Розрахунок сушарки з псевдорозріджувальним шаром продукту

Для визначення кількості теплоти, що витрачається на сушіння продукту, складається тепловий баланс сушарки, ліва частина якого позначає прихід теплоти в сушарку, а права – витрати її на сушіння продукту.

(9.19)

де – витрати повітря на сушіння продукту, кг;

,– ентальпії відповідно свіжого і відпрацьованого повітря, Дж/кг;

–теплота, отримана повітрям у калорифері, кДж;

–маса продукту, кг;

,– питомі теплоємності продукту і води, кДж/(кг∙К);

, – початкова і кінцева температури продукту, °С;

–маса випареної води з продукту, кг;

–втрати теплоти в навколишнє середовище, кДЖ.

З рівняння теплового балансу визначається ентальпія вологого продукту, що являє собою суму ентальпій висушеного продукту і випареної вологи

Витрати теплоти, отримані повітрям в калорифері, визначаються за рівнянням:

(9.20)

або

де – ентальпія повітря після калорифера,кДж/кг

Зробивши перетворення, з рівняння теплового балансу визначається ентальпія 1 кг повітря при проходженні його через сушарку.

(9.21)

Витрати теплоти на 1 кг вологи, випареної з продукту, визначаються за рівнянням:

кДж/кг (9.22)

Приклад. Розрахувати кількість повітря і теплоти, що витрачаються на випарювання 1кг води при сушінні, якщо відомо: температура повітря, що поступає в калорифер , ;відносна вологість повітря; температура, до якої нагрівається повітря в калорифері;температура відпрацьованого повітря; відносна вологість відпрацьованого повітря

Схема сушильної установки з псевдорозріджувальним шаром показана на рис.9.2

Розв’язання.

1. Визначаємо вологовміст свіжого повітря перед калорифером:

кг/кг сух. пов.,

де– співвідношення молекулярних мас сухого повітря і водяної пари;

–тиск насиченої пари (пружність) при;

–атмосферний тиск вологого повітря.

Вологовміст повітря калорифера лишається незмінним, тобто:

кг/кг сух. пов.

2. Визначаємо вологовміст відпрацьованого повітря:

кг/кг сух. пов.

3. Визначаємо витрати повітря в сушарці на1 кг вологи, випареної з продукту:

кг

4. Визначаємо ентальпію свіжого повітря:

кДж/ кг сух. пов.

декДж/(кг∙К) – питома теплоємність абсолютного повітря;

кДж/(кг∙К) – питома теплоємність водяної пари;

кДж/кг – теплота випаровування води при 0

5. Визначаємо ентальпію повітря, нагрітого в калорифері:

кДж/ кг сух. пов.

6. Визначаємо витрати теплоти на випарювання 1 кг вологи з продукту:

кДж/кг

Гідродинаміка процесів в апаратах з псевдорозріджувальним шаром

Однією з характеристик псевдорозріджувального шару сипкого матеріалу є порозність, яка характеризує відношення об’єму порожнистості до об’єму:

, (9.24)

де – об’єм матеріалу, що знаходиться в шарі, м³;

–маса матеріалу,кг;

–густина матеріалу, кг/ м³.

Нерухомий шар зернистого матеріалу має постійну порозність,яка для більшості сипких матеріалів становить , а порозність псевдорозріджувального шару залежно від швидкості повітря чи газу може змінюватися від до

Швидкість теплоносія у вільному перерізі апарата визначається з графічної залежності, яка представлена на діаграмі ,де:

–критерій Архімеда (9.25)

–критерій Лященка, (9.26)

–еквівалентний діаметр зерна продукту, м;

–густина матеріалу і середовища, кг/ м³;

–в’язкість матеріалу, Н∙с/м²;

–швидкість теплоносія в вільному перерізі апарата, м/с;

–прискорення вільного падіння, м/с².

Для монодисперсного матеріалу приймається рівним середньому розміру частинок, а для полідисперсного матеріалунеобхідно приймати близьким до максимального. Тоді розрахунок швидкості теплоносія проводиться за мінімальною порозністю в межах

Висота псевдорозріджувального шару пов’язана з його порознстю наступним співвідношенням:

(9.27)

де – висота нерухомого шару продукту

Для підтримання нормального гідродинамічного стану псевдорозріджувального шару в апараті необхідно дотримуватись наступної умови:

де – при незначному розширені шару продукту до

–при значному розширенні шару

–висота гідродинамічної стабілізації газових струмин, що виходять з отворів розподільної решітки, приймається:

де – діаметр отворів в розподільній решітці

Кінетика процесу обробки матеріалу в апаратах з псевдорозріджувальним шаром буде дотримуватись при умові, якщо:

(9.28)

де – маса матеріалу в апараті, кг/год;

–середній час знаходження матеріалу в апараті, год;

–площа перерізу апарату, м³.

Висоту сепараційного простору апарата рекомендується приймати в межах:

Опір апарата з псевдорозріджувальним шаром вираховується за формулою:

(9.29)

де – опір розподільної решітки

–коефіцієнт опору отворів розподільної решітки

–швидкість газу в отворах решітки, м/с;

–опір псевдорозріджувального шару матеріалу:

(9.30)

–втрати тиску від місцевих опорів, Н/м².

Газорозподільні решітки в апаратах з псевдорозріджувальним шаром виконуються з перфорованих листів або набору колосників товщиною , демм – діаметр отворів. Доля вільного перерізу отворів решітки складаємм і розраховується за формулою:

(9.31)

де – при розміщенні отворів по вершинах рівносторонніх трикутників;

–при розміщенні отворів по вершинах квадратів;

–загальна площа решітки, м²;

–крок розміщення отворів, м.

Приклад. Розрахувати основні розміри і опір апарата з псевдорозріджувальним шаром при наступних вихідних даних: кількість продукту, що поступає в апарат ; відношення витрат газу до витрат матеріалу; середній розмір частинок; густина матеріалу; густина газу; в’язкість газу; середній час знаходження матеріалу в апараті

Розв’язання.

1. Враховуючи моно дисперсність матеріалу, приймаємо порозність псевдорозріджувального шару

2. Визначаємо значення критерію Архімеда:

3. Значення критерію Лященка визначаємо з графіка

4. Визначаємо швидкість газу у вільному перерізі апарата:

5. Розраховуємо площу поперечного перерізу апарата:

6. Для апарата циліндричної форми діаметр вираховується за формулою:

, приймаємо

7. З умови кінетики процесу визначаємо висоту псевдорозрідженого шару:

8. Приймаємо розподільну решітку з отворами і вільним перерізом,тоді висота шару складає:,

де – для порозності

9. Визначаємо висоту сепараційного простору апарата:

10. Приймаючи висоту під решіткового простору , визначаємо загальну висоту апарата:

11. Визначаємо опір псевдо розрідженого шару:

12. Визначаємо опір розподільної решітки:

,

де – швидкість газу в отворах решітки.

13. Визначаємо опір апарата без урахування втрат тиску на місцеві опори: