Расчет барабанной сушилки

У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в  виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца — поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже — изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11, с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 8.

Рис.14 Барабанная сушилка:

 1 — барабан; 2 — бандажи; 3 — опорные ролики; 4 — передача; 5 — опорно-упорные ролики; 6— питатель;

7 —лопасти: 8 — вентилятор; 9 — циклон;10 — разгрузочная камера; 11— разгрузочное устройство.

 

Устройство внутренней насадки (рис.15 Типы насадок барабанных сушилок) барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала.

Подъемно-лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к нали-панию материалов, а секторная насадка — для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда используют комбинированные насадки, например подъемно-лопастную (в передней части аппарата) и распределительную.

Типы промышленных барабанных сушилок  разнообразны: сушилки, работающие при  проти-вотоке сушильного агента и материала, с использованием воздуха в качестве сушильного агента, контактные барабанные сушилки и др.

Рис.15 Типы насадок барабанных сушилок:

а — подъемно-лопастная; б — секторная; в, г — распределительная; д — перевалочная.

 

Диаметр барабана D_б обычно находится с помощью величины напряжения барабана сушилки по влаге А, определяемой по опытным данным.

Объем барабана

 

причем длина барабана L принимается в пределах (3,5—7) D_б. Зная количество влаги W, испаряемой из материала, по уравнению определяют D_б.

В определенных условиях значения А для барабанных сушилок достигают 100— 120 кг/(м³-ч). При подборе диаметра барабана следует руководствоваться нормализованными размерами НИИхиммаша: 1200—2400 мм (через 200 мм) и 2800 мм.

 

Более точно рабочий объем барабана сушилки может быть определен  с помощью объемного коэффициента теплоотдачи от сушильного агента к  материалу α_V [в дж(м³·ч·град)] по уравнению

 

где Q — тепловая нагрузка, дж/ч; Δt — средне логарифмическая разность температур между материалом и сушильным агентом, °С.

Методика расчета α_V приводится в специальной литературе. Коэффициентом 1,2 учитывается, что материалом занята только часть барабана.

 

 

 

I. Расчёт сушильной установки.

1. Производительность сушилки по высушиваемому материалу

G = 4,5

2. Линейные размеры материала

d = 6,0 мм

3. Влажность материала

начальная W₁ = 16%

конечная W₂ = 7%

4. Параметры влажного воздуха для города Ташкента

Январь   Июль

температура  t = -1,3°C           t = +26,8°C

относительная влажность φ₀ = 81%   φ₀ = 46%

5. Температура горячего воздуха

на входе в барабан t = 160°C

на выходе из барабана t = 60°C

 

II.  Материальный баланс.

Количество удаленной  влаги W в процессе сушки определим из уравнения материального баланса:

 

 

 

Определение количества тепла  и воздуха.

Внутренний тепловой баланс сушилки

а) для зимы  

где: c – теплоёмкость воды c = 4190 кЖ/кг·К

q_к – количество теплоты внутреннего, q_к = 0

q_тр – количество тепла поступившее

транспортными устройствами, q_тр = 0

q_й – количество тепла, потерянное

в окружающую среду, 10% от общего

количества тепла

q_м – количество тепла затраченное

на прогрев материала

 

θ₂ – температура материала на выходе

из сушилки, примем равной температуре 

мокрого термометра сушильного агента

(влажного воздуха)

 

Определение производится по диаграмме I-x Рамзина

c_м – теплоемкость материала

  кЖ/кг·К

 кЖ/кг·К

Процесс сушки изображается на I-x диаграмме

а) расчет для зимы t₀ = -1,3°C и φ₀ = 81%

По заданным параметрам определяем точку «A», т.е. определим точку характеризующую параметры воздуха на входе в калорифер. Из точки «A» проводим линию вверх по линии неизменного агента и находим точку «B». Данная точка характеризует параметры горячего воздуха x₁ = x₀, t₁, I₁ – на входе в сушилку. Линия AB описывает процесс нагрева воздуха в калорифере. При нагреве воздуха в калорифере его влагосодержание не меняется. Из точки «B» параллельно линии энтальпии проводим линию до пересечения с температурой отработанного горячего воздуха на выходе из сушилки t₂ = 60°. Затем на линии «BC» выбираем произвольную точку «e» и от неё опускаем перпендикуляр на линию «AB» и точку пересечения обозначим «f». После, измеряем длину отрезка «ef», которая равна ef = 2,4 см = 24 мм. И на конец, можно произвести расчет отрезка eE, которая характеризует разность идеального и реального процесса сушки

  мм, здесь M = 1250 масштаб I–x диаграммы.

