4.3 Определение основных размеров сушильного барабана

Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане t_ср=(200+80)/2 = 140 ^оС:

. (4.3.1)

Подставив значения получим:

ρ_ср = (29/22,4)∙(273/(273+140)) = 0,85 кг/м³,

что практически соответствует плотности воздуха при этой температуре.

При этом ωρ_ср = 2∙0,85 = 1,7 кг/(м²∙с) (ω принимаем 2, т.к. насыпная плотность древесного угля равна 200 кг/м³), что не нарушает справедливости уравнения β_v = 1,62∙10^-2(ωρ_ср)^0,9n^0,7β^0,54P₀/[cρ_ср(P₀-P)].

Частота вращения барабана обычно не превышает 5-8 об/мин: принимаем 6 об/мин. Принимаем β = 12%.

Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, т.е. при P₀ = 10⁵ Па.

Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определяем как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из неё.

Парциальное давление водяных паров в газе определили по уравнению:

. (4.3.2)

Тогда на входе в сушилку:

– зимой: p_1(з) = (0,0055/18)∙10⁵/(1/29+0,0055/18) = 873,14 Па;

– летом: p_1(л) = (0,0007/18)∙10⁵/(1/29+0,0007/18) = 112,75 Па.

На выходе из сушилки:

– зимой: p_2(з) = (0,044/18)∙10⁵/(1/29+0,044/18) = 6535,8 Па;

– летом: p_2(л) = (0,042/18)∙10⁵/(1/29+0,042/18) = 6337,8 Па.

Отсюда:

p_з = (873,14+6535,8)/2 = 3704,5 Па;

p_(л) = (112,75+6337,8)/2 = 3225,3 Па.

Таким образом объемный коэффициент массоотдачи равен:

β_v(з) = 1,62∙10^-2∙1,7^0,9∙6^0,7∙12^0,54∙10⁵/1∙0,85(10⁵-3704,5) = 0,43 с^-1;

β_v(л) = 1,62∙10^-2∙1,7^0,9∙6^0,7∙12^0,54∙10⁵/1∙0,85(10⁵-3225,3) = 0,43 с^-1.

Движущую силу массопередачи Δx’_ср определим по уравнению:

. (4.3.3)

Средняя движущая сила ΔP_ср, выраженная через единицы давления (Па), равна:

. (4.3.4)

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем ΔP_б = p^*₁-p₁ – движущая сила в начале процесса сушки, Па; ΔP_м = p^*₂-p₂ – движущая сила в конце процесса сушки, Па; p^*₁, p^*₂ – давление насыщенных паров над влажным материалов в начале и в конце процесса сушки, Па.

По диаграмме I – x найдем:

t_м1(з) = 48^оС; p^*_1(з) = 180 мм рт ст = 23998 Па;

t_м2(з) =46^оС; p^*_2(з) = 176 мм рт ст = 23464 Па;

t_м1(л) = 48^оС; p^*_1(л) = 180 мм рт ст = 23998 Па;

t_м2(л) = 47^оС; p^*_2(л) = 177 мм рт ст = 23598 Па.

Тогда:

= 19865,71;

= 19738,82.

Выразим движущую силу в кг/м³ по уравнению:

= 0,1 кг/м³;

= 0,1 кг/м³.

Объем сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влажности без учёта объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала:

V_с(з) = 0,21/0,43∙0,1 = 4,6 м³;

V_с(л) = 0,21/0,43∙0,1 = 4,7 м³.

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала находят по модифицированному уравнению теплопередачи:

, (4.3.5)

где Q_п – расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1, кВт; K_v – объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³∙К); Δt_ср – средняя разность температур, град.

Расход тепла равен:

. (4.3.6)

Подставив значения, получим:

Q_п(з) = 1,39∙0,84∙(48-10)+0,21∙4,19∙(200-10) = 211,6 кВт;

Q_п(л) = 1,39∙0,84∙(48-10)+0,21∙4,19∙(200-10) = 211,6 кВт.

Объемный коэффициент теплопередачи определяем по уравнению:

. (4.3.7)

K_v = 16∙1,7^0,9∙6^0,7∙12^0,54 = 346 Вт/(м³∙К) = 0,346 кВт/(м³∙К).

Для вычисления Δt_ср необходимо найти температуру сушильного агента t_x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_м1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:

. (4.3.8)

Зимний период:

211,6 = 5,45∙(1+0,0055)∙1,05 (200-t_x(з))

t_x(з) = 163,2 ^оС.

Летний период:

211,6 = 4,18∙(1+0,0007)∙1,05∙(200-t_х(л))

t_х(л) = 151,8 ^оС.

Средняя разность температур равна:

, (4.3.9)

Δt_ср(з) = [(200-10)+(163,2-48)]/2 = 152,6 ^оС;

Δt_ср(л) = [(200-10)+(151,8-48)]/2 = 146,9 ^оС.

Подставляем полученные значения в уравнение:

V_п(з) = 211,6/(0,346∙152,6) = 4 м³;

V_п(л) = 211,6/(0,346∙146,9) = 4,2 м³.

Общий объем сушильного барабана:

V_з = 4,6+4 = 8,6 м³;

V_л = 4,7+4,2 = 8,9 м³.

При отсутствии расчетных зависимостей для определения коэффициентов массо- и теплопередачи, объем сушильного барабана может быть ориентировочно определен с помощью объемного напряжения по влаге A_v, кг/(м³∙ч). При использовании величины A_v, объем сушильного барабана рассчитываем по уравнению:

, (4.3.10)

t₁ = 430 ^оС; t₂ = 170^оС; A_v = 50 кг/(м³∙ч).

Подставив в формулу значения, получим:

V = 3600∙0,21/50 = 15,12 м³.

Расчеты показывают, что средняя движущая сила при изменение начальной температуры сушильного агента от 200^оС до 430^оС увеличивается в 1,5 раза. Коррекция на изменение движущей силы дает объем сушильного барабана V = 22,7 м³.

По таблице выбираем барабанную сушилку №7119 со следующими характеристиками: V = 30,5 м³; d = 1,8 м; l = 12 м.

Определим действительную скорость газов в барабане:

. (4.3.11)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана равен (м³/с):

, (4.3.12)

=6,67 м³/с;

=4,96 м³/с.

Тогда

ω_д(з) = 6,67/0,785∙1,8² = 2,63 м³/с;

ω_д(л) = 4,96/0,785∙1,8² = 1,95 м³/с.

Определим среднее время пребывания материала в сушилке:

. (4.3.13)

Количество материала находящегося в сушилке ( в кг) равно:

. (4.3.14)

Подставив значения, получаем:

G_м = 30,5∙0,12∙1300 = 5307 кг.

Отсюда

τ = 5307/(1,39+0,21/2) = 3550 с.

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана:

, (4.3.15)

α’_з = [30∙12/(1,8∙6∙3550)+0,007∙2,63]∙(180/3,14) = 0,54^о;

α’_л = [30∙12/(1,8∙6∙3550)+0,007∙1,95]∙(180/3,14) = 0,54^о.

Скорость уноса, равную скорости свободного витания ω_с.в., определяем по уравнению:

. (4.3.16)

Средняя плотность сушильного агента равна:

, (4.3.17)

ρ_ср(з) = [29(10⁵-3074,5)+18∙3074,5]∙273/22,4∙10⁵(273+140) = 0,8 кг/м³;

ρ_ср(л) = [29(10⁵-3804,1)+18∙3804,1]∙273/22,4∙10⁵(273+140) = 0,8 кг/м³.

Критерий Архимеда:

=1,4∙10⁵.

Тогда скорость уноса равна:

=9,19 м/с.