Кузнецов-18.78
.pdf
1 000 |
. |
(44) |
|
||
d2 d1 |
|
|
Расход тепла, затрачиваемого в сушилке на испарение 1 кг влаги из материала,
q = |
H1 |
Ho |
1000 , |
(45) |
|
|
|||
|
d2 |
d1 |
|
|
где d2 – влагосодержание воздуха в точке 2 (см. рис. 1).
4.3. Определение расхода топлива и КПД сушилки
Часовой расход топлива сушильной установкой, кг/ч,
B |
q W |
|
. |
(46) |
Qвр |
|
|||
|
т |
|
||
Количество тепла, воспринятого влагой материала на ее нагревание и испарение, т. е. полезно использованное тепло в сушилке,
q1 h2 cв 1, |
(47) |
||
где h2 – энтальпия пара при температуре пара t2 . |
|
||
КПД сушильной установки с учетом потерь тепла в топке |
|
||
|
q1 |
т. |
(48) |
|
q |
||
|
|
|
|
4.4. Определение размеров барабанной сушилки
Объем барабана рассчитываем по методике Н. М. Михайлова. Суть ее состоит в том, что сложное тепловое взаимодействие потока горячих газов с частицами материала при вращении барабана можно представить в виде простой схемы. Считается, что тепло от газов к материалу передается в основном тремя путями (рис. 2) и соответственно учитывается тремя коэффициентами
20
теплообмена: при падении частиц с лопаток – коэффициентом v1 , через на-
ружную поверхность материала, находящегося на лопатках и в завале, – v2 ; теплопроводностью от более нагретых частей насадки и барабана к слою мате-
риала – v3 . Суммарный эффект учитывается объемным коэффициентом теп-
лообмена, Вт/(м3К) :
|
(1) |
(2) |
(3) |
(49) |
v |
v |
v |
v . |
Q II 
F3
F2
r
Q |
III |
Q |
I |
|
|||
|
|
||
|
|
|
|
F1 |
|
|
|
|
|
|
h
Q II
Fл м 
Q III
D б
Рис. 2. Схема потоков тепла в сушильном барабане
Первая составляющая объемного коэффициента теплообмена рассчитывается по формуле:
α |
1 |
= 1130α n B 1 m |
г D |
|
i |
, |
(50) |
v |
n |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где – коэффициент, учитывающий степень взвешенности частиц материала в объеме барабана;
– коэффициент теплопроводности газа, Вт/(м∙К); n – частота вращения барабана, мин–1;
B – параметр, характеризующий конструкцию внутреннего устройства сушилки;
21
m– коэффициент порозности;
г– скорость газов у поверхности частиц, м/с;
D – диаметр барабана, м;
– коэффициент кинематической вязкости газа, м2/с;
i– доля фракции от общего количества материала;
i– средний размер частиц, мм.
Значения и выбираются из таблиц физических свойств газов по температуре поверхности частиц. Диаметр барабана принимается ориентировочно в зависимости от производительности сушилки. Скорость вращения барабана
предварительно можно выбрать |
по данным табл. 6. Скорость газов у поверхно- |
||||||||
сти частиц является результирующей от средней скорости |
ср |
и скорости паде- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния частиц п , т. е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
2 |
4,9hср , |
|
(51) |
||
г |
ср |
п |
|
ср |
|
||||
где hср – средняя высота падения частиц с лопаток, м. |
|
|
|||||||
Для определения значения hср |
вычерчивается в масштабе поперечное се- |
||||||||
чение сушилки вместе со слоем материала, при этом учитываются выбранная степень заполнения и угол естественного откоса материала. Планиметром измеряются площадь каждой лопатки, занятая материалом ( F1, F2 , ..., Fn ), и высота падения частиц с каждой лопатки ( h1, h2 , ..., hn ). Средняя высота падения материала определяется по формуле:
|
F м |
F |
h |
F |
F h |
2 |
... |
F |
F |
h |
n 1 |
|
|
hср |
л |
1 |
1 |
1 |
2 |
|
n |
n 1 |
|
, |
(52) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
F м |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
где Fлм – занятая материалом площадь максимально заполненной лопатки при выходе ее из завала.
Средняя по сечению барабана скорость газов, м/с,
22
ср |
|
Vг |
|
. |
(53) |
3 600 1 |
|
0,785D2 |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
Часовой объем газов, м3/ч,
Vг |
BGс.г υс.г . |
(54) |
||
Удельный объем сухих газов |
определяется |
при их средней температуре |
||
в сушилке: |
|
|
|
|
tc.г |
1 |
2 |
Δt . |
(55) |
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
Средняя логарифмическая разность значений температуры между теплоносителями
t |
t1 |
1 |
|
t2 |
2 |
. |
(56) |
|
ln |
t1 |
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
t2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент а учитывает особенности условий передачи тепла от газов к струе падающих частиц, отличающихся от условий передачи тепла частицами, находящимися во взвешенном состоянии. В частности, происходят ухудшенная обдувка частиц, падающих внутри струй, слипание частиц тонких фракций и другие факторы, которые могут быть выявлены только экспериментальным путем. Опытные данные ВТИ, характеризующие зависимость а от
Fлм , приведены на рис. 3.
