Определение геометрических параметров установки.

Алгоритм: d_ср→Аr →Re_кр → ω_кр → Re_раб → ω_р →S → D

d_ср – диаметр частиц гранулята, м;

Ar – критерий Архимеда;

Re – критерий Рейнольдса;

ω_кр – критическая скорость псевдоожижения;

Re_раб – рабочее значение критерия Рейнольса;

ω_р – рабочая скорость парогазовой смеси;

S – полная площадь воздухораспределительной решетки;

D – диаметр воздухораспределительной решетки;

1. Средний диаметр частиц:

Проводим калибровку гранулята с диаметром сита 1 мм, и знаем, что минимальный размер гранул должен быть 0,2 мм, тогда средний размер частиц будет:

(1 + 0,2) / 2 = 0,6 мм

2. Критерий Архимеда:

Ar = (d³∙ρ_мат. ∙g)/(ν²∙ρ_возд.)

где ρ_возд. - плотность воздуха при температуре в слое, кг/м³;

ν – коэф. кинематической вязкости воздуха при температуре в слое, м²/с;

d – диаметр частиц, мм;

ρ_мат. – плотность материала, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

ν_в= μ/ ρ_возд

- коэф. динамической вязкости воздуха

μ = μ₀∙ ((273+с)∙(T/273)^3/2) / T+с

где с – постоянная Сатерленда, с = 124

μ₀- коэф. динамической вязкости воздуха при t=0 ⁰C; μ₀=17.3∙10^-6 Па∙с

μ = 17,3 ∙ 10^-6 ∙ ((273 + 124)∙(318/273)^3/2) / (318+124) = 1,95 ∙ 10^-5 Па∙с

ν_в = 1,95∙10^-5/ 1,08 = 1,80∙10^-5 м²/с

Ar = (0,0006³∙1500∙9.81)/((1.80∙10^-5)²∙1.08) = 9083

3. Критерий Рейнольдса:

Re_kr = Ar / (1400 + 5,22∙Ar^1/2) [26, с.106]

Re_kr = 9083 / (1400 + 5,22 ∙ (9083)^1/2) = 4,79

4. Критическая скорость псевдоожижения:

W_kr = Re_kr ∙ v / d

W_kr = 4,79 ∙ 1,80∙10^-5 / 0,0006 = 0,144 м/с

5. Критерий Рейнольдса рабочий:

Re_р = Ar∙ε^4,75/ (18 + 0,61∙ (Ar∙ε^4,75)^0,5)

Порозность в сушилках кипящего слоя с однородным псевдоожижением обычно лежит в диапазоне: 0,55-0,75

Порозность слоя принимаем: ε = 0,6

Re_р = 9083∙0,6^4,75/ (18 + 0,61∙ (9083∙0,6^4,75)^0,5) = 22,75

Рабочая скорость:

W_p = Re_р∙ ν_в / d

W_p = 22,75 ∙ 1,80∙10^-5 / 0,0006 = 0,6825 м/с

Находим число псевдоожижения для проверки правильности расчета:

K_w = ω_р/ω_кр; K_w = 0,6825/0,144 = 4,7395 у нас гранулят относится к средним и крупным частицам

Следует заметить, что диапазон изменения числа псевдоожижения зависит от размера частиц: примерно 1 30 для мелких, и 1  10 для крупных

6. Полная площадь воздухораспределительной решетки:

S = L / (p ∙ w_p)

S = 556 / (1,08∙3600∙0,6825) = 0,21 м².

7. Диаметр воздухораспределительной решетки :

D = (4∙S / π)^1/2

D = (0,21/ 0,785)^1/2 = 0,52 м.

8. Порозность ожиженного слоя:

ε_o = ε = 0,6

9. Порозность плотного слоя принимаем ε_pl = 0,4

10. Объем плотного слоя:

V_pl = G_m / ρ_n

V_pl = 41,47 / 845 = 0,049 м³

11. Объем ожиженного слоя:

V_о = (1 - ε_pl) ∙ V_pl / (1 - ε_o)

V_о = 0,049 ∙(1 – 0,4) / (1 – 0,6) = 0,0735 м³.

