Методика расчета

Тепловой расчёт

Определение расхода сушильного агента и расхода теплоты на сушку. Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W, удаляемой из высушенного материала.

, (1)

W = 8000∙(1,5 – 0,12)/(100 – 1,5) = 110,53 кг/ч = 0,03 кг/с.

Производительность сушилки по высушенному материалу составляет:

G_к = G_н – W = 8000 – 110,53 = 7889,47 кг/ч = 2,2 кг/с

Уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

, (2)

где Δ – разность между удельными приходом и расходом теплоты непосредственно в сушильной камере; с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре Θ₁, кДж/(кг∙К); q_доп – удельный дополнительный подвод теплоты в сушилку, кДж/кг∙влаги; при работе сушилки по нормальному варианту q_доп = 0; q_т – удельный расход теплоты в сушилке с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае: q_т = 0; q_м – удельный расход теплоты в сушильном барабане с высушиваемом материалом, кДж/кг∙влаги.

с_м – теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг∙К); Θ₂ – температура высушенного материала на выходе из сушилки, ⁰С.

При испарении поверхностной влаги Θ₂ принимается приблизительно равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим, находим Θ₂ по I–x диаграмме по начальным параметрам сушильного агента: Θ₂ = 63 °С.

q_п – удельные потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг влаги; на 1 кг испаренной влаги: q_п = 22,8 кДж/кг∙влаги.

Подставив соответствующие значения, получим:

Δ =1,35∙52 + 0 − (0 + 880,6 + 22,8) = - 833,2 кДж/кг∙влаги;

Запишем уравнение рабочей линии сушки

. (3)

Для построения рабочей линии сушки на I–x диаграмме необходимо знать координаты (x и I) минимум двух точек.

Координаты первой точки: x₀ = 0,0132 кг/кг, I₀ = 53 кДж/кг, t₀ = 20,6 °C.

Координаты второй: x₁ = 0,0125 кг/кг, I₁ = 386 кДж/кг, t₁ = 108 °C.

Координаты третий: х₂ = 0,026 кг/кг, I₂ = 348 кДж/кг, t₂ = 73 °C.

Расход сухого газа L_с.г равен:

,

L_с.г = 0,03/(0,026 – 0,0125) = 2,22 кг/с.

Расход сухого воздуха L равен:

. (4)

L = 0,03/(0,026 – 0,0132) = 2,4 кг/с.

Расход теплоты на сушку Q_c равен:

, (5)

Q_c = 2,22∙(356 – 53) = 672,66 кВт.

Технические расчеты барабанной сушилки

Определение основных размеров сушильного барабана. Основные размеры барабана выбирают по нормативам и каталогам-справочникам в соответствии с объёмом сушильного пространства. Объём сушильного пространства V складывается из объёма V_п, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объёма V_с, требуемого для проведения процесса испарения влаги, т. е.

V = V_c + V_п. (6)

Объем сушильного пространства может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи.

V_c = W_к/(K_υ·Δx´_ср), (7)

где Δx´_ср – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³; K_υ – объёмный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи числено равен коэффициенту массоотдачи K_υ = β_υ.

Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи β_υ может быть вычислен по эмпирическому уравнению

β_υ = 1,62·10^-2·(ω·ρ_ср)^0,9·n^0,7·β^0,54·Р_о/[с·ρ_ср(Р_о – Р)], (8)

где ρ_ср – средняя плотность сушильного агента, кг/м³; с – теплоёмкость сушильного агента при средней температуре в барабане равная 1 кДж/(кг·К); β – оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %; Р_о – давление, при котором осуществляется сушка, Па; Р – среднее парциальное давление водяных паров сушильном барабане, Па.

Уравнение справедливо для значений ω·ρ_ср. = 0,6…1,8 кг/(м²·с), n = 1,5…5 об/мин, β = 10…25 %.

Рис. 2. Типы перевалочных устройств, применяемых в барабанных сушилках, и степень заполнения барабана β: а – подъёмно-лопастная β = 12 %; б – распределительная β = 20,6 %; в – крестообразная β = 23 %; г – подъёмно-лопастная β = 14 %; д – ячейковая β = 27,5 %

Рабочая скорость сушильного агента в барабане зависит от дисперсности и плотности высушиваемого материала. Выбор рабочих скоростей ω, м/с, при сушке монодисперсных материалов производится по таблице 1.

Таблица 1