С увеличением длины лопаток условия теплообмена резко ухудшаются, поэтому для барабанов больших диаметров целесообразно применять секторные насадки, делящие объем барабана на несколько секторов, которые можно рассматривать как независимые сушилки.
Значение Fлм рассчитывается по формуле:
23
|
|
|
F м |
S |
1 |
, |
|
|
(57) |
|
|
|
|
л |
D |
k D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где k – число секторов; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,04 |
0,08 |
0,12 |
м2 |
0,18 |
|
|
|
|
|
|
F м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. Зависимость коэффициента a от F |
м |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
S |
– один из параметров барабанной сушилки, зависящий от типа насад- |
|||||||||
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ки (табл. 5). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
5 |
|
|
|
Параметры барабана |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Параметр |
|
||
Насадка |
|
|
|
|
|
||
|
S |
|
|
Sг |
|
B |
|
|
|
D |
|
D |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||
Лопастная (8 лопаток) |
1,61 |
5,53 |
0,239 |
||||
Секторная (6 секторов) |
3,40 |
10,00 |
0,340 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Конструктивный параметр B барабана определяется по выражению:
24
|
F м |
|
|
hср |
|
|
|
B |
л |
z |
|
, |
(58) |
||
D2 |
D |
||||||
где z – число лопаток. |
|
|
|
|
|
|
|
Для лопастной и секторной систем значение B рекомендуется принять по |
|||||||
данным табл. 5. |
|
|
|
|
|
|
|
Вычисление коэффициента |
v2 , |
учитывающего теплообмен между газа- |
|||||
ми и материалом на лопатках и в завале, производится по формуле:
2 |
1,27 |
S |
|
|
1 |
, |
(59) |
||
v |
|
|
|||||||
|
|
D |
D |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт |
|
где – коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности материала, |
|
. |
|||||||
м2 К |
|||||||||
Значение находится из уравнения: |
|
|
|
|
|||||
|
Nu |
|
l0 |
. |
|
|
(60) |
||
|
|
|
|
|
|||||
Критерий Нуссельта рассчитывается по выражению:
|
|
|
|
Nu |
0,347 Re0,66 . |
(61) |
||||||||
|
За |
определяющий |
размер |
l0 |
|
при вычислении критериев |
Рейнольдса |
|||||||
|
υср l0 |
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Re |
|
|
и Нуссельта |
Nu |
|
0 |
|
|
принимается средняя длина скатывания |
|||||
v |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частиц, м: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l0 |
|
2 |
|
S |
|
1 |
. |
(62) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z D D |
|
|||||
Коэффициенты и |
выбираются в зависимости от средней температу- |
|||||||||||||
ры газа в сушилке, определенной по формуле (55).
Конвективный теплообмен между нагретыми частицами сушилки и слоем материала учитывается коэффициентом, Вт / (м3К) :
25
|
|
|
|
3 |
1, 27 |
Sг |
1 |
|
|
|
к |
t |
|
|
|
t |
|
, |
(63) |
||||
|
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с.г |
м |
||||||||
|
|
|
|
|
D D |
t |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
где |
tм – средняя температура материала; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
к |
– коэффициент теплоотдачи от газа к оголенной поверхности бараба- |
|||||||||||||||||||||
на, Вт / (м2К) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Значение |
к |
рассчитывают по эмпирической зависимости: |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к 4,4 |
|
|
3,0 ср |
ср . |
|
|
|
(64) |
||||||||||
|
Средняя плотность газов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
d1 |
|
d2 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
2 000 |
|
|
. |
|
|
|
(65) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сг |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
После определения по формуле (49) суммарного коэффициента теплооб- |
||||||||||||||||||||||
мена |
v |
рассчитывается объем барабана |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
V 1, 2 |
|
Q |
, |
|
|
|
|
|
(66) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
αvΔt |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где Q − количество тепла, передаваемое от топочных газов к материалу, кВт,
Q W qс qм . |
(67) |
Коэффициент 1,2 в формуле (66) учитывает то, что начальная часть барабана занята упрощенной приемно-винтовой насадкой, при которой условия теплообмена значительно хуже.
