2.4. Определение основных размеров сушильного барабана.

Объём сушильного пространства V складывается из объёма V_n , необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента) и объёма V_c, требуемого для проведения процесса испарения влаги, то есть V=V_c+V_n. Объём сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи:

,

где - средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³;

- объёмный коэффициент массопередачи, 1/с.

(при параллельном движении материала и сушильного агента).

Для барабанной сушилки коэффициент массопередачи , может быть вычислен по эмпирическому уравнению:

где - средняя плотность сушильного агента, кг/м³;

с - теплоёмкость сушильного агента при средней температуре в барабане, кДж/кг*К;

- относительное заполнение барабана высушиваемым материалом, %;

Р_o - давление, при котором осуществляется сушка, Па;

Р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па;

Уравнение справедливо для значений: n=1,5-5 об/мин,

В данном случае у нас песок с размерами d_ч = 0,65 мм и насыпной плотностью 1500кг/м³ [5].

Принимаем скорость газов в барабане = 0,8 м/с.

Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане:

кг/м³

Принимаем частоту вращения барабана [4] n = 5 об/мин. Для рассматриваемой конструкции сушильного барабана (степень заполнения барабана) [4]. Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, то есть

Р_o=101330,8 Па.

Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению:

Тогда на входе в сушилку:

Па

на выходе из сушилки:

Па

Отсюда

Па.

Таким образом, объёмный коэффициент массоотдачи равен:

с^-1

Движущую силу массоотдачи определим:

где - движущая сила в начале процесса сушки, кг/м³;

- движущая сила в конце процесса сушки, кг/м³;

и - равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из неё, кг/м³.

Средняя движущая сила и выраженная через единицы давления (Па), равна:

где и - давления насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

Значения и определяем по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (t_м1) и в конце (t_м2) процесса сушки. По диаграмме I - х [4] найдём t_м1 = 19^оC, t_м2 = 54°С; при этом

=7874,68Па

=7381,68Па

П а

кг/м³

Объём сушильного барабана, необходимый для измерения процесса испарения влаги, без учёта объёма аппарата, требуемого на прогрев влажного материала:

м³

Объём сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находим по модифицированному уравнению теплопередачи:

где - расход тепла на нагрев материала до температуры t_м1, кВт;

- объёмный коэффициент теплопередачи, кВт/м³К;

- средняя разность температур, °С.

Расход тепла равен:

Объёмный коэффициент теплопередачи определим по эмпирическому уравнению [7]:

Вт/(м³∙К)

Для вычисления , необходимо найти температуру сушильного агента t_x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_м1. Эту температуру можно определить из ypавнения теплового баланса:

t_x =28,34^oC

Средняя разность температур равна:

Подставляем полученные данные в уравнение:

Общий объём сушильного барабана равен:

V=V_с+V_П

V=5,374+6,8511=12,22м³

Далее по справочным данным [4] находим основные характеристики барабанной сушилки.

Выбираем барабанную сушилку №7450, ее основные характеристики представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Характеристика барабанной сушилки.

Показатели	Значения
Внутренний диаметр барабана, м	1,5
Длина барабана, м	8
Толщина стенок наружного цилиндра, мм	10
Объем сушильного пространства, м3	14,1
Число ячеек, шт.	25
Частота вращения барабана, об/мин	5
Общая масса, т	13,6
Потребляемая мощность двигателя, кВт	10,3

Определим действительную скорость газов в барабане:

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м³/с) равен:

где x_ср. – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха. Получим:

м³/с

Тогда

м/с.

Определим среднее время пребывания материала в сушилке:

Количество находящегося в сушилке материала равно:

кг

Отсюда:

с.

Зная время пребывания, рассчитываем угол наклона барабана:

ͦ

Далее проверяем 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 определим по уравнению:

где и - вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре;

_{=2,17*10 Па*с}

d - диаметр частиц материала, d = 0,00065м;

- критерий Архимеда;

- плотность частиц высушенного материала.

Средняя плотность сушильного агента равна:

кг/м³

Критерий Архимеда:

Тогда скорость уноса:

м/c

Рабочая скорость сушильного агента меньше скорости уноса частиц наименьшего размера (0,56<4,09), поэтому расчет заканчиваем.

Заключение.

В результате проведённого расчёта барабанной сушки, выбрана барабанная сушилка № 7450 (барабанные сушилки заводов «Уралхиммаш» и «Прогресс») - со следующими характеристиками:

Объём сушильного пространства - 14,1 м³, внутренний диаметр барабана - 1,5 м, длина барабана - 8 м, частота вращения барабана - 5 об/мин, потребляемая мощность двигателя - 10,3 кВт, число ячеек - 25 шт, толщина стенок наружного цилиндра - 10 мм, общая масса - 13,6т.

Определена рабочая скорость сушильного агента (топочных газов) 0,56м/с, а также время пребывания материала в сушилке – 41876,16 с.

Определён расход сушильного агента:

Расход сухого воздуха - 0,4214 кг/с.

Расход сухого газа -0,5144 кг/с.

Произведённые расчёты подтверждают правильность выбора оборудования и эффективность технологического процесса сушки.

Список использованной литературы.

1. Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. М.: Машиностроение, 1976. 376с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. 752с.

3. Руководство к практическим занятиям в лаборатории по процессам и аппаратам химической технологии, - под редакцией Романкова П.Г. Л.: Химия, 1970. 248с.

4. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию - 2-е издание переработанное и дополненное. М.: Химия, 1991. 496с.

5. Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. П.: Химия, 1987. 576с.

6. Кувшинский М.Н., Соболева А.Л. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности. М.: Высшая школа, 1980. 223с.

7. Лыков M.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. 432с.

8. Рысин С.А. Справочник Вентиляционные установки машиностроительных заводов. М.: Машиностроение, 1964. 452с.

9. Журавлёв Б.А. Справочник мастера – сантехника. М.: Стройиздат, 1981. 430с.

10. Левченко П. В.. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности. М.: Высшая школа, 1968. 366с.