Барабанная сушилка

= 0,71 кмоль / кг.

          Количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива [5] формула 9.3:

                                                         Q = Q_V / ρ_T          (4.3)

       Q = 35768,5 / 0,71 = 50378,2 кДж / кг

     Теоретическое количество сухого воздуха L₀, затрачиваемого на сжигание

1 кг  топлива [2] формула 10.10:

                                        

         (4.4)

     Подставив значения в формулу (4.4) получим:

= 54,6 кг / 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 = 500ºС.

     Значения  α находят из уравнений теплового и материального балансов.

     Уравнение материального баланса [5] формула 9.4:

                                     ,        (4.5)

где L_с.г. – масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива; С_mH_n – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

     Уравнение теплового баланса [5] формула 9.5:

           ,      (4.6)

где η  – общий коэффициент полезного  действия топки, принимаем η = 0,95 [7];

      с_т = 1,34 кДж/(кг·К) – теплоемкость газообразного топлива при температуре       t_т = 20ºС[4];

      I₀ – энтальпия свежего воздуха, кДж / кг;

      i_с.г. – энтальпия сухих газов, кДж/кг; i_п – энтальпия водяных паров. кДж/кг.

     Энтальпия сухих газов i_с.г. равна [5] с.295:

                                                   i_с.г. = с_с.г. · t_с.г.,          (4.7)

где с_с.г – удельная теплоемкость топочных газов (принимаем приближенно равной теплоемкости воздуха при средней температуре дымовых газов), кДж/(кг·К);

     t_с.г – температура топочных газов на выходе из топки.

       Удельная  теплоемкость топочных газов при их средней температуре (500 + +100) / 2 = 300°С, равна с_т.г. = 1,122·10³ Дж / (кг·К) [4].

с_с.г = 1,185 кДж / (кг·К) при t_с.г. = 500ºС [4].

         Подставим данные значения в формулу 4.7 и получим:

       i_с.г. = 1,185 · 500 = 561 кДж / кг.

     Энтальпия водяных паров i_п равна [5] с. 295:

                                           i_п = r₀ +с_п · t_п,                   (4.8)

где r₀ – теплота испарения воды при температуре 0ºС;

      r₀ = 2493 кДж / кг [1];

      с_п – средняя теплоемкость водяных паров, равная

      с_п = 1,97 кДж / кг [4];

Температура водяных паров равна t_п = t_с.г. = t_см = 500ºС.

       Тогда:

       i_п = 2493 + 1,97 · 500 = 3478 кДж / кг.

     Параметры свежего воздуха в районе работы установки, т.е. г. Минск, для летних и зимних условий равны [1] с.538:

     Для зимних условий:

t₀ = – 6,8ºС – среднесуточная температура атмосферного воздуха для января; φ₀ = 88% – относительная влажность атмосферного воздуха.

       Энтальпия влажного воздуха I (в кДж/кг сухого воздуха) рассчитывается по [1] формула 10.7:

I = (с_в + с_п ·x) T + r₀·x,                                                (4.9)

где с_в = 1,01кДж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха (при постоянном давлении) [4];

   x – влагосодержание воздуха, кг пара/кг сухого воздуха;

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

   r₀ = 24931кДж/кг – удельная теплота парообразования воды при 0°С [1].

     Влагосодержание паровоздушной смеси  (в кг пара/кг сухого воздуха) [1] формула 10.5:

                                        ,                                                     (4.10)

где φ  – относительная влажность воздуха ;

   П – общее давление парогазовой  смеси (П =764 мм.рт.ст = 1,018·10⁶ Па – в зимний период) [1];

   P_нас– давление насыщенного водяного парам в воздухе (при температуре мокрого термометра)

   Р_нас = 23 мм.рт.ст. = 0,00311·10⁶ Па.

     

.

     I=(1,01 + 1,97·0,0019)(- 6,8) + 2493 · 0,0019 = -2,2 кДж/кг.

       Для летних условий параметры влажного воздуха найдем по диаграмме Рамзина (рисунок 4.2):

t₀ = 17, 5ºС – среднесуточная температура атмосферного воздуха для июля;

     φ₀ = 78% – относительная влажность атмосферного воздуха.

       Влагосодержание х₀ и энтальпия I_о атмосферного воздуха равны:

       х₀ = 0,012 кг / кг сухого воздуха; I_о = 57 кДж / кг сухого воздуха.

       Пересчитаем компоненты топлива, при сгорании которых  образуется вода, из объемных долей  в массовые [1]:

        ,     (4.11)

где Т₁ = 0ºС; Т₂ = 20ºС; V₀ = 22,4 м³ / кмоль; ρ_т = 0,71 кг / м³; М – молярная масса соответствующего газа, кг / кмоль.

       

 кг / кг;

       

 кг / кг;

       

 кг / кг;

       

 кг / кг;

       

 кг / кг.

