Розрахунок необхідної кількості теплоти на сушіння

3.2.2 Розрахунок необхідної кількості теплоти на сушіння

У процесі сушіння тепло витрачається на нагрівання та випаровування вологи, нагрівання матеріалу, та непродуктивні втрати теплоти у оточуюче середовище. З рівняння теплового балансу сушіння:

 (3.14)

Для теоретичної сушарки Δ=0. Для реальної сушарки:

 (3.15)

де qм – питома витрата тепла на нагрівання матеріалу; qвтр – втрати тепла у оточуюче середовище віднесені до 1 кг випареної вологи. Згідно з ОСТ 26-01-450-78 приймаються для барабанних сушарок у межах 85 – 120 кДж/кг. Приймаємо qвтр = 120 кДж/кг.

 (3.16)

де tм/, tм// - температура матеріалу на вході та на виході з сушарки.

Звідси за формулою (3.15):

Ентальпія водяної пари на виході з сушарки:

 r0 + сп*tг.к. (3.17)

де tг.к. – температура газів на виході з сушарки.

2500+1,97*75=2647,75 кДж/кг

Ентальпія вологих газів на виході з барабану сушарки:

 (3.18)

Звідси:

Вологовміст газу на виході з барабану:

 (3.19)

В процесі сушіння волога з матеріалу випаровується та уноситься агентом сушіння. При цьому вологовміст газів збільшується з х1 до х2 [1]. Тому:

 (3.20)

Витрата теплоносія:

 (3.21)

Витрата тепла на сушіння:

 (3.22)

Витрата паливного газу:

 (3.23)

З цього

3.3 Визначення розмірів сушильного барабану

Основні розміри сушильного барабану вибирають виходячи з об’єму сушильного простору. Цей об’єм складається з об’єму, необхідного для прогріву матеріалу до температури при котрій починається інтенсивне випаровування (Vп), та об’єму необхідного для процесу випаровування вологи (Vc).

Об’єм простору в який випаровується волога може бути знайдений з модифікованого рівняння масопередачі:

 (3.24)

де Δхср’- середня рухаюча сила масопередачі, кг/м3; Кυ - об’ємний коефіцієнт масопередачі.

Якщо рух матеріалу та агенту сушіння прямоточний, то коефіцієнт масопередачі Кυ чисельно рівний коефіцієнту масовіддачі βυ. Для барабанної сушарки коефіцієнт масовіддачі βυ може бути розрахований за емпіричним рівнянням:

 (3.25)

де ρср – середня цільність сушильного агенту, кг/м3; с – теплоємність сушильного агенту при середній температурі в барабані (1 кДж/кг*К); β – коефіцієнт заповнення барабану матеріалом (12%); Р0 – тиск при якому проводиться процес, Па; р – середній парціальний тиск водяної пари, Па; n – частота обертів барабану, об/хв. приймаємо n=1,5 об/хв; ω – швидкість газового потоку в барабані, м/с.

Середня щільність сушильного агенту при середній температурі в барабані розраховується за формулою:

 (3.26)

Середню температуру знаходимо як середньоарифметичну між температурою сушильного агенту на вході (t1) та на виході (t2) з сушарки:

 (3.27)

Тоді за (3.26):

Розрахуємо середній парціальний тиск парів води у барабані по значеннях вологовмісту на вході та на виході з барабану:

 (3.28)

Значення парціальних тисків розрахуємо за формулами:

 та  (3.29)

Звідси

 

Згідно (3.28):

Маючи усі вихідні дані розрахуємо коефіцієнт масовіддачі βυ за (3.25):

Рухаючу силу масопередачі Δхср’ визначимо через рівняння:

 (3.30)

Де ΔРср – середня рухаюча сила масопередачі, Па. Її можна розрахувати за рівнянням:

 (3.31)

Для прямоточних сушарок ΔРб = р1* - р1 – рухаюча сила в началі процесу та ΔРм = р2* - р2 - рухаюча сила наприкінці процесу. р* - тиск водяної пари над вологим матеріалом.( р1*= 17153 Па; р2*= 16063 Па). Звідси:

Розрахуємо рухаючу силу масопередачі Δхср’ за (3.30):

Об’єм простору необхідний для процесу випаровування знаходимо за (3.24):

Об’єм необхідний для прогріву матеріалу знаходимо з модифікованого рівняння теплопередачі:

 (3.32)

де Qп – витрата тепла на прогрів матеріалу, кВт; Кυ - об’ємний коефіцієнт теплопередачі, кВт/м3*К; Δtср – середня різниця температур теплоносія та матеріалу.

Витрата тепла Qп дорівнює:

 (3.33)

де t – температура матеріалу на вході в сушарку; θ – температура матеріалу на виході, см – теплоємність сухого сульфату амонію.

Отже:

Об’ємний коефіцієнт теплопередачі знаходимо за емпіричним рівнянням:

 (3.34)

Звідси:

Для розрахунку Δtср необхідно знайти температуру, до якої охолодиться сушильний агент віддаючи тепло матеріалу сушіння. Цю температуру можна знайти з рівняння [3]:

 (3.35)

де tх – шукана температура.

Звідки:

Підставляючи розраховані значення у (3.32) отримуємо:

Звідси об’єм сушильного простору барабану:

Відношення довжини барабану до його діаметру повинно знаходитися у межах 3,5÷7. Приймаємо L/D = 5.

З формули:

 (3.36)

Звідси діаметр барабану:

Довжина барабану:

За ОСТ 26-01-437 – 85 вибираємо барабан сушарки 1200×6000 мм. Об’єм його сушильного простору 6,78м3 [4].

Визначимо швидкість газів в барабані за формулою:

 (3.37)

де βн – коефіцієнт заповнення барабану насадкою; υг – об’ємна витрата вологого сушильного агенту на виході з барабану, м3/с. Він дорівнює:

 (3.38)

де хср – середній вологовміст сушильного агенту, кг/кг сухого. Розраховується як середньоарифметичне між х1 та х2:

Тоді:

Швидкість газів в барабані:

Перевіримо, чи є дана швидкість припустимою, виходячи з того, що кристали сульфату амонію більші 0,35 мм не повинні виноситися током газів з барабану. Швидкість уносу рівну швидкості витання знайдемо з формули:

 (3.39)

де μср – в’язкість газу при середній температурі, (рівна 0,022 мПа*с); ρср –щільність агенту сушіння при середній температурі; d – діаметр часток матеріалу; Ar – критерій Архімеду, рівний:

 (3.40)

де ρч – щільність часток матеріалу.

 (3.41)

Звідси:

Розрахуємо критерій Архімеду з (3.39):

Швидкість витання:

Вона є меншою за фактично розраховану швидкість газів у барабані ωд=2,23 м/с, тому розрахунок основного обладнання закінчуємо [1].

Кількість матеріалу, що знаходиться у сушарці:

 (3.42)

= 1424 кг

Час перебування матеріалу у барабані:

 (3.43)

Кут нахилу барабану розраховується за формулою:

 (3.44)

звідси