Сокращенный тепловой расчет сушильного барабана.

Сокращенный тепловой расчет сушильного барабана выполняется при соответствующем указании в задании. Последовательность выполнения расчета соответствует последовательности отдельных разделов и параграфов данных методических указаний.

Определение основных размеров сушильного барабана при сокращенном тепловом расчете.

Наименование	Формула
1. Требуемый объем сушильного барабана. Влагосъем g с 1 м3 барабана в час. песок 60-100 кг/м3 час глина 30-50 кг/м3 час шлак 40-60 кг/м3 час известняк 30-65 кг/м3 час	При высоких начальной и конечной влажности принимать максимальное значение влагосъема. При Wк »1% принимать минимальное значение.
2. Часовое количество продуктов горения и дополнительного воздуха, м3/ч.
3. Часовое количество испаряемой влаги, м3/ч.
4. Часовое количество газов, выходящих из барабана при tкд, м3/ч.
5. Требуемый диаметр барабана, м. Скорость газов Wtг принимать 0.7-2м/сек. Коэффициент заполнения j=10-20 %.
6. Длина барабана, м. Если расчетные размеры сушильного барабана (Lб и Dб) не совпадают с размерами, указанными в табл. 1 или по заводскому прейскуранту, длину и диаметр барабана принимают ближайшие к расчетному.

Пример расчета сушильного барабана.

Тепловой расчет сушильного барабана для сушки глины. Производительность по сухой глине G = 3.0 т/ч. Относительная влажность: начальная W_н=24%, конечная W_к=4%. Топливо – природный газ. Состав влажного (рабочего) топлива в процентах: СО₂ – 0.9; СН₄ - 88,41; С₂Н₆ – 5.53; С₃Н₈ – 1.97; С₄Н₁₀ – 0.37; С₅Н₁₂ – 0.11; N₂ – 1.5; Н₂О – 1.21. Температура топлива – 10 °С. Размер кусков глины от 2 мм до 40 мм Средний расчетный размер – 15 мм.

А. Расчет процесса горения топлива произведен по обычной методике. Коэффициент избытка воздуха a=1.2. Теплотворная способность топлива Q_н^р=37357 кДж/м³. Количество воздуха, необходимое для горения топлива U_a=1.2^д=11.96 м³/м³. Количество продуктов горения U_a=1.2^в=13.02 м³/м³. Состав продуктов горения в процентах: СО₂ – 8.32; Н₂О – 15.75; О₂ – 3.22; N₂ – 72.71.

Температура смеси продуктов горения и воздуха, поступающей в сушильный барабан принимаем 700 °С. Рециркуляция газов и подогрев воздуха отсутствуют. Температура воздуха, поступающего для горения топлива и для разбавления продуктов горения, принимаем t₁^в=t₂^в=20 °С.

Теплоемкость продуктов горения, рассчитанная по составу продуктов горения при 700 °С, равна С₇₀₀^д=1.464 кДж/м³град. Теплоемкость воздуха при 20 ° – С₂₀^в=1.298; при 700 ° – С₇₀₀^в=1.3712 кДж/м³град. Тепловой коэффициент полезного действия топки принять h_т=0.94. Количество дополнительного воздуха, поступающего для разбавления продуктов горения по формуле (А-9):

Б. Расчеты для составления теплового баланса сушильного барабана по формулам раздела Б.

Часовое количество испаряемой влаги:

Часовое количество влаги, остающейся в высушенном материале:

Часовое количество влаги, находящейся в глине, поступающей в сушильный барабан:

Часовое количество абсолютно сухой глины:

По табл. 1 по часовому количеству испаряемой влаги выбираем сушильный барабан диаметром D_б=1.6 м. Длина барабана 8, 10, и 12м.

Температуру глины, поступающей в барабан t_н^м=10 °, выходящей из барабана t_к^м=80 °С.

Температура смеси продуктов горения и воздуха, поступающей в барабан t₁^см=700 °С, выходящей из барабана (с добавкой водяных паров) t_к ^д =100 °С.

