,278∙2029=2,6 кВт,

где Q –  расход воздуха, м³/с.

      Мощность, которую должен развивать электродвигатель на выходном валу при установившемся режиме работы, находят по формуле

,

η_в – КПД вентилятора (для центробежных вентиляторов η_в=0,6 0,9); η_пер – КПД передачи от электродвигателя к насосу (при непосредственном соединении валов вентилятора и двигателя η_пер =1).

N_дв=2,6/0,7=3,7 кВт.

     Вентилятор  выбираем по требуемой производительности и величине избыточного давления, которое он должен обеспечить: Ц1–8500 [4].

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. 754 с.
2. Сушильные аппараты и установки. Каталог ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. Изд. 3–е. М., 1975. 64 с.
3. Аппараты с вращающимися барабанами общего назначения. Основные параметры и размеры. ГОСТ 11875–79.
4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2–е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. 496 с.
5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987. 576 с.
6. Машины и аппараты химических производств/ И.И. Чернобыльский, А.Г. Бондарь, Б.А. Гаевский и др. Под ред. И.И. Чернобыльского, 3–е изд., перераб. и дополн. М.: Машиностроение, 1975. 456 с.
7. Кувшинский М.Н. , Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету "Процессы и аппараты химической промышленности". М.: Высшая школа, 1980. 224 с.
8. Варгафтик В.Д. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
9. Справочник машиностроителя. Т. 2. М.: Машгиз, 1954, 559 с.
10. Справочник химика. Т.1. М.: Химия, 1968. 974 с.
11. Романков П.Г., Носков А.А. Сборник расчетных диаграмм по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1977, 24 с.
12. Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. М.: Машиностроение, 1964. 315 с.
13. теплотехнический справочник. В 2–х томах/ под общ. ред. В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. М.: Энергия, 1975.