Конструктивный расчет барабанной сушилки

Парциальное давление водяных паров на входе в сушилку:

 

, (13)

 

где х₀ - удельное влагосодержание сухого воздуха на входе в калорифер, г/кг

Р₀ - давление, при котором осуществляется сушка, Па

М_с.в. –молекулярная масса воздуха, г/моль [3]

М_в –молекулярная масса воды, г/моль [3]

 

 

Парциальное давление водяных паров на выходе из сушилки:

 

, (14)

 

где х₂- удельное влагосодержание сухого воздуха на выходе из сушилки, г/кг

Р₀ - давление, при котором осуществляется сушка, Па

М_с.в. –молекулярная масса воздуха, г/моль

М_в –молекулярная масса воды, г/моль

 

Среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане:

(15)

где P₁- парциальное давление водяных паров на входе в сушилку, Па

P₂- парциальное давление водяных паров на выходе из сушилки, Па

 

 

Коэффициент массоотдачи вычисляем по эмпирическому уравнению:

 

, (16)

 

где ρ_ср. - средняя плотность сушильного агента, кг/м³ (при средней температуре в барабане t_cр.=110⁰С);

с - теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, кДж/(кг∙К); с=1,22 кДж/(кг∙К) [6, c.17];

β - степень заполнения барабана высушиваемым материалом;

Р₀ - давление, при котором осуществляется сушка, Па;

n - частота вращения барабана, об/ мин;

ω - скорость газов в барабане, м/с;

Р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па.

Данное уравнение справедливо для значений ωρ_ср= 0,6-1,8 кг/(м² с), n = 1,5-5,0 об/мин, β = 10-25%. [1]

Примем диаметр частиц молочного сахара d_ч=0,6 мм, зная плотность материала ρ_м=1360 кг/м³ [1], определим скорость газов в сушильном барабане

ω=2 м/с [1, с.298, табл.9,1]. Также примем степень заполнения барабана высушиваемым материалом β=14% [1], частоту вращения барабана n=3 об/мин и давление, при котором осуществляется сушка - атмосферное Р₀=10⁵ Па.

 

с^-1

Определяем по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале t_м1 и в конце t_м2 процесса сушки давление насыщенных паров над влажным материалом. По диаграмме I-x [Приложение А] находим:

t_м1=18 ⁰С,

t_м2=41,5 ⁰С,

=2133,16 Па,

=9999,18 Па.

Движущая сила в начале процесса сушки:

 

, (17)

где давление насыщенных паров над влажным материалом в начале процесса сушки, Па

Р₁- парциальное давление водяных паров на входе в сушилку, Па

 

 

Движущая сила в конце процесса сушки:

 

, (18)

 

где давление насыщенных паров над влажным материалом в конце процесса сушки, Па

Р₁- парциальное давление водяных паров на выходе из сушилки, Па

 

 

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

, (19)

 

где ΔР_Б - движущая сила в начале процесса сушки, Па

ΔР_М - движущая сила в конце процесса сушки, Па

 

Движущую силу массопередачи ΔХ_ср. определим по уравнению:

 

, (20)

 

где ΔР_ср - средняя движущая сила, Па

М_в –молекулярная масса воды, г/моль

Р₀ - давление, при котором осуществляется сушка (атмосферное), Па

T₀ - температура при нормальных условиях, К

V₀ – газовая постоянная, см³

 

 

Объем сушильного пространства барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, вычисляем по модифицированному уравнению массопередачи:

(21)

 

где ΔХ_ср. - средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³,

K_v - объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

Коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи K_v=β_v.

 

Расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1:

 

, (22)

 

где G_к – производительность установки по сухому продукту, кг/с

c_м- теплоемкость высушенного материала, кДж/кг [6, c.17]

W_в- расход влаги, удаляемый из высушиваемого материала, кг/с

с_в - теплоемкость воды, кДж/(кг^.К) [6, c.17]

t_м1 - температура мокрого термометра сушильного агента в начале процесса сушки, ⁰С

 

кВт

 

Объемный коэффициент теплопередачи:

 

, (23)

 

где ρ_ср. - средняя плотность сушильного агента, кг/м³ (при средней температуре в барабане t_cр.=110⁰С);

β - степень заполнения барабана высушиваемым материалом;

n - частота вращения барабана, об/ мин;

ω - скорость газов в барабане, м/с;

 

кВт/(м³∙К)

 

Для вычисления средней разности температур Δt_ср. находим температуру сушильного агента t_x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_мl. Эту температуру находим из уравнения теплового баланса:

(24)

 

где L_ц - расход абсолютно сухого воздуха в сушильной установке с рециркуляцией, кг/с

х₀ - удельное влагосодержание сухого воздуха на входе в калорифер, г/кг

с - теплоемкость газа, кДж/(кг∙К); с=1 кДж/(кг∙К) [3]

 

 

Откуда t_х=138,88⁰С.

