Расчет пневматической трубы-сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Пневматическая труба-сушилка

1.1 Описание технологического процесса

2. Расчет пневматической трубы-сушилки

2.1 Расчёт параметров топочных газов при горении природного газа

2.2 Расчет пневматической трубы-сушилки

2.3 Технологический расчет

2.4 Материальный баланс

2.5 Построение рабочей линии процесса сушки на У-х диаграмме

2.6 Тепловой баланс

2.7 Гидродинамический расчет

2.8 Расчет диаметра трубы-сушилки

2.9 Расчет длины трубы-сушилки

2.10 Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Главная задача лесного хозяйства - обеспечение непрерывного, неистощительного и рационального пользования лесом.

В настоящее время, когда потребность в древесине постоянно возрастает, особую важность приобретает ее комплексное использование. Удовлетворение потребности народного хозяйства в древесине в ближайшие годы будет осуществляться за счет экономного и наиболее полного использования.

Сушка - удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей, например летучих органически растворителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар). Сушке подвергают влажные тела: твердые-коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые и другие (эта группа высушиваемых материалов наиболее распространена); пастообразные; жидкие - суспензии, эмульсии, растворы.

Цель сушки, широко применяемой в производствах химико-лесного комплекса, сельском хозяйстве, пищевой, строительных материалов, кожевенной, легкой и других отраслях народного хозяйства - улучшение качества веществ и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию и хранению. Данный процесс часто является последней технологической операцией, предшествующей выпуску готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно-тепловыми.

Целью курсовой работы является расчет пневматической трубы-сушилки.

1. Пневматическая труба-сушилка

Пневматическая сушилка (труба-сушилка) применяется для сушки мелкодисперсных, кристаллических, волокнистых материалов, стружки, щепы и волокна. Сушка происходит в горизонтальной и вертикальной трубе. Эту сушилку используют как первую стадию с досушкой в других сушилках.

Пневматическая сушилка представляет собой вертикальную трубу постоянного сечения длиной 10-20 м. В один конец трубы (обычно в нижнюю часть) подается влажный материал из бункера питателем. Он подхватывается горячим газом и на проходе через сушилку высушивается. Из трубы газ со взвешенными в нем частицами поступает в циклон для улавливания высушенного продукта. Исследования показали, что в циклон -аппаратах эффективно продолжается сушка. Это позволяет уменьшить длину сушилки. Из трубы должно быть удалено столько влаги, чтобы предупредить налипание материала на стенки циклона.

Скорость газа в трубе должна быть больше скорости витания (скорости осаждения частиц). Она выбирается в зависимости от размера и плотности частиц от 10 до 35 м/с. Поэтому пребывание материала в сушилке кратковременно, т.к. в трубе-сушилке газ и материал движутся в одном направлении (прямотоком), такая сушилка эффективна для удаления поверхностной влаги (первый период сушки). Вследствие кратковременности сушки допустимы повышенные температуры теплоносителя даже для термочувствительных продуктов. Простота трубы-сушилки обусловливает рентабельность сушки многих материалов.

1.1 Описание технологического процесса

Схема трубы-сушилки приведена на рис. V-36. Влажный материал питателем 4 подается в трубы. Топочные газы из топки 2 поступают в нижнюю часть пневмотрубы 5 и со скоростью, превышающей скорость витания крупных частиц, подхватывают материал и транспортируют его. В процессе транспортировки происходит интенсивная сушка материала. Далее газы и высушенный материал поступают в циклон - пылеотделитель 6, где продукт улавливается, а очищенные газы дымососом 7 выбрасываются в атмосферу. Если сушку проводят при высоких температурах газа, нижнюю часть трубы 5 футеруют жаропрочным бетоном. Для удаления отделившихся от потока крупных комков материала предусмотрен затвор-«мигалка» 3. При сушке веществ, вызывающих эрозию аппаратуры, участок изгиба трубы АВ бронируют специальным материалом. Сушилка работает при разрежении.

Оптимальное значение скорости газов в трубах-сушилках зависит от ряда факторов. Во-первых, скорость газов должна быть больше скорости витания наиболее крупных частиц (это условие является необходимым, но недостаточным). Скорость надежного транспортирования зависит от концентрации материала С (в кг/кг) и от диаметра трубы. Чем выше С, тем больше должна быть скорость транспортирующего воздуха. При одинаковых значениях А скорость газа должна быть тем ниже, чем меньше диаметр трубы.

