Определение габаритов аппарата

Площадь газораспределительной решетки. Площадь газораспределительной решетки можно определить, использую формулу:

Диаметр газораспределительной решеткиищется по уравнению площади круга:

следовательно или

Таким образом, диаметр газораспределительной решетки составит

Определение высоты аппарата.

Высота аппарата над распределительной решеткой складывается из двух величин: высоты сепарационного пространства и рабочей высоты псевдоожиженного слоя.

H_апп=Н_сеп+Н_ПОС

Для расчета высоты псевдоожиженного слоя воспользуемся формулой

где V_ПОС– объем псевдоожиженного слоя, равныйV_ПОС=W/A_v[Error: Reference source not found] отношению количества удаленной влаги к напряжению по влаге в рабочем объеме аппарата (по заданиюA_v = 350 кг/м³·ч).

Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем принимают в 4 – 6 раз больше высоты псевдоожиженного слоя [⁴, стр. 309], т.е. принимаемН_сеп= 3.55 м.

Таким образом, зная две составляющие формулы, можно найти численное значение высоты аппарата над распределительной решеткой:

Для определения общей высоты аппарата необходимо добавить к высоте над распределительной решеткой высоту нижней части аппарата, которую обычно можно принять равной диаметру газораспределительной решетки. Поэтому, общая высота аппарата составит

.

Потери тепла в окружающую среду Определение коэффициента теплоотдачи

Для определения потерь тепла в окружающую среду наружной поверхностью аппарата [⁵]

необходимо знать коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающей среде, который может быть найден по следующей формуле:

,

где ' – коэффициент теплоотдачи конвекцией,'' – коэффициент теплоотдачи изоляцией.

Коэффициент теплоотдачи ' в условиях естественной конвекции можно рассчитать по формуле

где Nu– критерий Нуссельта,– коэффициент теплопроводности воздуха.

Критерий Нуссельта содержит неизвестный коэффициент теплоотдачи, поэтому является определяемым критериями подобия [⁶, стр. 367]. При конвективном теплообмене уравнение подобия может быть представлено в виде

Nu=f(Re,Gr,Pr)

Re– критерий Рейнольдса;Gr– критерий Грасгофа;Pr– критерий Прандтля.

В случае вынужденного движения жидкости и при развитом турбулентном режиме свободная конвекция в сравнении с вынужденной очень мала, поэтому уравнение подобия упрощается:

Nu=f(Re,Pr)

Для некоторых газов критерий Прандтля в процессе конвективного теплообмена почти не изменяется с температурой, поэтому уравнение подобия может принять еще более простой вид:

Nu=f(Re)

При свободном движении жидкости, когда вынужденная конвекция отсутствует, вместо критерия Рейнольдса вводится число Грасгофа:

Nu=f(Gr,Pr)

Именно такой режим преобладает в сушильном аппарате с псевдоожиженным слоем. Поэтому для расчета критерия Нуссельта используют формулу:

Nu=С'·(Gr·Pr)^m

Критерий Грасгофа характеризует соотношение подъемной силы, возникающей вследствие разности плотностей жидкости и силы молекулярного трения [Error: Reference source not found, стр. 366].

Для расчета критерия Грасгофа необходимо знать значение кинематической вязкости воздуха при средней температуре. Средняя температура (температуру поверхности приняли равной температуре на выходе из аппарата):

По таблице физических параметров сухого воздуха при давлении 1 бар для средней температуры 308.2 К [Error: Reference source not found, прил. табл. X]:

 = 2.70·10^–2Вт/м·К

 = 0.019 сП 0.02·10^–3кг/м·с

 = 1.65·10^–5м²/с

Несмотря на то, что имеется табличное значение кинематической вязкости, проведем ее расчет для получения более точных данных и сравнения этих данных с табличными. Кинематический коэффициент вязкости:

 = /_вл.в.

где _вл.в.– плотность влажного воздуха, которая может быть найдена по формуле (2а) (= 22 % по диаграмме Рамзина [Error: Reference source not found, стр. 1237] приt= 35^oCиx= 0.01;p_н= 0.0573 ат приt= 35^oC[Error: Reference source not found, табл.LVI, стр. 548]):

Тогда, кинематический коэффициент вязкости воздуха

.

Отсюда видно, что выбранное табличное значение и рассчитанное по формуле практически совпадают. Это свидетельствует о точности проведенных расчетов.

Кроме кинематической вязкости для расчета критерия Грасгофа необходимо определить коэффициент объемного термического расширения воздуха по формуле:

Учитывая следующие величины – высоту вертикального аппарата (в нашем случае, высота аппарата над газораспределительной решеткой H_апп) и ускорение свободного паденияg=const= 9.81 м/с², определим численное значение критерия Грасгофа

Критерий Прандтля Pr, определяющий физические свойства жидкости [Error: Reference source not found, стр. 366], может быть описан следующей формулой:

где – вязкость воздуха при средней температуре,– коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре. Для воздуха при атмосферном давлении в широком диапазоне температур 0 – 500^оС критерий Прандтля остается практически неизменным и равным 0.72.

Таким образом, зная оба критерия – Грасгофа и Прандтля, – можно рассчитать критерий Нуссельта, в которой участвуют также параметры C'иm, значения которых подбираются в зависимости от произведения (Gr·Pr):

Gr·Pr= 7.84·10¹¹· 0.72 = 5.64·10¹¹

Полученное значение произведения двух критериев лежит в диапазоне 2·10⁷– 1·10¹³, поэтому значения параметров принимаются равными:C'= 0.135,m= 1/3.

Соответственно,

Откуда найдем значение коэффициента теплоотдачи:

Для расчета '' воспользуемся формулой:

В этой формуле: – степень черноты излучающей поверхности (примем для асбеста= 0.96),С₀– коэффициент излучения абсолютно черного телаС₀= 5.7 Вт/(м²·К⁴). Тогда

И, наконец, коэффициент теплоотдачи = 4.91 + 6.42 = 11.33 Вт/(м²·К).