Индексы

0 – параметры свежего воздуха;

1 и 2 – параметры сушильного агента на входе в сушилку и на выходе из нее;

в – влага;

м – параметры мокрого термометра;

п – пар;

с. в – параметры сухого воздуха;

с. г – параметры сухого газа;

см – параметры смеси;

ср – средняя величина;

т – параметры топлива.

2.2. Расчет барабанной сушилки Задание на проектирование

Рассчитать барабанную сушилку с подъемно-лопастными перевалочными устройствами для высушивания песка топочными газами при следующих условиях: производительность сушилки по высушенному материалу G_K = 5,56 кг/с; содержание фракций частиц в материале: диаметром от 2,0 до 1,5 мм – 25 %; диаметром от 1,5 до 1,0 мм – 75 %; влажность песка: начальная = 12 %; конечная = 0,5 %; температура влажного материала q = 18 °С; топливо – природный газ; температура топочных газов: на входе в барабан t_см = 300 °С; на выходе из барабана t₂ = 100 °C; удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги = 22,6 кДж/кг (что соответствует примерно 1 % тепла, затрачиваемого на испарение 1 кг воды); параметры свежего воздуха: температура = 18 °С; относительная влажность = 72 %; давление в сушилке – атмосферное.

2.2.1. Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку

В качестве топлива используют природный сухой газ следующего состава [в % (об.)]: 92,0 – СН₄; 0,5 – С₂Н₆; 5 – Н₂; 1 – СО; 1,5 – N₂.

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

(2.1)

где составы горючих газов выражены в объемных долях. Подставив соответствующие значения, получим в кг/кг:

_.

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов:

Таблица 2.1

Газ	Реакция	Тепловой эффект реакции, кДж/м³
Водород Оксид углерода Метан Ацетилен Этилен Этан Пропан Бутан Сероводород		10810 12680 35741 58052 59108 63797 91321 118736 23401

Количество тепла , выделяющегося при сжигании 1 м³ газа, равно

= 0,92 ∙35741 + 0,005 ∙63797 + 0,05 ∙10810 + 0,01 ∙12680 = 33868 кДж/(м³∙т).

Плотность газообразного топлива :

(2.2)

где – мольная масса топлива, кмоль/кг; t_T – температура топлива, равная 20 °С; v₀ – мольный объем, равный 22,4 м³/кмоль.

Подставив, получим:

кг/м³.

Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1 кг топлива:

кДж/кг. (2.3)

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха а, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси °С.

Значение а находят из уравнений материального и теплового балансов.

Уравнение материального баланса:

(2.4)

где – масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива; С_тН_п – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

Уравнение теплового баланса:

(2.5)

где – 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; с_т – теплоемкость газообразного топлива при температуре t_T = 20 °С, равная 1,34 кДж/(кгК); I₀ – энтальпия свежего воздуха, кДж/кг; – энтальпия сухих газов, кДж/кг; – соответственно теплоемкость и температура сухих газов: = 1,05 кДж/(кгК), = 300 °С; х₀ – влагосодеражание свежего воздуха, кг/кг сухого воздуха, при температуре t₀= 18 °С и относительной влажности = 72 %; – энтальпия водяных паров, кДж/кг; – теплота испарения воды при температуре 0 °С, равная 2500 кДж/кг; – средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97 кДж/(кгК); t_n – температура водяных паров; = 300 °C.

Решая совместно уравнения (2.4) и (2.5), получим:

(2.6)

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

СН₄ = 0,92 ∙16 ∙ 273 / [22,4 ∙ 0,652 (273 + 20)] = 0,939;

С₂Н₆ = 0,005 ∙ 30 ∙ 273 / [22,4 ∙ 0,652 (273 + 20)] = 0,0096;

Н₂ = 0,05 ∙ 2 ∙ 273 / [22,4 ∙ 0,652 (273 + 20)] = 0,0064.

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

кг/кг.

Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (2.6):

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 300 °С, равна:

кг/кг. (2.7)

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

(2.8)

кг/кг.

Влагосодержание газов на входе в сушилку на 1 кг сухого воздуха равно

откуда

кг/кг.

Энтальпия газов на входе в сушилку:

кДж/кг.

Поскольку коэффициент избытка воздуха велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I-x.