Барабанная сушилка

V_Б = 1807 / 50 = 36,14 м³.

     Выразим из соотношения (4.23) диаметр сушильного барабана:

                                                   

              (4.25)

       

= 2,09 м.

     Примем  нормализованные размеры барабана по каталогу [6] таблица 10.1:

       D = 2, 2 м; L = 12 м. Объем сушильного пространства равен V_Б = 41, 8 м³.

     Определим потери тепла в окружающую среду.

     Норма тепловых потерь с одного погонного  метра цилиндрической поверхности  может быть определена по эмпирической формуле [6]:

       К · Q_п / L = 145 · D + 0,6 · t + 1,7 · D · t,   (4.26)

где К  – поправочный коэффициент; t – средняя температура дымовых газов; D – диаметр сушильного барабана с учетом слоя изоляции.

       t = (t_н + t_к) / 2 = (500 + 100) / 2 = 300ºC.

     Примем, что установка находится в помещении, имеющем температуру 25ºС тогда поправочный коэффициент К = 1 из таблицы [6]. Наружный диаметр барабана с учетом слоя изоляции примем предварительно равным 2,4 м.

     Подставим значения в (3.24):

       1 · Q_п / L = 145 · 2,4 + 0,6 · 300 + 1,7 · 2,4 · 300 = 1752 Вт / м длины.

     Потери  тепла по всей длине барабана равны:

     Q_п = 10 · 1752 = 17520 Вт · 3600 = 631·10⁵ Дж / ч.

     Подставим полученное значение в (3.20):

       q_п = 631·10⁵ / 1807 = 34920 Дж / кг влаги или 34,9 кДж / кг.

     Тогда Δ равно:

       Δ = 4,19 · 20 – (223,4 + 34,9) = – 174,5 кДж / кг влаги. 

     4.4 Параметры сушильного агента на выходе из барабана

     Определим параметры сушильного агента на выходе из барабана. В теоретической сушилке  энтальпии I₁ и I₂ равны, так как все тепло идет на испарение влаги. Для определения параметров сушильного агента на выходе из барабана в действительной сушилке запишем уравнение рабочей линии сушки.

       I₂ = ∆ · (х^/₂ – х₁) + I₁     (4.27)

     В данном уравнении известны величины I₁, х₁ и ∆. Для определения влагосодержания сушильного агента при выходе из сушильного барабана х₂, зададимся двумя произвольными значениями х^/₂ и близкими к х₂^т – влагосодержание сушильного агента в условиях теоретической сушки, и вычислим соответствующие им значения энтальпии I^/₂ .

     Для зимних условий х₂^т = 0,031 кг / кг сухого воздуха.

     Примем  х^/₂ = 0,1 кг / кг сухого воздуха, тогда

       I^/₂ = – 174,5 · (0,1 – 0,031) + 505 =493 кДж / кг.

     Проведем  линию через точки с координатами I₁, х₁ и на пересечении ее с изотермой t₂ = 100˚С определим х₂ (рисунок 4.4.1).

     х^З₂ = 0,118 кг / кг сухого воздуха;

     I^З₂ = – 174,5 · (0,118 – 0,031) + 505 =490 кДж / кг сухого воздуха

Аналогично  для летних условий х₂^т = 0,039 кг / кг сухого воздуха.

       Примем  х^/₂ = 0,1 кг / кг сухого воздуха, тогда

       I^/₂ = – 174,5 · (0,1 – 0,039) + 540 = 529 кДж / кг.

       Проведем  линию через точки с координатами I₁, х₁; , ; и на пересечении ее с изотермой t₂ = 100˚С определим х₂ (рисунок 4.1).

       х^Л₂ = 0,13 кг / кг сухого воздуха;

       I^Л₂ = – 174,5 · (0,13 – 0,039) + 540 = 524 кДж / кг сухого воздуха 

     

 

       Рисунок 4.1 ‒ Определения влагосодержания газов при зимних условиях

       

 

       Рисунок 4.2 ‒Определение влагосодержания газов при летних условиях 

     4.5 Массовый расход дымовых газов через сушильный барабан 

     Массовый  расход топочных газов (абсолютно сухих) L через сушильный барабан найдем по [5] формула 9.13:

                                             L_с.г. = W / (х₂ – х₁)                                  (4.28)

     Для зимних условий:

     L^З_с.г. = 1807 / (0,118 – 0,031) = 13385 кг / ч.

     Для летних условий:

     L^Л_с.г. = 1807 / (0,13 – 0,039) = 13286 кг / ч.

     Определим расход тепла на сушку [5] формула 9.15:

                                          Q_c = L_с.г. · (I₁ – I₀)                         (4.29)

     Для зимних условий:

     Q^З_c = 13385 · (644 ‒ (‒2,2)) / 3600 = 2403кДж / с или 2403 кВт.

     Для летних условий:

     Q^Л_c = 13286 · (675– 42) / 3600 = 2336 кДж / с или 2336 кВт.

     4.6 Объемный расход влажных газов на входе и выходе из барабана 

     Объемный  расход влажных газов на входе  в барабан [6]:

     V_вх = L_с.г. · (1 + х₁) / ρ₁,     (4.30)

     Объемный  расход влажных газов на выходе из барабана [6]:

     V_вых = L_с.г. · (1 + х₂) / ρ₂,    (4.31)

     где ρ₁ и ρ₂ – плотности сушильного агента при t₁ и t₂ соответственно.