Особые условия возникают при транспортировании мелких частиц. По поперечному сечению трубы материал распределяется в газовом потоке неравномерно, и создается возможность для агрегирования частиц. Этот процесс является самопроизвольным, так как при агрегировании частиц увеличивается сечение для прохода газов в трубе. Если гравитационные силы отдельных частиц и силы давления газового потока, распределенные неравномерно по поверхности частиц, не превышают поверхностные силы их сцепления, то материал транспортируется в агрегированном состоянии. Поэтому обычно наблюдается агрегирование мелких частиц, обладающих большими поверхностными силами сцепления. Такое явление наблюдается в аэрофонтанных установках и в сушилках с кипящим слоем. Скопления и комки образуются в большей мере при малых скоростях газа, близких к границе провала. Для предотвращения возможности агрегирования частиц следует транспортировать материал при больших скоростях газового потока. При транспортировании мелких частиц необходимо принимать скорость газа, в несколько раз превышающую скорость витания крупных частиц. Это обеспечивает надежную транспортировку и, как будет показано ниже, более интенсивную сушку.

2. Расчет пневматический трубы-сушилки

2.1 Расчет параметров топочных газов при горении природного газа

Исходные данные:

Состав природного газа (Шебелинского месторождения) следующий, масс % [2]: В [3] состав газа отличен.

СН₄ - 93,2; С₂Н₆ - 4,4; С₃Н₈ - 0,8; С₄Н₁₀ - 0,6; С₅Н₁₂ - 0,3; СО₂ = 0,1; N₂ = 0,8.

Параметры наружного воздуха [Екатеринбург, 2, таблица 48]:

Температура: t₀ = 17єC

Относительная влажность: ц₀ = 70%

Барометрическое давление: Р = 750 мм.рт.ст.

Влагосодержание наружного воздуха при t₀ = 17єC и ц₀ = 70%:

х₀ = 0,622 ц₀ Р_нас. / (Р - ц₀ Р_нас.) = 0,622 • 0,7 • 14,53 / (750 - 0,7 • 14,53) = 0,00855 кг/кг;

где Р _нас = 14,53 мм.рт.ст. по t₀ = 17єC

при Р = 750 мм.рт.ст.

Теплосодержание наружного воздуха при t = 17єC и х₀ = 0,00855 кг/кг:

J₀ = 1,01 t₀ + (2493+1,97 t₀) х₀ = 1,01 •17 +(2493 +1,97 • 17) • 0,00855 = 38,77 кДж/кг

Теплотворная способность сухого газообразного топлива:

Q_н^р = 500,3 • СН₄ + 475,22 · С₂Н₆ + 463,29 · С₃Н₈ + 458,48 · С₄Н₁₀ + 453,45 · С₅Н₁₂ = 500,3 • 93,2 + 475,22 · 4,4 + 463,29 · 0,8 + 458,48 · 0,6 + 453,45 · 0,3 =46627,96 + 2090,968 + 370,632 + 275,088 + 136,035 = 49500 кДж/кг

Q_в^р = Q_н^р + 2500У[(0,09n) / (12m+ n)] + 25 Wp = 49500 + 2500 У [(0,09 ? 4)] / (12 • 1 + 4) • 93,2 + [(0,09 • 6)/ (12 · 2 + 6)] · 4,4 + [(0,09 • 8)/ (12 · 3 + 8)] · 0,8 + [(0,09 • 10)/ (12 · 4 + 10)] · 0,6 + [(0,09 • 12)/ (12 · 5 + 12)] · 0,3 + 25 · 0 = 49500 + 2500 [0,36/16] · 93,2 + [0,54/30] · 4,4 + [0,72/44] · 0,8 + [0,9/58] · 0,6 + [1,08/72] · 0,3] = 49500 + 2500 [2,097 + 0,07792 + 0,01309 + 0,00931 + 0,0045] = 49500 + 2500 · 2,2 = 55000 кДж/кг

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа:

L₀ = 1,39У[(m+n/4) / (12m+ n)] С_mН_n = 1,39 [(1+4/4) / (12 • 1+ 4)] • 93,2 + [(2 + 6 / 4) / (12 · 2 + 6)] · 4,4 + [(3 + 8/4) / (12 • 3 + 8)] • 0,8 + [(4 + 10/4) / (12 • 4 + 10)] • 0,6 + [(5 + 12/4) / (12 • 5 + 12)] • 0,3 = 1,39 [(2/16) · 93,2 + (3,5/30) · 4,4 + (6,5/58) · 0,6 + (8/72) · 0,3] = 1,39 (11,65 + 0,513 + 0,0909 + 0,06724 + 0,0333) = = 17,17 ? 17,2 кг/кг

Масса сухого воздуха, подаваемого в топку для сжигания 1 кг природного газа с учетом избытка воздуха б_m:

