2.2 Расчет пневматической трубы-сушилки

2.2.1 Технологический расчет

2.2.1.1 Исходные данные

Параметры материала

Материал сосновый опил

Размер частиц 4,2×5,1×0,3 мм

Производительность по влажному опилу G₁=1,9 т/ч=0,53 кг/с

Относительная влажность:

начальная w₀₁=44 %

конечная w₀₂=20 %

Начальная температура опила q₁=20 °С

Параметры наружного воздуха

Температура t₀=15,3 °С

Влагосодержание x₀=0,0086 кг/кг

Теплосодержание J₀=37,152 кДж/кг

Параметры сушильного агента

Сушильный агент – это топочные газы, разбавленные воздухом.

Топливо – природный газ Газлинского месторождения

Вход в сушилку

Температура t₁=380 °С

Влагосодержание x₁=0,069 кг/кг

Плотность [6, приложение 2] r_t1=0,506 кг/м³

Выход из сушилки

Температура t₂=80 °С

2.2.1.2 Характеристика частиц соснового опила

Абсолютная влажность опила:

на входе в сушилку: w_a1=100w₀₁/(100-w₀₁)=100·44/(100-44)=78,57 %;

на выходе из сушилки: w_a2=100w₀₂/(100-w₀₂)=100·20/(100-20)=25 %;

средняя: w_aср=0,5(w_а1+w_а2)=0,5(78,57+25)=51,79 %.

Теплофизические свойства соснового опила:

r_ср=799 кг/м³ при w_аср=51,79 % [2, табл. 4];

С_м=2,77 кДж/(кг·К) при w_аср=51,79 % и по q_ср=0,5(q₁+q₂)=0,5(20+60)=45°С [2, табл. 6];

r_н=118,84 кг/м³ при w_аср=51,79 % [2, табл. 5].

2.2.1.3 Материальный баланс

Производительность по высушенному опилу:

= (100-w₀₁)/(100-w₀₂)=0,53(100-44)/(100-20)=0,371 кг/c.

Количество испаренной воды:

W= =0,53-0,371=0,159 кг/с.

Количество абсолютно сухого опила:

(100-w₀₁)/100=0,53(100-44)/100=0,297 кг/с.

Количество воды во влажном опиле:

W₁= w₀₁/100=0,53·44/100=0,23 кг/с.

Количество воды в высушенном опиле:

W₂= w₀₂/100=0,371·20/100=0,074 кг/с.

Проверка баланса по воде:

W₁=W+W₂; 0,23=0,159+0,074 кг/с.

2.2.1.4 Построение рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме

Параметры наружного воздуха

Точка А на J-х диаграмме: X₀=0,0086 кг/кг, J₀=37,152 кДж/кг, t₀=15,3 °C.

Параметры топочных газов

Точка К на J-х диаграмме: x_тг=x′=0,07 кг/кг, t_тг=892 °C, J_тг=1318 кДж/кг.

Параметры сушильного агента

Вход в сушилку

Точка В на J-х диаграмме: x₁=x″=0,018 кг/кг, t₁=380 °C, J₁=607,47 кДж/кг.

Выход из сушилки

Точка С на J-х диаграмме: t₂=80 °C.

Последовательность построения рабочей линии процесса сушки

на J-х диаграмме (рис.2).

1) На J-x диаграмме находим точку А по х₀=0,0086 кг/кг и t₀=15,3 °С; точку К по x_тг=0,07 кг/кг и по t_тг=892 °С; проводим рабочую линию горения природного газа .

2) Находим точку В на пересечении линии и линии температур t₂=80°С.

3) Определяем t_м1 для точки В. Принимаем, что сушка опила проходит в первом периоде (J₁≈J₂), тогда t_м1=θ₂=59 °С.

4) Расход тепла на нагрев опила:Q_м= C_м(q₂-q₁)=0,371·2,77(59-20)=40,08 кДж/с.

5) Удельный расход тепла на нагрев опила:

q_м=Q_м/W=40,08/0,159=252,08 кДж/кг влаги.

6) Удельные потери тепла принимаем q_пот=200 кДж/кг влаги.

7) Внутренний тепловой баланс сушилки:

D=4,19q₁-(q_м+q_пот)=4,19·20-(252,08+200)= –368,28 кДж/кг.

8) Координаты точки Е: зададимся x=0,05 кг/кг,

тогда J=J₁+D(x-x₁)= 600-499,3(0,05-0,018)=584 кДж/кг.

9) Строим точку Е по координатам x=0,08 кг/кг, тогда J=J₁+∆(x-x₁)=607,47-368,28(0,12-0,069)=588,69 кДж/кг.

10) Строим рабочую линию сушки , соединяя точку В с Е и продолжая линию до пересечения с t₂=80 °C, получаем точку С – окончание сушки.

11) Определяем координаты точки С:

X₂=0,189 кг/кг; J₂-580 кДж/кг;

t_м2= θ₂=65 °С.

Рисунок 2 – J-x диаграмма

2.2.1.5 Тепловой баланс

Теплосодержание сушильного агента при х₁ и t₂:

J₁₂=1,01t₂+(2493+1,97t₂)x₁=1,01·80+(2493+1,97·80)·0,069=263,7 Дж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при t₀ и х₀:

J_п0=J₀=37,15 кДж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при t₂ и х₀:

J_п2=1,01t₂+(2493+1,97t₂)x₀=1,01·80+(2493+1,97·80)·0,0086=103,6 кДж/кг.

Расход тепла на испарение влаги:

Q_и=W(2493+1,97t₂-4,19q₁)=0,159(2493+1,97·80-4,19·20)=408,12 кДж/с.

Расход тепла на нагревание материала:

Q_м=40,08 кДж/с.

Потери тепла:

Q_пот=Wq_пот=0,159·200=31,8 кДж/с.

Расход сушильного агента:

L₁=(Q_и+Q_м+Q_пот)/[(J₁₁-J₁₂)-0,05(J_п2-J_п0)]=(408,12+40,08+31,8)/[(607,47-263,7)-0,05(103,6-37,15)] = 1,4 кг/с.

Количество паровой смеси, выходящей из сушилки:

L₂=1,05L₁=1,05·1,4=1,48 кг/с.

Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

x₂=x₁+W/L₁=0,069+0,159/1,4=0,179 кг/кг.

По диаграмме J-x: x₂=0,189 кг/кг, J₂=580 кДж/кг.

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

J₂=1,01t₂+(2493+1,97t₂)x₂=1,01·80+(2493+1,97·80)0,179=555,26 кДж/кг.