     Плотность газов при произвольной температуре  определяется по закону Менделеева – Клапейрона.

     ρ_t = ρ₀ · T₀ / (T₀ + t),    (4.32)

     где ρ₀ – плотность газа при температуре T₀.

     Примем  ρ₀ = 1,293 кг / м³ при T₀ = 273 К (как для воздуха) [6].

     ρ₁ = 1,293 · 273 / (273 + 500) = 0,457 кг / м³;

     ρ₂ = 1,293 · 273 / (273 + 100) = 0,946 кг / м³;

     Тогда для зимних условий:

     V^З_вх = 13385 · (1 + 0,031) / 0,457 = 30197 м³ / ч;

     V^З_вых = 13385 · (1 + 0,166) / 0,946 = 16498 м³ / ч.

     Для летних условий:

     V^Л_вх = 13286 · (1 + 0,039) / 0,457 = 30167 м³ / ч;

     V^Л_вых = 13286 · (1 + 0,175) / 0,946 = 16473 м³ / ч. 

     4.7 Действительная скорость сушильного агента в барабане 

     Определим действительную скорость сушильного агента в барабане [3]:

     ω_д = υ_г / (0,785 · D²),    (4.33)

     где υ_г – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м³/с.

     Объемный  расход влажного сушильного агента на выходе из барабана [3]:

                               

,                        (4.34)

     где х_ср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг / кг сухого воздуха;  

           t_ср – средняя температура топочных газов, t_ср = = 300ºС.

     х_ср = (х₁ + х₂) / 2 = (0,031 + 0,166) / 2 = 0,099 кг / кг сухого воздуха.

     Подставим в (4.32) и получим:

     

 м³ / с.

     Тогда:

     ω_д = 6,9 / (0,785 · 2, 2²) = 1,8 м / с. 

     Аналогично  рассчитаем для летних условий и сводим полученные данные в таблицу 4.3: 
 

Таблица 4.3 – Сводная таблица расчетов параметров  для летних и зимних условий

	Для летних условий	Для зимних условий
Массовый  расход топочных газов, кг/ч	13286	13385
Расход  тепла на сушку, кВт	2336	2403
Объемный  расход влажных газов на входе  в барабан, м3/ч	30167	30197
Объемный  расход влажных газов на выходе из барабана, м3/ч	16473	16498
Среднее содержание влаги кг/кг сухого воздуха	0,107	0,099
Объемный  расход влажного сушильного агента на выходе из барабана,  м3/с	7,02	6,9
Действительная  скорость сушильного агента в барабане, м/с	1,85	1,8

 
 

     4.8. Определение времени пребывания материала в сушилке и угла наклона барабана 

     Среднее время пребывания материала в  сушилке [1]:

      ,     (4.35)

     где G_М – количество находящегося в сушилке материала, кг.

     G_М = V_Б · β · ρ_м,     (4.36)

     где ρ_м = 1380 кг / м³ – насыпная плотность высушиваемого материала [1]; β – степень заполнения барабана.

     Для сушки глины применяются подъемно-лопасные перевалочные устройства со степенью заполнения барабана β = 12% [3].

     G_М = 41,8 · 0,12 · 1380 = 6922 кг.

     Тогда

     

 с. 

     Угол  наклона барабана определяется по [2] формула 10.79:

      ,    (4.37)

     где L – длина барабана, м;

           d – диаметр барабана, м;

          ω_д – действительная скорость газов на выходе из барабана, м / с;

           n = 5 – число оборотов барабана, об / мин.

     

 

     4.9. Расчет теплоизоляции барабана 

     Для изоляции применяем шлаковую вату, работающую до температур порядка 700ºС.[4]

     Схематическое изображение стенки барабана показано на рисунке 4.4.

     δ₁ = 14 мм – толщина стенки барабана [7]; δ₃ = 1 мм – толщина стенки кожуха из листового железа, покрытого масляной краской; δ₂ – толщина слоя изоляции.

     Расчет  ведем для зимних условий. Примем, что сушилка находится в помещении  при температуре окружающей среды t_окр = 25˚С.

     По  справочнику [4] найдем коэффициенты теплопроводности:

     λ₁ = 45,0 Вт / (м²·К) теплопроводность стали при t_ср = 300˚С(п. 4.7);

     λ₃ = 51,7 Вт / (м²·К) – теплопроводность стали при t = 25˚С.

     Теплопроводность  шлаковой ваты равна [4]:

                                              λ₂ = 0,065 + 0,00035 · t                (4.38)

     λ₂ = 0,065 + 0,00035 · (300 + 25) / 2 = 0,122 Вт / (м²·К).

     Определим коэффициент теплопередачи [1]:

     К = Q_п / (F · ∆t_ср),     (4.39)

     где F = π · d · l = 3,14 · 2,2 · 12 = 82,9 м².

       
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 4.4 ‒ Схематическое изображение стенки барабана 

     Определим среднюю разность температур [1]:

     

ºС.

     Q_п = 16870 Вт (п. 4.3) – тепловой поток (потери в окружающую среду).

     К = 16870 / (82,9 · 216,7) = 0,94 Вт / (м²·К)

     Определим коэффициент теплоотдачи α₁ от сушильного агента к стенке барабана [1].

     Расчет  производим для средней температуры  сушильного агента в барабане t_ср = 300˚С.(п.4.7)