Средняя разность температур между газами и высушиваемой глиной:

Средняя температура газов в сушильном барабане:

В дальнейших расчетах принимаем t_ср^д=235 °С. Коэффициент теплоотдачи от газов к корпусу барабана:

Ориентировочные температуры наружной поверхности барабана

Принимаем t_ор^а=130 °С и t_ор^б=140 °С.

Коэффициент теплоотдачи a₂:

Аналогично рассматриваем a₂^б=16.79 Вт/м²град.

Тепловой поток от наружной поверхности корпуса барабана при t_ор^а и t_ор^б

q^а=a₂^а(t_ор^а -t^в)=16.23(130-20)=1785.3 Вт/м²

q^б=16.79(140-20)=2014.8 Вт/м²

Действительная температура наружной поверхности корпуса барабана:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности корпуса барабана при t_н=138.5 °С равен a₂=16.72 Вт/м²град.

 

В. Тепловой баланс сушильного барабана.

Расчет по формулам раздела В.

Тепловой баланс сушильного барабана составляем за 1 час его работы.

Приход тепла:

1. Потенциальное тепло топлива

q₁^п=Q_н^р ∙Х=37357∙Х кДж/ч

2. Физическое тепло топлива

q₂^п=Х∙С_т∙t_т=Х∙1.6∙10=16Х кДж/ч

Теплоемкость топлива рассчитана по составу природного газа при t_т=10 °С.

3. Тепло, вносимое воздухом, поступающим в топку для горения топлива и для разбавления продуктов горения:

q₃^п=Х(U_a^вС₁^вt₁^в+U_доп^вС₂^вt₂^в)=

=Х(11.96∙1.298∙20+23.64∙1.298∙20)=924∙Х кДж/ч.

4. Тепло, вносимое влажной глиной:

q₄^п=(G_ccC_м+G_вл^нС_Н2О)t_н^м=

=(2880∙0.8+909.5∙4.19)10=61150 кДж/ч

Общий приход тепла

Q^п=Sq^п=61150+38297∙Х кДж/ч

 

Расход тепла:

1. Расход тепла на испарение влаги и на нагрев водяных паров:

q₁^р=G_вл(2495+1.97t_к^д)=

=789.5(2495+1.97∙100)=3525117.5 кДж/ч

2. Тепло, уносимое глиной:

q₂^р=(G_ccC_м+G_вл^кС_Н2О)t_к^м=

=(2880∙0.88+120∙4.19)80=242976 кДж/ч

3. Тепло, уносимое продуктами горения и дополнительным воздухом (С^д и С^в рассчитываются при t_к^д=100 °С):

q₃^р=Хt_к^д(U_a^д∙С^д+U_доп^вС^в)=Х∙100(13.02∙1.363+23.64∙1.3005)=4849∙X кДж/ч

4. Недожог топлива:

q₄^р=Х∙А%/100∙Q_н^р=Х∙0.1/100∙37357=37.4∙Х кДж/ч

 

5. Потери тепла через ограждения топки

q₅^р=Х∙m∙Q_н^р=Х∙0.06∙37357=2241∙Х кДж/ч

6. Потери тепла через корпус барабана (значение a₁- значение коэффициента теплообмена при t_ср^д, a₂ - значение коэффициента теплообмена при t_н):

7. Неучтенные потери тепла:

q₇^р=0.1 Q^п=0.1(61150+38297∙Х)=6115+3829.7∙Х кДж/ч

Общий расход тепла

Q^р=Sq^р=4175645.5+10957.1∙Х кДж/ч

Часовой расход топлива

Q^р=Q^п

61150+38297∙Х=4114495.5+10957.1∙Х

Х=150.5 м³/ч

Удельный расход тепла на испарение 1 кг влаги

Тепловой баланс сушильного барабана кДж/ч.

