Расчет аэрофонтанной сушилки

М_сг= /[(lco₂/44)+(lso₂/64)+(lN₂/28)+(lo₂/32)]=19,16/[(2,643/44)+(0/64)+ +(15,647/28)+(0,787/32)]=29,775 кг/кмоль. 

Средняя теплоемкость сухих  топочных газов при t_тг=1000 ºC (в топке поддерживается эта температура):

С_сг=(Ссо₂∙lco₂+Сsо₂∙lso₂+СN₂∙lN₂+Со₂∙lo₂)/(lco₂+lso₂+lN₂+lo₂)=

=(1,12·2,643+0,873·0+1,11·15,647+1,03·0,787)/(2,643+0+15,647+0,787)=

=1,108 кДж/(кг·К),

где теплоемкость при t_тг=1000 ºC [см.4, приложение, таблица 2]: Ссо₂=1,12; Сsо₂=0,873; СN₂=1,11; Со₂=1,03 кДж/(кг·К). 

Средняя теплоемкость природного газа при t=5 ºC:

C_т=Ссн₄∙Yсн₄+Сс₂н₆∙Yc₂н₆+…+Сс_mн_n∙Yc_mн_n=2,1855·0,932+1,651·0,044+

+1,305·0,008+1,601·0,006+1,59·0,003=2,134 кДж/(кг·К),

где Ссн₄=2,1855 кДж/(кг·К); Сс₂н₆=1,651 кДж/(кг·К); Сс₃н₈=1,305 кДж/(кг·К); Сс₄н₁₀=1,601 кДж/(кг·К); Сс₅н₁₂=1,59 кДж/(кг·К) при t=5 ºC [см.4, приложение, таблица 2].

 

Средняя температура топочных газов на выходе из топки без учета диссоциации углекислого газа и паров воды:

t_тг=( ∙ŋ_т+C_т∙t+L_m∙J_о+w_g∙i_g-2500∙ ∙х′)/[ ∙(С_сг+1,97∙х′)]=(49719,135·0,95+

+2,134·5+20,363·15,061+0-2500·19,16·0,119)/[19,16·(1,108+1,97·0,119)]=

=1627,095 °C,

где w_g = 0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром.

    Температуру топочных газов снижают до t_тг=1000 °C за счет подачи наружного воздуха в топку с целью предотвратить разрушение футеровки топки. 

Теплосодержание топочных газов:

J_тг=1,01∙t_тг+(2493+1,97∙t_тг)∙x_тг=1,01·1000+(2493+1,97·1000)∙0,119=

=1541,097 кДж/кг. 

Теплосодержание пара в составе  топочных газов  при t₁=350 °C:

i_n=r₀+1,97∙t₁=2493+1,97∙t₁=2493+1,97·350=3182,5 кДж/кг. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Коэффициент избытка воздуха  при разбавлении  топочных газов воздухом до температуры t₁=350 °C:

 

Количество  воздуха, подаваемого  в камеру смешения на 1 кг природного газа для разбавления до t₁=350 °C:

L_см=L_о∙(α₂-α_m) = 16,969·(6,222-1,2) = 85,218 кг воздуха/кг газа. 

Количество  сухой смеси топочных газов с воздухом на 1 кг природного газа:

+L_cм = 19,16+85,218 = 104,378 кг/кг. 

Количество  паров воды в смеси  топочных газов с  воздухом, полученных при сжигании 1 кг природного газа:

d′′=d′+L_см∙x_о=2,285+85,218·0,004=2,626 кг пара/кг газа. 
 
 
 
 

Влагосодержание смеси топочных газов  с воздухом на выходе из смесителя:

x₁=x″=d″/ =2,626/104,378=0,025 кг/кг. 

Расход  природного газа на сушку измельченной древесины из можжевельника  в аэрофонтанной сушилке:

В = L₁/ =21,179/104,378=0,203 кг/с=730,8 кг/ч,

где L₁=21,179 кг/с [см. расчет аэрофонтанной сушилки]. 

Объем топочной камеры:

V_гор= ∙В/q_v=49500,683·730,8/1260·10³=28,710 м³.

где q_v – допустимое тепловое напряжение  топочного объема; q_v=1260·10³ кДж/(м³·ч)  [см.4, приложение, таблица 3].

Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D=1,8, тогда  

Диаметр топки: D=(V_гор/0,785·1,8)^1/3=(28,710/0,785·1,8)^1/3=2,729 м.

Принимаем D=2,8 м. 

Длина топки: L=1,8∙D=1,8·2,8=5,04 м.

Размеры топки: V_гор=28,71 м³; D=2,8 м; L=5,04 м.

