Расчет и проектирование пневматической сушильной установки
Исходные данные
1. Сушимый материал: картофельный крахмал;
2. Средняя плотность материала см =1500 кг/м3;
. Теплоемкость сухого материала См = 0,8 кДж/кгºС;
. Состав - доля фракции d0,5 = 2 мм; d0,3 = 1 мм; d0,2 = 3 мм;
. Влажность: W0 = 40%; W2 = 18%; Wк = 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) QНР=35590 кДж/м3;
. Схема получения сушильного агента: Б;
Материальный баланс сушильной установки
Начальное, критическое и конечное влагосодержания сушимого материала
Производительность сушильной установки по абсолютно сухой массе
Расход влажного материала
Количество испаряемой влаги
Состав и теплота сгорания топлива
Состав газообразного топлива
| Состав газа по объему, % | |||||||||||||
| CH4 | C2H6 | C3H8 | С4H10 | C5H12 | C6H14 | CO | CO2 | N2 | O2 | H2S | H2 | Qpн кДж/м3 | плотн, |
| 98,7 | 0,16 | 0,18 | 0,01 | - | - | - | 0,08 | 1,0 | - | - | - | 0,725 | |
| 97,36 | 0,28 | 0,44 | 0,04 | - | - | - | 0,17 | 1,72 | - | - | - | ||
Высшая теплота сгорания топлива
Qвр=Qнр+2514*У (0,09*n/12m+n)*CmHn=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
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
Gсг=1+бmLo-У (0,09*n/12m+n)*CmHn=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
Gп=У (0,09*n/12m+n)*CmHn+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
Iсм= Qврзт+стtт+(бдоп+ бm) L0I0/Gсг + бдопL0=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 = Im - Iсм/Iсм - I0 = 2000,64-184,3/184,3-10,13 = 11
Влагосодержание смеси продуктов сгорания и присадочного воздуха на выходе из камеры смешения
Определение основных параметров сушильного агента в процессе сушки материала (по i-d диаграмме)
Удельный расход теплоты на испарение влаги
qисп=(i0+Cпt2-Cwϑ0)=(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)
Iпр=I1 - (d2-d1) (cм+cwu0) (ϑм-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
tпр=(Iпр-i0d1/1000)/(cв+cпd1/1000) = (165,4-2500*15,8/1000)/(1,015+1,33*15,8/1000)=136,6Ck=d1+(u0-uk)*(d2-d1)/(u0-u2)= 14,5+(0,67-0,538)*(47,5-15,8)/0,67-0,219=20,38 г./кгk=Iпр+ϑm*Cw*(dk-d1)/1000= Iпр+ϑm*Cw*(u0-uk)*(d2-d1)/1000*(u0-u2)= 177,47 кДж/кгk=(Ik-i0*dk/1000)/(Св+Cn*dk/1000)= 123 С
Расход топочных газов, присадочного воздуха, сушильного агента и топлива
Расход сушильного агента
Расход присадочного воздуха
Lв=Lсг*n/1+n=19842,3*11/12=18101,7
Расход топочных газов
Lт=Lсг/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
нг=нtср=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
wвит i=(4gdi(см- сг)/(3*овит*сг))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
wг=(1,5-2) wвит max=12 м/с
Сечение трубы-сушилки
Fтр=Lсг/3600*wг*сг=19842,3/3600*12*0,9879=0,46м2
Диаметр трубы-сушилки
Dтр=((4*Fтр)/р)=((4*0,46)/3,14)0,5=0,77
Концентрация частиц материала в трубе-сушилке
вv=(3*K*(G1+G2)*xi)/2*3600*(wг-wвит i)*Fтр=3*0,68*(2329+1700)/2*3600*(12-6,8)*0,46=0,467 кг/м3
Удельная поверхность частиц отдельной фракции
fуд i=6вv/di*pм=6*0,467/0,001*2166,75=8,56 м2/м3
Критерий Рейнольдса при скорости витания
Reвит i=wвит i*di/нг=6,8*0,001/22,1*10-6=307,6
Коэффициент конвективного теплообмена
бi=(0,186*Re0,8вит i*лг)/di=(0,186*213,570,8,*3,09*10-2)/0,001=562,2 Вт/м2 С
Объёмный коэффициент теплообмена
бv=бi*fур 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
Hпр=Qпр/3,6*бv*Дt2*Fтр=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*бv*Дt1*Fтр=595604/3,6*4811*51*0,46=8,93
Q11 =Gсух*[(Cm+Cw*U2)*(ϑ2-ϑm)+(uk-u2)*(i0+cn*i2-cw*ϑm)+(uk-u2)*qокр]=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*бv*Дt11*Fтр=51260/3,6*4811*57,3*0,47=0,91 м
Высота участка трубы, необходимая для разгона частиц
Hр=(wвит*(wг-wвит)/2g)*[ln(wм2-wг - wвит)/(wм1 - wг - wвит) - ln(wм2 - wг + wвит)/(wм1 - wг + wвит)]= (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