Из-за отрицательного знака  значения Δ отрезок eE от точки «e» откладывается вниз по линии x=const, т.к. Δ<0. Затем соединяем точки «B» и «E» прямой линией до пересечения с температурой t₂ = 60°C. Точку пересечения обозначим точкой «C» и определим из диаграммы параметры обработанного воздуха x₂, t₂, I₂, φ₂.

x₂ = 0,026 кг/кг и I₂ = 128 кЖ/кг (находятся из диаграммы I-x)

Удельный расход воздуха  для зимнего периода: x₀ = x₁ = 0,003 кг/кг

 кг/кг

Общий расход воздуха:

 кг/с

Количество удельного  теплового потока:

I₀ = 11кЖ/кг;  кЖ/кг

Расход общего количества тепла:

 кВт

Затраты тепла в калорифере:

 кЖ/кг

I₁ = 169 кЖ/кг из I-x диаграммы

б) для летнего периода

 

q_к = 0; q_тр = 0; ;

θ₂ = 42°C = tm (из I-x диаграммы);

θ₁ = t₀ = 26,8° (для г.Ташкент);

 кЖ/кг

 кЖ/кг

Определим для летнего  периода основные параметры влажного воздуха, расход воздуха и тепла. Для этого необходимо изобразить процесс сушки на I-x диаграмме.

ef = 94мм;  M = 1250; мм

затем из I-x диаграммы

x₀ = 0,014 кг/кг;  x₂ = 0,066 кг/кг

I₀ = 55 кЖ/кг  I₁ = 192 кЖ/кг  I₂ = 230 кЖ/кг

 кг/кг   кг/с

 кЖ/кг   кВт

 кЖ/кг

Сопоставим расходы воздуха  для лета и зимы:

L_зим = 5,83 кг/с > L_лет = 2,58 кг/с

Q_зим = 681,7 кВт > Q_лет = 451 кВт

 

III. Определение основных размеров барабанной сушилки.

Вычислим объём барабана:

 

здесь A_ν – напряжение барабана по влаге, A_ν = 20-30 кг/(м³·ч) (из Дытнерского)

Основные  параметры барабанной сушилки.

- внутренний диаметр барабана, м 1,8

- длина барабана, м 12

- толщина стенки, мм 12

- объём сушилки, м³ 30,5

- количество ячеек, шт 28

- скорость вращения, об/мин 5

- общая масса, т 24,7

- потребляемая мощность, кВт 10,3

Реальная  скорость воздуха в барабане определяется по формуле:

 

где V_x – объёмный расход воздуха на выходе из барабана

 

 

 кг/кг

 м³/с

 м/c

Время пребывания материала в барабане:

 

G_м – расход материала

 

Здесь V – объем сушилки, 30,5м³; 

ρ_м – насыпная плотность материала, ρ_м = 750 кг/м³

β – степень заполнения барабана, для нашего барабана 12%

 кг

тогда

 

Угол наклона  барабана, вычисляется по формуле:

 

где l – длина барабана, 12 м

n – частота вращения, 5 об/мин

d – диаметр барабана, 1,8 м

 

Если величина α΄ получиться слишком малой (менее 0,5) значение n изменяют и вычисления повторяют.

В целях предотвращения уноса  частиц малых размеров, производят вычисление скорости уноса.

 

где ρ_ур – плотность теплоносителя

 

P – порциональное давление паров влажного воздуха

 

ρ₀ = 10⁵ Па, т.к.сушилка работает при атмосферном давлении.

На входе в аппарат:

 Па

На выходе из аппарата:

 Па

Тогда, среднее P

 Па

а плотность

 кг/м³

Расчитаем критерий Архимеда:

 

здесь ρ₃ – плотность частиц высушиваемого материала

ρ₃ = 1080 кг/м³

μ_ур – вязкость воздуха при средней температуре

μ_ур = 0,022·10^-3 Па·C

 

а скорость уноса:

 м/с

Скорость воздуха в  сушилке 1,2 м/с и это намного меньше чем 13,4 м/с. Следовательно w_x < w_ч и частицы не будут выноситься из аппарата.

