Расчет воздушной сушилки барабанного типа с подъемно-лопастными

Эскиз барабанной сушилки приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Барабанная сушилка

1 - барабан; 2 - разгрузочная камера;

3 - опорная станция; 4 - привод; 5 - зубчатый  венец; 6 - упорная станция; 7 - уплотнение; 8 - загрузочная камера; 9 - бандаж; 10 - кожух

 

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

3.1 Определение количества удаляемой влаги из материала в процессе сушки

Определяем влагу W, кг/с, удаляемую в процессе сушки при изменении влажности материала от ωн до ωк (в процентах от общей массы), по формуле

                                                         (3.1)

где Gн – производительность по влажному материалу, Gн=2,55 кг/с.

3.2 Определение физических параметров сушильного агента

Из таблицы 25 [1, с.25] для города Иваново выписываем температуру t 0С, и относительную влажность воздуха φ0, %, атмосферного воздуха в летний и зимний периоды. По этим данным на I-d диаграмме (приложение 1) наносим точку А, характеризующую состояние атмосферного воздуха, и из диаграммы определяем влагосодержание d0 и энтальпию I0 в зимний и летний периоды.

Из точки А проводим линию постоянного влагосодержания d0=d1=const до пересечения с изотермой t1 в точке B. Температура t0 находится как предельная для данного материала температура сушильного агента. Из точки В проводим линию постоянной энтальпии I0=const (линию теоретического процесса) до пересечения с изотермой t2, соответствующей температуре воздуха на выходе из сушилки (точка С’). Влагосодержание для этой точки – d’2.

1. Для зимних условий (январь).

t0=-12 0C; φ0=90%.

Точка А:

-влагосодержание d0 =2,1 г/кг;

-энтальпия I0=-7,69 кДж.

Точка В:

t1=120 0C;

-влагосодержание d1=d0 =2,1 г/кг;

-энтальпия I1= 126,92 кДж.

Точка С¢:

t2=55 0C;

-влагосодержание d¢2=27,58 г/кг;

-энтальпия I¢2=I1=126,92 кДж.

 

3.2.2 Для летних условий (январь).

t0=18,8 0C; φ0=71 %.

Точка А:

-влагосодержание d0 =9,5 г/кг;

-энтальпия I0=42,307 кДж.

Точка В:

t1=120 0C;

-влагосодержание d1=d0 =9,5 г/кг;

-энтальпия I1=146,92 кДж.

Точка С¢:

t2=55 0C;

-влагосодержание d¢2=34,75 г/кг;

-энтальпия I¢2=I1=146,92 кДж.

3.3 Определение тепловых потерь

3.3.1 Удельные тепловые потери на нагрев материала qм, Дж/кг, рассчитываем по формуле

                                           (3.2)где  Gк – количество высушенного материала, кг/с;

С – удельная теплоемкость высушенного материала, Дж/кг×°К;

Q – максимальная температура нагрева материала, Q=50 °С [1, 16].

Количество высушенного материала Gк, кг/с, и удельную теплоемкость высушенного материала С, Дж/кг×°К, рассчитываем, соответственно, по формулам

,                                           (3.3)

,                                    (3.4)

где  Св – удельная теплоемкость воды, Св=4180 Дж/кг×°К;

Ссм – удельная теплоемкость абсолютно сухого материала, Ссм=1650 Дж/кг×°К.

,

,

 

3.3.2  Удельные тепловые потери в окружающую среду

3.3.2.1  Для зимних условий

qпот = (0,04¸0,06)qт,                                                     (3.5)

где  qт – удельный расход тепла в теоретической сушилке, Дж/кг, который рассчитываем по формуле

,                                                       (3.6)

,

qпот=(0,04¸0,06)5282967,033=211318,68¸316978,022

Принимаем qпот =264148,351 Дж.

3.3.2.2  Для летних условий рассчитываем по формулам (3.5) и (3.6)

,

qпот=(0,04¸0,06)4143089,11=165723,564¸248585,346

Принимаем qпот =207154,455 Дж.

3.4  Построение действительного процесса на I-d диаграмме

3.4.1  Для зимних условий

Рассчитываем степень покрытия тепловых потерь Δ, Дж/кг, по формуле

D=tнCв-(qм+qпот),                                                   (3.7)

Определяем сочетание масштабов диаграммы m по формуле

,                                                      (3.8)

где  М1 – число единиц энтальпии на 1 мм диаграммы, Дж/кг;

Мd – число единиц влагосодержания в 1 мм диаграммы, г/кг.