L_m = б_m L₀ = 1,2 • 17,3 = 20,64 кг/кг

Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг природного газа:

I_cr¹ = 1 + L_m - У[(0,09n) / (12m+ n)] С_mН_n = 1 + 20,64 - [(0,09 • 4) / (12 • 1+ 4)] • 93,2 + [(0,09 • 6) / (12 • 2 + 6)] • 4,4 + [(0,09 • 8) / (12 • 3 + 8)] • 0,08 + [(0,09 • 10) / (12 • 4+ 10)] • 0,6 + [(0,09 • 12) / (12 • 5+ 12)] • 0,3= 1 + 20,64 - 2,2 = 19,44 кг/кг

Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха:

d¹ = У[(0,09n) / (12m+ n)] С_mН_n + L_m х₀ + 0,01 Wp = [(0,09 • 4) / (12 • 1+ 4)] • 93,2 + 93,2 + [(0,09 • 6) / (12 • 2 + 6)] • 4,4 + [(0,09 • 8) / (12 • 3 + 8)] • 0,08 + [(0,09 • 10) / (12 • 4+ 10)] • 0,6 + [(0,09 • 12) / (12 • 5+ 12)] • 0,3 + 20,64 · 0,00855 = 2,2 + 0,1764 = 2,376 при х₀ = 0,00855 кг/кг.

Влагосодержание топочных газов:

х¹ = х_тг = d¹ / I_cr¹ = 2,376 / 19,44 = 0,122 кг/кг

Количество компонентов топочных газов, получаемых при сжигании 1 кг природного газа:

l _СО2 = 0,02 СО₂ + 0,0157 СО + У [0,44 / (12 m + n)]CmHn = 0,01 ? 0,1 + [0.44 / (12 ? 1 + 4)] ? 93.2 + [0.44 / (12 ? 2 + 6)] ?4.4 + [0.44 / (12 ? 3 + 8)] + [0.44 / 12 ? 4 + 10)] • 0.6 + [0.44 / (12 • 5 + 12)] • 0.3 = 0.001 + 2.64 = 2.641 кг/кг

1_N2 = 0,768 L_m + 0,01 N₂ = 0,768 • 20,64 + 0,01 • 0.8 = 15,86 кг/кг

Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:

М_cr = I_cr¹ / [1_СО2 /44 + 1_N2 /28] = 19,44 / [2,641/44 + 15,86/28) = 31 кг/кмоль

Средняя теплоемкость сухих топочных газов при t_mr = 1000 єС (в топке поддерживается эта температура):

С_cr = (С_СО21_СО2 + С _SО21 _SО2 + С _N21 _N2 + С _О21 _О2) / (1_СО2 +1 _SО2 +1 _N2 +1 _О2) = (1,12 • 2,641 + 1,11 • 15,86) / (2,641 + 15,86) = 20,56 / 18,5 =1,11 кДж/кг•к

где теплоемкость при t_mr = 1000 єС [Приложение, таблица 2]

С_СО2 = 1,12 кДж/кг•к; N₂ = 1.11 кДж/кг•к

Средняя теплоемкость природного газа при t = 20 єС [Приложение, таблица 2]:

С_m = С_СН4 Y _СН4 + С_С2Н6 Y _С2Н6 + С_С3H8 Y _С3H8 + C4H10 • Y _С4Н10 + C₅H₁₂ • Y _С5Н12 = 2,18 • 0,932 + 1,64 • 0,044 + 1,28 • 0,008 + 1,59 • 0,006 + 1,59 • 0,003 = 2,13 кДж/кг•к

Средняя температура топочных газов на выходе из топки без учета диссоциации углекислого газа и паров воды:

t_mr = (Q_в^р з_т + С_т t_т + L_m J₀ + w_gi_g - 2500 I_cr¹ х¹⁾ / [I_cr¹ (С_cr + 1,97 х¹)] = (47838,9•0,95 + 2,08•5 + 19,92•37,9 + 0 - 2500•18,77•0,0032) / [18,77 (1,03 + 1,97· 0,0032)] = 2368,23 єС

где w_g = 0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром.

Температуру топочных газов снижают до t_тг = 1000 єС за счет подачи наружного воздуха в топку с целью предотвратить разрушение футеровки топки.

Теплосодержание топочных газов:

J_mr = 1,01 t_тг + (2493+1,97 t_тг) х_тг = 1,01•1000 + (2493+1,97•1000) • 0,122 = 1555 кДж/кг

Теплосодержание пара в составе топочных газов при t₁ = 400єC:

i_n = r₀ + 1,97 t₁ = 2493 + 1,97•400 = 3281 кДж/кг

Коэффициент избытка воздуха при разбавлении топочных газов воздухом до температуры t₁ = 400 єС:

б₂ = (Q_в^р з_т + С_т t_т) / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) - (1 - У[(0,09·n) / (12m - n)] С_mH_n - 0,01 Wp) С_cr t_т / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) - (У[(0,09n) / (12m+ n)] С_mH_n + 0,01 Wp) / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) = (55000 • 0,95 + 2,13 • 20) / (17,2(1,11 • 400 + 0,00855 • 3281 - 38,77)) - [1-(0,09•4) / (12 • 1 + 4)] • 93,2 + [(0,09•6) / (12 • 2 + 6)] • 4,4 + [(0,09•8) / (12 • 3 + 8)] • 0,8 + [(0,09•10) / (12 • 4 + 10)] • 0,6 + [(0,09•12) / (12 • 5 + 12)] • 0,3 - 0,01 · 0] 1,11 · 400/ 17,2 (1,11·400 + 0,00855·3281 - 38,77) - [(0,09•4) / (12 • 1 + 4)] • 93,2 + [(0,09•6) / (12 • 2 + 6)] • 4,4 + [(0,09•8) / (12 • 3 + 8)] • 0,8 + [(0,09•10) / (12 • 4 + 10)] • 0,6 + [(0,09•12) / (12 • 5 + 12)] • 0,3 + 0,01 · 0]3281 + 0/ 17,2 (1,11·400 + 0,00855·3281 - 38,77) = 6,12

Количество воздуха, подаваемого в смеситель на 1 кг природного газа для разбавления до t₁ = 400 єС:

L_см = L₀ (б₂ - б_m) = 17,2 (6,12 - 1,2) = 84,624 кг/кг

Количество сухой смеси топочных газов с воздухом на 1 кг природного газа:

I_cr¹¹ = I_cr¹ + L_см =19,44 + 84,624 = 104 кг/кг

Количество паров воды в смеси топочных газов с воздухом, полученных при сжигании 1 кг природного газа:

d¹¹ = d¹ + L_см х₀ = 2,376 + 84,624 • 0,00855 = 3,099 кг/кг

Влагосодержание смеси топочных газов с воздухом на выходе из смесителя:

х¹¹ = х₁ = d¹¹ / I_cr¹¹ = 3,099 / 104 = 0,0298 кг/кг = 0,03 кг/кг

Расход природного газа на сушку кедрового опила в пневматической трубе-сушилке:

В = L₁ / I_cr¹¹ = 0,426 / 104 = 0,0041 кг/ч,

Где L₁ = 0,426 кг/с расход сушильного агента (см. расчет теплового баланса)

Объем топочной камеры:

V_гор = Q_н^р В / q_v = 49500 • 14,76 / 1200 • 10³ = 0,6 м³

Где q_v - допустимое тепловое напряжение топочного объема: q_v = 1200 · 10³ кДж/ (м³·ч) [3, приложение, таблица 3]

Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D = 1,8

Тогда, V_гор = 0,785 · D² · L = 0,785 · D² · 1,8 D = 0,6 м³

Диаметр топки:

D = (V_гор / 0,785 • 1,8)^1/3 = (0,6 / 0,785 • 1,8)^1/3 = 0,75 м

Принимаем D = 800 м, тогда длина камеры горения будет равна:

L = 1,8 • 0,8 = 1,44 м

Размер топки:

D = 0,6 м³; D = 800мм; L = 1500 мм.

2.2 Расчет пневматический трубы-сушилки

Исходные данные:

Параметры материала:

- Материал - сосновая стружка

- Размеры частиц - 5х5х30 мм

- Производительность по влажному материалу - G₁ = 1,2 т/ч = 0,33 кг/с

- Абсолютная влажность: начальная щ_а1 = 45%; конечная щ_а1 = 30%

- Начальная температура стружки и₁ = 5 єС

Параметры сушильного агента:

Сушильный агент - это топочные газы, разбавленные воздухом.

Топливо - природный газ Шебелинского месторождения.