Вычисляем среднюю разность температур:

 

, (25)

 

⁰С

 

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находим по модифицированному уравнению теплопередачи:

 

, (26)

где Q_П - расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1, кВт;

K_v - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³∙К);

Δt_ср.- средняя разность температур, ⁰С

 

м³

Общий объем сушильного пространства V складывается из объема V_п, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема V_c, требуемого для проведения процесса испарения влаги:

, (27)

 

где V_п- объем, необходимый для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), м³

V_c- объем, требуемый для проведения процесса испарения влаги, м³

м³

Принимаем: , тогда , [1]

Диаметр барабана:

, (28)

 

где V_Б- общий объем сушильного пространства, м³

 

м

 

Длина барабана:

, (29)

 

где D_Б - диаметр барабана, м

 

м

 

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана:

, (30)

 

где L_ц - расход абсолютно сухого воздуха в сушильной установке с рециркуляцией, кг/с

М_в –молекулярная масса воды, г/моль

М_с.в. –молекулярная масса воздуха, г/моль

T₀- температура при нормальных условиях, К

V₀ – газовая постоянная, см³

X_cр – среднее влагосодержание воздуха в сушилке, кг/кг

t_ср - средняя температура воздуха в сушилке, ⁰С

 

м³/с

 

Действительная скорость газов в барабане:

 

, (31)

 

где v_г - объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м³/с

D_Б -диаметр барабана, м

 

, м/с

 

Количество находящегося в сушилке материала:

 

, (32)

 

где V- общий объем сушильного пространства, м³

β - степень заполнения барабана высушиваемым материалом, ед

ρ_м- плотность высушиваемого материала, кг/м³

 

кг

 

Среднее время пребывания материала в сушилке:

 

, (33)

 

где G_к – производительность установки по сухому продукту, кг/с

W –количество влаги, удаляемой из высушиваемого материала, кг/с

G_м –количество находящегося в сушилке материала, кг

 

 

2.5 Расчет и подбор комплектующего оборудования

 

Расчет и подбор калориферов

Принимаем к установке калорифер КФБО-5, для которого:

1. площадь поверхности нагрева F_к=26,88 м²,

2. площадь живого сечения по воздуху f_к=0,182 м².

Средняя температура воздуха в калорифере:

, (34)

 

где t₀- температура сушильного агента на входе в калорифер, °С

t₁- температура сушильного агента на выходе из калорифера, °С

°С

 

Плотность воздуха при средней температуре t_ср:

 

, (35)

где М_с.в. –молекулярная масса воздуха, г/моль

T₀- температура при нормальных условиях, К

V₀ – газовая постоянная, см³

t_ср- средняя температура воздуха в сушилке, °С.

 

кг/м³

 

Массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера:

, (36)

 

где V-средняя объёмная производительность по воздуху, м³/с

f_к -площадь живого сечения по воздуху, м²

ρ_ср- плотность воздуха при средней температуре t_ср, кг/м³

 

кг/(м² К)

Коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к воздуху:

 

, (37)

где ρν_к – массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(м²·К)

 

Вт/(м²·К)

 

Средняя разность температур греющего теплоносителя и воздуха:

 

, (38)

где Δt' – большая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Δt'' – меньшая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Для подогрева воздуха в калорифере используется греющий пар, имеющий температуру 170 °С.

 

°С

 

°С

 

°С

 

Площадь поверхности теплопередачи:

 

, (39)

 

где Q – расчётное количество теплоты, необходимое для подогрева воздуха, кВт

k – коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к воздуху, Вт/(м²·К)

Δt_ср. – средняя разность температур греющего теплоносителя и воздуха, °С

 

м²

 

Получили, что F< F_к , следовательно выбранный калорифер подходит.

Конструктивные размеры калорифера КФБО-5 представлены в таблице 1.

 

Таблица1 - Конструктивные размеры калорифера КФБО-5

Модель и номер калори-фера	Размеры, мм	Трубная резьба штуцера, дюймы	n1	n2
А	А1	А2	А3	Б	Б1	Б2	Б3
КФБО-5

 

2.5.2 Расчет циклона СКЦН-34

Исходные данные:

Кол-во очищаемого воздуха при рабочих условиях:

V=0,17 м³/с

Плотность газа при рабочих условиях (t_г=70ºС):

 

, (40)

кг/м³

 

Динамическая вязкость воздуха при рабочих условиях:

 

, (41)

 

где µ - динамическая вязкость воздуха при нормальных условиях, равная

17,3 10^-6 Па·с [3]

 

Па·с

 

Плотность частиц:

ρ_ч=1360 кг/м³ [6]

Оптимальная скорость газа в аппарате:

ω_опт=2 м/с

Необходимая площадь сечения циклона:

 

, (42)

 

где V – средняя объёмная производительность по воздуху, м³/с

м²

Диаметр циклона:

, (43)

 

где F - площадь сечения циклона, м²

N – количество циклонов, шт

 

м

 

Стандартное значение D=400 мм [4, c.65]

Действительная скорость газа в циклоне:

 

, (44)

 

где V – средняя объёмная производительность по воздуху, м³/с

N – количество циклонов, шт

D - стандартное значение диаметра циклона, м

 

м/с

 

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона:

 

(45)

где - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона,

=1050

К₁ – поправочный коэффициент на диаметр циклона, К₁=1.

К₂ – поправочный коэффициент на запылённость газа, К₂=0.93.

К₃ – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, К₃=0 [4, c.68]

 

Потери давления в циклоне:

, (46)

где - коэффициент гидравлического сопротивления циклона,

ρ_ч - плотность газа при рабочих условиях, кг/м³

w - действительная скорость газа в циклоне, м/с

Соотношение размеров в долях диаметра D циклона СК-ЦН-34 представлено в таблице 2. [4]

 

Таблица 2 - Соотношение размеров в долях диаметра D циклона СК-ЦН-34

Наименование		Размер
в долях	в мм
Внутренний диаметр цилиндрической части	D
Высота цилиндрической части	Hц	0.4
Высота конической части	Hк	2.6
Внутренний диаметр выхлопной трубы	d	0.22
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия	d1	0.18
Ширина входного патрубка	b	0.18
Высота внешней части выхлопной трубы	hв	0.3
Высота установки фланца	hфл	0.1
Высота входного патрубка	a	0.4
Длина входного патрубка	l	0.6
Высота заглубления выхлопной трубы	hт	0.4