Расчет пневматической трубы-сушилки

Расчет пневматической трубы-сушилки

Содержание

Введение

. Пневматическая труба-сушилка

.1 Описание технологического процесса

. Расчет пневматической трубы-сушилки

.1 Расчёт параметров топочных газов при горении природного газа

.2 Расчет пневматической трубы-сушилки

.3 Технологический расчет

.4 Материальный баланс

.5 Построение рабочей линии процесса сушки на У-х диаграмме

.6 Тепловой баланс

.7 Гидродинамический расчет

.8 Расчет диаметра трубы-сушилки

.9 Расчет длины трубы-сушилки

.10 Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Главная задача лесного хозяйства - обеспечение непрерывного, неистощительного и рационального пользования лесом.

В настоящее время, когда потребность в древесине постоянно возрастает, особую важность приобретает ее комплексное использование. Удовлетворение потребности народного хозяйства в древесине в ближайшие годы будет осуществляться за счет экономного и наиболее полного использования.

Сушка - удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей, например летучих органически растворителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар). Сушке подвергают влажные тела: твердые-коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые и другие (эта группа высушиваемых материалов наиболее распространена); пастообразные; жидкие - суспензии, эмульсии, растворы.

Цель сушки, широко применяемой в производствах химико-лесного комплекса, сельском хозяйстве, пищевой, строительных материалов, кожевенной, легкой и других отраслях народного хозяйства - улучшение качества веществ и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию и хранению. Данный процесс часто является последней технологической операцией, предшествующей выпуску готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно-тепловыми.

Целью курсовой работы является расчет пневматической трубы-сушилки.

1.      
Пневматическая труба-сушилка

Пневматическая сушилка (труба-сушилка) применяется для сушки мелкодисперсных, кристаллических, волокнистых материалов, стружки, щепы и волокна. Сушка происходит в горизонтальной и вертикальной трубе. Эту сушилку используют как первую стадию с досушкой в других сушилках.

Пневматическая сушилка представляет собой вертикальную трубу постоянного сечения длиной 10-20 м. В один конец трубы (обычно в нижнюю часть) подается влажный материал из бункера питателем. Он подхватывается горячим газом и на проходе через сушилку высушивается. Из трубы газ со взвешенными в нем частицами поступает в циклон для улавливания высушенного продукта. Исследования показали, что в циклон -аппаратах эффективно продолжается сушка. Это позволяет уменьшить длину сушилки. Из трубы должно быть удалено столько влаги, чтобы предупредить налипание материала на стенки циклона.

Скорость газа в трубе должна быть больше скорости витания (скорости осаждения частиц). Она выбирается в зависимости от размера и плотности частиц от 10 до 35 м/с. Поэтому пребывание материала в сушилке кратковременно, т.к. в трубе-сушилке газ и материал движутся в одном направлении (прямотоком), такая сушилка эффективна для удаления поверхностной влаги (первый период сушки). Вследствие кратковременности сушки допустимы повышенные температуры теплоносителя даже для термочувствительных продуктов. Простота трубы-сушилки обусловливает рентабельность сушки многих материалов.

.1 Описание технологического процесса

Схема трубы-сушилки приведена на рис. V-36. Влажный материал питателем 4 подается в трубы. Топочные газы из топки 2 поступают в нижнюю часть пневмотрубы 5 и со скоростью, превышающей скорость витания крупных частиц, подхватывают материал и транспортируют его. В процессе транспортировки происходит интенсивная сушка материала. Далее газы и высушенный материал поступают в циклон - пылеотделитель 6, где продукт улавливается, а очищенные газы дымососом 7 выбрасываются в атмосферу. Если сушку проводят при высоких температурах газа, нижнюю часть трубы 5 футеруют жаропрочным бетоном. Для удаления отделившихся от потока крупных комков материала предусмотрен затвор-«мигалка» 3. При сушке веществ, вызывающих эрозию аппаратуры, участок изгиба трубы АВ бронируют специальным материалом. Сушилка работает при разрежении.

Оптимальное значение скорости газов в трубах-сушилках зависит от ряда факторов. Во-первых, скорость газов должна быть больше скорости витания наиболее крупных частиц (это условие является необходимым, но недостаточным). Скорость надежного транспортирования зависит от концентрации материала С (в кг/кг) и от диаметра трубы. Чем выше С, тем больше должна быть скорость транспортирующего воздуха. При одинаковых значениях А скорость газа должна быть тем ниже, чем меньше диаметр трубы.