Вход в сушилку:

- Температура - t₁ = 400 єС

- Влагосодержание - х₀ = 0,03 кг/кг

- Плотность - с t₁ = 0,499 кг/м³ [2, таблица 57]

Выход из сушилки:

- Температура t₂ = 90 єС

2.3 Технологический расчет

Относительная влажность материала:

На входе в сушилку: щ_а1 = 100 щ₀₁ / (100 + щ₀₁) = 100 • 45 / (100 + 45) = 31%

На выходе из сушилки: щ_а2 = 100 щ₀₂ / (100 + щ₀₂) = 100 • 30 / (100 + 30) = 23%

Средняя абсолютная влажность материала: щ_{а ср} = 0,5 (щ_а1 + щ_а2) = 0,5 (45 + 30) = 37,5%

Теплофизические свойства кедровой стружки:

с = 580 кг/м³ при щ_{а ср} = 37,5%; [4, таблица 4]

Теплоемкость: См = 2,55 кДж/(кг•К) при щ_{а ср} = 37,5% и по и_ср = 0,5 (и₁ + и₂) = 0,5 (5 + 62) = 33,5 єС [4, таблица 6]

Насыпная плотность: с_нас1 = 120 кг/ м³ при щ_{а 1} = 45% и с_нас2 = 80 кг/ м³

при щ_{а 2} = 30% [4, таблица 5]

2.4 Материальный баланс

Производительность по высушенному опилу:

G₂ = G₁ (100 - щ₀₁) / (100 - щ₀₂) = 0,33 (100 - 31) / (100 - 23) = 0,2957 = 0,296 кг/с

Количество испаренной воды:

W = G₁ - G₂ = 0,33 - 0,296 = 0,034 кг/с

Количество абсолютно сухой стружки:

G_а = G₁ (100 - щ₀₁) / 100 = 0,33 (100 - 31) / 100 = 0,2277 кг/с

Количество воды во влажном материале:

W₁ = G₁ щ₀₁ / 100 = 0,33 · 0,31 = 0,1023 кг/с

Количество воды в высушенном материале:

W₂ = G₂ щ₀₂ / 100 = 0,296 · 23 / 100 = 0,068 кг/с

Проверка баланса по воде:

W₁ = W + W₂; 0,1023 = 0,034 + 0,068

2.5 Построение рабочей линии процесса сушки

Параметры наружного воздуха:

Точка А на у-х диаграмме:

х₀ = 0,00855 кг/кг

J₀ = 38,77 кДж/кг

t₀ = 17 єС.

Параметры топочных газов:

Точка К на 1-х диаграмме:

х_тг = х¹ = 0,122 кг/кг;

t_тг = 1800 єС (1000 єС)

J _тг = 1555 кДж/кг

Параметры сушильного агента:

Вход в сушилку:

Точка В на J-х диаграмме:

х₁ = х¹¹ = 0,03 кг/кг;

t₁ = 400 єС;

J ₁ = 1,01 t₁ + (2493 + 1,97 t₁) х₁ = 1,01•400 + (2493+1,97•400) • 0,03 = 502,43 кДж/кг

Выход из сушилки:

Точка С на 1-х диаграмме:

t₂ = 90 єС;

Последовательность построения рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме [4].

1. На J-х диаграмме находим точку А по х₀ = 0,00855 кг/кг и t₀ = 17 єС.

Точку К по х_т.г. = 1000 єС (точнее 1800 єС).

Проводим рабочую линию горения природного газа - А К.

2. Находим точку В на пересечении линии А К и линии температур t₁ = 400 єС, определяем х₁ = 0,03 кг/кг.

3. Определяем t_m1 для точки В. Принимаем, что сушка стружки проходит в первом периоде (J₁ = J₂), тогда t_m1 = и₂ = 62 єС.

4. Расход тепла на нагревание материала:

Q_м = G₂ См (и₂ - и₁) = 0,296 · 2,55 (62 - 5) = 43 кДж/с

5. Удельный расход тепла на нагрев материала:

q_м = Q_м / W = 43 / 0,034 = 1264, 7 кДж/кг

Удельные потери тепла рекомендуется принимать q_пот = 125 - 250 кДж/кг. Принимаем q_пот = 200 кДж/кг.

6. Внутренний тепловой баланс сушилки:

Д = 4,19 и₁ - (q_м - q_пот) = 4,19 • 5 - (1264,7 + 200) = - 1443,75 кДж/кг

8. Координаты точки Е: Д = (J - J ₁) (х - х ₁) или J = задаемся J = J ₁ + Д (х - х ₁).

Задаемся значением х > х₁, пусть х = 0,05 кг/кг и определяем J:

J = J ₁ - 1443,75 (0,05 - 0,03) = 502,43 - 28,875 = 473,555 кДж/кг.

9. Строим точку Е по координатам х = 0,05 кг/кг и J = 473,555 кДж/кг.

10. Строим рабочую линию сушки ВС. Точка Е лежит на рабочей линии, поэтому, соединяя точки В и Е и продолжая линию с линией температур с t₂ = 90 єС, получаем точку С - окончание сушки.

11. По координатам точки С определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: х₂ = 0,11 кг/кг

J₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97 · t₂) х₂ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97 · 90) 0,11 = 384,6 кДж/кг.

