Технические расчеты проектируемого аппарата

3 Технические  расчеты проектируемого аппарата

 

3.1 Материальный расчет  проектируемого аппарата

Пневматическая сушилка, как отмечалось ранее, представляет собой широкий класс аппаратов, различающихся конструкцией  гидродинамическим  режимом. Общим для этих сушилок  является то, что сушка материала  осуществляется одновременно с транспортированием его газообразным теплоносителем. Разделение отработанного газа и дисперсного  материала происходит в пылеулавливающих системах.

При расчете пневматических сушилок предварительно по заданной производительности по готовому продукту, начальной и конечной влажности  материала при известных параметрах воздуха и начальной температуре  материала определяют количество влаги  W, испаряемой в сушилке:

 

G_к = 320 кг/ч = 320/3600 = 0,089 кг/с,

 

где: G_к – производительность установки по сухому веществу;

W_н – начальная влажность продукта, 34 %;

W_к – конечная влажность продукта, 3 %.

 

       3.2 Тепловой расчет проектируемого аппарата

       Для поддержания определенного режима сушки, необходимо знать основные параметры влажного воздуха: температуру, относительную влажность, удельное влагосодержание и энтальпию.

Температура и влажности  влажного воздуха на входе в калорифер:

t₀ = 11 ;

= 83 %.

Удельное влагосодержание  воздуха рассчитаем по формуле:

 

 

где: 0,622 -  отношение мольных  масс водяного пара и воздуха;

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па;

Р_н = 1322,4 при t₀ = 11 ⁰C [1];

В – барометрическое давление воздуха, Па;

В = 99100 Па.

Удельное влагосодержание  воздуха на входе в калорифер:

 

 

 

Так как подогрев воздуха  в калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то и удельное влагосодержание воздуха на входе  в калорифер тоже, что и на входе  в сушилку:

 

х₀ = х₁ = 0,007 кг/кг

 

Энтальпия влажного воздуха  представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося  на 1 кг сухого воздуха:

 

 

 

где: С_с.в. – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха, ( при t < 200 ⁰C C_с.в. = 1,004 кДж/(кгК));

t – температура влажного воздуха, ⁰С;

х – удельное влагосодержание  воздуха, кг/кг;

i_n – удельная энтальпия перегретого пера, к Дж/кг,

 

i_n = r₀ + c_n t,

 

где: r₀ – удельная теплота парообразования воды, ( при 0 ⁰С r₀ = 2500 кДж/кг);

с_n – средняя удельная теплоемкость водяного пара;

c_n = 1,842 кДж/(кг·К) [2];

Энтальпия воздуха на входе  в калорифер:

I₀ = 1,004 · 11 + 0,007 · (2500 + 1,842 · 11) = 28,686 кДж/кг

Энтальпия воздуха на выходе из калорифера ( на входе в сушилку):

I₁ = 1,004 · 85 + 0,007 · (2500 + 1,842 · 85) = 103,94 кДж/кг

 

Уравнение теплового баланса  сушилки:

 

 

 

где: ∆ - разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

- теплоемкость  влаги во влажном материале  при температуре     ₁ = 17 ⁰С, кДж/(кгК);

[2];

q_доп – удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп = 0;

q_т – удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае q_т = 0;

q_м – удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

 

 

 

С_м - теплоемкость высушенного материала:

 

 

 

С_с – теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг · К);

С_с – 1,5 кДж/(кг · К);

 

 

 

 

 

 

q_п – удельные потери тепла в окружающую среду :

 

 

 

q_п  = 0,08 · (2500 + 1,842 · 50 + 46,28 – 4,19 · 17) = 205,37 кДж/кг влаги

 

Разность между удельными  приходом и расходом тепла непосредственно  в сушильной камере:

 

∆ = 4,19 · 17 + 0 – (0 + 46,28 + 205,37) = -180,42 кДж/кг влаги

 

Запишем уравнение рабочей  линии сушки:

 

 

 

или

 

I_р = I₁ + ∆ · ( x₂ + x₀ )

Для построения рабочей линии  сушки на диаграмме I – x необходимо знать координаты (I и х) минимум двух точек. Координаты одной точки известны:

I₁ = 103,94 кДж/кг;

х₁ = 0,007 кг/кг

Для нахождения координат  второй точки, зададимся произвольным значением х, и определим соответствующее ему значение I. Пусть х=0,020 кг влаги/ кг с.в., тогда:

 

I = 103,94 – 180,42(0,020 – 0,007) = 101,5 кДж/кг

 

Через две точки на диаграмме  I-xс координатами I₁, x₁ и I, х проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂ = 50 ⁰C. В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂ = 50 ⁰C находим параметры воздуха: х₂ = 0,019 кг/кг.

Энтальпию воздуха на выходе из сушилки рассчитываем по формуле:

 

I₂ = 1,004 · 50 + 0,019(2500 + 1,842 · 50) = 99,44 кДж/кг

 

 

 

 

Расход воздуха на сушку:

 

 

 

 

 

Средняя температура воздуха  в сушилке:

 

 

 

 

 

Среднее влагосодержание  воздуха в сушилке:

 

 

 

 

 

Средняя плотность воздуха:

 

 

 

 

 

Средняя плотность водяных  паров:

 

 

 

 

 

Средняя объемная производительность по воздуху:

 

 

 

 

 

Расход тепла на сушку:

Q = L · (I₁ – I₀), кВт

 

Q = 3,5 · (103,94 – 28,686) = 263,34 кВт

 

3.3 Конструктивный расчет  проектируемого аппарата

Расчет пневмотранспорта

Для определения скорости газа в пневмотрубе рассчитывают скорость витания для частицы max размера dmax.

Находим число Архимеда:

 

 

 

где ρ_м-плотность материала, 100 кг/м3;

ρ_г-плотность сухого воздуха при средней температуре 1,037 кг/м³;

μ-коэффициент кинематической вязкости воздуха при средней  температуре, 1,41·10^-5 м²/с. [1].

 

 

, Па·с

 

       

 

 Теплопроводность воздуха  равна λ=0,0278 Вт/м*град

 

                                                                   

 

Наружная поверхность  частиц:

 

 

 

n-число частиц, проходящих  через сушилку за 1 час

 

 

                             

                               

 

 

 

 

Количество тепла, отдаваемого  горячим воздухом, высушиваемому  материалу.

 

 

 

Время сушки из уравнения  теплоотдачи:

 

 

                                               

 

 

Скорость осаждения:

 

 

Ly=6000, [1]

 

 

Скорость воздуха в  сушилке в 2-2,5 раза больше ω_ос:

 

ω=2·4,3=8,6 м/с

 

Длинна трубы:

 

l=τ·(ω-ωос), м

l =1,83·(8,6-4,3)=7,9 м

 

Диаметр сушилки: