Ее технические характеристики приведены в таблице 3.4.1.
Таблица 3.4.1 Технические характеристики ОГШ-35
| Диаметр барабана, мм | 350 |
| Отношение длины барабана к диаметру | 1,8 |
| Максимальная частота вращения ротора, 1/с | 67 |
| Фактор разделения | 3140 |
| Расчетная производительность по твердой фазе, кг/ч | 500 |
Необходимая крупность разделения δк = 0,005 мм.
Для нахождения скорости осаждения частицы размером δк = 0,005 мм рассчитываем критерий Архимеда:
Ar = [δк3(ρт - ρж) ρжg]/μ2,(3.4.1)
где ρт - плотность слюды, равная 2700 кг/м3;
ρж - плотность воды, равная 1000 кг/м3;
μ - вязкость воды, равная 0,9∙10-3 Па∙с.
Ar = [0,0053∙10-9∙(2700 - 1000)∙1000∙9,81]/(0,9∙10-3) = 2,32∙10-6.(3.4.2)
Режим осаждения ламинарный Ar < 3,6, поэтому скорость осаждения рассчитана по формуле Стокса:
ω0 = δк2 (ρт - ρж)∙g/(18∙μ),(3.4.3)
ω0 = 0,005 2 ∙10-6∙(2700 - 1000)∙9,81/(18∙0,9∙10-3) = 0,257∙10-4 м/с. (3.4.4)
Средний диаметр потока жидкости в барабане:
Dср = (Dв + Dб)/2,(3.4.5)
где Dв - внутренний диаметр барабана центрифуги, равный 350 мм;
Dб - диаметр слива жидкости, равный 260 мм.
Dср = (350 + 260)/2 = 305 мм = 0,305 м.(3.4.6)
Фактор разделения, соответствующий среднему диаметру, определяется по зависимости:
Frср = (ω2∙ Dср)/(2g) = (2π2n2 Dср)/g, (3.4.7)
где n - частота вращения ротора центрифуги, равная 66 1/с.
Frср = (2∙3,142∙662∙0,305)/9,81 = 2710.(3.4.8)
Производительность центрифуги по подаваемой суспензии рассчитываем по уравнению:
Vc = π∙Dср∙ℓ∙ω0∙Frср∙ɳэ,(3.4.9)
где ℓ - длина пути осаждения, равная 0,375 м; ɳэ - коэффициент эффективности разделения, равный 0,2 для центрифуг непрерывного действия.
Vc = 3,14∙0,305∙0,375∙0,257∙10-4∙2710∙0,2 =(3.4.10)
= 0,005 м3/с = 18 м3/ч.
Плотность суспензии была определена по формуле:
ρс = (ρт∙ρж)/(ρт - (ρт - ρж)∙xm),(3.4.11)
где xm - массовая концентрация твердой фазы, равная 50%.
ρс = (2700∙1000)/(2700 - (2700 - 1000)∙0,5) = 1495 кг/м3. (3.4.12)
Производительность центрифуги по твердому осадку при Vc = 18 м3/ч была определена по формуле:
Gт = Vc∙ρс∙xm,(3.4.13)
Gт = 18∙1495∙0,5 = 13131 кг/ч.(3.4.14)
Полученное значение производительности по осадку
Gт = 13131 кг/ч > Gтmax = 500 кг/ч.(3.4.15)
В этом случае рабочую производительность по осадку принимаем:
Gтр = 0,5∙Gтmax = 0,5∙500 = 250 кг/ч. (3.4.16)
Тогда максимальная производительность по суспензии:
Vc = Gтр/(ρс∙xm),(3.4.17)
Vc = 250/(1495∙0,5) = 0,343 м3/ч.(3.4.18)
Требуемое количество центрифуг:
z = Vтр/Vc, (3.4.19)
где Vтр - требуемая производительность по суспензии, равная 0,196 м3/ч (3.2.2).
z = 0,196/0,343 = 0,6. (3.4.20)
Таким образом, для установки принимаем одну центрифугу ОГШ-35. [13]
3.5 Расчет сушилки с кипящим слоем
3.5.1 Материальный и тепловой баланс процесса горения
В сушильной установке с кипящим слоем подогрев сушильного агента осуществляется за счет сжигания газообразного топлива с высоким избытком воздуха в топке. При этом требуемая температура сушильного агента обеспечивается за счет дополнительного смешения продуктов сгорания и воздуха перед сушильной камерой.