2.6 Тепловой баланс

Расход сушильного агента L₁ на входе в сушилку рассчитываем из уравнения теплового баланса по влагосодержанию х₁ и температурам t₁ и t₂.

Теплосодержание сушильного агента при х₁ и t₂:

Jt₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97· t₂) х₁ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97· 90) 0,03 = 171 кДж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при х₀ и t₀: Jn₀ = 38,77 кДж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при х₀ и t₂:

Jn₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97· t₂) х₁ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97· 90) 0,00855 = 113,73 кДж/кг.

Расход тепла на испарение влаги:

Qи = W (2493 + 1,97· t₂ - 4,19 · и₁) = 0,034 (2493 + 1,97 · 90 - 4,19 · 5) = 90 кДж/с

Потери тепла:

Qпот = W · q пот = 0,034 · 200 = 6,8 кДж/с

Расход тепла на нагревание материала:

Qм = 43 кДж/с

Расход сушильного агента:

L₁ = (Qи + Qм + Qпот) / [(J₁ - J₂) - 0,05 (Jn₂ - Jn₀)] = (90 + 43 + 68) / [(502,43 - 171) - 0,05 (113,73 - 38,77)] = 139,8 / 327,68 = 0,426 кг/кг

Количество парогазовой смеси, выходящей из сушилки:

L₂ =1,05 · L₁ = 1,05 · 0,426 = 0,447 кг/с

Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

х₂ = х₁ + W/ L₁ = 0,03 + 0,034/0,426 = 0,1098 кг/кг = 0,11 кг/кг

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

J₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97· t₂) х₂ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97· 90) 0,11 = 384,6 кДж/кг.

2.7 Гидродинамический расчет

Исходные данные:

Параметры материала:

- Абсолютная влажность: щ_а1 = 45%

- Размеры частиц - 5х5х30 мм

- Плотность при щ_а1 = 45%: с м₁ = 615 кг/м³ [4, таблица 4]

- Фактор формы

Выход из сушилки:

- Абсолютная влажность: щ_а2 = 30%

- Плотность при щ_а1 = 30% : с м₂ = 550 кг/м³ [4, таблица 4]

Параметры сушильного агента:

Вход в сушилку:

- Расход - L₁ - 0,426 кг/с

- Температура - t₁ = 400 єС

- Влагосодержание - х₁ = 0,03 кг/кг

- Теплосодержание - J₁ = 502,43 кДж/кг

- Плотность - с t₁ = 0,499 кг/м³ [6, приложение 2]

- Динамическая вязкость - м t₁ = 32,96 · 10^-6 Па·с [6, приложение 3]

Выход из сушилки:

- Расход - L₂ - 0,447 кг/с

- Температура - t₂ = 90 єС

- Влагосодержание - х₂ = 0,11 кг/кг

- Теплосодержание - J₂ = 384,6 кДж/кг

- Плотность - с t₂ = 0,887 кг/м³ [6, приложение 2]

- Динамическая вязкость - м t₁ = 20 · 10^-6 Па·с [6, приложение 3]

Средние значения параметров для сушилки:

Объемный расход сушильного агента на входе в сушилку: при t₁ = 400 єС и х₁ = 0,03 кг/кг

V t₁ = L₁ (1 + х₁) / с t₁ = 0,426 (1 + 0,03) / 0,499 = 0,879 м³/с

Объемный расход сушильного агента на выходе из сушилки: при t₂ = 90 єС и х₂ = 0,11 кг/кг

V t₂ = L₂ (1 + х₂) / с t₂ = 0,447 (1 + 0,11) / 0,887 = 0,559 м³/с = 0,56 м³/с

Расчет производим при средних значениях:

V t_ср = L_ср (1 + х_ср) / с t_ср = 0,5 (0,426 + 0,447) (1 + 0,07)/ 0,693 = 0,674 м³/с

t_ср = 0,5 (t₁ + t₂) = 0,5 (400 + 90) = 245 єС

х_ср = 0,5 (х₁ + х₂) = 0,5 (0,03 + 0,11) = 0,07 кг/кг

с t_ср = 0,5 (с t ₁ + с t ₂) = 0,5 (0,499 + 0,887) = 0,693 кг/м³

м t_ср = 0,5 (м t ₁ + м t ₂) = 0,5 (32,96 + 20,0) · 10^-6 = 26,48 · 10^-6 Па·с

ю _аср = 0,5 (45 + 30) = 37,5%

с _мср = 580 кг/м³ при ю _аср = 37,5%

Определение эквивалентного диаметра частиц:

Эквивалентный диаметр частиц не шарообразной формы:

d_э = (6Vr / р)^0,33

Где: Vr - объем частицы, м³, для частиц толщиной д, шириной в и длиной l:

Объем - Vr = д · в · l = (5 · 5 · 30) · 10^-9 = 750 · 10^-9 м³

d_э = (6Vr / р)^0,33 = (6 · 750 · 10^-9 / 3,14)^0,33 = 11,79 · 10^-3 м

Поверхность:

Fr = 2 (дв + дl + вl) = 2 (5 · 5 + 5 · 30 +5 · 30) · 10^-6 = 650 · 10^-6 м²

Фактор формы:

Ф = 4,836 · Vr^0,67/ Fr =4,836 (750 · 10^-9)^0,67/ 650 · 10^-6 = 0,586

Геометрический коэффициент формы:

f = 0,207 · Fr / Vr^0,67 = 0,207 · 650 · 10^-6 / (750 · 10^-9)^0,67 = 1,7

2.8 Расчет диаметра трубы сушилки

Критерий Архимеда:

Аr = d_э³ · с t_ср · с _мср · q / м² t_ср = (11,79 · 10^-3)³ · 0,639 · 9,81 · 580 / (26,48 · 10^-6) = 939435 · 9,81 = 9,2 · 10^-6

Критерий Рейнольдса для условий витания:

Rе _вит. = Аr / (18 + 0,61 · Аr^0,5) = 9,2 · 10⁶ (18 + 0,61 · (9,2 · 10⁶)^0,5) = 4924

Скорость витания шарообразной частицы:

(w_вит)_шар = Rе _вит. · м t_ср / d_э · с t_ср =4924 · 26,48 · 10^-6 / 11,79 · 10^-3 · 0,693 =

= 15,96 м/с

Скорость витания реальной частицы стружки:

w_вит = (w_вит)_шар · ф^0,5 = 15,96 · 0,586^0,5 = 12,21 м/с

Фактическая скорость сушильного агента в сушилке:

w_ср = к · w_вит = 1,2 · 12,21 = 14,65 м/с

к = 1,2 ±5,0; принимаем к = 1,2.

При сушке измельченной древесины w_ср обычно должна составлять для стружки 10 ±12 м/с [4, стр. 23]

Скорость витания для частиц не изометрической формы (щепа, стружка волокно) определяется по формуле С.Н. Светкова:

w_вит = 0,14 [с _мср /((0,02 + е/д) с t_ср)]^0,5 [4]

где д - толщина частицы, мм

е - коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения частиц; при прямоугольном сечении е = 0,9, при круглом или квадратном е = 1,1. Принимаем е = 0,9.

w_вит = 0,14 [580 /((0,02 + 0,9/5) 0,693₎]^0,5 = 9 м/с

Фактическая скорость сушильного агента в сушилке:

w_ср = к · w_вит = 1,2 · 9 = 10,8 м/с

Диаметр трубы-сушилки:

D = [Vt_ср / 0,785 · w_ср]^0,5 = [0,674 / 0,785 · 10,8]^0,5 = 0,28 м (точнее 0,28195 м)

По таблице 8 [5] выбираем стандартную трубу ў 300х10 мм, D = 280 мм. Тогда действительная скорость сушильного агента в сушилке будет равна

w₂ = Vt_ср / 0,785 · D² = 0,674 / 0,785 · 0,28² = 10,95 м/с

2.9 Расчет длины трубы-сушилки

Концентрация стружки в сушильном агенте:

? = (G₁ + G₂) / (L₁ + L₂)(1 + х_ср) = (0,33 + 0,296) / (0,426 + 0,447) (1 + 0,07) = 0,67 кг/кг

Критерий Рейнольдса Rе _вит по скорости газа: w₂ = 10,95 м/с

Rе _вит. = w₂ · d_э · с t_ср / м t_ср = 10,95 · 11,79 · 10^-3 · 0,693 / 26,48 · 10^-6 = 3378

В зависимости от значения Rе _вит. Критерий Нуссельта (Nu) определяют по формулам (17-20) [4].

По опытным данным для древесных частиц критерий Nu рассчитывают по формуле:

Nu = 0,62 Rе _вит.^0,5 = 0,62 · 3378^0,5 = 36

Объемный коэффициент теплоотдачи:

б_y = 6 Nu · л t_ср · ? · с t_ср / d_э² · с _мср = 6 · 36 · 0,426 · 0,67 · 0,693 / (11,79 · 10^-3)² · 580 = 530 Вт/(м³ · к)

Средняя разность температур:

Д t_ср = [(t₁ - и₁) - (t₂ - и₂)] / ln (t₁ - и₁)/ (t₂ - и₂) = [(400 - 5) - (90 - 62)] / ln (400 - 5) / (90 - 62) = 139 К

Объем трубы сушилки:

Vc = (Qu + Qм) / Д t_ср · б_y = (90 + 43) · 10³ / 139 · 530 = 1,8 м³

Длина зоны сушилки:

l з.с. = Vc / 0,785 · D² = 1,8 / 0,785 · 0,28² = 29 м

Длину трубы от места ввода сушильного агента до места ввода влажной стружки принимаем l м = 2 м.

