4. Тепловой расчет сушильных барабанов

При проектировании современных сушильных установок необходимо создать условия, обеспечивающие эффективное протекание как внешнего тепло- и массообмена в сушильной камере, так и тепло- и массопереноса внутри объектов сушики.

Исходные данные:

- высушиваемый материал – бязь (ширина ткани вес абсолютно сухой ткани );

- начальная и конечная влажность ткани ( к абсолютно сухому весу);

- производительность сушильных барабанов

- давление пара в сушильных цилиндрах

-параметры воздуха в помещении : температура влагосодержание на 1кг сухого воздуха;

-параметры паровоздушной смеси, удаляемой из ограждений сушильных барабанов : температура влагосодержание на 1кг сухого воздуха;

- барабаны – однополотенные.

Пример инженерного расчета

Количество влаги, подлежащей удалению (испарению) из высушиваемого материала,

где - вес абсолютной сухой ткани, кг/ч, причем

Отсюда

Общее количество влаги, которое следует удалить из ограждений сушильных барабанов,

Количество сухого воздуха, необходимого для восприятия всей влаги, подлежащей удалению из ограждений сушильных барабанов,

Подставляя известные величины, получим

Удельный вес влажного воздуха определяем по формуле

где В - барометрическое давление, принимаемое равным 745 мм рт. ст.

В этом случае

Общий объём влажного воздуха (паро-воздушной смеси), подлежащего удалению из ограждений сушильных барабанов, составит

На этот объёмный расход воздуха и подбирается вентилятор по каталогу.

Часовой расход тепла на сушильные барабаны складывается из следующих расходов тепла:

- количество тепла, расходуемо на испарение влаги из материала, ккал/ч;

- количество тепла, расходуемого на нагревание воздуха, ккал/ч;

- потери тепла с уходящей тканью, ккал/ч;

- через сальники, ккал/ч;

- с конденсатом, ккал/ч;

- в окружающую среду, ккал/ч.

Тепловой баланс сушилки выразится следующим уравнением:

Определяем каждый из членов правой части уравнения.

где - теплосодержание пара при параметрах уходящего из сушилки воздуха ( =595+0,47 =595+0,47 75=630 ккал/ч);

- температура ткани, поступающей в сушилку (принимаем ).

ккал/ч.

;

ккал/ч.

,

где - вес высушенной ткани, влажность которой , кг/ч;

- теплоёмкость ткани при влажности (ккал/кг. ) , определяемая по формуле

( - теплоёмкость абсолютно сухой ткани) ;

- температура ткани, выходящеё из сушилки ( =75 ).

ккал/ч

= ,

где - вес пара, уходящего через сальники в час ( =30 кг/ч);

- теплосодержание пара при избыточном давлении 3 бар.

= ,

где - количество конденсата, кг/ч;

- теплосодержание конденсата, ккал/кг.

; =143,6 ккал/кг,

где - расход пара, который требуется определить.

.

ккал/ч

,

где k – коэффициент теплопередачи, ккал/м² ;

F – поверхность всех ограждений сушильных барабанов, м^2;

- температура среды внутри ограждений барабанов, ;

-температура воздуха помещения, .

Коэффициент теплопередачи k определяем по формуле

,

где - коэффициент теплоперехода от горячего воздуха к стенам ограждений, ккал/м² ;

-коэффициент теплоперехода от стен ограждений к наружному воздуху, ккал/м² ;

- толщина асбо-древесных плит ( =25 мм);

- коэффициент теплопроводности ( =0,06 ккал/м² ).

Учитывая конвективные потоки воздуха, создаваемые в сушилке вращающимися цилиндрами, принимаем скорость воздуха внутри сушилки равной 1 м/сек.

Тогда

ккал/м² .

- определяем по приближенной формуле

,

где - температура наружной поверхности ограждений, ;

ккал/м²

(здесь температуру предварительно приняли равной 30 ).

ккал/м² .

Теперь следует проверить принятую температуру стенки:

.

Ограждения сушильных однополотенных барабанов из трех колонок имеют следующие размеры (м): 6,75; 3,1; 4,1.

Общая поверхность ограждений

м²

Принимаем .

ккал/ч.

Учитывая потери через пол порядка 400 ккал/ч ., имеем

ккал/ч.

В результате уравнение теплового баланса имеет вид

.

Так как , то

кг/ч.

Удельный расход пара кг на 1 кг испарённой влаги.

Количество конденсата кг/ч.

Подсчитанные часовой и удельный расходы пара определены нами без учета простоев машины, а относятся только к часу полезной работы сушилки.

Тогда суммарная поверхность нагрева

. (5)

Принимая =12 кг/м² ч, имеем

.

Определив суммарную поверхность нагрева, можно найти число n цилиндров сушилки по формуле

, (7)

где - наружный диаметр сушильного цилиндра, м;

- угол охвата цилиндра тканью, ;

для барабанов для односторонней сушилки =271 ;

для барабанов для двухсторонней сушки =247 ;

-общая ширина ткани, м.

.

Принимаем n=24: три колонки по 8 цилиндров.

Более точно число цилиндров можно определить, исходя из продолжительности сушки.

Если известна продолжительность сушки z, то

,

где -коэффициент полезного времени сушильных барабанов;

z – продолжительность сушки, сек.

Величина z может быть найдена из следующей зависимости, установленной работа ИвНИИ:

[сек],

где g –вес 1м² абсолютно сухой ткани, кг;

-температура пара в сушильных цилиндрах, ;

- весовая скорость воздуха, обслуживающего ткань, на выходе из насадки ( весовая скорость должна быть равна 10-15 ).

Общий расход тепла на 1 кг испаренной влаги составляет

Часовой расход тепла

Диаметр барабана сушилки определяем по объему проходящего через него теплоносителя

Среднюю скорость теплоносителя в барабане сушилки белья определяем по формуле

(8)

Согласно обзору литературных источников можно принять V_Tcp=1-45 м/сек

Приняв V_Tcp= 1,25 м/сек и , найдем

Принимаем D_б=3,0 м.

Число и длину лопастей по периметру барабана определим из соотношения

Z=(3,5-4)D_б=(3,5-4)3=10,5 принимаем z=12

Опытными данными получено оптимальное отношение длины лопасти к диаметру барабану

Принимаем h=0,15xD_б = 0,15х3 = 0,45 м

Количество тепла, которое должно быть передано в барабане белью

т.е. это количество тепла передаваемое в барабане объемом V_б при наличии разности температур между бельем и теплоносителем

Первая составляющая объемного коэффициента теплоотдачи