Приход тепла:

№	Статьи прихода тепла	кДж/ч	%
	Потенциальное тепло топлива q1п	5622228.5	96.53
	Физическое тепло топлива q2п		0.04
	Теплосодержание воздуха, идущего для горения топлива и для разбавления продуктов горения q3п		2.38
	Теплосодержание глины q4п		1.05
Итого приход тепла:	5824488.5

Расход тепла:

№	Статьи расхода топлива	кДж/ч	%
	Расход тепла на испарение влаги и на нагрев водяных паров q1р		60.53
	Теплосодержание глины, выходящей из барабана q2р		4.17
	Теплосодержание продуктов горения и дополнительного воздуха, выходящих из барабана q3р	729774.5	12.53
	Недожог топлива q4р	5628.7	0.09
	Потери тепла через ограждения топки q5р	337270.5	5.79
	Потери тепла через корпус барабана q6р		6.89
	Неучтенные потери q7р	582484.9	10.0
Итого расход топлива:

Неувязка теплового баланса 200 кДж/ч - 0.004 %.

Г. Расчет коэффициента теплообмена.

Коэффициент заполнения барабана принимаем j=15 %.

Площадь поперечного сечения барабана с учетом коэффициента заполнения:

Часовое количество дополнительного воздуха и продуктов горения:

U_см=X (U_a^д – U_доп^в)=150.5 (13.02+23.64)=5517.3 м³/ч

Объем часового количества влаги, удаляемой из глины:

U_вл=G_вл/0.804=789.5/0.804=982 м³/ч

Часовое количество газов, выходящих из барабана:

U_г=U_см+U_вл=5517.3+982=6499.3 м³/ч

Условная скорость газов при выходе из сушильного барабана:

Средняя скорость газов в сушильном барабане при средней температуре t_ср^д:

Абсолютная влажность глины:

начальная

конечная

Для расчета поправочного коэффициента K_c принимаем М=26 и N=35.

Поправочный коэффициент K_с равен

Расчетный размер куска глины 10 мм.

Объемный коэффициент теплообмена от газов к материалу

Д. Определение размеров барабана.

Количество тепла, передаваемое от газов к материалу:

Q_м= q₁^р+q₂^р+q₄^п=3525117.5+242947+61150=3829214.5 кДж/ч

Требуемый объем сушильного барабана:

Длина барабана:

Принимаем барабан длиной L_Б=12 м

Теплоотдающая поверхность барабана

F_пб=pD_бL_б=p∙1.6∙12=60.29 м³

Отношение

Принято в расчете n=22. Разница в n составляет 7%.

Удельный влагосъем составляет:

Расчет размеров топки произведен по тепловому напряжению топочного пространства с учетом установки горелок типа ГНП.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Теплоемкость сухих материалов	кДж/кг∙град
Песок	С=0.84
Глина огнеупорная	С20=0.8 С100=0.88
Известняк	С=0.825+0.0004t
Мел	С20=0.84 С100=0.92
Шлак	С20-100=0.754
Диатомит	С20=0.83 С100=0.88
Каменные угли	С20-100:
Антрацит	0.92
Тощие	1.00
Бурые	1.13
Каменные угли других марок	1.09

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии./ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков – Л.: Химия, 1987.- 576 с.

2. Левченко, П.В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности. - М.: Высш. шк., 1968.- 366 с.

3. Овчинников Л.Н., Овчинников Н.Л. Сушка в силикатной промышленности: Учеб. пособие/ Иван. гос. хим.- технол. ун-т. Иваново, 2004.- 104 с.

4. Д. Б. Гинзбург и др. Печи и сушилки силикатной промышленности. М., Стройиздат, 1963.

5. Д. Я. Мазуров, Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов. М., Стройиздат, 1976.

6. М. В. Лыков. Сушка в химической промышленности. М., «Химия», 1970.

7. К. Я. Нохротян. Сушка и обжиг в промышленности строительной керамики. Стройиздат, 1962.

8. А. М. Баренбойм и др. Тепловые расчеты печей и сушилок силикатной промышленности. М., Стройиздат, 1964.

9. П. Д. Лебедев. Расчет и проектирование сушильных установок. М., Госэнергоиздат, 1963.

10. Теплотехнический справочник, т.2, под ред. В. Н. Юренева и П. Д. Лебедева. М., «Энергия», 1976.

11. СТН 2.055-005-79 КСУ КДВ Единицы физических величин.

12. СТСЭВ 1052-78 Метрология. Единицы физических величин.