2 Расчет сушильного аппарата с псевдоожиженным (кипящим) слоем

Цель работы: Ознакомиться с сушильными аппаратами, изучить их виды (классификации), принцип действия. Произвести расчет сушильного аппарата с псевдоожиженным (кипящим) слоем.

2.1 Устройство сушильных аппаратов

Сушка — это процесс удаления паров влаги, образующихся при подводе теплоты к высушиваемым материалам (сыпу­чим, жидким и пастообразным). Интенсивность сушки зависит от способа подвода теплоты к высушиваемому материалу и отвода испаряющейся влаги, а также от скорости перемещения влаги из глубинных слоев материала к его поверхности. Последний показа­тель в свою очередь определяется теплофизическими свойствами высушиваемого материала и формой связи с ним влаги.

В настоящее время все более широко используют аппараты для сушки в режиме псевдоожиженного, или «кипящего», и фон­танирующего слоев (удельная доля 25%) и аппараты для сушки в режиме пневмотранспорта (примерно 7%), где можно интенсивно сушить сыпучие материалы, а также пастообразные и жидкие рас­творы.

2.2 Аппараты для сушки материала в псевдоожиженном (кипящем) слое

К недостаткам таких сушилок можно отнести повышенный удельный расход энергии, пылеобразование материала и связанную с этим опасность возникновения его взрывоопасных концентраций в воздухе.

Сушилки с кипящим слоем могут быть одно- и многосекционными. Односекционные аппараты наиболее просты конструктив­но и в эксплуатации. Их используют главным образом для удале­ния несвязанной влаги из сыпучих материалов. Многосекцион­ные аппараты применяют для удаления связанной влаги из материалов, для которых требуется высокая равномерность суш­ки.

Простейшая однокамерная сушилка представляет собой вер­тикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, снаб­женный в нижней части распределительной решеткой, через ко­торую поступает теплоноситель.

Рис. 2.2.1 - Однокамерная сушилка с кипящем слоем

На рисунке 2.2.1 показан однокамерный сушильный аппарат горячим воздухом в псевдоожиженном слое. Влажный материал секторным питателем 4 загружается в сушильную камеру 3, куда из калори­фера 2 вентилятором 1 нагнетается воздух, на­гретый до 120 °С. Высу­шенный продукт через выгрузочное устройство 7 поступает на конвейер 8. Отработанный воздух проходит через циклон 6 и выбрасывается в атмо­сферу вентилятором 5.

На рисунке 2.2.2 приведены схемы двухсекционных сушилок. Аппараты кипящего слоя в по­следнее время успешно применяют для сушки пастообразных материа­лов, растворов и суспензий.

Рисунок 2.2.2- Схемы двухсекционных сушилок с псевдоожиженным слоем: а- горизонтальной; б- вертикальной с выносным переточным устройством; в- вер­тикальной с внутренним переточным устройством; сплошные и штриховые стрелки соответствуют материалу и теплоносителю

Основное условие успешной реализации сушильного процес­са в аппаратах с кипящим слоем — равномерное распределение влажного материала и сушильного агента по сечению аппарата, что обеспечивают соответствующим выбором конструкции пита­телей влажного материала, затворов на линии выгрузки сухого продукта и газораспределительных устройств.

2.3 Расчет сушильного аппарата

Выбор типа сушильного аппарата зависит главным образом от свойств высушиваемого материала, формы связи с ним влаги, на­чальной

влажности и объема производства. Ниже приведен порядок расчета сушильного аппарата с псевдоожиженным (кипящим) слоем.

1. Расчёт скорости газов и диаметра сушилки. Фиктивная скорость начала псевдоожижения, определяется по формуле:

,

где - критерий Рейнольдса, зависящий от критерия Архимеда.

· 10⁶ , Па·с - вязкость сушильного агента при средней температуре (по справочной таблице)

- эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала, мкм

,

где - критерий Архимеда

,

где - плотность частиц высушиваемого материала, кг/м³ (по варианту)

- плотность сушильного агента, кг/м³

,

где , - молярная масса сухого воздуха и воды, г/моль

- давление при н.у., МПа

- парциальное давление водяных паров, МПа (в зависимости от температуры насыщенного водяного пара - по справочнику)

= 273 К

= 22,4 м³/кмоль

- температура высушиваемого агента, °С

Предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) частиц заданного размера:

.

Рабочую скорость сушильного агента выбирают в пределах от до , которая зависит от предельного числа псевдоожижения:

.

При этом если , то за рабочую скорость принимают , если , то за рабочую скорость принимают

Вывод: За рабочую скорость принимаем ().

2. Площадь газораспределительной решётки определяют по выражению:

,

где L - рабочая длина корпуса сушилки, м

3. Допускают круглое сечение решетки и для нее определяют диаметр:

.

