Принципиальное отличие при

проектировании

У

конвективных сушилок

(распылительных, барабанных, с кипящим слоем) заключается в определении

Т

геометрических размеров сушильной камеры. Остальные стадии расчета прак-

тически выполняются по одним и тем же методикам.

Н

4.3 Проектирование сушилки с кипящим слоем

Для

сушки твердых

дисперсных

материалов в

химической, калийной,

й

угольной, пищевой промышленности, в промышленности строительных мате-

риалов, медпрепаратов, металлургии и др. конкуренциюБбарабанным, пневмо- и

аэрофонтанным сушилкам составляют суш

с кипящим слоем (рисунок 4.1).

р5

о4

в дымовую трубу

7

влажный

лки

материал

т

8

t

6

о

1 3

t1

топл во

высушенный

ина

п

материал

горение

2

з

на смешение

to, do воздух

Р

Рисунок 4.1 – Принципиальная схема сушильной установки с

е

кипящим слоем

1 – топка; 2 – смесительная камера; 3 – газораспределительная

решетка; 4 – слой материала; 5 – сушильная камера; 6 – пита-

кверху. Газы из сушильной камеры направляются в пылеулавливающие аппа-

раты, а затем дымососом в дымовую трубу. Топки сушилок с кипящим слоем

могут работать как под давлением, так и под разрежением.

У

Если в качестве сушильного агента выбирается воздух, то вместо топки ус-

Т

танавливается калорифер.

Достоинствами сушки материалов во взвешенно состоянииНявляются:

− высокая интенсивность сушки (сотни килограммов влаги на 1 м3

объема су-

Б

шилки в час);

− почти одинаковая и относительно легкойрегулируемая температура высуши-

ваемого материала в слое,

га

ует равномерную сушку;

анти

−

возможность регулирования в емени п ебывания материала в сушилке.

р

В качестве недос а к в данн го способа сушки следует отметить:

−

что

большие расходы элек роэнергии для создания значительных напоров, не-

т

обходимых для «к пен я» слоя (300…500 мм вод. ст. – сопротивление ре-

шетки, сл я и

чистныхсооружений);

з

− измельчение (истирание) частиц материала в сушилке.

оребывания материала в сушилках с кипящим слоем обычно поряд-

ка н скольких минут.

п

асход сушильного агента для сушилки с кипящим слоем определяется

Время

традиционно по влагосъему:

Р

1000

кг

= d

2

−d

,

кг (исп.влаги),

(4.1)

1

71

где

d1 и d2 - влагосодержание сушильного агента до и после сушильной

камеры (определяется по I,d – диаграмме).

С другой стороны расход газа (воздуха, дыма) должен быть таким, чтобы

для данной геометрии сушильной камеры, размера частиц материала и его

плотности – слой закипел.

У

Введем понятие скорости витания частиц материала. Если в пространст-

Т

во (например, в трубу), где газ или воздух находится в спокойном состоянии

(υг =0 ),

Н

ввести небольшую частицу материала, она будет падать с постоянно

Б

уменьшающимся ускорением вследствие сопротивления, оказываемого газом.

В некоторый момент времени ускорение частицы становится равным нулю, и

далее она падает с постоянной скоростью,

называемой скоростью

витания

υвит.

трубывверх со скоростью

υг −υвит

. В нис-

то частица движется

Если газ движется вверх, имея ту же скорость

υ

г

= υ

вит

, то частица будет

й

находиться в покое (относительно стенок т убы). Если скорость газа υ

г

> υ

вит

,

В пневматическотносительнох суш лках υ

и

г > υвит материал поднимается по трубе

ходящем потоке скорос

час ицы равна υ

г

+ υ

вит

и частица движется вниз.

о

о

вверх в сх дящимипотоком сушильного агента. Высота трубы определяется

п

временем сушкизматериала. Частицы материала и сушильный агент–носитель

е

выходят вместе из тубы, а далее отделяются друг от друга.

Р

В сушилках с кипящим слоем частицы не уносятся из камеры (за исключе-

ни м м лких, составляющих унос). Уходит только сушильный агент.

72

Если к зернистому материалу,

уложенному на решетку, подводить

снизу газ, постепенно увеличивая его

скорость, то при некоторой скорости

Н

У

υвсп

высота

слоя

начинает

пенно увеличиваться, как бы набухать

или вспучиваться (рисунок 4.2).

