Выбор рабочих скоростей ω, м/с, при сушке монодисперсных материалов

Размер частиц, мм	Значение ω, м/с, при ρм, кг/м³
0,3 – 2	0,5 - 1	2 - 5	3 - 7,5	4 - 8	5 - 10
Более 2	1 - 3	3 - 5	4 - 8	6 - 10	7 - 12

Для полидисперсных материалов с частицами размеров от 0,2 до 5 и насыпной плотностью ρ_м = 800…1200 кг/м³ обычно принимают скорость воздуха в интервале 2…5 м/с. Данном случае размер частиц высушиваемого материала от 1 до 2 мм, насыпная плотность ρ_м = 900 кг/м³. Принимаем скорость воздуха ω = 0,8 м/с. Плотность воздуха при средней температуре в барабане рассчитывается по формуле

t_ср = (108 + 73)/2 = 90,5 °С ≈ 91 °С.

Определяем плотность воздуха по формуле при температуре t_ср.

. (9)

Проверяем выполняется условие или нет: ω·ρ_ср = 0,6….1,8 кг/(м²·с), n = 1,5…5 об/мин, β = 10…25 %.

ω·ρ_ср = 1,8·0,97 = 1,746 кг/(м²·с) – условие выполнено.

Частота вращения барабана обычно не превышает 5-8 об/мин; принимаем n = 5 об/мин.

Оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом β для разных конструкций перевалочных устройств различно. В нашим случае тип перевалочного устройства подъёмно-лопастной, поэтому β = 12 %.

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

Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальным давлением на входе воздуха в сушилку и на выходе из неё.

Парциальное давление водяных паров в воздухе определим по уравнению:

P = (х/М_в)Р_о/(1/М_c.в +х/М_в). (10)

Тогда на входе в сушилку.

P₁ = (0,0125/18)·10⁵/(1/29+0,0125/18) = 1974 Па.

На выходе из сушилки.

P₂ = (0,026/18)·10⁵/(1/29+0,026/18) = 4020 Па.

Отсюда.

Р = (Р₁ + Р₂)/2 = (1974 + 4020)/2 = 2997 Па.

Таким образом, объёмный коэффициент массоотдачи равен:

β_υ = с^-1.

Движущую силу массопередачи Δx´_ср определим по уравнению:

Δx´_ср = (11)

где Δx´_б = х₁^* – х₁^/ – движущая сила в начале процесса сушки, кг/м³; Δx´_м = х₂^* – х₁^/ – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м³; х₂^*, х₁^* – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из неё, кг/м³.

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

ΔР_ср = (ΔР_б – ΔР_м)/ln (ΔР_б/ΔР_м). (12)

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем: ΔP_б = Р₁^* – Р₁ – движущая сила в начале процесса сушки, Па; ΔР_м = Р₂^* – Р₂ – движущая сила в конце процесса сушки, Па; Р₁^*, Р₂^* – давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

Значение Р₁^* и Р₂^* определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (t_м1) и в конце (t_м2) процесса сушки. По диаграмме I – x найдём: t_м1 = 63 °С, t_м2 = 61 °С; при этом Р₁^* = 17940 Па, Р₂^* = 16950 Па.

Тогда

Па.

Выразим движущую силу в кг/м³

кг/м³.

Объём сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учёта объёма аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению:

V_c = 0,03/(0,712∙0,087) = 0,98 ≈ 1 м³.

Объём сушилки, необходимый для прогревания влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи:

V_п = Q_п/(К_υ·Δt_ср), (13)

где Q_п – расход теплоты на подогрев материала до температуры t_м1, кВт; K_υ – объёмный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³·К); Δt_ср – средняя разность температур, °С.

Расход теплоты Q_п равен:

Q_п = G_к·С_м(t_м1 – θ₁) + W_в·С_в(t_см1 – θ₁); (14)

Q_п = 2,2·1,19·(63 – 52) + 0,03·1,35·(63 – 52) = 29,5 кВт

Объёмный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению:

K_υ = 16(ω·ρ_ср)^0,9·n^0,7·β^0,54; (15)

K_υ = 16·1,746^0,9·5^0,7·12^0,54 = 311 Вт/(м³∙К) = 0,311 кВт/(м³∙К).

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

Q_п = L_с.г (1 + х₁)∙с_г(t₁ – t_x); (16)

29,5 = 2,22∙(1 + 0,0125)∙1∙(108 – t_x),

t_x = 2,22∙(1 + 0,0125)∙1∙(108 – 29,5) = 176,4 °С

t_x = 176,4≈176 °С.

Средняя разность температур равна:

Δt_ср = [(t₁ – θ₁) + (t_x – t_м1)]/2, (17)

Δt_ср = [(108 – 52) + (176 – 63)]/2 = 84,5 °C.

Подставляем полученные значения в уравнение:

V_п = Q_п/(К_υ·Δt_ср).

V_п = 29,5/(0,311∙84,5) = 1,12 м³.

Общий объём сушильного барабана

V = V_c + V_п = 1 + 1,12 = 2,12 м³.

При отсутствии расчётных зависимостей для определения коэффициентов массо- и теплопередачи объём сушильного барабана может быть ориентировочно определён с помощью объёмного напряжения по влаге A_υ, кг/(м³∙ч). При использовании величины A_υ объём сушильного барабана рассчитывают по уравнению:

V = 3600∙W/A_υ, (18)

А_υ = 7,2 кг/(м³∙ч).

V = 3600∙0,03/7,2 = 15 м³

Окончательно принимаем V = 15 м³.

Далее по справочным материалом находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.

В таблице 2 приведены основные характеристики барабанных сушилок.

По таблице 2 выбираем барабанную сушилку № 6843 со следующими характеристиками: объём V = 45,6 м³; внутренний диаметр d = 2,2 м; длина барабана L = 12 м.

Определим действительную скорость воздуха в барабане:

ω_д = υ_г/(0,785∙d²). (19)

Объёмный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (м/с) равен:

(20)

где х_ср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха.

Подставив, получим:

м³/с

Тогда ω_д = 2,26/(0,785∙2,2²) = 0,59 ≈ 0,6 м³/с.

Таблица 2