Особые условия возникают при транспортировании мелких частиц. По поперечному сечению трубы материал распределяется в газовом потоке неравномерно, и создается возможность для агрегирования частиц. Этот процесс является самопроизвольным, так как при агрегировании частиц увеличивается сечение для прохода газов в трубе. Если гравитационные силы отдельных частиц и силы давления газового потока, распределенные неравномерно по поверхности частиц, не превышают поверхностные силы их сцепления, то материал транспортируется в агрегированном состоянии. Поэтому обычно наблюдается агрегирование мелких частиц, обладающих большими поверхностными силами сцепления. Такое явление наблюдается в аэрофонтанных установках и в сушилках с кипящим слоем. Скопления и комки образуются в большей мере при малых скоростях газа, близких к границе провала. Для предотвращения возможности агрегирования частиц следует транспортировать материал при больших скоростях газового потока. При транспортировании мелких частиц необходимо принимать скорость газа, в несколько раз превышающую скорость витания крупных частиц. Это обеспечивает надежную транспортировку и, как будет показано ниже, более интенсивную сушку.

2. Расчет пневматический трубы-сушилки

.1 Расчет параметров топочных газов при горении природного газа

Исходные данные:

Состав природного газа (Шебелинского месторождения) следующий, масс % [2]: В [3] состав газа отличен.

СН₄ - 93,2; С₂Н₆ - 4,4; С₃Н₈ - 0,8; С₄Н₁₀ - 0,6; С₅Н₁₂ - 0,3; СО₂ = 0,1; N₂ = 0,8.

Параметры наружного воздуха [Екатеринбург, 2, таблица 48]:

Температура: t₀ = 17ºC

Относительная влажность: φ₀ = 70%

Барометрическое давление: Р = 750 мм.рт.ст.

Влагосодержание наружного воздуха при t₀ = 17ºC и φ₀ = 70%:

х₀ = 0,622 φ₀ Р_нас. / (Р - φ₀ Р_нас.) = 0,622 ∙ 0,7 ∙ 14,53 / (750 - 0,7 ∙ 14,53) = 0,00855 кг/кг;

где Р _нас = 14,53 мм.рт.ст. по t₀ = 17ºC

при Р = 750 мм.рт.ст.

Теплосодержание наружного воздуха при t = 17ºC и х₀ = 0,00855 кг/кг:

₀ = 1,01 t₀ + (2493+1,97 t₀) х₀ = 1,01 ∙17 +(2493 +1,97 ∙ 17) ∙ 0,00855 = 38,77 кДж/кг

Теплотворная способность сухого газообразного топлива:

_н^р = 500,3 ∙ СН₄ + 475,22 · С₂Н₆ + 463,29 · С₃Н₈ + 458,48 · С₄Н₁₀ + 453,45 · С₅Н₁₂ = 500,3 ∙ 93,2 + 475,22 · 4,4 + 463,29 · 0,8 + 458,48 · 0,6 + 453,45 · 0,3 =46627,96 + 2090,968 + 370,632 + 275,088 + 136,035 = 49500 кДж/кг_в^р = Q_н^р + 2500Σ[(0,09n) / (12m+ n)] + 25 Wp = 49500 + 2500 Σ [(0,09 ∙ 4)] / (12 ∙ 1 + 4) ∙ 93,2 + [(0,09 ∙ 6)/ (12 · 2 + 6)] · 4,4 + [(0,09 ∙ 8)/ (12 · 3 + 8)] · 0,8 + [(0,09 ∙ 10)/ (12 · 4 + 10)] · 0,6 + [(0,09 ∙ 12)/ (12 · 5 + 12)] · 0,3 + 25 · 0 = 49500 + 2500 [0,36/16] · 93,2 + [0,54/30] · 4,4 + [0,72/44] · 0,8 + [0,9/58] · 0,6 + [1,08/72] · 0,3] = 49500 + 2500 [2,097 + 0,07792 + 0,01309 + 0,00931 + 0,0045] = 49500 + 2500 · 2,2 = 55000 кДж/кг

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сжигания 1 кг природного газа:

₀ = 1,39Σ[(m+n/4) / (12m+ n)] С_mН_n = 1,39 [(1+4/4) / (12 ∙ 1+ 4)] ∙ 93,2 + [(2 + 6 / 4) / (12 · 2 + 6)] · 4,4 + [(3 + 8/4) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,8 + [(4 + 10/4) / (12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0,6 + [(5 + 12/4) / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0,3 = 1,39 [(2/16) · 93,2 + (3,5/30) · 4,4 + (6,5/58) · 0,6 + (8/72) · 0,3] = 1,39 (11,65 + 0,513 + 0,0909 + 0,06724 + 0,0333) = = 17,17 ≈ 17,2 кг/кг

Масса сухого воздуха, подаваемого в топку для сжигания 1 кг природного газа с учетом избытка воздуха α_m:

_m = α_m L₀ = 1,2 ∙ 17,3 = 20,64 кг/кг

Масса сухого газа, получаемого при сжигании 1 кг природного газа:

