4 Расчёт сушильного аппарата

4.1 Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку

В качестве топлива используемый природный газ из Уренгойского месторождения следующего состава [в об. %]:

– CH₄ (метан)98,24;

– C₂H₆ (этан) 0,29;

– C₃H₈ (пропан) 0,20;

– C₄H₁₀ (бутан) 0,09;

– C₅H₁₂ (пентан) 0,04;

– CO₂ (диоксид углерода) 0,14;

– N₂ (азот) 1.

Теоретическое количество сухого воздуха L₀, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно:

(4.1.1)

где составы горючих газов выражены в объёмных долях. Подставив соответствующие значения получим:

L₀=138∙[((1+4/4∙09824)/(12∙1+4))+((2+6/4∙0,0029)/(12∙2+6))+((3+8/4∙0,002/(12∙3+8))+((4+10/4∙0,0009)/(12∙4+10))+((5+12/4∙0,0004)/(12∙5+12))]=54,86 кг/кг

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов, которые представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Характеристики горения простых газов, кДж/м³

Метан	35741
Этан	63797
Пропан	91321
Бутан	118736
Пентан	78107

Количество тепла Q_v, выделяющегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

Q_v = 0,9824∙35741+0,0029∙63797+0,002∙91321+0,0009∙118736+

+0,0004∙78107=35617,72кДж/(м³∙т)

Плотность газообразного топлива ρ_т:

(4.1.2)

где M_i – мольная масса топлива, кмоль/кг;

t_т – температура топлива, равная 20 ^оC;

v₀ – мольная объём, равный 22,4 м³/кмоль.

Подставив соответствующие значения, получим:

ρ_т = (0,9824∙16+0,0029∙30+0,002∙44+0,0009∙56+0,0004∙72+0,0014∙44+

+0,01∙28)∙273/22,4∙(273+20) = 0,679 кг/м³.

Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1 кг топлива:

. (4.1.3)

Подставив соответствующие значения, получим:

Q = 35617,72/0,679 = 52456,14 кДж/кг.

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчёте на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха α, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси t_см = 200^оС.

Значение α находят из уравнения:

(4.1.4)

где ɳ – общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки (полноту сгорания топлива и т.д.) и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95;

c_т – теплоемкость газообразного топлива при температуре t_т = 20^оС, равная 1,34 кДж/(кг∙К);

I₀ – энтальпия свежего воздуха кДж/кг;

i_с.г. – энтальпия сухих газов, i_с.г.=с_с.г.t_с.г., с_с.г. и t_с.г. – теплоемкость и температура сухих газов соответственно: с_с.г.=1,05 кДж/(кг∙К), t_с.г.=200^оС;

x₀ – влагосодержание свежего воздуха при t₀ и φ₀;

i_п – энтальпия водяных паров, кДж/кг, i_п=r₀+с_пt_п, r₀ – теплота испарения воды при температуре 0 ^оС, равная 2500 кДж/кг,

с_п – средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97 кДж/(кг∙К),

t_п – температура водяных паров, t_п=t_с.г.=t_см=200^оС.

Пересчитаем содержание компонентов топлива, при сгорании которых образуется вода из объемных долей в массовые:

n(CH₄) = 0,9824∙16∙273/[22,4∙0,652(273+20)] = 1,0028 % мас.

n(C₂H₆) = 0,0029∙30∙273/[22,4∙0,652(273+20)] = 0,0055 %мас.

n(C₃H₈) = 0,002∙44∙273/[22,4∙0,652(273+20)] = 0,0056 % мас.

n(C₄H₁₀) = 0,0009∙58∙273/[22,4∙0,652(273+20)] = 0,0033 % мас.

n(C₅H₁₂) = 0,0004∙72∙273/[22,4∙0,652(273+20)] = 0,0018 % мас.

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:

=(9∙4/12∙1+4)∙1,0028+(9∙6/12∙2+6)∙0,0055+(9∙8/12∙3+8)× ×0,0056+(9∙10/12∙4+10)∙0,0033+(9∙12/12∙5+12)∙0,0018 = 2,29 кг/кг.

Рисунок 4.1.1 – Диаграмма Рамзина для температур от -10^оС

Параметры воздуха (г. Барановичи) при зимних условиях, полученные по диаграмме Рамзина (рисунок 4.1.1):

t_0з = 0 ^оC; φ_0з = 90%; x_0з = 0,0037 кг/кг сухого воздуха; I_0з = 11 ккал/кг сухого воздуха = 46,09 кДж/кг сухого воздуха.

Коэффициент избытка воздуха в зимний период:

α = = 4,54.

Параметры воздуха (г. Барановичи) при летних условиях, полученные по диаграмме Рамзина (рисунок 3.1):

t_0л = 15 ^оC; φ_0л = 70%; x_0л = 0,0078 кг/кг сухого воздуха; I_0л = 33 ккал/кг сухого воздуха = 138,27 кДж/кг сухого воздуха.

Коэффициент избытка воздуха в летний период:

α = = 8,41.

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 200^оС, равна:

. (4.1.5)

Подставив значения, получим:

G_с.г.(з) = 1+4,54∙54,86-2,29 = 247,77 кг/кг;

G_с.г.(л) = 1+8,41∙54,86-2,29 = 460,08 кг/кг.

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

. (4.1.6)

Подставив значения, получим:

G_п(з) = 2,29-4,54∙0,0037∙54,86 = 1,37 кг/кг;

G_п(л) = 2,29-8,41∙0,0078∙54,86 = -1,31 кг/кг.

Очевидно, что влажность летом завышена. Примем влажность в летний период равной φ_0л = 50%. Тогда по диаграмме Рамзина, представленной на рисунке 3.1, x_0л = 0,0052 кг/кг сухого воздуха, а I_0л = 27 ккал/кг сухого воздуха = 113,13 кДж/кг. Исходя из этого пересчитаем α_л:

α_л = = 7,087.

Исходя из этого следует пересчитать общую удельную массу сухих газов и удельную массу водяных паров:

G_с.г.(л) = 1+7,087∙54,86-2,29 = 387,5 кг/кг;

G_п(л) = 2,29-7,087∙0,0052∙54,86 = 0,27 кг/кг.

Влагосодержание газов на входе в сушилку (x₁ = x_см) на 1 кг сухого воздуха равно:

, (4.1.7)

тогда

x_1(з) = 1,37/247,77 = 0,0055 кг/кг;

x_1(л) = 0,27/387,5 = 0,0007 кг/кг.

Энтальпия газов на входе в сушилку:

, (4.1.8)

тогда

I_1(з) = = 247,57 кДж/кг;

I_1(л) = = 242,18 кДж/кг.