М1 и Мd определяем из I – d диаграммы (приложение 1).

На линии ВС' теоретического процесса берется произвольная точка Е, измеряется расстояние Ef до линии AB в миллиметрах и вычисляется отрезок еЕ, мм, по формуле:

,                                                            (3.9)

В зависимости от знака Δ отрезок еE, мм, может получиться отрицательным или положительным. Если Δ<0, то отрезок откладывается вниз от точки Е, если Δ>0 - вверх. Через точки В и Е проводятся линия действительного процесса до пересечения с изотермой t2 в точке С. По точке С находятся параметры d2, I2 отработанного воздуха.

eE=22 мм.

Определяем длину отрезка еЕ, мм, по формуле (3.9)

Выписываем из I–d диаграммы (приложение 1) d2=22,63 г/кг и I2=116,43 кДж.

2. Для летних условий

Рассчитываем степень покрытия тепловых потерь в летний период Δ, Дж/кг, по формуле (3.7)

,

Ef=33 мм.

Выписываем из I–d диаграммы (приложение 1) d2=30,789 г/кг и I2=137,143 кДж.

3.5  Определение расходов воздуха и тепла

3.5.1  Для зимних условий

Удельный расход воздуха l, кг/кг, определяем по формуле

,                                                     (3.10)

Полный расход воздуха L, кг/с, определяем по формуле

L =l×W,                                                        (3.11)

Удельный расход тепла q , Дж/кг, определяем по формуле

q = l(I2-I0) + qм + qпот - Cв×tн,                                 (3.12)

Полный расход тепла Q, Вт, определяем по формуле

Q = qW,                                                                 (3.13)

2. Для летних условий

Удельный расход воздуха l, кг/кг, определяем по формуле (3.10)

Полный расход воздуха L, кг/с, определяем по формуле (3.11)

Удельный расход тепла q , Дж/кг, определяем по формуле (3.12)

Полный расход тепла Q, Вт, определяем по формуле (3.13)

3.6  Определение основных размеров барабана

3.6.1  Для зимних условий.

Диаметр барабана Дб, м, вычисляем по формуле

,                                                     (3.14)

где  Vв – секундный объем воздуха на выходе из сушилки, м3/с;

Vв=LV0 ,                                                          (3.15)

Wв – допустимая скорость воздуха на выходе из сушилки, Wв=2,5 м/с [1, c.91];

V0 – удельный объем воздуха на выходе из сушилки, V0=0,9875 м3/кг [1,c.92].

,

Принимаем Дб=2,8 м.

Рассчитываем длину барабана Lб, м, по формуле

,                                                          (3.16)

где  Vб – объем барабана, м3;

F – площадь сечения барабана, м2;

,                                                    (3.17)

А – напряжение объема барабана по влаге, значение которого принимаем из [1, с.91] в зависимости от свойств высушиваемого материала, А=20 кг/(м3×ч).

Отношение по нормалям Lб/Дб должно находиться в пределах 3,5‪-7,0 [1 ,c.60].

Примем Дб=2,5 м. Рассчитываем размеры барабана заново, т.к. отношение по нормалям Lб/Дб при Дб=2,8 не попадает в диапазон.

,

,

Принимаем Дб=2,5 м.

Рассчитываем уточненную скорость воздуха w'в, м/с, по формуле

,                                                  (3.18)

2. Для летних условий.

Для летних условий основные размеры барабана рассчитываем по формулам (3.14), (3.15), (3.16), (3.17) и проверяем отношение по нормалям Lб/Дб.

,

Принимаем Дб=2,8 м.

,

,

Примем Дб=2,5 м. Рассчитываем размеры барабана заново, т.к. отношение по нормалям Lб/Дб при Дб=2,8 не попадает в диапазон.

,

,

Принимаем Дб=2,5 м.

Рассчитываем уточненную скорость воздуха w'в, м/с, по формуле (3.18)

3.7 Определение продолжительности сушки

3.7.1 Для зимних условий.

