Теоретические основы процесса сушки

Газоходы от сушилок до циклонов могут забиваться пылевидным продуктом, поэтому их необходимо монтировать  с минимальным количеством поворотов  и снабжать специальными окнами для  быстрой очистки.

Степень очистки газа от пыли в циклонах зависят от свойств  пылевидных частиц и газа, от скорости движения запыленного газового потока, а также от размеров и конструктивных особенностей циклонных аппаратов. Дисперсный состав пыли и ее плотность  в значительной степени определяют эффективность работы циклонов. Чем  крупнее и тяжелее частицы, тем  полнее они улавливаются в циклонах.

Большое влияние на эффективность  работы циклона оказывает также  скорость, с которой газовый поток  поступает через входной патрубок в аппарат. Величина этой скорости находится  в пределах 20-25 м/с.

Мероприятия по охране окружающей среды и технике безопасности. Благодаря установке пылегазоочистного  оборудования уменьшается воздействие  технологического процесса на окружающую среду и экологические платежи  предприятия. Трубопроводы с горячими теплоносителями и сушильный барабан должны быть оборудованы теплоизоляцией, обеспечивающей наружную температуру до 40 ºС.

2.2 Описание принципа  работы барабанной сушилки

Барабанные  сушилки широко применяются для непрерывной  сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих  материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.)

Перемещение материала вдоль  барабана происходит в основном вследствие наклона барабана. При его вращении материал захватывается лопатками, поднимается, а затем ссыпается  с различной высоты. Это уменьшает  истираемость материалов по сравнению  с сушилками кипящего слоя. Еще  в упрек сушилок кипящего слоя сказывается их сложная конструкция.

При сушке материалов в  барабане происходит передача тепла  конвекцией от газов к падающим частицам и к поверхности материала  в завале и на лопатках, а также  перенос тепла теплопроводностью  от нагретых внутренних устройств аппарата к материалу.

Вследствие хорошего перемешивания  материала допустимы большие  удельные плотности теплового потока, не приводящие к изменениям физико-химических свойств частиц в процессе сушки. Количество тепла, переданного материалу  во время ссыпания, составляет примерно 70 % всего теплового потока в барабанной сушилке, что довольно значимо.

Возможна установка различных  насадок, что обуславливает разнообразные  траектории перемещения высушиваемых частиц по объему материала.

Сушильный барабан прост  в обслуживании.

Все это говорит в пользу выбранной технологической схемы  проведения процесса сушки.

Недостатком является громоздкость барабана, коррозия металла, небольшой  КПД из–за незначительного заполнения объема барабана, и жесткие условия  сушки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

ФЮРА

 Разраб.

Тихонов П.Ю.

 Провер.

Молодежникова Л.И.а

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

 

Расчет барабанной сушилки

Лит.

Листов

 

 

 

3 Расчет барабанной  сушилки

3.1 Параметры топочных  газов, подаваемых в сушилку

В качестве топлива используют природный сухой газ из трубопровода Уренгой–Сургут–Челябинск  следующего состава [в (об. %)]: 98,24 – метан (СН₄); 0,29 – этан (С₂Н₆); 0,2 – пропан (С₃Н₈); 0,09 – бутан (С₄Н₁₀); 0,04 – пентан (С₅Н₁₂);  0,14 – диоксид углерода (СО₂); 1 – азот (N₂) [2].

Теоретическое количество сухого воздуха  L₀, затрачиваемого на сжигание  1 кг топлива, рассчитывается по формуле (3.1):

 

.                                 (3.1)

 

Составы горючих газов  выражены в объемных долях. Подставив  соответствующие значения, получим:

 

 

Для определения теплоты  сгорания топлива воспользуемся   характеристиками горения простых  газов (таблица 3.1).

 

Таблица 3.1 – Характеристики горения простых газов

Газ	Реакция	Тепловой эффект реакции, кДж/моль
Метан	CH4 + 2O2 à CO2 + H2O	35741
Этан	C2H6 + 3,5O2 à 2CO2 + 3H2O	63797
Пропан	C3H8 + 5O2 à 3CO2 + 4H2O	91321
Бутан	C4H10 + 6,5O2 à 4CO2 + 5H2O	118736
Пентан	С5Н12 + 8O2 à 5CO2 + 6H2O	78107

 

Количество тепла Q_υ, выделяющегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

 

Q_υ = ΣQ_i ∙υ_i ,                                                                        (3.2)

 

где Q_i – тепловой эффект реакции, кДж/моль;

      υ_i – доля компонента, доля ед.

 

Q_υ = 0,982·35741 + 0,0029·63797 + 0,002·91321 + 0,0009·118736 + 0,0004·78107 = =35618 кДж/(м³·т)

Плотность газообразного  топлива ρ_т, рассчитывается по формуле (3.3)

 

,                                        (3.3)

где M_i – мольная масса топлива, кмоль/кг;

       t_т – температура топлива, равная 20 °С

       υ₀ – мольный объем, равный 22,4 м³/кмоль.

 

Подставив, получим:

 

     Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1 кг топлива рассчитывается по формуле (3.3):

 

Q = Q_υ/ρ_T ;                                                                       (3.4)

 

Q = 35618/0,679 = 52456,553 кДж/кг.

 

     Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха α, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси t_см = 800 °С.

