Тепловой конструктивный расчет

3.5.3 Тепловой конструктивный расчет

Тепловой конструктивный расчет проводится для определения основных габаритных размеров аппарата.

Поскольку теплообмен между газом и частицами в кипящем слое заканчивается на высоте равной двум-трем диаметрам частиц слюды, то расчет скорости псевдоожижения проводим при температуре, равной температуре кипящего слоя. При этом средняя плотность газов в слое:

ρ_г = ρс.г. ((t₁ + 273)/(t₂ + 273)),(3.5.3.1)

ρ_г = 0,584 ((330 + 273)/(100 + 273)) = 0,944 кг/м³. (3.5.3.2)

Находим по таблице 3.5.3.1 кинематический коэффициент вязкости газа: υ_г = 23,9∙10^-6 м²/с.

Таблица 3.5.3.1 Зависимость кинематического коэффициента вязкости газа от его температуры при давлении, близком к атмосферному

Определим критерий Архимеда для частицы:

Ar = [(g∙d³)/υ_г²] ∙ [(ρ_с - ρ_г)/ρ_г] , (3.5.3.3)

где d - средний размер частиц слоя, равный 0,3 мм;

ρ_с - плотность слюды флогопит, равная 2700 кг/м³.

Ar = [(9,81∙0,3³∙10^-9)/2,39² ∙ 10^-10]*[(2700 - 0,944)/0,944] = 1326.(3.5.3.4)

Определяем критерий Рейнольдса, соответствующий началу ожижения слоя:

Re_кр= (Ar∙ε₀^4,75)/(18 + 0,61∙(Ar∙ε₀^4,75)^0,5), (3.5.3.5)

где ε₀ - порозность насыпного слоя, равная 0,6.

Re_кр= (1326∙0,6^4,75)/(18 + 0,61∙(1326∙0,6^4,75)^0,5) = 4,76. (3.5.3.6)

Тогда скорость ожижения равна:

ω_кр= Re_кр ∙( υ_г/d), (3.5.3.7)

ω_кр= 4,76∙(23,9 ∙ 10^-6/0,3∙10^-3) = 0,37 м/с. (3.5.3.8)

Принимаем значение порозности в рабочих условиях ε = 0,8.

Определяем критерий Рейнольдса в рабочих условиях:

Re_р= (1326∙0,8^4,75)/(18 + 0,61∙(1326∙0,8^4,75)^0,5) = 14,76. (3.5.3.9)

Рабочая скорость подачи газа:

ω_р = Re_р∙( υ_г/d), (3.5.3.10)

ω_р = 14,76(23,9 ∙ 10^-6/0,3∙10^-3) = 1,17 м/с. (3.5.3.11)

Число псевдоожижения в рабочих условиях:

W_р = ω_р/ω_кр, (3.5.3.12)

W_р = 1,17/0,37 = 3,16. (3.5.3.13)

Среднее влагосодержание газа:

x_г = (x₁ + x₂)/2, (3.5.3.14)

где x₁ - влагосодержание теплоносителя на входе в сушильную камеру при заданной температуре t₁ = 330° С, равное 0, 024 кг/кг;

x₂ - истинное значение влагосодержания, равное 0,095 кг/кг.

x_г = (0, 024 + 0,095)/2 = 0,06 кг/кг. (3.5.3.15)

Определим площадь газораспределительной решетки:

S = (L∙(1 + x_г))/( ρ_г∙ ω_р), (3.5.3.16)

где L - массовый расход свежего теплоносителя, равный 0, 23 кг/с

S = (0, 23∙(1 + 0,06))/(0,944∙1,17) = 0,22 м².(3.5.3.17)

Из условия устойчивого псевдоожижения принимаем высоту насыпного слоя H₀ = 0,3 м. Тогда масса сухого продукта, находящегося на решетке:

G_с = ρ_с∙(1-ε₀)∙S∙ H₀,(3.5.3.18)

G_с = 2700∙(1 - 0,6)∙0,22∙0,3 = 71,3 кг.(3.5.3.19)

Тогда время пребывания частиц в кипящем слое, необходимое для полного протекания процесса сушки:

τ = G_с/G₂,(3.5.3.20)

где G₂ - производительность по сухому продукту, равная 143 кг/ч.

τ = 71,3/(143/3600) = 1795 с. (3.5.3.21)

Определяем высоту кипящего слоя в рабочих условиях:

H = H₀∙((1 - ε₀)/(1 - ε)),(3.5.3.22)

H = 0,3∙((1 – 0,6)/(1 – 0,7)) = 0,4 м.(3.5.3.23)

Тогда высота сепарационной зоны аппарата:

H_сеп = 4∙Н,(3.5.3.24)

H_сеп = 4∙0,4 = 1,6 м.(3.5.3.25)

Определяем конструктивную высоту аппарата от газораспределительной решетки до газохода:

H_а = H_сеп + Н,(3.5.3.26)

H_а = 1,6 + 0,4 = 2 м.(3.5.3.27)

Диаметр аппарата:

D₁ = ((4∙S)/π)^0,5, (3.5.3.28)

D₁ = ((4∙0,22)/3,14)^0,5 = 0,53 м.(3.5.3.29)

Газораспределительная решетка является наиболее ответственным узлом аппарата, от ее работы зависит качество псевдоожижения и, следовательно, интенсивность сушки. На рисунке 3.5.3.1 представлена конструкция наиболее распространенного типа колпачковой газораспределительной решетки для сушилок с кипящим слоем.

Рисунок 3.5.3.1. Конструкция наиболее распространенного типа колпачковой газораспределительной решетки

Размеры d₁, H₁, H₂ принимаются конструктивно ( d₁ = 3050 мм, H₂ = 2050 мм, H₁ = 50 100 мм). Шаг s₁ между колпачками выбирается в пределах от 150 до 250 мм. Число отверстий в колпачках n₀ - от 4 до 16. Диаметр центрального отверстия колпачка d₂ должен быть таким, чтобы скорость движения газа в нем составляла ω_г= 25