9. Розрахунок тепломасообмінних апаратів

9.1 Розрахунок сушарок із щільним рухомим шаром

Задача 9.1. Виконати тепловий конструкторський розрахунок сушиарки, що являє собою вертикальну шахту з розташованим горизонтальним пучком трубчастих електронагрівників (ТЕНів) (рис. 9.1). Над шахтою розташований бункер вологого матеріалу, у її нижньому перерізі – випускний пристрій.

Рис. 9.1 Сушарка із рухомим шаром.

1. бункер, 2 - ТЕНи, 3-корпус шахти, 4- жалюзійна решітка, 5- відвід пари, 6 - випускний пристрій

Між бічними стінками і трубами в сушарці встановлені жалюзійні решітки, що утворюють зі стінками паровідвідні канали. Вологий матеріал безупинно подається в завантажувальний бункер, звідти під дією гравітаційних сил у вигляді щільного шару надходить у сушарку. Висушений матеріал відводиться з установки через випускний пристрій, що забезпечує рух у вигляді щільного шару і задану витрату матеріалу. Пара, що утворюється в сушарці, видаляється через бічні паровідвідні канали. Визначити площу теплообмінної поверхні сушарки.

В ихідні дані:

1. Дисперсний матеріал – порошок карбіду бору, діаметр часток - м, густина кг/м³. Теплоємність вологого матеріалу Дж/(кгК), теплоємність сухого матеріалу Дж/(кгК), порізність шару .

2. Вологовміст матеріалу на вході в сушарку кг/кг, на виході кг/кг.

3. Температура матеріалу на вході в сушарку ⁰С.

4. Максимальна температура поверхні ТЕНів: ⁰С

5. Швидкість руху шару м/с, витрата вологого матеріалу кг/с.

6. Геометричні характеристики теплообмінних поверхонь: ТЕНи зовнішнім діаметром мм, розташовані в шаховому порядку з поперечним кроком .

Розрахунок сушарки.

1. Визначаємо середній вологовміст матеріалу:

кг/кг

2. Задаємося його вихідною температурою в першому наближенні: ⁰С і визначаємо середнє значення температури:

⁰С

3. Знаходимо ефективні теплофізичні характеристики шару вологого матеріалу [14].

3.1 Ефективний коефіцієнт теплопровідності:

, Вт/(мК),

де - коефіцієнт теплопровідності повітря, що заповнює міжзерновий простір, при середній температурі Вт/(м∙ К).

3.2 Ефективний коефіцієнт температуропровідності:

м²/с

де густина шару кг/м³, - його теплоємність.

4. Знаходимо коефіцієнт тепловіддачі від поверхні, що гріє, до шару вологого матеріалу .

4.1 Розраховуємо число Пекле:

4.2 Розраховуємо число Нуссельта за рівнянням, що справедливе для різних порошкових матеріалів (карбідів бора і кремнію, електрокорунда, зварювальних флюсів, флюориту й ін. [14]).

Значення розраховують по середніх вологовмістах з наступних формул:

4.3 Тоді коефіцієнт тепловіддачі від стінок труб до шару матеріалу:

Вт/(м²К)

4.4 Знаходимо щільність теплового потоку на поверхні, що гріє, при її максимально припустимій температурі:

, Вт/м²,

5. Задаємося робочою щільністю теплового потоку на поверхні, що гріє:

Тоді: Вт/м²

6. Визначаємо швидкість сушіння в періоді постійної швидкості сушіння, прийнявши товщину шару рівною половині поперечного кроку труб [14]:

,кг/(кг∙с)

7. Визначаємо температуру матеріалу в цьому періоді:

⁰С

8. Знаходимо значення комплексу , при якому буде досягнуто задане значення вологовмісту на виході , з наступного рівняння [14]:

У розглянутій задачі

Позначимо для зручності А=

Одержуємо квадратне рівняння:

Визначаємо його корені:

Одержуємо (другий корінь негативний).

9. З рівняння кривої температури за знайденим значенням комплексу розраховуємо температуру матеріалу на виході із сушарки [14]:

^оС

Відхилення прийнятого в першому наближенні значення температури на виході із сушарки від розрахункового не приведе до істотної зміни значення коефіцієнта теплопровідності шару, тому перезадаватися температурою не слід.

10. Зі знайденого в п.8 комплексу знаходимо час сушіння, тобто час перебування матеріалу в сушарці:

с

11. Визначаємо необхідну висоту трубного пучка в сушарці:

м

12. Знаходимо тепловий потік, який необхідно передати матеріалові від трубного пучка в сушарці:

, Вт,

де кг/с - витрата абсолютно сухого матеріалу,

, - теплоємність сухого матеріалу і вологи при середній температурі повітря в сушарці, Дж/(кгК), - питома теплота паротворення, Дж/кг.

Тоді

Вт

13. Знаходимо необхідну площу теплообмінної поверхні трубного пучка в сушарці:

, м²

14. Розраховуємо поперечний переріз сушарки і задаємося її шириною і довжиною:

м²

15. Знаходимо кількість і площу поверхні труб в одному горизонтальному ряді пучка, а також необхідну кількість горизонтальних рядів :

; (приймаємо 4); розташування труб – шахове, в наступному ряді число труб буде дорівнювати 3. Таким чином, приймаємо, що середнє число труб у горизонтальному ряді

м²;

16. Знаходимо вертикальний крок труб у пучку:

м

17. Знаходимо температуру поверхні, що гріє, на виході із сушарки:

⁰С

18. Розраховуємо параметри струму при електрообігріванні:

Приймемо, що ТЕНи підключені паралельно. Кількість теплоти, яку необхідно відвести від однієї трубки, складе:

Вт.

Тоді А.