Значение α находят  из уравнения (3.5):

 

.       (3.5)

 

     Пересчитаем содержание компонентов топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые:

 

n (CH₄) = 0,9824 ·16∙ 273/ [22,4 · 0,679(273 + 20)] = 0,9629 % мас.;

n (С₂Н₆) = 0,0029·30·273/ [22,4·0,679 (273 + 20)] = 0,0053 % мас.;

n (С₃Н₈)= 0,002·44·273/ [22,4·0,679 (273 + 20)] = 0,0054 % мас.;

n(C₄H₁₀)= 0,0009·56·273/ [22,4·0,679 (273 + 20)] = 0,0032% мас.;

n (С₅Н₁₂) = 0,0004·72·273/ [22,4·0,679 (273 + 20)] = 0,0018% мас.

 

     Параметры воздуха (г. Томск) [4] (таблица 3.2) найдём по диаграмме Рамзина (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Диаграмма  Рамзина для влажного воздуха (для  температур от     -10°С).

Таблица 3.2 – Параметры  сушильного агента

T, °С	φ, %	x, кг/кг	I, кДж/кг
19,0	74	0,01	45

 

где T – температура воздуха при летних условиях (по сухому термометру),°C;

      φ – относительная влажность воздуха, %;

       x – влагосодержание воздуха при летних условиях, кг пара/кг сухого воздуха;

       I – энтальпия влажного воздуха при летних условиях, кДж/кг сухого воздуха.

 

     Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:

 

 

     Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (3.5):

 

 

 

 

     Общая удельная  масса сухих газов, получаемых  при сжигании 1 кг топлива  и  разбавлении топочных газов воздухом  до температуры смеси 800 °С, равна  (формула (3.5)):

 

                                 (3.9)

 

кг/кг

       Удельная  масса водяных паров в газовой  смеси при сжигании 1 кг топлива:

 

                                   (3.10)

 

        кг/кг

 

     Влагосодержание газов на входе в сушилку (x₁ = x_см) на 1 кг сухого воздуха равно (формула (3.11)):

 

х₁  = G_П/G_c.г .                                              (3.11)

 

Откуда

 х_{1 зим} = 1,6909/48,97 = 0,0345 кг_/кг;

 

.

 

     Энтальпия газов на входе в сушилку (формула (3.12)):

 

I₁ = (Qη + c_TT_T + αL₀I₀)/G_сг.                                       (3.12)

 

I₁ = (52456,553·0,95 +1,34·20 + 2,944·17,04·44,76)/48,97 = 1064,023 кДж/кг.

 

     Поскольку коэффициент избытка воздуха α велик, физические свойства газовой смеси,  используемой  в  качестве сушильного  агента,   практически   не отличаются физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I–х.

 

3.2 Параметры отработанных  газов. Расход сушильного агента

     Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W, удаляемой из высушиваемого материала (формула (3.13)):

 

W = G_к (ω_н – ω_к) / (100 – ω_н).         (3.13)

 

W = 1,53 (9 – 0,05) / (100 – 9) = 0,15 кг/с;

.

     Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки (формула (3.14)):

 

Δ = cθ₁ + Q_доп – (Q_T + Q_M + Q_П),                                           (3.14)

 

где Δ – разность между  удельным приходом и расходом тепла  непосредственно в сушильной  камере;

       с – теплоемкость влаги во влажном   материале при температуре θ₁, кДж/(кг·К);

      Q_доп – удельный дополнительный  подвод тепла в сушильную камеру,  кДж/кг влаги;  при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп = 0;

      Q_т – удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, кДж/кг влаги;  в рассматриваемом случае Q_т = 0;

      Q_м – удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом,   кДж/кг влаги; Q_м = G_кc_м(θ₂ – θ₁)/W;

      с_м – теплоемкость высушенного материала, равная 0,92 кДж/(кг·К) [5];

      θ₂ – температура высушенного материала на выходе из сушилки, °С;

      Q_п – удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги, удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испарённой влаги Q_п = 22,6 кДж/кг.

 

Δ_лет = 4,19·20 – 1,53·0,92·(70–20)/0,15 – 22,6 = –408 кДж/кг влаги.

 

     Запишем уравнение рабочей линии сушки (формула (3.15)):

 

Δ = I – I₁/(x – x₁), или I = I₁ + Δ (x – x₁).                          (3.15)

 

     Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I–x (рисунок 3.2) необходимо знать координаты (х и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующее значение I. Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сухого воздуха.

 

Тогда

 

I_лет =1064,023 –408(0,1 – 0,0345) = 1050,047 кДж/кг сухого воздуха.

 

     Через две точки на диаграмме I–х с координатами х₁, I₁ и x, I проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂ = 90 °С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂ находим параметры отработанного сушильного агента:  х₂ = 0,125 кг/кг, I₂ = 1030 кДж/кг.

 

Рисунок 3.2 – Диаграмма  Рамзина для влажного воздуха (для  температур от 50°С)

 

L_сг = W/(x₂ – x₁);                                                      (3.16)

 

L_сг = 0,15/(0,125 – 0,0345) = 1,65 кг/с;

 

     Расход сухого воздуха (формула (3.17)):

 

L = W/(x₂–x₀).                                                         (3.17)

 

L = 0,15/(0,125 – 0,01) = 1,3 кг/с;

 

 

     Расход тепла на сушку (формула (3.18)):