Длина сушильного барабана, м,
Lб |
Vб |
. |
(68) |
|
0,785D2 |
||||
|
|
|
26
Напряжение сушилки по влаге, кг/(м3 ч),
A |
W |
. |
(69) |
|
|||
|
Vб |
|
|
4.5. Определение времени пребывания материала в сушилке
Для того чтобы проверить правильность принятого ранее в расчетах коэффициента заполнения объема барабана материалом , необходимо определить время прохождения его через сушилку.
Для каждой фракции, мин,
1 |
|
|
|
0, 2Lб |
|
. |
(70) |
||
|
|
|
|
3 51, 4 |
1,73 |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
hср n |
0,7 |
7 tg w |
10 |
|
|
|||
|
|
|
1 |
ср ср |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Средневзвешенное время пребывания частиц в сушилке, мин,
i i. |
(71) |
Степень заполнения сушилки материалом
β |
|
G1 G2 |
|
τ |
|
, |
(72) |
2 |
|
ρм Vб |
60 |
||||
где м – насыпная плотность материала, кг/м3 . |
|
|
|
||||
Если расхождение полученного значения |
|
с принятым ранее превышает |
|||||
15 %, то следует изменить |
частоту |
|
вращения барабана n |
и выполнить |
|||
перерасчет. |
|
|
|
|
|
|
|
27
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6 |
||
|
Некоторые характеристики сушильных барабанов |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Диа- |
Длина |
|
|
|
|
|
|
Производи- |
||
метр |
Толщина |
|
Скорость |
|
|
тельность |
||||
бараба- |
|
Мощность элек- |
|
|||||||
бараба- |
стенки |
|
вращения |
|
барабана |
|||||
на |
|
тродвигателя |
|
|||||||
на |
барабана, |
|
барабана |
|
по влаге W, |
|||||
Lб , мм |
|
N, кВт |
|
|||||||
D, мм |
мм |
|
n, мин |
-1 |
|
|
кг |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч |
|
1 000 |
6 000 |
5 |
|
4; 5; 8 |
2,5; 3; 3,5 |
|
500 |
|||
1 200 |
8 000 |
6 |
|
3,15; 4; 6,3 |
5,0; 6,5; 7 |
|
600 |
|||
1 600 |
10 000 |
8 |
|
3,15; 4; 6,3 |
14; 18; 20 |
|
800 |
|||
2 000 |
10 000 |
10 |
|
1,6; 2; 3,15 |
20; 25; 28 |
|
1 250 |
|||
2 200 |
12 000 |
12 |
|
1,6; 2; 3,15 |
20; 25; 28 |
|
1 600 |
|||
2 500 |
14 000 |
16 |
|
2; 3; 4; 6 |
24; 37,5; 55; 75 |
|
1 850 |
|||
2 800 |
16 000 |
16 |
|
2; 3; 4; 6 |
50; 80; 110; 160 |
|
3 100 |
|||
3 000 |
18 000 |
20 |
|
2; 3; 4; 6 |
40; 62,5; 90; 125 |
|
3 250 |
|||
3 200 |
22 000 |
20 |
|
2; 3; 4; 6 |
50; 80; 110; 160 |
|
3 400 |
|||
3 500 |
22 000 |
24 |
|
2; 3; 4; 6 |
66; 100; 140; 200 |
|
3 600 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Библиографический список |
|
|
|
|||||
1. Б ы с т р и ц к и й Г. Ф. |
Энергосиловое оборудование промышленных |
|||||||||
предприятий / Г. Ф. Б ы с т р и ц к и й . М.: Академия, 2006.
2.Л а ш у т и н а Н. Г. Холодильные машины и установки / Н. Г. Л а -
шу т и н а, Т. А. В е р х о в а , В. П. С у е д о в. М.: Колос, 2006.
3. |
Термодинамика и теплопередача / В. Н. К у з н е ц о в, |
В. В. |
О в с я н н и - |
к о в и др. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. |
|
|
|
4. |
Р и в к и н С. Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара / |
||
С. Л. Р и в к и н, А. А. А л е к с а н д р о в. М.: Энергоатомиздат, 2004. |
|
||
5. |
К у д и н о в В. А. Техническая термодинамика / |
В. А. |
К у д и н о в, |
Э. Н. К а р т а ш о в. М.: Высшая школа, 2002. |
|
|
|
28
Учебное издание
КУЗНЕЦОВ Владимир Никифорович, КОКШАРОВ Максим Валерьевич
ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
_____________________________________________________________________________
Редактор Н. А. Майорова Корректор И. А. Сенеджук
|
*** |
|
Подписано в печать |
. .2014. Формат 60 |
84 1/16. |
Офсетная печать. Бумага офсетная. Усл. печ. |
л. . |
|
Уч.-изд. л. |
. Тираж 150 экз. Заказ |
. |
**
Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа Типография ОмГУПСа
*
644046, г. Омск, пр. Маркса, 35