IV. Гидравлический расчёт сушилки.

При движении теплоносителя  в аппарате и каналах образуются гидравлические сопротивления. Сумарное гидравлическое сопротивление состоит  из сопротивления трения ΔP_и, и местные сопротивления ΔP_м.к, внутри сушилки ΔP_к, сопротвление колорифера и пылеуловителей;

 

Потери давления вследствии сопротивления трения:

 

λ – коэффицент гидровлического сопротивления и он зависит от режима течения теплоносителя:

 

w – скорость теплоносителя в трубе,обычно он равен 10-20 м/с

d – диаметр трубы, вычисляется из формулы секундного расхода

 

V_c – секундный объёмный расход теплоносителя

 

ρ – плотность воздуха, как правило выбирают при температуре окружающей среды

t₀ = -1,3°C

 кг/м³

и тогда  м²/с

Диаметр трубы

 

и 

т.е. режим турбулентный

 

 ; Δ=0,08; e=0,0002

 

Здесь l – длина трубы выбираем в зависимости от расположения вентилятора, для нашего примера l = 2 м.

 Па

Потери давления из за местных  сопротивлений:

 

Здесь ∑ξ – коэффицент местных  сопротивлений (Павлов и др. приложения)

1. Вход в трубу ξ = 0,5
2. Выход из трубы ξ = 1,0
3. Отвод (90°) ξ = 1,1
4. Нормальный вентиль ξ = 5,5

т.к. их две штуки 5,5·2=11

Для очистки запыленого газа выбераем циклон:

 

 

 кг/м³

 

ξ = 6 для циклона АТИ

 Па

 

Гидравлическое сопротивление  барабана

ΔP_б = 100 Па, а калорифера ΔP_к = 200 Па

 Па

 

V. Выбор вентилятора.

Выбор вентилятора производится на основе объёмного расходавоздуха и напора:

 м³/с

 м

На основе этих параметров и книги Дытнерского (курсовое проектирование), выбираем газодувку ТВ-450-1,08 с параметрами V = 5,86 м³/с, и ΔP = 6000 Па.

Газодувка имеет двигатель марки АО2-82-2 и мощность N = 55 кВт

 

VI. Выбор калорифера

Для нагрева воздуха используют, как правило пластинчатые калориферы. Для выбора калорифера необходимо рассчитать поверхность теплообмена:

 

Здесь Q – количество теплоты затраченное на нагрев воздуха

 

Где C_x – теплоёмкость воздуха, C_x = 0,241 кЖ/кг·К

t₁ = 160°C  t₂ = -1,3°C

 кЖ/с

Здесь K – коэффицент теплопередачи от пара к воздуху K = 40 Вт/(м²·К) (Тарасова и др.);

Δt_у – средняя разность температур.

Температура пара t₁ = 160°C примем на 20° выше, чем температура теплоносителя (Юсупбеков и др.)

При конденсации пара в  конденсат, его температура не меняется

Пар Воздух

-1,3→160° 180°→180°

 

 

 

Тогда

 

 

 м²

По данной поверхности  теплообмена выбираем калорифер  марки КФС-11 в количестве 13 штук (Тарасова)

Калорифер КФС-11 имеет характеристики:

1. Поверхность теплообмена F = 54,6 м²
2. Масса m = 244,45 кг
3. Высота h = 1160 мм
4. Ширина l = 960 мм
5. Площадь поперечного сечения

- по воздуху 0,638 м²

- по греющему пару 0,0122 м²

 

VII. Механический расчёт сушилки.

Толщина стенки материала  барабана

δ = 0,0007; D_бар = 0,0007·12=12,6 мм

Скорость вращения барабана

 

m – коэффицент насадки, зависящий от типа насадки m = 0,5

К = 0,5-2,0 (Тарасова)

(0,5·2·12)/(1430·1,8·tg2,75)-0,097=0,1 об/с

Обычно при сушке хлопковых семян применяется n = 6 об/мин.

Затраты энергии вращения барабана определяются по формуле:

 

δ – коэффицент мощности зависит от типа насадки и коэффицента заполнения барабана           δ = 0,071 (Тарасова)

 кВт

 

мал 8л – 100000/ ср 30-35л – 375000/ бол 80л - 460000