12. Высота ожиженного слоя:

H_ожиж. = V_о / S

H_ожиж. = 0,0735 / 0,21 = 0,35 м.

13. Высота сепарационного пространства

H_сеп. = 4∙ H_ожиж. = 0,35 ∙ 4 = 1,4 м.

Определение высоты аппарата от воздухораспределительной решетки до рукавных фильтров.

H_ob = H_ожиж + H_сеп

где H_ожиж - высота ожиженного слоя, м

_Hсеп - высота сепарационного пространства, м

H_ob = 0,35 + 1,4 = 1,75 м

Данные расчеты показывают, что выбранный аппарат кипящего слоя подходит для технологического процесса. Габариты выбранной сушилки-гранулятора (Ghibli-50 фирмы IMA (Италия)), ШхГхВ: 2840х1330х2960мм

9.2. Расчет установки для нанесения пленочного покрытия.

Процесс нанесения пленочного покрытия на таблетки-ядра метотрексата производится в установке СМ-150, DGM.

За 1 смену продолжительностью 7,2 часа производится 1 загрузка 82,87 кг.

Влажность воздуха: 87%

Температура воздуха, поступающего в калорифер: t₀ = 20 ^ОС

Температура воздуха на выходе из аппарата: t₂ = 35 ^ОС

Температура воздуха, выходящего из калорифера и поступающего в аппарат: t₀ = 65 ^ОС

Влагосодержание воздуха, поступающего в аппарат и в процессе сушки:

по диаграмме Рамзина х = х₁ = 0,014 кг влаги/кг сухого воздуха.

Энтальпия воздуха, поступающего в калорифер: I₀ = 50 кДж/кг.

Энтальпия воздуха, выходящего из калорифера и в процессе нанесения пленочного покрытия: I₁= I₂ = 145 кДж / кг сухого воздуха.

Влагосодержание воздуха, выходящего из аппарата: х₂ = 0,043 кг влаги/кг сух.возд

Масса загружаемых таблеток (G_т): 82,87 кг

Масса сухого материала покрытия(G_п): 2,81 кг

Количество влаги, испаряемой при сушке за одну загрузку (W): 11,06 кг

Теплоемкость таблеток-ядер: 1,406 кДж/(кг∙К)

Удельная теплоемкость материала аппарата: 0,47 кДж/(кг∙К)

Удельная теплоемкость воды: 4,19 кДж/(кг∙К)

Время процесса: 130 минут

Водный раствор для покрытия таблеток в процессе нанесения покрытия испаряется, а его растворенные вещества кристаллизируются на поверхности таблеток и количество растворенной твердой фазы не изменяется в процессе.

Раствор, подаваемый в аппарат, не подогревается, так же как и исходные таблетки, можно считать, что температура раствора, материала покрытия и таблеток равны: t_р=t_нп=t_т.

Примем, что температура таблеток и температура материала покрытия равны в конце процесса, а также равны удельные теплоемкости таблеток и материала покрытия.

Таблица 9.2. Приход и расход теплоты

Приход теплоты	Расход теплоты
С исходными таблетками Gт ∙ Ст ∙ tт	С покрытием таблеток (Gт + Gп) ∙ Ст ∙ tкт
С раствором Gп ∙ Ст ∙ tнп + W ∙ Св ∙ tнп
С аппаратом Ga ∙ Ca ∙ tн	С аппаратом Ga ∙ Ca ∙ tк
С атмосферным воздухом L ∙ I0	C отработанным воздухом L ∙ I2
Подведенная в калорифере Qk	С потерями в окружающую среду Qpot

Тепловой баланс имеет вид:

G_т ∙ С_т ∙ t_т + G_п ∙ С_т ∙ t_нп + W ∙ С_в ∙ t_нп + G_a ∙ C_a ∙ t_н + L ∙ I₀ + Q_k =