Количество  влаги, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива [5]:

       Решая совместно уравнения для теплового  и материального балансов, получаем следующее выражения для коэффициента избытка воздуха α [5]:

 

         (4.12)

       Определим коэффициент избытка воздуха  для летнего и зимнего периодов года:

       Для зимних условий:

       

= 1,33.

       Для летних условий:

       

= 1,38.

       Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры 500ºС [5] формула 9.7:

                               

              (4.13)

     Для зимних условий:

       

= 71,5 кг / кг.

       Для летних условий:

       

= 74,3 кг / кг.

       Удельная  масса водяных паров в газовой  смеси при сжигании 1 кг топлива  равна [5] формула 9.8:

           (4.14)

       Для зимних условий:

       

= 2,22 кг / кг.

       Для летних условий:

       

= 2,99 кг / кг.

       Влагосодержание газов на входе в сушилку (х₁ = х_см) на 1 кг сухого воздуха равно[5]:

       х₁ = G_п / G_с.г.      (4.15)

       Для зимних условий:

       х^З₁ = 2,22 / 71,5 = 0,031 кг / кг.

       Для летних условий:

       х^Л₁ = 2,99 / 74,3 = 0,039 кг / кг.

       Энтальпия газов на входе в сушилку I₁ равна [5] формула 9.9:

            (4.16)

       Для зимних условий:

       

= 505 кДж / кг.

       Для летних условий:

       

= 540 кДж / кг. 

     4.2 Материальный и тепловой балансы сушилки

     Из  уравнения материального баланса сушки [1] формула10.1 определим расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала W и расход высушенного материала G_к.

       G_н = G_к + W     (4.17)

    Расход  влаги, удаляемой из высушиваемого  материала равен [1] формула 10.2:

        ,      (4.18)

где G_н – производительность по исходному влажному материалу, кг/ч; ω_н, ω_к – влажность материала начальная и конечная соответственно.

G_н = 12000 кг / ч; ω_н = 21% масс. ω_к = 7% масс.

       

1807 кг / ч.

     Расход  высушенного материала равен:

       G_к = G_н – W      (4.19)

       G_к = 12000 – 1807 = 10193 кг / ч.

     Уравнение внутреннего теплового баланса сушилки [5] формула 9.11:

                                              

,      (4.20)

где Δ – разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере; с_в – теплоемкость воды (влаги) в материале,                               с_в = 4190 Дж/(кг·К); θ_н – температура влажного материала; q_м – удельный подвод тепла с высушиваемым материалом кДж / кг влаги; q_п – удельные потери тепла в окружающую среду. кДж / кг влаги.

       Удельные  потери тепла в сушильном барабане на нагрев высушиваемого материала  будут равны [6] формула 10.11:

       q_м = G_к · с_м · ( θ_к – θ_н) / W,     (4.21)

где с_м = 880 Дж / (кг·К) – теплоемкость высушиваемого материала (глины)[1]; θ_к и θ_н – температуры влажного и высушенного материала, °С; G_к – расход по высушенному материалу, кг / ч.

     Начальная температура материала равна  θ_н = 20ºС. Конечную температуру материала примем равной температуре мокрого термометра сушильного агента t_м, с которым в контакте находится высушенный материал [5]. Температуру мокрого термометра сушильного агента на выходе из сушилки можно приблизительно принять равной температуре мокрого термометра сушильного агента на выходе для процесса теоретической сушки. Для летних условий t_м = 68ºС, для зимних условий t_м = 65ºС. Так как отличие в температурах небольшое, то примем конечную температуру материала равной температуре мокрого термометра сушильного агента на выходе из сушилки для зимних условий         θ_к = 65ºС.

     Тогда, удельные потери тепла в сушильном  барабане на нагрев высушиваемого материала  будут равны:

       

= 2233770 Дж / кг или 223,4 кДж / кг.

     Удельные  потери тепла в окружающую среду равны [3] формула 507:

       q_п = Q_п / W,      (4.22)

где Q_п – тепловые потери с цилиндрической поверхности сушильного барабана, Вт.

          Для определения Q_п найдем основные размеры сушильного барабана. 

     4.3 Расчет основных размеров барабана 

     Найдем диаметр барабана из соотношения [2] формула 10.65:

        ,    (4.23)

где L = 5 · D – длина барабана (рекомендуется L/D принимать в диапазоне значений 3,5 ÷ 7) [2];

       V_Б – объем сушильного барабана, м³;

      D – диаметр сушильного барабана, м.

     Объем сушильного пространства сушилки определим по [6] формула 10.2:

       V_Б = W / А_υ,     (4.24)

где А_υ – напряжение барабана по влаге. По опытным данным сушки в барабанных сушилках напряжение барабана по влаге для глины равно А_υ = 50 кг / (м³·ч) [5].