_cr¹ = 1 + L_m - Σ[(0,09n) / (12m+ n)] С_mН_n = 1 + 20,64 - [(0,09 ∙ 4) / (12 ∙ 1+ 4)] ∙ 93,2 + [(0,09 ∙ 6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09 ∙ 8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,08 + [(0,09 ∙ 10) / (12 ∙ 4+ 10)] ∙ 0,6 + [(0,09 ∙ 12) / (12 ∙ 5+ 12)] ∙ 0,3= 1 + 20,64 - 2,2 = 19,44 кг/кг

Масса водяного пара, получаемого при сжигании 1 кг природного газа с избытком воздуха:

¹ = Σ[(0,09n) / (12m+ n)] С_mН_n + L_m х₀ + 0,01 Wp = [(0,09 ∙ 4) / (12 ∙ 1+ 4)] ∙ 93,2 + 93,2 + [(0,09 ∙ 6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09 ∙ 8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,08 + [(0,09 ∙ 10) / (12 ∙ 4+ 10)] ∙ 0,6 + [(0,09 ∙ 12) / (12 ∙ 5+ 12)] ∙ 0,3 + 20,64 · 0,00855 = 2,2 + 0,1764 = 2,376 при х₀ = 0,00855 кг/кг.

Влагосодержание топочных газов:

х¹ = х_тг = d¹ / I_cr¹ = 2,376 / 19,44 = 0,122 кг/кг

Количество компонентов топочных газов, получаемых при сжигании 1 кг природного газа:

_СО2 = 0,02 СО₂ + 0,0157 СО + Σ [0,44 / (12 m + n)]CmHn = 0,01 ∙ 0,1 + [0.44 / (12 ∙ 1 + 4)] ∙ 93.2 + [0.44 / (12 ∙ 2 + 6)] ∙4.4 + [0.44 / (12 ∙ 3 + 8)] + [0.44 / 12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0.6 + [0.44 / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0.3 = 0.001 + 2.64 = 2.641 кг/кг

_N2 = 0,768 L_m + 0,01 N₂ = 0,768 ∙ 20,64 + 0,01 ∙ 0.8 = 15,86 кг/кг

Средняя молекулярная масса сухих топочных газов:

М_cr = I_cr¹ / [1_СО2 /44 + 1_N2 /28] = 19,44 / [2,641/44 + 15,86/28) = 31 кг/кмоль

Средняя теплоемкость сухих топочных газов при t_mr = 1000 ºС (в топке поддерживается эта температура):

С_cr = (С_СО21_СО2 + С _SО21 _SО2 + С _N21 _N2 + С _О21 _О2) / (1_СО2 +1 _SО2 +1 _N2 +1 _О2) = (1,12 ∙ 2,641 + 1,11 ∙ 15,86) / (2,641 + 15,86) = 20,56 / 18,5 =1,11 кДж/кг∙к

где теплоемкость при t_mr = 1000 ºС [Приложение, таблица 2]

С_СО2 = 1,12 кДж/кг∙к; N₂ = 1.11 кДж/кг∙к

Средняя теплоемкость природного газа при t = 20 ºС [Приложение, таблица 2]:

С_m = С_СН4 Y _СН4 + С_С2Н6 Y _С2Н6 + С_С3H8 Y _С3H8 + C4H10 ∙ Y _С4Н10 + C₅H₁₂ ∙ Y _С5Н12 = 2,18 ∙ 0,932 + 1,64 ∙ 0,044 + 1,28 ∙ 0,008 + 1,59 ∙ 0,006 + 1,59 ∙ 0,003 = 2,13 кДж/кг∙к

_mr = (Q_в^р η_т + С_т t_т + L_m J₀ + w_gi_g - 2500 I_cr¹ х¹⁾ / [I_cr¹ (С_cr + 1,97 х¹)] = (47838,9∙0,95 + 2,08∙5 + 19,92∙37,9 + 0 - 2500∙18,77∙0,0032) / [18,77 (1,03 + 1,97∙ 0,0032)] = 2368,23 ºС

где w_g = 0, так как газ не распыляют ни воздухом, ни паром.

Температуру топочных газов снижают до t_тг = 1000 ºС за счет подачи наружного воздуха в топку с целью предотвратить разрушение футеровки топки.

Теплосодержание топочных газов:

_mr = 1,01 t_тг + (2493+1,97 t_тг) х_тг = 1,01∙1000 + (2493+1,97∙1000) ∙ 0,122 = 1555 кДж/кг

Теплосодержание пара в составе топочных газов при t₁ = 400ºC:

_n = r₀ + 1,97 t₁ = 2493 + 1,97∙400 = 3281 кДж/кг

Коэффициент избытка воздуха при разбавлении топочных газов воздухом до температуры t₁ = 400 ºС:

α₂ = (Q_в^р η_т + С_т t_т) / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) - (1 - Σ[(0,09·n) / (12m - n)] С_mH_n - 0,01 Wp) С_cr t_т / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) - (Σ[(0,09n) / (12m+ n)] С_mH_n + 0,01 Wp) / L₀ (С_cr t_т + х₀ i_n - J₀) = (55000 ∙ 0,95 + 2,13 ∙ 20) / (17,2(1,11 ∙ 400 + 0,00855 ∙ 3281 - 38,77)) - [1-(0,09∙4) / (12 ∙ 1 + 4)] ∙ 93,2 + [(0,09∙6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09∙8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,8 + [(0,09∙10) / (12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0,6 + [(0,09∙12) / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0,3 - 0,01 · 0] 1,11 · 400/ 17,2 (1,11·400 + 0,00855·3281 - 38,77) - [(0,09∙4) / (12 ∙ 1 + 4)] ∙ 93,2 + [(0,09∙6) / (12 ∙ 2 + 6)] ∙ 4,4 + [(0,09∙8) / (12 ∙ 3 + 8)] ∙ 0,8 + [(0,09∙10) / (12 ∙ 4 + 10)] ∙ 0,6 + [(0,09∙12) / (12 ∙ 5 + 12)] ∙ 0,3 + 0,01 · 0]3281 + 0/ 17,2 (1,11·400 + 0,00855·3281 - 38,77) = 6,12

Количество воздуха, подаваемого в смеситель на 1 кг природного газа для разбавления до t₁ = 400 ºС:

_см = L₀ (α₂ - α_m) = 17,2 (6,12 - 1,2) = 84,624 кг/кг

Количество сухой смеси топочных газов с воздухом на 1 кг природного газа:

_cr¹¹ = I_cr¹ + L_см =19,44 + 84,624 = 104 кг/кг

Количество паров воды в смеси топочных газов с воздухом, полученных при сжигании 1 кг природного газа:

¹¹ = d¹ + L_см х₀ = 2,376 + 84,624 ∙ 0,00855 = 3,099 кг/кг

Влагосодержание смеси топочных газов с воздухом на выходе из смесителя:

х¹¹ = х₁ = d¹¹ / I_cr¹¹ = 3,099 / 104 = 0,0298 кг/кг = 0,03 кг/кг

Расход природного газа на сушку кедрового опила в пневматической трубе-сушилке:

В = L₁ / I_cr¹¹ = 0,426 / 104 = 0,0041 кг/ч,

Где L₁ = 0,426 кг/с расход сушильного агента (см. расчет теплового баланса)

Объем топочной камеры:

_гор = Q_н^р В / q_v = 49500 ∙ 14,76 / 1200 ∙ 10³ = 0,6 м³

Где q_v - допустимое тепловое напряжение топочного объема: q_v = 1200 · 10³ кДж/ (м³·ч) [3, приложение, таблица 3]

Принимаем соотношение длины к диаметру топки L/D = 1,8

Тогда, V_гор = 0,785 · D² · L = 0,785 · D² · 1,8 D = 0,6 м³

Диаметр топки:

= (V_гор / 0,785 ∙ 1,8)^1/3 = (0,6 / 0,785 ∙ 1,8)^1/3 = 0,75 м

Принимаем D = 800 м, тогда длина камеры горения будет равна: = 1,8 ∙ 0,8 = 1,44 м

Размер топки:= 0,6 м³; D = 800мм; L = 1500 мм.

2.2 Расчет пневматический трубы-сушилки

Исходные данные:

Параметры материала:

Материал - сосновая стружка

Размеры частиц - 5х5х30 мм

Производительность по влажному материалу - G₁ = 1,2 т/ч = 0,33 кг/с

Абсолютная влажность: начальная ω_а1 = 45%; конечная ω_а1 = 30%

Начальная температура стружки θ₁ = 5 ºС

Параметры сушильного агента:

Сушильный агент - это топочные газы, разбавленные воздухом.

Топливо - природный газ Шебелинского месторождения.