Определяем продолжительность сушки τ, с, по формуле

,                                                (3.19)

где  r = средняя насыпная плотность материала, r = 750¸850 кг/м3 [1, с.91];

b - коэффициент заполнения барабана, b = 0,15 [1, с.91];

Gср – средняя масса материала, кг/с, проходящего через барабан, рассчитываемая по формуле

,                                            (3.20)

,

Принимаем  t = 2840,92 с.

3.7.2 Для зимних условий.

Рассчитываем продолжительность сушки для зимних условий по формулам (3.19) и (3.20)

,

Принимаем  t = 2840,92 с.

3.8  Определение числа оборотов барабана

3.8.1  Для зимних условий.

Определяем число оборотов барабана n, об/мин, по формуле

,                                                (3.21)

где  а – коэффициент, зависящий от диаметра и конструкции барабана, а=0,34 из таблицы нормалей Главхиммаша для Дб=2,5 [1, 60];

a - угол наклона барабана, a = 3 град [1, с.91].

2. Для летних условий.

Определяем число оборотов барабана n, об/мин, по формуле (3.21)

 

4 РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Толщину тепловой изоляции δИ, м, рассчитываем по формуле

,                                            (4.1)

где  αв - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2К), который рассчитываем по формуле

,                                            (4.2)

tcт2 - температура изоляции со стороны окружающей среды, для аппаратов, работающих в закрытом помещении, tст2 = 35—45 0С согласно рекомендации [2, c.177];

tст1 - температура изоляции со стороны аппарата, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции tст1 принимаем равной температуре t1, т.е. tст1=120 0С;

tв - температура окружающей среды, tв=20 0С;

λи - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·К).

В качестве материала для тепловой изоляции выберем сорбит, имеющий коэффициент теплопроводности λи=0,09 Вт/(мК).

,

Принимаем δИ = 0,05 м.

 

5  РАСЧЕТ И ВЫБОР КАЛОРИФЕРА

Определяем поверхность нагрева F, м2, по формуле

,                                                                 (5.1)

где  Q – расход тепла в калорифере рассчитанный для зимних условий, Q=2062486,831 Вт;

k – коэффициент теплопередачи, который выбираем из таблицы его ориентировочных значений, k=10÷60 Вт/(Вт·м2) [3, с.175];

ΔtСР – средняя разность температур, 0С.

Для расчета ΔtСР выбираем давление пара в калорифере, чтобы температура пара в калорифере была больше температуры воздуха в калорифере на 10÷20 0С.

0С,

0С,

0С,

0С,

Выбираем калорифер по ГОСТ 15518-83 с поверхностью теплообмена F=800 м2, числом пластин N=620 шт., массой аппарата M=14740 кг при поверхности одной пластины f=1,3 м2 [4, 63].

Рассчитываем расход пара G, кг/с, по формуле

,                                                            (5.2)

где r - удельная теплота парообразованания, r=2175 кДж/кг [6, с.149].

 

6 РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯТОРА

Рассчитываем скорость воздуха в аппарате ω, м/с, по формуле

,                                                           (6.1)

где  L – полный расход воздуха в летний период, м3/с;

Дб – диаметр барабана, Дб=2,5 м.

Переводим полный расход воздуха L, кг/с, в м3/с по формуле

,                                                       (6,2)

где  ρв – плотность воздуха, ρв =1,293 кг/м3.

,

Рассчитываем сопротивление в сушильной установке Δp, Па, по формуле

,                                            (6.3)

где  Δрсуш – сопротивление в сушильной установке, Δрсуш=100÷200 Па для барабанной сушилки [4, с.11];

Δркал – сопротивление в калорифере, Δркал=2000 Па [2, с.63];

Δрп – сопротивление в циклоне, Па, которую определяем по формуле

,                                                    (6.4)

где  ξ0 – коэффициент сопротивления циклона, ξ0=1,5.

,

Рассчитываем мощность, потребляемое вентилятором N, Вт, по формуле

,                                                   (6.5)

где  k – коэффициент запаса, k=1,4÷1,5 [4, с.12];

V – производительность вентилятора, V=L=11,443 м3/с;

η – КПД вентилятора и привода, η=0,4÷0,5 [4, с.12].

Выбираем вентилятор марки В-Ц12-49 с производительностью V=12,5 м3/с, давлением p=5500 Па, скоростью вращения n=24,15 1/с, КПД η=0,68; электродвигатель типа 4А-28054, с мощностью N=110 кВт, КПД η=0,92 из [4, с.18].