 

2.2 Расчет аэрофонтанной сушилки

 

Исходные  данные:

Параметры материала

Материал измельченная древесина из

      можжевельника

Размер  частиц  30×5×5 мм

Производительность  по влажному материалу  =13 т/ч=3,611 кг/с

Абсолютная влажность:

           начальная w_а1=40 %

           конечная w_а2=20 %

Начальная температура материала q₁=5 °С

Параметры сушильного агента

Сушильный агент – это топочные газы, разбавленные воздухом.

Топливо – природный газ (Ямбургское месторождение)

      Вход  в сушилку

Температура  t₁=350 °С

Влагосодержание x₁=0,025 кг/кг

      (см. расчет горения газа)

Плотность [1, таблица 57] r_t1=0,544 кг/м³

      Выход из сушилки

Температура t₂=90 °С

Относительная влажность  w_о2=85 %

Параметры наружного воздуха

Температура t₀=5 °С

Влагосодержание x₀=0,004 кг/кг

      (см. расчет горения газа)

Теплосодержание J₀=15,061 кДж/кг

Относительная влажность φ₀=70%

2.2.1 Технологический расчет

Теплофизические свойства и характеристика частиц измельченной древесины из можжевельника 

Объем частиц:

V_ч=δ∙b∙l=30·5·5·(10^-3)³=7,5·10^-7 м³. 

Поверхность частицы:

F_ч=2∙(δ∙b+δ∙l+b∙l)=2·(30·5+30·5+5·5)·10^-6=6,5·10^-4 м². 

Фактор  формы:

Ф=0,5. 

Эквивалентный диаметр частицы:

d_э=(6∙V_ч/π)^0,33=[6·7,5·10^-7/3,14]^0,33=0,012 м. 

Относительная влажность материала:

на входе  в сушилку: w_о1=100∙w_а1/(100-w_а1)=100·40/(100-40)=66,7 %;

на выходе из сушилки: w_о2=100∙w_а2/(100-w_а2)=100·20/(100-20)=25 %;

среднее значение: w_{о ср}=0,5∙(w_о1+w_о2)=0,5·(66,7+25)=45,85 %.

Материальный  баланс

 

Производительность  по высушенному материалу:

= ∙(100-w_о1)/(100-w_о2)=3,611·(100–66,7)/(100–25)=1,603 кг/c. 

Количество  испаряемой воды:

W= =3,611-1,603=2,008 кг/с.

 
 

Количество  абсолютно сухого материала:

∙(100-w_о1)/100=3,611·(100-66,7)/100=1,202 кг/с.

Построение  рабочей линии  процесса сушки на J-х диаграмме

 

Параметры наружного воздуха

Точка А на J-х диаграмме: t₀=5 °C; x₀=0,004 кг/кг; J₀=15,061 кДж/кг. 

Параметры топочных газов

Точка К на J-х диаграмме: x_тг=x′=0,119 кг/кг (см. расчет горения природного газа); t_тг=1000 °C. 

Параметры сушильного агента

Вход  в сушилку

Точка В на J-х диаграмме: x₁=x″=0,025 кг/кг; t₁=350 °C.

Выход из сушилки

Точка С на J-х диаграмме: t₂=90 °C. 

Последовательность  построения рабочей  линии процесса сушки  на J-x диаграмме

1) На  J-x диаграмме находим точку А по x₀=0,004 кг/кг и t₀=5 °C; точку К по x_тг=0,119 кг/кг и по t_тг=1000 °C; проводим рабочую линию горения газа .

2) Находим  точку В на пересечении линии и линии температур t₁=350 °C, определяем x₁=0,025 кг/кг.

Теплосодержание сушильного агента на входе в сушилку:

J₁=1,01∙t₁+(2493+1,97∙t₁)∙x₁=1,01·350+(2493+1,97·350)·0,025=433,063 кДж/кг. 
 

3) Определяем t_м1 для точки В. Принимаем, что сушка материала проходит в первом периоде (J₁≈J₂), тогда t_м1=θ₂=60 °С.

4) Расход  тепла на нагрев материала:

Q_м= _∙C_м∙(q₂-q₁)= 1,603·2,5∙(60–5)=220,413 кДж/с,

где C_м=2,5 кДж/кг∙К при w_{а ср}=30 %.

5) Удельный  расход тепла на нагрев материала: 

q_м=Q_м/W=220,413/2,008=109,767 кДж/кг влаги.

6) Удельные  потери тепла принимаем q_пот=100 кДж/кг влаги.

7) Внутренний  тепловой баланс сушилки:

D=4,19∙q₁-(q_м+q_пот)=4,19·5–(109,767+100)= –188,817 кДж/кг.