Н

Сопротивление слоя сначала мо-

Б

Рисунок 4.2 – Схема границ образования

нотонно увеличиваетсяТ, достигая мак-

кипящего слоя

симального значения ∆ркр

(точка В), а

Н – высота слоя; Р – сопротивление слоя

й

затем резко падает (участок ВС). Это

и

объясняется образованием в слое каналов, через которые прорывается некото-

рая часть газа.

Скорость газа, соответствующую точке С υкип, принимают за

р

′

скорость начала I стадии кипения (псевдоож жения). Характеризуется она

Дальнейшее увел чен скоростие

> υ

кип

способствует возникновению но-

возникновением отдельных ф нтан в,

большая часть частиц почти неподвиж-

на.

т

и

′

вых очагов кипен я,

нтенс вность движения частиц в слое возрастает, повы-

о

слоя

несколько

возрастает

шается равн мерн сть кипения. Сопротивление

(участок СД), азатем, начиная с некоторого значения скорости υкип, практиче-

′′

ски оста тся

постоянным (участок ДЕ).

Точка

Д

соответствует

началу

Р

II стадииппсевдоожижения (стадия

вихревого

кипения).

После

точки Е

(υ = υ

) происходит унос частиц (υ > υ

вит

). Сушку в кипящем слое целесо-

евит

образно проводить в начале II стадии псевдоожижения.

Характеристикой слоя является порозность ε , которая численно равна

свободному объему,

не занятому частицами, в

единице объема слоя, т.е.

ε =

Vсв

. Теоретически 0< ε < 1. Практически при ε =0,4

слой пока неподвижен

V

слоя

(начало псевдоожижения); ε =1 соответствует уносу (υг ≥ υвит).

Оптимальная (рабочая) порозность слоя 0,55 ≤ ε ≤ 0,75 .

У

Критическую (при ε =0,4 )

и рабочую (при 0,55 ≤ ε ≤ 0,75 ) скорости су-

Т

шильного агента можно определить, пользуясь зависимостью критерия Лящен-

ко (Ly) от критерия Архимеда (Ar) при различной порозности слоя ε .

Критерий Архимеда

Н

d 3

ρ

м

g

Ar =

ср

,

(4.2)

ν2 ρ

г

й

г

где

d

– средний диаметр частиц материала, м;

ρ

– плотность материа-

ср

и

Бм

ла, кг/м3;

νг

и ρг – вязкость, м2/с, плотность, кг/м3,

газообразного сушильно-

го агента при температуреt2 .

р

Критерий Лященко

о

т

υ

3 ρ

и

Ly =

г

(4.3)

з

νг

ρм g

Ly = f (Ar, ε) (рисунок 4.3) [4] определяется кри-

С п м щью н мограммы

терий Лященко Ly для рабочей порозности слоя ε =0,55...0,75, а по нему -

ско-

ше

υ = 3

Ly ν

г

g ρм

,

(4.4)

рость газово(сушильного агента) на полное сечение газораспределительной ре-

Р

ткип

ρг

что позволяет найти площадь газораспределительной решетки

S

реш

=

W

,

(4.5)

3600 ρ

г

υ

У

Т

Н

Б

й

и

р

о

т

и

з

о

Р сунок 4.3 - Номограмма Ly = f (Ar, ε)

п

где W

- час в й расход испаренной из материала влаги, кг/ч.

Диаметр решетки

е

S реш

Р

D

реш

=

(4.6)

0,785

б) Распределение температуры в кипящем слое

Изменение температуры сушильного агента от t1 до t2

происходит в слое,

75

H

Hслоя

t2

hст

t1

hст

У

t2

dотв

t1

Рисунок 4.4 – Распределение температуры в кипящем слое

hст =20dотв,

Т

(4.7)

Диаметр

отверстий

газораспределительной

решетки

выбирают из

ряда

Н

нормализованных размеров: 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,2; 3,6; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6 мм.

Б

На основании опыта эксплуатации аппаратов с псевдоожиженным слоем

установлено, что высота кипящего слоя

й

Hсл

≈ 4 hст ,

(4.8)

Высоту сепарационн го п

и

ст анства принимают в 4…6 раз больше высо-

ты кипящего слоя:

р

оH =

(4...6) H

сл

(4.9)

т

сеп

Общая высота суш льной камеры (над газораспределительной решеткой)

и

Н = Нсл + Нсеп

(4.10)

з

размеров

барабанной сушилки

Мет дика

пределения геометрических

приводитсяов [2, 4], пневмотранспортной (трубы-сушилки) – в [4].

п

е

Р