4. Расчёт высоты псевдоожиженного слоя:

,

где - объём псевдоожиженного слоя, необходимого для достижения заданной влажности при расчётных условиях:

,

где С - удельная теплоёмкость сушильного агента при нормальной температуре, кДж/(кг·К)

- порозность кипящего слоя (в практических условиях изменяется в пределах 0,55-0,75) вычисляют по формуле:

,

где - число единиц переноса процесса сушки:

,

где , - начальная и конечная температура сушильного агента в сушилке, причем конечная изменяется на 40

,

где - критерий межфазного теплообмена

,

где - термодинамический критерий Прандтля:

,

где - эквивалентный диаметр частиц материала, мкм

- удельная поверхность частиц

,

где - фактор формы гранул (частиц) см. таблицу 2.3.1

- теплопроводность сушильного агента при

- конечная температура продукта (с сушильным агентом) 20° С

Таблица 2.3.1 - Величина фактора формы частиц для реальных материалов:

Форма частиц
Округлые без выступов (О)	0,8-0,9
с выступами (В)	0,65-0,8
Угловатые, шероховатые (У,Ш)	0,4-0,65
Пластинчатые, хлопьевидные, нитевидные (П,Х,Н)	0,2-0,4

5. Диаметр отверстий распределительной решетки принимают из ряда ГОСТ 6636-69: 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,2; 3,6; 4.0; 4,5; 5,0; 5,6 мм из соотношения:

.

6. Число отверстий в распределительной решетке находят по уравнению:

,

где - доля живого сечения решетки, принимается в интервале 0,02-0,1

7. Расположение отверстий в решетке принимают по углам равносторонних треугольников.

При этом их поперечный шаг:

;

продольный шаг:

.

8. Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем принимают в 4-6 раз больше высоты слоя:

.

9. Общая высота аппарата над решеткой:

.

10. Расчет гидравлического сопротивления сушилки.

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки составляют сопротивление псевдоожиженного слоя и решетки :

.

Величину находят по уравнению:

Величину находят по уравнению:

,

где = 1,5 - коэффициент сопротивления решетки

- рабочая скорость сушильного агента

Вывод по работе: произвели технологический расчет сушилки, расчетным методом научились определять ее конструктивные характеристики.

2.4 Пример расчета сушильного аппарата

Исходные данные: Высушиваемый материал Известняк (в),

1. Расчёт скорости газов и диаметра сушилки. Фиктивная скорость начала псевдоожижения, определяется по формуле:

,

,

,

,

Предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) частиц заданного размера:

Рабочую скорость сушильного агента выбирают в пределах от до, которая зависит от предельного числа псевдоожижения:

При этом если , то за рабочую скорость принимают, если, то за рабочую скорость принимают.

Вывод: За рабочую скорость принимаем .

2. Площадь газораспределительной решётки определяют по выражению:

,

3. Допускают круглое сечение решетки и для нее определяют диаметр:

4. Расчёт высоты псевдоожиженного слоя:

,

,

,

,

,

,

,

,

5. Диаметр отверстий распределительной решетки принимают из ряда ГОСТ 6636-69: 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,2; 3,6; 4.0; 4,5; 5,0; 5,6 мм из соотношения:

6. Число отверстий в распределительной решетке находят по уравнению:

,

7. Расположение отверстий в решетке принимают по углам равносторонних треугольников.

При этом их поперечный шаг:

;

продольный шаг:

8. Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем принимают в 4-6 раз больше высоты слоя:

9. Общая высота аппарата над решеткой:

10. Расчет гидравлического сопротивления сушилки.

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки составляют сопротивление псевдоожиженного слояи решетки:

.

Величину находят по уравнению:

Величину находят по уравнению:

,

Вывод по работе: произвели технологический расчет сушилки, расчетным методом научились определять ее конструктивные характеристики

2.5 Задание для расчета сушильного аппарата с пседвоожиженным (кипящим) слоем

1 Произвести технологический расчёт сушилки, предназначенной для сушки исходного материала горячим воздухом.

2 Расчётным методом научиться определять её конструктивные характеристики.

3 Выполнить эскиз установки, указать составные части.

Варианты задания взять из таблицы 2.5.1

Таблица 2.5.1 – Исходные данные для расчета сушильного аппарата

Вариант	Высушиваемый материал	, кг/м3	, МКМ	, °С	L, м	Вт/м·К
1	Антрацит(у)	1600	144	95	7,9	0,0244
2	Асбест (ш)	2600	112	110	8,4	0,0279
3	Винипласт(п)	1380	121	125	6,7	0,0279
4	Гипс(о)	2240	132	85	7,3	0,0244
5	Зола(в)	2200	156	150	8,9	0,0326
6	Известняк(в)	2650	149	180	9,2	0,0395
7	Каучук(ш)	930	137	210	6,4	0,0395
8	Кварц(у)	2650	123	80	7,8	0,0244
9	Керамика(в)	2600	153	250	9,7	0,0395
10	Кокс(о)	1300	156	290	8,6	0,0395
11	Серный колчедан(х)	5000	144	300	9,3	0,0395
12	Мел(о)	2200	121	330	6,9	0,0395
13	Паронит(х)	1200	132	360	8,2	0,0395
14	Сода(о)	1450	112	115	9,1	0,0244