Вход в сушилку:

Температура - t₁ = 400 ºС

Влагосодержание - х₀ = 0,03 кг/кг

Плотность - ρ t₁ = 0,499 кг/м³ [2, таблица 57]

Выход из сушилки:

Температура t₂ = 90 ºС

.3 Технологический расчет

Относительная влажность материала:

На входе в сушилку: ω_а1 = 100 ω₀₁ / (100 + ω₀₁) = 100 ∙ 45 / (100 + 45) = 31%

На выходе из сушилки: ω_а2 = 100 ω₀₂ / (100 + ω₀₂) = 100 ∙ 30 / (100 + 30) = 23%

Средняя абсолютная влажность материала: ω_{а ср} = 0,5 (ω_а1 + ω_а2) = 0,5 (45 + 30) = 37,5%

Теплофизические свойства кедровой стружки:

ρ = 580 кг/м³ при ω_{а ср} = 37,5%; [4, таблица 4]

Теплоемкость: См = 2,55 кДж/(кг∙К) при ω_{а ср} = 37,5% и по θ_ср = 0,5 (θ₁ + θ₂) = 0,5 (5 + 62) = 33,5 ºС [4, таблица 6]

Насыпная плотность: ρ_нас1 = 120 кг/ м³ при ω_{а 1} = 45% и ρ_нас2 = 80 кг/ м³

при ω_{а 2} = 30% [4, таблица 5]

.4 Материальный баланс

Производительность по высушенному опилу:

₂ = G₁ (100 - ω₀₁) / (100 - ω₀₂) = 0,33 (100 - 31) / (100 - 23) = 0,2957 = 0,296 кг/с

Количество испаренной воды:

= G₁ - G₂ = 0,33 - 0,296 = 0,034 кг/с

Количество абсолютно сухой стружки:

_а = G₁ (100 - ω₀₁) / 100 = 0,33 (100 - 31) / 100 = 0,2277 кг/с

Количество воды во влажном материале:

₁ = G₁ ω₀₁ / 100 = 0,33 · 0,31 = 0,1023 кг/с

Количество воды в высушенном материале:

₂ = G₂ ω₀₂ / 100 = 0,296 · 23 / 100 = 0,068 кг/с

Проверка баланса по воде:

₁ = W + W₂; 0,1023 = 0,034 + 0,068

.5       Построение рабочей линии процесса сушки

Точка А на у-х диаграмме:

х₀ = 0,00855 кг/кг ₀ = 38,77 кДж/кг₀ = 17 ºС.

Параметры топочных газов:

Точка К на 1-х диаграмме:

х_тг = х¹ = 0,122 кг/кг;_тг = 1800 ºС (1000 ºС) _тг = 1555 кДж/кг

Параметры сушильного агента:

Вход в сушилку:

Точка В на J-х диаграмме:

х₁ = х¹¹ = 0,03 кг/кг;₁ = 400 ºС;

 ₁ = 1,01 t₁ + (2493 + 1,97 t₁) х₁ = 1,01∙400 + (2493+1,97∙400) ∙ 0,03 = 502,43 кДж/кг

Выход из сушилки:

Точка С на 1-х диаграмме:₂ = 90 ºС;

Последовательность построения рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме [4].

. На J-х диаграмме находим точку А по х₀ = 0,00855 кг/кг и t₀ = 17 ºС.

Точку К по х_т.г. = 1000 ºС (точнее 1800 ºС).

Проводим рабочую линию горения природного газа - А К.

. Находим точку В на пересечении линии А К и линии температур t₁ = 400 ºС, определяем х₁ = 0,03 кг/кг.

. Определяем t_m1 для точки В. Принимаем, что сушка стружки проходит в первом периоде (J₁ = J₂), тогда t_m1 = θ₂ = 62 ºС.

. Расход тепла на нагревание материала:

_м = G₂ См (θ₂ - θ₁) = 0,296 · 2,55 (62 - 5) = 43 кДж/с

. Удельный расход тепла на нагрев материала:

_м = Q_м / W = 43 / 0,034 = 1264, 7 кДж/кг

Удельные потери тепла рекомендуется принимать q_пот = 125 - 250 кДж/кг. Принимаем q_пот = 200 кДж/кг.

. Внутренний тепловой баланс сушилки:

Δ = 4,19 θ₁ - (q_м - q_пот) = 4,19 ∙ 5 - (1264,7 + 200) = - 1443,75 кДж/кг

. Координаты точки Е: Δ = (J - J ₁) (х - х ₁) или J = задаемся J = J ₁ + Δ (х - х ₁).

Задаемся значением х > х₁, пусть х = 0,05 кг/кг и определяем J:

= J ₁ - 1443,75 (0,05 - 0,03) = 502,43 - 28,875 = 473,555 кДж/кг.

9. Строим точку Е по координатам х = 0,05 кг/кг и J = 473,555 кДж/кг.

. Строим рабочую линию сушки ВС. Точка Е лежит на рабочей линии, поэтому, соединяя точки В и Е и продолжая линию с линией температур с t₂ = 90 ºС, получаем точку С - окончание сушки.

. По координатам точки С определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: х₂ = 0,11 кг/кг

₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97 · t₂) х₂ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97 · 90) 0,11 = 384,6 кДж/кг.

.6 Тепловой баланс

Расход сушильного агента L₁ на входе в сушилку рассчитываем из уравнения теплового баланса по влагосодержанию х₁ и температурам t₁ и t₂.

