Выбор рабочих скоростей ω, м/с, при сушке монодисперсных материалов

Размер частиц, мм	Значение ω, м/с, при ρ м, кг/м³
0,3 – 2	0,5 - 1	2 - 5	3 - 7,5	4 - 8	5 - 10
Более 2	1 - 3	3 - 5	4 - 8	6 - 10	7 - 12

 

Для полидисперсных материалов с частицами размеров от 0,2 до 5 и насыпной плотностью ρ _м = 800…1200 кг/м³ обычно принимают скорость воздуха в интервале 2…5 м/с. Данном случае размер частиц высушиваемого материала от 1 до 2 мм, насыпная плотность ρ _м = 900 кг/м³. Принимаем скорость воздуха ω = 0,8 м/с. Плотность воздуха при средней температуре в барабане рассчитывается по формуле

t _ср = (108 + 73)/2 = 90,5 °С ≈ 91 °С.

Определяем плотность воздуха по формуле при температуре t _ср.

. (9)

Проверяем выполняется условие или нет: ω·ρ _ср = 0,6….1,8 кг/(м²·с), n = 1,5…5 об/мин, β = 10…25 %.

ω·ρ _ср = 1,8·0,97 = 1,746 кг/(м²·с) – условие выполнено.

Частота вращения барабана обычно не превышает 5-8 об/мин; принимаем n = 5 об/мин.

Оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом β для разных конструкций перевалочных устройств различно. В нашим случае тип перевалочного устройства подъёмно-лопастной, поэтому β = 12 %.

Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, т. е. при Р _о = 10⁵ Па.

Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальным давлением на входе воздуха в сушилку и на выходе из неё.

Парциальное давление водяных паров в воздухе определим по уравнению:

P = (х/М _в) Р _о/(1/ М _c.в + х/М _в). (10)

Тогда на входе в сушилку.

P ₁ = (0,0125/18)·10⁵/(1/29+0,0125/18) = 1974 Па.

На выходе из сушилки.

P ₂ = (0,026/18)·10⁵/(1/29+0,026/18) = 4020 Па.

Отсюда.

Р = (Р ₁ + Р ₂)/2 = (1974 + 4020)/2 = 2997 Па.

Таким образом, объёмный коэффициент массоотдачи равен:

β _υ = с^-1.

Движущую силу массопередачи Δ x ´_ср определим по уравнению:

Δ x ´_ср = (11)

где Δ x ´_б = х ₁^* – х ₁^/ – движущая сила в начале процесса сушки, кг/м³; Δ x ´_м = х ₂^* – х ₁^/ – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м³; х ₂^*, х ₁^* – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из неё, кг/м³.

Средняя движущая сила ΔР _ср, выраженная через единицы давления (Па), равна

ΔР _ср = (ΔР _б – ΔР _м)/ln (ΔР _б/ ΔР _м). (12)

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем: ΔP _б = Р ₁^* – Р ₁ – движущая сила в начале процесса сушки, Па; ΔР _м = Р ₂^* – Р ₂ – движущая сила в конце процесса сушки, Па; Р ₁^*, Р ₂^* – давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

Значение Р ₁^* и Р ₂^* определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (t _м1) и в конце (t _м2) процесса сушки. По диаграмме I – x найдём: t _м1 = 63 °С, t _м2 = 61 °С; при этом Р ₁^* = 17940 Па, Р ₂^* = 16950 Па.

Тогда

Па.

Выразим движущую силу в кг/м³

кг/м³.

Объём сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учёта объёма аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению:

V _c = 0,03/(0,712∙0,087) = 0,98 ≈ 1 м³.

Объём сушилки, необходимый для прогревания влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи:

V _п = Q _п/(К _υ· Δt _ср), (13)

где Q _п – расход теплоты на подогрев материала до температуры t _м1, кВт; K _υ – объёмный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³·К); Δt _ср – средняя разность температур, °С.

Расход теплоты Q _п равен:

Q _п = G _к· С _м(t _м1 – θ ₁) + W _в· С _в(t _см1 – θ ₁); (14)

Q _п = 2,2·1,19·(63 – 52) + 0,03·1,35·(63 – 52) = 29,5 кВт

Объёмный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению:

K _υ = 16(ω·ρ_ср)^0,9·n^0,7·β^0,54; (15)

K _υ = 16·1,746^0,9·5^0,7·12^0,54 = 311 Вт/(м³∙К) = 0,311 кВт/(м³∙К).

Для вычисления Δt _ср необходимо найти температуру сушильного агента t _x, до которой он охладится, отдавая теплоту на нагрев высушиваемого материала до t _м1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:

Q _п = L _с.г (1 + х ₁)∙ с _г(t ₁ – t _x); (16)

29,5 = 2,22∙(1 + 0,0125)∙1∙(108 – t _x),

t _x = 2,22∙(1 + 0,0125)∙1∙(108 – 29,5) = 176,4 °С

t _x = 176,4≈176 °С.

Средняя разность температур равна:

Δt _ср = [(t ₁ – θ ₁) + (t _x – t _м1)]/2, (17)

Δt _ср = [(108 – 52) + (176 – 63)]/2 = 84,5 °C.

Подставляем полученные значения в уравнение:

V _п = Q _п/(К _υ· Δt _ср).

V _п = 29,5/(0,311∙84,5) = 1,12 м³.

Общий объём сушильного барабана

V = V _c + V _п = 1 + 1,12 = 2,12 м³.

При отсутствии расчётных зависимостей для определения коэффициентов массо- и теплопередачи объём сушильного барабана может быть ориентировочно определён с помощью объёмного напряжения по влаге A _υ, кг/(м³∙ч). При использовании величины A _υ объём сушильного барабана рассчитывают по уравнению:

V = 3600∙ W/A _υ, (18)

А _υ = 7,2 кг/(м³∙ч).

V = 3600∙0,03/7,2 = 15 м³

Окончательно принимаем V = 15 м³.

Далее по справочным материалом находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.

В таблице 2 приведены основные характеристики барабанных сушилок.

По таблице 2 выбираем барабанную сушилку № 6843 со следующими характеристиками: объём V = 45,6 м³; внутренний диаметр d = 2,2 м; длина барабана L = 12 м.

Определим действительную скорость воздуха в барабане:

ω _д = υ _г/(0,785∙ d ²). (19)

Объёмный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (м/с) равен:

(20)

где х _ср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха.

Подставив, получим:

м³/с

Тогда ω _д = 2,26/(0,785∙2,2²) = 0,59 ≈ 0,6 м³/с.

Таблица 2