Целью расчета является определение состава сушильного агента (смеси продуктов сгорания и воздуха), влагосодержания и энтальпии. Исходными данными являются элементарный состав топлива и температура газов перед сушилкой. Основой для расчета являются уравнения материального и теплового баланса процесса горения, учитывающие изменения теплоемкости газов в зависимости от температуры.
Требуемые для расчета параметры воздуха - энтальпия h0 и влагосодержание x0 определяем по h-x диаграмме влажного воздуха: h0 = 38 кДж/кг; x0 = 9∙10-3кг/кг.
Сжигание газообразного топлива
В качестве теплоносителя используем топочный газ, образующийся при горении газообразного топлива. В таблице 3.5.1.1.1 представлен состав используемого природного газа.
Таблица 3.5.1.1.1 Состав топлива
| Компонент газа | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | CO2 | N2 |
| Объемное содержание данного компонента yi, % | 98,7 | 0,35 | 0,12 | 0,06 | 0,1 | 0,67 |
Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа:
V0 = 0,0476 [yH2/2 + yCO/2 + yH2S + (3.5.1.1.1)
+ ∑(m+n/4)yCmHn - yO2],
где yi - объемное содержание данного компонента, %.
Так как используемый газ не содержит в себе H2, O2 и H2S, то в соответствии с уравнением (1) имеем:
V0 = 0,0476 [(1+4/4)98,7 + (2+6/4)0,35 + (3.5.1.1.2)
+ (3+8/4)0,12 + (4+10/4)0,06] = 9,5 м3/м3.
Находим объем дымовых газов. Теоретический объем азота:
V0N2 = 0,79V0 + 0,01yN2,(3.5.1.1.3)
V0N2 = 0,79∙9,5 + 0,01∙0,67 = 7,5 м3/м3. (3.5.1.1.4)
Объем трехатомных газов:
VRO2 = 0,01∙(yCO2 + yCO + yH2S +∑myCmHn), (3.5.1.1.5)
VRO2 = 0,01[(1∙98,7 + 2∙0,35 + 3∙0,12 +(3.5.1.1.6)
+ 4∙0,06 + 0,1)] = 1,0 м3/м3.
Теоретический объем водяных паров:
V0H2O = 0,01(yH2S+∑(n/2)yCmHn) + 1,61V0∙x0, (3.5.1.1.7)
где V0 - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа, равное 9,5 м3/м3,
x0 - влагосодержание воздуха, равное 9∙10-3 кг/кг.
V0H2O = 0,01(2∙98,7 + 3∙0,35 + 4∙0,12 + 5∙0,06) +(3.5.1.1.8)
+ 1,61∙9,5∙9∙10-3 = 2,13 м3/м3.
Низшая теплота сгорания газового топлива определяется на 1м3 газа при нормальных условиях через теплоты сгорания составляющих его компонентов:
Qcн = 358,2∙yCH4 + 637,5∙yC2H5 + 912,5∙yC3H8 + (3.5.1.1.9)
+ 711,7∙yC4H10 + 126,4∙yCO,
Qcн = 358,2∙98,7 + 637,5∙0,35 + 912,5 ∙0,12 +(3.5.1.1.10)
+ 711,7∙0,06 + 126,4∙0,1 = 35742,31 кДж/м3.
