Рассчитать основные размеры сушильного барабана для сушки заданного материала производительностью по высушенному материалу Gк.

Рассчитать основные размеры сушильного барабана для сушки заданного материала производительностью по высушенному материалу Gк. Температура сушильного агента на входе в материал t1, на выходе t2. Начальная влажность материала φнач, конечная влажность материала – φкон. Температура мокрого термометра на входе в сушилку Θ1, на выходе – Θ2. Исходные данные: Материал Gк, т/ч t1, оС t2, оС φнач, % φкон, % Θ1, оС Θ2, оС 5 шлак 23,2 420 100 8,5 3,5 54,5 59,4

Из уравнения материального баланса определяем расход влаги W, удаляемой из высушиваемого материала:
W=Gк∙(φн-φк)100-φк;
W=232003600∙8,5-3,5100-3,5=0,334кгс
На I-x диаграмме находим точки пересечения изотерм, соответствующих Θ1=54,50С, Θ2=59,40С с линией φ=100% (рис. 3.1). В точках пересечения определяем параметры воздуха на входе в сушилку и выходе из нее, соответствующие температурам мокрого термометра:
x1*=0,120кгкг; I1=360 кДжкг;
x2*=0,155 кгкг; I2=460 кДжкг
Рис. 3.1 - I-x диаграмма влажного воздуха
Получим влагосодержание:
x1=I1-1,01·t12493+1,97·t1=360-1,01·4202493+1,97·420=-0,02≈0кгкг;
x2=I2-1,01·t22493+1,97·t2=460-1,01·1002493+1,97·100=0,133 кгкг.
Расход сухого газа:
Lс.г.=Wx2-x1=0,3340,133-0=2,511кгс
Основные размеры барабана выбираем по нормативам в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по уравнению массопередачи:
Vc=WKV∆xcp',
где ∆х′ср – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³;
КV – объемный коэффициент массопередачи, 1/с.
Коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи:
KV=βV.
Для барабанной сушилки коэффициент βV вычисляется:
βV=1,62·10-2·wρcp0,9·n0,7·β0,54·P0cρcp(P0-P),
где ρср — средняя плотность сушильного агента, кг/м³;
С – теплоемкость, кДж/(кг·К);
β – оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %;
Р0 – давление, при котором осуществляется сушка, Па;
Р – среднее парциальное давление, Па;
n – частота вращения, обычно составляет n=5-8 об/мин.
Средняя температура теплоносителя:
tср=t1+t22=420+1002=2600С
Плотность сушильного агента:
ρcp=Mc.в.V0∙Т0Т0+tср=2922,4∙273273+260=0,663кгм3
Принимаем w=4м/с
w·ρcp=4·0,663=2,652 кгм2∙с
β=12% - для подъемного- лопастной насадки.
Парциальное давление водяных паров в газе определяем по уравнению:
Р=хМв∙Р01Мсв+хМв
Тогда на входе в сушилку:
Р1=018∙105129+х18=0 Па
На выходе из сушилки:
Р2=0,13318∙105129+0,13318=17646,52 Па
Р=Р1+Р22=0+17646,522=8823,26 Па
Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:
βV=0,0162·(2,652)0,9·50,7·120,54·10⁵1·0,663·(10⁵-8823,56)=0,761 c-1;
KV=βV=0,761.
Определяем движущую силу массопередачи ∆х¹ср:
∆xcp'=∆PcpMBP0V0(T+tcp)T.
∆Pcp=∆Рб-∆Рмln∆Рб∆Рм – средняя движущая сила, Па;
∆Рб=Р1*-Р1 – движущая сила в начале процесса сушки, Па;
∆Рм=Р2*-Р2 – движущая сила в конце процесса сушки, Па;
Р1* и Р2* – давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и конце сушки.
P1*=1,532·104 Па;
P2*=2,841·104 Па.
Тогда
∆Рср=15322,5-0-(28415,5-17646,52)ln15322,5-0(28415,5-17646,52)=12912,20 Па.
∆xcp'=12912,20·18105·22,4·(273+260273)=0,053 кгм³.
Объем сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению:
Vс=WKV·∆xcp'=0,334(0,761·0,053)=8,281 м3.
Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находим по уравнению теплопередачи:
Vn=QnKV·∆tcp,
где Qn – расход тепла на прогрев материала до температуры tМ1, кВт;
KV – объемный коэффициент теплоотдачи, кВт/м³·К;
∆tcp – cредняя разность температур, °С;
Qn=GkcMθ1-15+W·4,19·θ1-15;
Qn=232003600·0,750·54,5-15+0,334·4,19·54,5-15=246,20 кВт;
KV=16·w·ρcp0,9·n0,7·β0,54;
KV=16·2,6520,9·50,7·120,54=454,33 кВт(м3·К).
Уравнение теплового баланса:
Находим ∆tcp:
∆tcp=t1-θ1+t2-θ22=420-54,5+100-59,52=203°C;
Vn=246,20454,33∙203=0,00267 м3.
Общий объем сушильного барабана:
V=VC+Vn;
V=8,281+0,00267=8,283 м³.
По справочной таблице выбираем барабанную сушилку V=9 м³; длина барабана 8 м; наружный диаметр – 1,6 м; толщина футеровки – 0,2 м; внутренний диаметр барабана d=1,2 м