Теплосодержание сушильного агента при х₁ и t₂:

₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97· t₂) х₁ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97· 90) 0,03 = 171 кДж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при х₀ и t₀: Jn₀ = 38,77 кДж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при х₀ и t₂:

₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97· t₂) х₁ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97· 90) 0,00855 = 113,73 кДж/кг.

Расход тепла на испарение влаги:

и = W (2493 + 1,97· t₂ - 4,19 · θ₁) = 0,034 (2493 + 1,97 · 90 - 4,19 · 5) = 90 кДж/с

Потери тепла:

пот = W · q пот = 0,034 · 200 = 6,8 кДж/с

Расход тепла на нагревание материала:м = 43 кДж/с

Расход сушильного агента:

₁ = (Qи + Qм + Qпот) / [(J₁ - J₂) - 0,05 (Jn₂ - Jn₀)] = (90 + 43 + 68) / [(502,43 - 171) - 0,05 (113,73 - 38,77)] = 139,8 / 327,68 = 0,426 кг/кг

Количество парогазовой смеси, выходящей из сушилки:

₂ =1,05 · L₁ = 1,05 · 0,426 = 0,447 кг/с

Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

х₂ = х₁ + W/ L₁ = 0,03 + 0,034/0,426 = 0,1098 кг/кг = 0,11 кг/кг

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

₂ = 1,01 · t₂ + (2493 + 1,97· t₂) х₂ = 1,01 · 90 + (2493 + 1,97· 90) 0,11 = 384,6 кДж/кг.

.7 Гидродинамический расчет

Исходные данные:

Параметры материала:

Абсолютная влажность: ω_а1 = 45%

Размеры частиц - 5х5х30 мм

Плотность при ω_а1 = 45%: ρ м₁ = 615 кг/м³ [4, таблица 4]

Фактор формы

Выход из сушилки:

Абсолютная влажность: ω_а2 = 30%

Плотность при ω_а1 = 30% : ρ м₂ = 550 кг/м³ [4, таблица 4]

Параметры сушильного агента:

Вход в сушилку:

Расход - L₁ - 0,426 кг/с

Температура - t₁ = 400 ºС

Влагосодержание - х₁ = 0,03 кг/кг

Теплосодержание - J₁ = 502,43 кДж/кг

Плотность - ρ t₁ = 0,499 кг/м³ [6, приложение 2]

Динамическая вязкость - μ t₁ = 32,96 · 10^-6 Па·с [6, приложение 3]

Расход - L₂ - 0,447 кг/с

Температура - t₂ = 90 ºС

Влагосодержание - х₂ = 0,11 кг/кг

Теплосодержание - J₂ = 384,6 кДж/кг

Плотность - ρ t₂ = 0,887 кг/м³ [6, приложение 2]

Динамическая вязкость - μ t₁ = 20 · 10^-6 Па·с [6, приложение 3]

Средние значения параметров для сушилки:

Объемный расход сушильного агента на входе в сушилку: при t₁ = 400 ºС и х₁ = 0,03 кг/кг

t₁ = L₁ (1 + х₁) / ρ t₁ = 0,426 (1 + 0,03) / 0,499 = 0,879 м³/с

Объемный расход сушильного агента на выходе из сушилки: при t₂ = 90 ºС и х₂ = 0,11 кг/кг

V t₂ = L₂ (1 + х₂) / ρ t₂ = 0,447 (1 + 0,11) / 0,887 = 0,559 м³/с = 0,56 м³/с

Расчет производим при средних значениях:

t_ср = L_ср (1 + х_ср) / ρ t_ср = 0,5 (0,426 + 0,447) (1 + 0,07)/ 0,693 = 0,674 м³/с _ср = 0,5 (t₁ + t₂) = 0,5 (400 + 90) = 245 ºС

х_ср = 0,5 (х₁ + х₂) = 0,5 (0,03 + 0,11) = 0,07 кг/кг

ρ t_ср = 0,5 (ρ t ₁ + ρ t ₂) = 0,5 (0,499 + 0,887) = 0,693 кг/м³

μ t_ср = 0,5 (μ t ₁ + μ t ₂) = 0,5 (32,96 + 20,0) · 10^-6 = 26,48 · 10^-6 Па·с

ώ _аср = 0,5 (45 + 30) = 37,5%

ρ _мср = 580 кг/м³ при ώ _аср = 37,5%

Определение эквивалентного диаметра частиц:

Эквивалентный диаметр частиц не шарообразной формы:

_э = (6Vr / π)^0,33

Где: Vr - объем частицы, м³, для частиц толщиной δ, шириной в и длиной l:

Объем - Vr = δ · в · l = (5 · 5 · 30) · 10^-9 = 750 · 10^-9 м³

_э = (6Vr / π)^0,33 = (6 · 750 · 10^-9 / 3,14)^0,33 = 11,79 · 10^-3 м

Поверхность:

= 2 (δв + δl + вl) = 2 (5 · 5 + 5 · 30 +5 · 30) · 10^-6 = 650 · 10^-6 м²

Фактор формы:

Ф = 4,836 · Vr^0,67/ Fr =4,836 (750 · 10^-9)^0,67/ 650 · 10^-6 = 0,586

Геометрический коэффициент формы:

= 0,207 · Fr / Vr^0,67 = 0,207 · 650 · 10^-6 / (750 · 10^-9)^0,67 = 1,7

.8 Расчет диаметра трубы сушилки

Критерий Архимеда:

Аr = d_э³ · ρ t_ср · ρ _мср · q / μ² t_ср = (11,79 · 10^-3)³ · 0,639 · 9,81 · 580 / (26,48 · 10^-6) = 939435 · 9,81 = 9,2 · 10^-6

Критерий Рейнольдса для условий витания:

е _вит. = Аr / (18 + 0,61 · Аr^0,5) = 9,2 · 10⁶ (18 + 0,61 · (9,2 · 10⁶)^0,5) = 4924

Скорость витания шарообразной частицы:

(w_вит)_шар = Rе _вит. · μ t_ср / d_э · ρ t_ср =4924 · 26,48 · 10^-6 / 11,79 · 10^-3 · 0,693 =

= 15,96 м/с

Скорость витания реальной частицы стружки:

_вит = (w_вит)_шар · ф^0,5 = 15,96 · 0,586^0,5 = 12,21 м/с

Фактическая скорость сушильного агента в сушилке:

_ср = к · w_вит = 1,2 · 12,21 = 14,65 м/с

к = 1,2 ±5,0; принимаем к = 1,2.

При сушке измельченной древесины w_ср обычно должна составлять для стружки 10 ±12 м/с [4, стр. 23]

Скорость витания для частиц не изометрической формы (щепа, стружка волокно) определяется по формуле С.Н. Светкова:

_вит = 0,14 [ρ _мср /((0,02 + е/δ) ρ t_ср)]^0,5 [4]

где δ - толщина частицы, мм

е - коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения частиц; при прямоугольном сечении е = 0,9, при круглом или квадратном е = 1,1. Принимаем е = 0,9._вит = 0,14 [580 /((0,02 + 0,9/5) 0,693₎]^0,5 = 9 м/с

Фактическая скорость сушильного агента в сушилке:

_ср = к · w_вит = 1,2 · 9 = 10,8 м/с

Диаметр трубы-сушилки:

= [Vt_ср / 0,785 · w_ср]^0,5 = [0,674 / 0,785 · 10,8]^0,5 = 0,28 м (точнее 0,28195 м)

По таблице 8 [5] выбираем стандартную трубу ¢ 300х10 мм, D = 280 мм. Тогда действительная скорость сушильного агента в сушилке будет равна

w₂ = Vt_ср / 0,785 · D² = 0,674 / 0,785 · 0,28² = 10,95 м/с

.9 Расчет длины трубы-сушилки

Концентрация стружки в сушильном агенте:

Ỹ = (G₁ + G₂) / (L₁ + L₂)(1 + х_ср) = (0,33 + 0,296) / (0,426 + 0,447) (1 + 0,07) = 0,67 кг/кг

Критерий Рейнольдса Rе _вит по скорости газа: w₂ = 10,95 м/с

е _вит. = w₂ · d_э · ρ t_ср / μ t_ср = 10,95 · 11,79 · 10^-3 · 0,693 / 26,48 · 10^-6 = 3378

В зависимости от значения Rе _вит. Критерий Нуссельта (Nu) определяют по формулам (17-20) [4].

По опытным данным для древесных частиц критерий Nu рассчитывают по формуле:

= 0,62 Rе _вит.^0,5 = 0,62 · 3378^0,5 = 36

Объемный коэффициент теплоотдачи:

α_y = 6 Nu · λ t_ср · Ỹ · ρ t_ср / d_э² · ρ _мср = 6 · 36 · 0,426 · 0,67 · 0,693 / (11,79 · 10^-3)² · 580 = 530 Вт/(м³ · к)

Средняя разность температур:

Δ t_ср = [(t₁ - θ₁) - (t₂ - θ₂)] / ln (t₁ - θ₁)/ (t₂ - θ₂) = [(400 - 5) - (90 - 62)] / ln (400 - 5) / (90 - 62) = 139 К

Объем трубы сушилки:

= (Qu + Qм) / Δ t_ср · α_y = (90 + 43) · 10³ / 139 · 530 = 1,8 м³

Длина зоны сушилки:

з.с. = Vc / 0,785 · D² = 1,8 / 0,785 · 0,28² = 29 м

Длина участка разгона:

р = 0,5 · w₂ · D = 0,5 · 10,95 · 0,28 = 1,5 м

Общая длина трубы- сушилки:

= l з.с. + l м + l р = 29 + 2 + 1,5 = 32,5 м. Принимаем l = 33 м.

