2.3. Расчет сушилки с псевдоожиженным слоем Задание на проектирование

Рассчитать сушилку с псевдоожиженным слоем для высушивания влажного песка нагретым воздухом при следующих условиях: производительность по высушенному материалу G_K = 0,556 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 – w_h = 12 %; конечная w_k = 0,5 %; температура влажного материала = 18 °C; параметры свежего воздуха: температура t₀ = 18 °С; относительная влажность = 72 % давление в сушилке – атмосферное; температура воздуха после калорифера = 130 °С; 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).

Обозначения основных величин, используемых в данном расчете, пояснены в примере расчета барабанной сушилки.

2.3.1. Расход воздуха, скорость газов и диаметр сушилки

По уравнению (2.10) определим расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала:

кг/с.

Определим параметры отработанного воздуха. Для этого примем температуру его t₂ = 60 °C, что позволит достаточно полно использовать тепло сушильного агента. Обычно температуру материала в псевдоожиженном слое принимают на 1–2 градуса ниже температуры отработанного воздуха. Тогда температура материала в слое равна 58 °С. Принимая модель полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое, можно считать температуру высушенного материала равной температуре материала в слое, то есть q = 58 °С.

Рассчитаем внутренний тепловой баланс сушилки по уравнению (2.11):

кДж/кг влаги.

На диаграмме I–х (см. прил. 4) по известным параметрам t₀ = 18 °С и = 72 % находим влагосодержание х₀ и энтальпию I₀ свежего воздуха: х₀= 0,0092 кг влаги/кг сухого воздуха; I₀ = 41,9 кДж/кг сухого воздуха.

При нагревании воздуха до температуры = 130 °С его энтальпия увеличивается до , = 157 кДж/кг; так как нагрев сушильного агента осуществляется через стенку, влагосодержание остается постоянным: х₀ = x_l. Для определения параметров отработанного воздуха необходимо на диаграмме I–х построить рабочую линию сушки (построение ее описано в расчете барабанной сушилки). Зададим произвольное значение влагосодержания воздуха х = 0,04. Соответствующее значение энтальпии находим по уравнению (2.12):

кДж/кг сухого воздуха.

Далее проводим линию сушки I–х через две точки с координатами х = х₀ = 0,0092 кг/кг, I = 157 кДж/кг и х = 0,04 кг/кг, I =151 кДж/кг до пересечения с заданным параметром отработанного воздуха t₂= 60 °C. В точке пересечения линии сушки и изотермы 60 °С (см. рис. 2.5) находим конечное влагосодержание отработанного воздуха х₂ = 0,035 кг/кг.

Расход воздуха L на сушку по уравнению (2.14) равен:

L = 157 – 192 (0,04 – 0,0092) = 151 кДж/кг сухого воздуха.

Расход воздуха L на сушку по уравнению (2.14) равен:

L = 0,0726 / (0,035 – 0,0092) = 2,81 кг/с.

Средняя температура воздуха в сушилке

°С.

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке

кг влаги/кг сухого воздуха.

Средняя плотность сухого воздуха и водяных паров

кг/м³;

кг/м³.

Средняя объемная производительность по воздуху:

(2.33)

м³/с.

Далее рассчитываем фиктивную (на полное сечение аппарата) скорость начала псевдоожижения:

(2.34)

где – критерий Рейнольдса; – критерий Архимеда; – вязкость воздуха при средней температуре; – эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала; n – число фракций; – содержание -й фракции, масс, доли; – средний ситовый размер -й фракции, м.

Рассчитаем :

м.

Критерий Архимеда

Критерий Рейнольдса

Скорость начала псевдодвижения:

м/с.

Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) наиболее мелких частиц. Эту скорость определяют по уравнению (5.32).

Критерий Архимеда для частиц песка диаметром 1 мм равен

Скорость свободного витания (уноса):

м/с.

Рабочую скорость w сушильного агента выбирают в пределах от w_nc до w_cв. Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения К = w_cв / w_nc: при К_w более 40–50 рабочее число псевдоожижения K_w= w/w_nc рекомендуется выбирать в интервале от 3 до 7; при К_w меньше 20 - 30 значение K_w можно выбирать в интервале от 1,5 до 3. В рассматриваемом расчете К_пр = 5,75 / 0,435 = 13,2. Примем K_w = 2,3. Тогда рабочая скорость сушильного агента

w = K_w · w_ПС = 2,3 · 0,435 = 1,0 м/с.

Диаметр сушилки d определяют из уравнения расхода (2.27):

.