Расчет барабанной сушилки для сушки кускового мела

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений или улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении и последующей обработке этих материалов.
Влагу можно удалять из материала механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т. е. с помощью тепловой сушки.
Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием), а окончательное – сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.
В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе – процесс слишком длительный.
По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Удаление влаги сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена).
По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:
1) конвективная сушка – путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);
2) контактная сушка – путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
3) радиационная сушка – путем передачи тепла инфракрасными лучами;
4) диэлектрическая сушка – путем нагревания в поле токов высокой частоты;
5) сублимационная сушка – сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи тепла этот вид сушки аналогичен контактной, но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять в особую группу.

1. Введение

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений или улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении и последующей обработке этих материалов.
Влагу можно удалять из материала механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т. е. с помощью тепловой сушки.
Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием), а окончательное – сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.
...

2.2. Внутренний баланс сушильной камеры

Величина ∆, называемая внутренним балансом сушильной камеры, выражает разность между приходом и расходом теплоты непосредственно в сушильной камере без учета теплоты сушильного агента:

∆ = qвл – (qм – qп)

Расчет величины ∆ выполняют для летних и зимних условий.
Удельный приход теплоты с влагой материала равен

qвл = свлΘ1,

где свл – удельная теплоемкость влаги, удаляемой из материала; для воды свл = 4,19 кДж/(кг∙К).
Удельный расход теплоты на нагревание высушенного материала равен

qм = G2c2(Θ2- Θ1)/W

Удельную теплоемкость c2 высушенного материала рассчитывают по формуле:

с2 = с0 + (свл – с0)u2

где с0 – удельная теплоемкость абсолютно сухого материала (3, табл. 2.1, стр.
...

2.5. Расчет рабочего объема сушилки.

Размеры сушилки в значительной степени зависят от интенсивности тепломассообменных процессов.
Общее количество теплоты, затрачиваемой в процессе сушки за 1с, определяют по формуле:

Q0 = L((I1 – I0)

зима
Q0 = 1,023(130-(-9,04)) = 142,24 кВт
лето
Q0 = 0,964(150-42) = 104,11 кВт

Вычитая из него тепловые потери на нагрев транспортных устройств и в окружающую среду, можно найти количество теплоты, передаваемой высушиваемому материалу в рабочем объеме сушилки за 1 с:

Q = Q0 – W(qтр + qп)

зима
Q = 142,24-0,027*129,58 = 138,74 кВт
лето
Q = 104,11-0,027*129,58 = 100,61 кВт

Т.к. расчетные данные по зиме больше, чем по лету, дальнейший расчет ведем по зиме.

Из уравнения A = W/Vp находим рабочий объем сушилки:

Vp = W/A

Интенсивность теплообмена в сушилке определяется по уравнению:

А = Kv∆tср

Kv – объемный коэффициент тепломассообмена (3, табл. 2.6, стр.
...

2.6. Расчет коэффициента теплоотдачи

Для расчета конвективной теплоотдачи при продольном обтекании поверхности турбулентным потоком газа применяют уравнение:
Re =
Среднюю температуру сушильного агента находим по формуле:

tср = Θм + ∆tср

Θм = ˚С
tср = 24 + 29,8 = 53,8˚С

υ – средняя скорость газа, υ = 3 м/с
По табл. 2.7, стр.24и [3] при температуре tср = 53,8˚С находим:
λ = 2,83∙10-2 Вт/м∙К
ν = 18,58∙10-6 м2/с
Pr = 0,695

Re =

Определяющим меловым размером является диаметр кусков l = 0,02 м

Коэффициент теплоотдачи к частицам (кускам) материала можно рассчитать по уравнению, справедливому для значений Re>1000:

Nu = 2 + 1,05Re0,5Pr0,33Gu0,175

Принимаем Pr = 0,7.
Критерий Гухмана Gu, введенный в уравнение, учитывает влияние массообмена на теплообмен:

Gu = (tср – tм)/(273+ tср),

где tср – средняя температура газа, ˚С; tм – температура мокрого термометра, ˚С.

Gu =
Nu = 2 + 1,05*3229,30,5*0,70,33*0,160,175 = 40,77

Коэффициент теплоотдачи:
α =

2.7.
...

2.7. Расчет параметров барабанной сушилки

Из материального баланса сушилки следует зависимость, по которой можно найти коэффициент заполнения ψ барабана, то есть долю рабочего объема барабана, заполненную материалом:
ψ =
где ρн - насыпная плотность материала (табл. 2.6, стр. 22); ρн = 1200кг/м3

ψ =
Во избежание чрезмерного пылеуноса скорость газов υг в барабане не должна превышать 2,5-3 м/с. Исходя из этого условия, находят допустимый диаметр сушильного барабана:

Dб =

где ρ2 и L – плотность и расход абсолютно сухого сушильного агента.
...

2.8. Расчет гидравлического сопротивления сушильной установки.
Потерю давления на трение Ртр и на преодоление местных сопротивлений Рм на отдельных участках газового тракта рассчитываются по уравнениям:
;

где λ – коэффициент трения, λ=0,02; l и dэ – соответственно длина и эквивалентный диаметр расчетного участка тракта; ρ и υ – соответственно плотность и средняя скорость газа на этом участке; ∑ξм – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке тракта.

Разобьем сушильную установку на участки:

1 участок: от вентилятора до калорифера:
,
Найдем диаметр трубопровода на участке:

,
,
υ=1015м/с, принимаем υ =15 м/с, м=1,5.

.

2 участок: от калорифера до сушильного барабана:
,
,
,
,
,
,
.

3 участок: от сушильного барабана до циклона:
в.г=0,945
υ=10м/с,
=0,18
,
,
,
 .
...