Расчет и проектирование пневматической сушильной установки

Расчет и проектирование пневматической сушильной установки

Расчет и проектирование пневматической сушильной установки

Исходные данные

1.      Сушимый материал: картофельный крахмал;

2.      Средняя плотность материала с_м =1500 кг/м³;

.        Теплоемкость сухого материала С_м = 0,8 кДж/кгºС;

.        Состав - доля фракции d_0,5 = 2 мм; d_0,3 = 1 мм; d_0,2 = 3 мм;

.        Влажность: W₀ = 40%; W₂ = 18%; W_к = 35%;

.        Производительность по готовой продукции G₂ = 1,7 т/ч

.        Дымовые газы: t₁ = 140 ºС; t₂ = 50ºС;

.        Воздух: t₀ = 10ºС; d₀ = 4 г/кг;

.        Топливо: природный газ (Надым-Пунга-Н. Тура-Свердловск-Челябинск) Q_Н^Р=35590 кДж/м³;

.        Схема получения сушильного агента: Б;

1. Материальный баланс сушильной установки

Начальное, критическое и конечное влагосодержания сушимого материала

Производительность сушильной установки по абсолютно сухой массе

Расход влажного материала

Количество испаряемой влаги

2. Состав и теплота сгорания топлива

Состав газообразного топлива

Высшая теплота сгорания топлива

Q_в^р=Q_н^р+2514*У (0,09*n/12m+n)*C_mH_n=35590+2514*((0,09*4/12+4)*97,36+(0,09*6/12*2+6)*0,28+(0,09*8/12*3+8)*0,44+(0,09*10/12*4+10)*0,04=36042,0кДж/кг

3. Определение основных параметров топочных газов

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания газообразного топлива=1,38*(0,0179CO+0,248H2+0,44H2S+У((m+n/4)/12m+n)*CmHn-O2)=1,38*((1+4/4)/(12*1+4)*97,36+(2+6/4)/(12*2+6)*0,28+(3+8/4)/(12*3+8)*0,17+(4+10/4)/(12*4+10)*0,04=17,0 кг/кг

БТ=1,03

Коэффициент избытка воздуха в топке для газообразного топлива

Масса сухих продуктов сгорания газообразного топлива

G_сг=1+б_mL_o-У (0,09*n/12m+n)*C_mH_n=1+1,03*17,0 - ((0,09*4/12+4)*97,36+(0,09*6/12*2+6)*0,28+(0,09*8/12*3+8)*0,17+(0,09*10/12*4+10)*0,04=16,31 кг/кг.

Масса водяных паров в составе продуктов сгорания для сухого газообразного топлива

G_п=У (0,09*n/12m+n)*C_mH_n+б₀L₀d₀/1000=((0,09*4/12+4)*97,36+(0,09*6/12*2+6)*0,28+(0,09*8/12*3+8)*0,17+(0,09*10/12*4+10)*0,04+1,03*17,07*4/1000=2,27 кг/кг

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки

Влагосодержание продуктов сгорания на выходе из топки

Энтальпия наружного воздуха

=c0t0+(2500+2tп)*d/1000=1,29*10+(2500+2*10)*4/1000=10,13кДж/кг

Коэффициент избытка воздуха, дополнительно подаваемого в камеру смешения

бдоп = Qвр зт+стtт+бmL0I0 - GсгСсгtсг - Gniсм/L0(свtсм + iсмd0/1000 - I0)=

*0,9 +1,534*10+1,03*17,0*10,13 - 16,31*1,0796*140 - 2,27*2780/(1,015*140 + +2780*4/1000 - 10,13) *17,0= 9,12

Энтальпия смеси продуктов сгорания и присадочного воздуха на выходе из камеры смешения

I_см= Q_в^рз_т+с_тt_т+(б_доп+ б_m) L₀I₀/G_сг + б_допL₀=36042*0,9 + 1,534*10 +(11,22+1,03) 17,0*10,13/16,31 + 11,22*17,0 = 184,3

Кратность смешения продуктов сгорания и присадочного воздуха

n = I_m - I_см/I_см - I₀ = 2000,64-184,3/184,3-10,13 = 11

Влагосодержание смеси продуктов сгорания и присадочного воздуха на выходе из камеры смешения