= (G_т + G_п) ∙ С_т ∙ t_кт + G_a ∙ C_a ∙ t_к + L ∙ I₂ + Q_pot

Количество теплоты подведенной в калорифере:

Q_k = (G_т + G_п) ∙ С_т ∙ (t_кт - t_т) + G_a ∙ C_a ∙ (t_к - t_н) + L ∙ (I₂ – I₀) + Q_pot - W ∙ С_в ∙ t_нп

Общий расход сухого воздуха:

L= l∙W [26, с.426]

l = 1 / (х₂ – х ) [26, с.426]

l = 1 / (0,043 – 0,014) = 34,48 кг сух.возд./кг испар.влаги

L = 34,48 ∙ 11,06 = 381,38 кг

Массовый расход воздуха: L’ = 381,38 / (130∙60) = 0,049 кг/с

Потери в окружающую среду принимаются в размере 10% от полезно расходуемой теплоты.

Q_pot = 0,1∙[(G_т + G_п) ∙ С_т ∙ (t_кт - t_т) + G_a ∙ C_a ∙ (t_к - t_н) + L ∙ (I₂ – I₀) - W ∙ С_в ∙ t_нп] =

= 0,1 ∙ [(82,87 + 2,81) ∙ 1406 ∙ (65 - 20) + 550 ∙ 470 ∙ (35 - 20) + 381,38 ∙ (145 - 50) ∙ 1000 - 11,06 ∙ 4190 ∙ 20] = 4,46∙10⁶ Дж

Мощность калорифера составит:

Q_k = [(G_т + G_п) ∙ С_т ∙ (t_кт - t_т) + G_a ∙ C_a ∙ (t_к - t_н) + Q_pot - W ∙ С_в ∙ t_нп] / τ + L’∙ (I₂ – I₀) =

= [(82,87 + 2,81) ∙ 1406 ∙ (65 - 20) + 550 ∙ 470 ∙ (35 - 20) + 4,46∙10⁶ - 11,06 ∙ 4190 ∙ 20] / (130 ∙ 60) + 0,049 ∙ ( 145 - 50) ∙ 1000 = 6,3 кВт

Расчет поверхности теплопередачи калорифера:

G_гр.п. = Q_к / (r_{гр.п. ∙} х)

где - G_гр.п. – расход греющего пара, кг/с;

Q_к – мощность калорифера, Вт;

r_гр.п. – удельная теплота парообразования, кДж/кг;

х – степень сухости греющего пара (0,95).

Нагрев воздуха в калорифере осуществляется греющим паром со следующими характеристиками: [26, с.548, табл.LVII]

Температура: 119,6 ºС

Давление: 0,2 МПа

Удельная теплота парообразования: 2208 кДж/кг

G_гр.п. = 6300 / (2208 ∙ 10³ ∙ 0,95) = 0,003 кг/с = 10,8 кг/час

F = Q_к / (K ∙ ∆t_ср)

где – F – поверхность теплопередачи калорифера, м²;

K – коэффициент теплопередачи, 20 Вт/(м²∙К); [26, с.168]

∆t_ср – средняя разница температур между теплоносителем и воздухом, К.

Расчет средней разности температур:

∆t_м = 119,6 – 65 = 54,6 ºС

∆t_б = 119,6 – 20 = 99,6 ºС

Отношение ∆t_б / ∆t_м < 2, то средняя разница температур рассчитывается по формуле: 

∆t_ср = (∆t_б + ∆t_м) / 2

∆t_ср = (54,6 + 99,6) / 2 = 77,1 ºС

Площадь калорифера:

F = 6300 / (20 ∙ 77,1) = 4,08 м²

Необходимо установить калорифер с поверхностью теплопередачи не менее 4,08 м², чтобы обеспечить нагрев воздуха до температуры 65 ºС греющим паром с заданными характеристиками.