9.2 Розрахунок сушарок із псевдозрідженим шаром
Задача 9.2. Сушарка являє собою циліндричну камеру, у верхній частині якої розташований сепараційний простір, а в нижній – газорозподільний пристрій (рис. 9.2). Сепараційний простір служить для запобігання винесення часток, його переріз повинний бути таким, щоб швидкість сушильного агента була нижча швидкості витання часток матеріалу. Газорозподільний пристрій, основним елементом якого є перфорована решітка, забезпечує підведення сушильного агента і його рівномірний розподіл по перерізу камери. Сушильний агент (повітря) рухається в камері знизу нагору і видаляється через сепараційний простір у систему газоочистки. Вологий матеріал через патрубок подається у верхню частину камери, а висушений видаляється через патрубок з нижньої частини. Значення робочої швидкості сушильного агента , що рекомендуються,
,
її відносять до перерізу порожнього
апарата.
Рис. 9.2 Схема сушарки з псевдозрідженим шаром
1 – шахта; 2 – розподільна решітка; 3 –сепараційний простір; 4, 5 – патрубки
Установка
призначена для сушіння зерна гречки з
вологовмістом на вході
%, на виході
%, температурою на вході
0С,
на виході
0С.
Еквівалентний діаметр часток
м.,
густина
кг/м3.
Продуктивність установки по вологому
матеріалу
кг/с. Температура повітря на вході
0С,
відносна вологість
%. Вологовміст повітря на вході в сушарку
кг/кг. Питомі (на 1 кг випаруваної вологи)
витрати теплоти в навколишнє середовище
прийняти рівними
Дж/кг. Теплоємність абсолютно сухого
матеріалу
кДж/(кгК). Потрібно визначити площі
теплообмінної поверхні і поперечного
перерізу сушарки, її висоту.
Розв’язання
Методика розрахунку сушарки з киплячим шаром дисперсного матеріалу приведена в [16].
1. Визначаємо кількість вологи, яку потрібно видалити з матеріалу:
кг/с,
де витрата сухого матеріалу
кг/с.
2. Складаємо рівняння внутрішнього теплового балансу сушарки:
Дж/кг(вл)
де
- різниця між питомим приходом
і питомою витратою
теплоти безпосередньо в сушарці,
Дж/(кгК) - теплоємність вологи у вологому
матеріалі при температурі на вході.
Визначаємо
питому витрату теплоти на нагрівання
матеріалу:
Дж/кг.
Теплоємність матеріалу на виході
кДж/(кгК)
Витрата матеріалу на виході із сушарки
кг/c
Тоді:
Дж/кг вологи.
3. Записуємо рівняння робочої лінії сушіння:
,
кДж/кг (повітря)
і
будуємо її на
діаграмі по двох точках параметрів
повітря. У якості однієї з них приймаємо
точку з координатами, що відповідають
станові сушильного агента на вході в
сушарку
і з діаграми знаходимо ентальпію
кДж/кг (пов.). Для визначення другої точки
температуру повітря на виході приймаємо
на 2 град. вище температури матеріалу:
0С.
Задаємося
довільним значенням
і знаходимо відповідне значення ентальпії
.
Для
кг/кг одержуємо
кДж/кг(пов). З'єднуємо отримані точки на
діаграмі
,
і
,
і одержуємо робочу лінію (лінію сушіння).
У точці перетину лінії сушіння й ізотерми
0С
знаходимо кінцевий вологовміст повітря:
кг/кг і ентальпію
кДж/кг(пов).
4. Визначаємо витрату сухого повітря на сушіння:
кг/с
5. Визначаємо витрату теплоти на сушіння:
тут:
- ентальпія повітря перед калорифером,
- теплоємність вологого матеріалу.
Визначаємо
середні значення вологовмісту гречки
в сушарці
і температури
:
%
0С
Питома
теплота паротворення при середній
температурі матеріалу в сушарці
кДж/кг.