4. Определение основных параметров сушильного агента в процессе сушки материала (по i-d диаграмме)

Удельный расход теплоты на испарение влаги

q_исп=(i₀+C_пt₂-C_wϑ₀)=(2500+2*50-4,19*10)=2524,6 кДж/кг

Удельный расход теплоты на нагрев материала

Потери теплоты в окружающую среду

Термовлажностное отношение или угловой коэффициент процесса

Энтальпия сушильного агента на выходе из сушильной установки

Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушильной установки

Энтальпия сушильного агента в конце периода прогрева (в точке П)

I_пр=I₁ - (d₂-d₁) (c_м+c_wu₀) (ϑ_м-ϑ₀)/1000 (u₀-u₂)=184,3 - (47,5-15,8)*(0,8+4,19*0,67)*(31-10)/1000*(0,67-0,219)=178,93

Температура сушильного агента в конце периода прогрева

t_пр=(I_пр-i₀d₁/1000)/(c_в+c_пd₁/1000) = (165,4-2500*15,8/1000)/(1,015+1,33*15,8/1000)=136,6C_k=d₁+(u₀-u_k)*(d₂-d₁)/(u₀-u₂)= 14,5+(0,67-0,538)*(47,5-15,8)/0,67-0,219=20,38 г./кг_k=I_пр+ϑ_m*C_w*(d_k-d₁)/1000= I_пр +ϑ_m*C_w*(u₀-u_k)*(d₂-d₁)/1000*(u₀-u₂)= 177,47 кДж/кг_k=(I_k-i₀*d_k/1000)/(С_в+C_n*d_k/1000)= 123 С

5. Расход топочных газов, присадочного воздуха, сушильного агента и топлива

Расход сушильного агента

Расход присадочного воздуха

L_в=L_сг*n/1+n=19842,3*11/12=18101,7

Расход топочных газов

L_т=L_сг/1+n= 19842,3/12=1740

Часовой расход топлива

Объем топочной камеры для получения сушильного агента

Расчёт скорости витания и объёмного коэффициента теплообмена

Средние значения физических параметров сушильного агента:

температура

-

коэффициент кинематической вязкости

н_г=н_tср=21,1*10^-6 м²/с

- коэффициент теплопроводности

Среднее значение влагосодержания и плотности сушимого материла

Скорость витания частиц в трубе-сушилке определяется по среднему диаметру фракции

w_{вит i}=(4gd_i(с_м - с_г)/(3*о_вит*с_г))^0,5=(4*9,81*0,001*(2166,75-0,9879)/(3*1,1*0,9879))^0,5=6,8 м/с

Скорость сушильного агента в трубе-сушилке

w_г=(1,5-2) w_{вит max}=12 м/с

Сечение трубы-сушилки

F_тр=L_сг/3600*w_г*с_г=19842,3/3600*12*0,9879=0,46м²

Диаметр трубы-сушилки

D_тр=((4*F_тр)/р)=((4*0,46)/3,14)^0,5=0,77

Концентрация частиц материала в трубе-сушилке

в_v=(3*K*(G₁+G₂)*x_i)/2*3600*(w_г-w_{вит i})*F_тр=3*0,68*(2329+1700)/2*3600*(12-6,8)*0,46=0,467 кг/м³

Удельная поверхность частиц отдельной фракции

f_{уд i}=6в_v/d_i*p_м=6*0,467/0,001*2166,75=8,56 м²/м³

Критерий Рейнольдса при скорости витания

Re_{вит i}=w_{вит i}*d_i/н_г=6,8*0,001/22,1*10^-6=307,6

Коэффициент конвективного теплообмена

б_i=(0,186*Re^0,8_{вит i}*л_г)/d_i=(0,186*213,57^0,8,*3,09*10^-2)/0,001=562,2 Вт/м² С

Объёмный коэффициент теплообмена

б_v=б_i*f_{ур I} = 562,2*12,5 = 4811Вт/м³ С

Расчёт высоты трубы-сушилки по участкам

Количество теплоты, отданное сушильным агентом в период прогрева материала

Температурный напор на участке прогрева

Высота участка трубы, соответствующая периоду прогрева

H_пр=Q_пр/3,6*б_v*Дt₂*F_тр=37147/3,6*4811*122*0,46=0,162 м

Количество теплоты, отданное сушильным агентом в первом периоде (постоянной скорости сушки) материала