Длина участка разгона:

l р = 0,5 · w₂ · D = 0,5 · 10,95 · 0,28 = 1,5 м

Общая длина трубы- сушилки:

l = l з.с. + l м + l р = 29 + 2 + 1,5 = 32,5 м. Принимаем l = 33 м.

Итак, пневматическая труба-сушилка имеет D = 280 мм; ў 300х10 мм и длину l = 33 м.

2.10 Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

Потери давления при движении чистого сушильного агента на трение и местные сопротивления:

Д Рг = 0,5 · w₂² · с t_ср (1 + лг L/ D + У Емс) = 0,5 · 10,95² · 0,693 (1 + 0,0414 33/0,28 + 2) = 327 Па

Где лг - коэффициент сопротивления трения, при Rе вит. > 2300, лг = 0,316 / 3378^0,25 = 0,0414 [1]

Местные сопротивления трубы-сушилки принимаем по таблицам 12,13 [5]:

Вход в трубу ж вх = 1,0 - 1 шт.

Выход из трубы ж вых = 1,0 - 1 шт.

У ж м.с. = 1 ж вх + 1 ж вых = 2

Потери на трение при движении материала (стружки):

Д Рм = 0,5 · лм · ? l / D · w₂² · с t_ср = 0,5 · 0,02 · 0,67 (33/0,28) 10,95² · 0,693 = 65 Па

Где лм - коэффициент трения; лм = 0,01 - 0,03: принимаем лм = 0,02.

Потери давления на поддержание стружки во взвешенном состоянии:

Д Рпод = l · с t_ср q · ? = 33 · 0,693 · 9,81 · 0,67 = 150 Па

Потери давления на разгон материала до скорости его движения:

Д Рр = 0,5 · ж р · ? · w₂² · с t_ср = 0,5 · 1,5 · 0,67 · 10,95² · 0,693 = 42 Па

Где ж р - коэффициент сопротивления разгона материала, ж р = 1 - 2, принимаем ж р = 1,5.

Общее гидравлическое сопротивление трубы-сушилки:

Д Рс = Д Рг + Д Рм + Д Рпод + Д Рр = 327 + 65 + 150 + 42 = 584 Па

Заключение

труба сушилка газ пневматический

Основным элементом пневматической трубной сушилки является вертикальная труба диаметром до 2 м, высотой до 30 м, в которой высушиваемый материал транспортируется потоком сушильного воздуха в режиме, близком к идеальному вытеснению. Пребывание материала в зоне сушки кратковременное, обычно несколько секунд. Количество находящегося в сушилке материала невелико. Эти особенности позволяют использовать пневмотрубы для сушки различных дисперсных материалов (порошкообразных, зернистых, гранулирован и взрывоопасных).

Пневматические трубы-сушилки могут быть разнообразных конструкций в зависимости от свойств высушиваемого материала и требований к высушенному продукту.

Пневматические трубы-сушилки относятся к более новым и менее изученным. По некоторым показателям они пока уступают сушилкам псевдоожиженного слоя, но выгодно отличаются простотой конструкции и малой металлоемкостью, легкостью управления, обслуживания и др. Кроме того, они работают под разрежением, что обеспечивает большую безопасность и хорошие санитарные условия.

Список использованных источников

1. Павлов К.ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., Химия, 1987. 576с.

2. Процессы и аппараты химической технологии. Справочные материалы. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 121 с.

3. Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч.III. Примеры расчета сушилок. Екатеринбург, УГЛТА, 2001. 41 с.

4. Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б., Штеба Т.В., Кожевников Н.П. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч.I. Технологические и гидродинамические расчеты сушилок. - Екатеринбург, УГЛТА, 2001. 40 с.

5. Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Расчет и выбор насосов и вентиляторов Ч.I. Екатеринбург, УГЛТА, 2002. 40с.

6. Старцева Л.Г., Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты Ч.II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург, УГЛТА, 2000. 44с.

7. Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к текстовой части. Ч. I. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 56 с.

Приложение

Рисунок 1. Построение рабочей линии процесса сушки на У-х диаграмме



Рисунок 2

Размещено на Allbest.ru