Теплоємність вологого матеріалу:
кДж/(кгК)
Тоді одержуємо:
кВт
6. Знаходимо густину сухого повітря і водяної пари:
6.1. На вході в сушарку:
кг/м3
кг/м3
6.2. На виході:
кг/м3
кг/м3
6.3 Середні значення густини сухого повітря і водяної пари:
кг/м3
кг/м3
7. Визначаємо об'ємну витрату вологого повітря:
м3/с
Об'ємна витрата пари:
м3/с
Об'ємна витрата сухого повітря:
м3/с
Розраховуємо об'ємну частку водяної пари:
і об'ємну частку сухого повітря:
Середня густина вологого повітря:
кг/м3
8. Визначаємо число Рейнольдса, що відповідає початкові псевдозрідження [12]:
Число Архімеда:
.9. Визначаємо швидкість початку псевдозрідження:
м/с
10. Визначаємо число Рейнольдса, що відповідає витанню часток [12]:
11. Знаходимо швидкість витання часток:
м/с
12. Розраховуємо граничне число псевдозрідження:
13.
Робочу швидкість
повітря слід розрахувати по робочому
числу псевдозрідження. Вибираємо
відповідно до рекомендацій [12] робоче
число псевдозрідження
.
Тоді робоча швидкість буде дорівнювати:
м/с.
14. Визначаємо поперечний переріз сушарки:
м2
15 Знаходимо робоче число Рейнольдса:
16 Знаходимо порізність псевдозрідженого шару:
17 Визначаємо дифузійне число Нуссельта з критеріального рівняння масовіддачі для випадку випару поверхневої вологи [12]:
17.1 Знаходимо дифузійне число Прандтля:
де коефіцієнт дифузії водяної пари в повітрі при його середній температурі
м2/с
Тоді
17.2 Розраховуємо дифузійне число Нуссельта:
18 Знаходимо коефіцієнт масовіддачі:
м/с
19
По
діаграмі знаходимо рівноважний
вологовміст сушильного агента
в точці перетину робочої лінії процесу
сушіння з лінією постійної відносної
вологості
%:
г/кг
20
Знаходимо висоту псевдозрідженого шару
,
необхідну за умовами масовіддачі, з
рівняння:
Підставляємо числові значення вхідних у цю залежність величин:
Одержуємо
м
21 Визначаємо число Нуссельта з критеріального рівняння тепловіддачі за умови [12]:
22 Знаходимо коефіцієнт тепловіддачі:
Вт/(м2К)
23 Знаходимо висоту псевдозрідженого шару, необхідну за умовами тепловіддачі, з рівняння:
Підставляємо числові значення:
Одержуємо
м
24
Знаходимо висоту псевдозрідженого
шару, необхідну за умовами його
гідродинамічної стійкості
:
,
м
де
- висота ділянки гідродинамічної
стабілізації, м,
- діаметр отворів розподільної решітки.
Приймаємо
м.
Тоді
м
25
Вибираємо робочу висоту псевдозрідженого
шару, рівною максимальній з величин
,
і
.
Одержуємо
м.
26
Знаходимо висоту сепараційного простору
над шаром, що забезпечує відсутність
винесення часток із співвідношення
:
м
27 Визначаємо питомий об'ємний вологоз’їм:
кг/(м3с)
де
м3
- об'єм сушарки.
29 Визначаємо масу матеріалу, що одночасно знаходиться в сушарці:
кг
30
Знаходимо масову частку часток, що
знаходяться в сушарці впродовж часу,
не меншого, ніж час
,
необхідний для сушіння:
При
,
31 Знаходимо аеродинамічний опір псевдозрідженого шару:
Па
32 Знаходимо аеродинамічний опір розподільної решітки:
Па
де
- коефіцієнт опору решітки.
33
Зіставляємо
з її мінімально припустимим опором
,
який визначається за формулою:
Па
де
- порізність нерухомого шару.
Т.к.
, то вибір решітки можна вважати
остаточним.
34 Розраховуємо аеродинамічний опір сушарки:
Па
Розрахунок сушарки з псевдозрідженим шаром закінчений.