Температурный напор на участке первого периода сушки

Высота участка трубы, соответствующая первому периоду, м

H₁=Q₁/3,6*б_v*Дt₁*F_тр=595604/3,6*4811*51*0,46=8,93

Q₁₁ =G_сух*[(C_m+C_w*U₂)*(ϑ₂-ϑ_m)+(u_k-u₂)*(i₀+c_n*i₂-c_w*ϑ_m)+(u_k-u₂)*q_окр]=1394,6*((0,8+4,19*0,219)*(31-10)+(0,538-0,219)*(2500+2*172,64-4,19*31)+(0,538-0,219)*286,5=51260 кДж/ч

H₁₁=Q₁₁/3,6*б_v*Дt₁₁*F_тр=51260/3,6*4811*57,3*0,47=0,91 м

Высота участка трубы, необходимая для разгона частиц

H_р=(w_вит*(w_г-w_вит)/2g)*[ln(w_м2-w_г - w_вит)/(w_м1 - w_г - w_вит) - ln(w_м2 - w_г + w_вит)/(w_м1 - w_г + w_вит)]= (6,8*(12-6,8)/2*9,81)*[ln (4,94-12-6,8)/(0-12-6,8) - ln (4,94-12+6,8)/(0-12+6,8)]=1,741 м.

Общая высота пневматической сушильной установки

гидравлический пневматический топливо сушильный

Hтр=Hp+Hпр+H1+H11 =1,741+0,162+8,93+0,91=11,743

6. Гидравлическое сопротивление пневматической сушильной установки

Объёмная концентрация частиц материала в трубе

ч= (G₁+G₂)с_г/2L_сг(1+d_ср)*с_м=(2329+1700)*0,9879/2*19842,3*(1+0,03)*1500=0,0020м3/м3

Потери напора при трении газа о стенки трубы

Потери напора в местных сопротивлениях (сужениях, поворотах) из-за трения газа

Статический напор газового потока (вес столба газа)

ДP₃=с_г*(1-ч)*H_тр*g = 0,9879*(1-0,0020)*0,895*11,743=10,36Па

Потери напора при трении материала о стенки трубы

ДP₄=л_тр^**H_тр/D_тр*(1-ч)*с_мw_м²/2=0,024*1,174/0,77*(1-0,0020)*1500*4,94²/2=2005 Па

л_тр^*=27*(w_t²/gd_i)^-0,75=27*(4,94²/9,81*0,001)^-0,75=0,077

Потери статического напора, обусловленные массой материала на участке стабилизированного движения частиц

ДP₅=с_м*H_ст*ч*g=1500*1,0*0,0020*9,81=31 Па_cт=H_тр-H_р

Потери статического напора, обусловленные массой материала на участке разгона частиц

ДP₆= (w_вит*(с_м-с_г)*G_м/2с_м*F_тр)*ln[(w_м2-w_г - w_вит)*(w_м1 - w_г+ w_вит)/(w_м2 - w_г + w_вит)*(w_м1 - w_г - w_вит)]= [(6,8*(1500-0,9879)*2015,5/2*1500*0,47*3600)*ln (4,94-12-6,8)*(0-12+6,8)/(4,94-12+6,8)*(0-12-6,8)]=10,86

Масса материала, находящегося в трубе

G_м=0,5 (G₁+G₂)=0,5*(2329+1700)=2014,5

Динамические потери напора на разгонном участке

ДP₇=(w_м2-w_м1)*G_м/F_тр=(4,94-0)*2014,5/0,47*3600=5,88Па

Задавшись условной скоростью газа в сечении циклона (w_у=3,5 м/с), определяем диаметр циклона

D_ц=(4L_сг/3600*р*w_цс_ц)^0,5=(4*20290/3600*3,14*3,5*0,9879)^0,5 = 1,21 м

Принимаем

D_ц=125 см

Гидравлическое сопротивление циклона

Полное гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

По найденному полному сопротивлению и расходу сушильного агента L_сг производится выбор тягодутьевого оборудования.

Мощность тягодутьевой установки

Тип электродвигателя АИР 225м8;

Частота n=730 об/мин;

Мощность N_у=30 кВт;

Предельно допустимая производительность 1370м³/ч;

Масса 1000 кг.