Итак, пневматическая труба-сушилка имеет D = 280 мм; ¢ 300х10 мм и длину l = 33 м.

.10     Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

Потери давления при движении чистого сушильного агента на трение и местные сопротивления:

Δ Рг = 0,5 · w₂² · ρ t_ср (1 + λг L/ D + Σ Емс) = 0,5 · 10,95² · 0,693 (1 + 0,0414 33/0,28 + 2) = 327 Па

Где λг - коэффициент сопротивления трения, при Rе вит. > 2300, λг = 0,316 / 3378^0,25 = 0,0414 [1]

Местные сопротивления трубы-сушилки принимаем по таблицам 12,13 [5]:

Вход в трубу ζ вх = 1,0 - 1 шт.

Выход из трубы ζ вых = 1,0 - 1 шт.

Σ ζ м.с. = 1 ζ вх + 1 ζ вых = 2

Потери на трение при движении материала (стружки):

Δ Рм = 0,5 · λм · Ỹ l / D · w₂² · ρ t_ср = 0,5 · 0,02 · 0,67 (33/0,28) 10,95² · 0,693 = 65 Па

Где λм - коэффициент трения; λм = 0,01 - 0,03: принимаем λм = 0,02.

Потери давления на поддержание стружки во взвешенном состоянии:

Δ Рпод = l · ρ t_ср q · Ỹ = 33 · 0,693 · 9,81 · 0,67 = 150 Па

Потери давления на разгон материала до скорости его движения:

Δ Рр = 0,5 · ζ р · Ỹ · w₂² · ρ t_ср = 0,5 · 1,5 · 0,67 · 10,95² · 0,693 = 42 Па

Где ζ р - коэффициент сопротивления разгона материала, ζ р = 1 - 2, принимаем ζ р = 1,5.

Общее гидравлическое сопротивление трубы-сушилки:

Δ Рс = Δ Рг + Δ Рм + Δ Рпод + Δ Рр = 327 + 65 + 150 + 42 = 584 Па

Заключение

труба сушилка газ пневматический

Основным элементом пневматической трубной сушилки является вертикальная труба диаметром до 2 м, высотой до 30 м, в которой высушиваемый материал транспортируется потоком сушильного воздуха в режиме, близком к идеальному вытеснению. Пребывание материала в зоне сушки кратковременное, обычно несколько секунд. Количество находящегося в сушилке материала невелико. Эти особенности позволяют использовать пневмотрубы для сушки различных дисперсных материалов (порошкообразных, зернистых, гранулирован и взрывоопасных).

Пневматические трубы-сушилки могут быть разнообразных конструкций в зависимости от свойств высушиваемого материала и требований к высушенному продукту.

Пневматические трубы-сушилки относятся к более новым и менее изученным. По некоторым показателям они пока уступают сушилкам псевдоожиженного слоя, но выгодно отличаются простотой конструкции и малой металлоемкостью, легкостью управления, обслуживания и др. Кроме того, они работают под разрежением, что обеспечивает большую безопасность и хорошие санитарные условия.

Список использованных источников

1.       Павлов К.ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., Химия, 1987. 576с.

.        Процессы и аппараты химической технологии. Справочные материалы. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 121 с.

.        Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч.III. Примеры расчета сушилок. Екатеринбург, УГЛТА, 2001. 41 с.

.        Ведерникова М.И., Старцева Л.Г., Орлов В.П., Терентьев В.Б., Штеба Т.В., Кожевников Н.П. Проектирование сушильных установок для сушки измельченной древесины. Ч.I. Технологические и гидродинамические расчеты сушилок. - Екатеринбург, УГЛТА, 2001. 40 с.

.        Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты. Расчет и выбор насосов и вентиляторов Ч.I. Екатеринбург, УГЛТА, 2002. 40с.

.        Старцева Л.Г., Ведерникова М.И. Гидравлические расчеты Ч.II. Примеры расчетов и выбора насосов и вентиляторов. Екатеринбург, УГЛТА, 2000. 44с.

.        Ведерникова М.И., Таланкин В.С., Панова Т.М. Общие требования к выполнению и оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Требования к текстовой части. Ч. I. Екатеринбург, УГЛТУ, 2002. 56 с.

Приложение

Рисунок 1. Построение рабочей линии процесса сушки на У-х диаграмме

Рисунок 2