Определение избытка воздуха и параметров смеси
Коэффициент избытка воздуха α определяется из уравнения теплового баланса, записанного для условий адиабатного сжигания:
Qφв + Qcн = hг,(3.5.1.2.1)
Qcн + α∙ V0∙cв∙t0 = hг0 + (α-1)∙h0в,(3.5.1.2.2)
где cв - теплоемкость воздуха, кДж/м3К,
h0в - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре t = t1, °С.
Здесь энтальпия газов hг0 при α = 1 и температуре газов t = t1 определяется выражением:
hг0 = VRO2∙ сRO2∙ t1 + V0H2O∙ cH2O ∙ t1 +(3.5.1.2.3)
+ V0N2∙ cN2∙ t1, кДж/м3.
При расчете необходимо учитывать зависимость теплоемкости от температуры для газовых компонентов в следующем виде:
Теплоемкость сухих трехатомных газов
сRO2 = 1,6 + 0,00088∙ t1,(3.5.1.2.4)
где t1- температура теплоносителя на входе в сушилку, равная 330°С,
сRO2 = 1,6 + 0, 00088∙330 = 1,89 кДж/м3К.(3.5.1.2.5)
Теплоемкость азота
cN2 = 1,29 + 0,000202∙ t1,(3.5.1.2.6)
cN2 = 1,29 + 0,000202∙ 330 = 1,36 кДж/м3К. (3.5.1.2.7)
Теплоемкость водяных паров
cH2O = 1,49+0,00016∙ t1,(3.5.1.2.8)
cH2O = 1,49+0,00016∙ 330 = 1,54 кДж/м3К.(3.5.1.2.9)
Теплоемкость воздуха
cв = 1, 319 + 0, 000078∙ t1,(3.5.1.2.10)
cв = 1, 319 + 0, 000078∙ 330 = 1, 34 кДж/м3К.(3.5.1.2.11)
Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре t = t1, °С:
h0в = V0∙ cв ∙ t1,(3.5.1.2.12)
h0в = 9,5∙1,34∙330 = 4200 кДж/м3.(3.5.1.2.13)
Таким образом, уравнение (3.5.1.2.3) принимает вид:
hг0 = 1,0∙1,89∙330 + 2, 13∙1,54∙330 + (3.5.1.2.14)
+ 7,5∙1,36∙330 = 5072 кДж/м3.
Физическая теплота воздуха:
Qφв = α∙V0∙ cв∙t0,(3.5.1.2.15)
где V0 - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа, равное 9,5 м3/м3 (3.5.1.1.2).
Qφв = α∙9,5∙1,34∙20 = 255∙α кДж/м3.(3.5.1.2.16)
Определяем избыток воздуха из уравнения (3.5.1.2.2):
α = (Qcн - hг0 + h0в )/(h0в - V0∙ cв∙t0),(3.5.1.2.17)
где Qcн - низшая теплота сгорания газового топлива определяется на 1м3 газа при нормальных условиях, равная 35742,31 кДж/м3 (3.5.1.1.10).
α = (35742,31 - 5072 + 4200)/(4200 - 255) = 8,84. (3.5.1.2.18)
Тогда действительный объем водяных паров при избытке воздуха будет равен:
VH2O = V0H2O + 1, 61(α - 1) V0∙x0,(3.5.1.2.19)
где x0 - влагосодержание определяемое по h-x диаграмме влажного воздуха, равное 9∙10-3 кг/кг.
VH2O = 2, 13 + 1, 61(8,84 - 1)*(3.5.1.2.20)
*9,5∙9∙10-3 = 3,2 м3/м3.
Объем сухих дымовых газов:
Vс.г. = VRO2 + V0N2 +(α - 1) V0,(3.5.1.2.21)
где VRO2 - объем трехатомных газов, м3/м3; V0N2 - теоретический объем азота, м3/м3.
Vс.г. = 1,0 + 7,5 + (8,84 - 1)∙ 9,5 = 82,98 м3/м3. (3.5.1.2.22)
Найдем плотность отдельных компонентов при данном давлении (Р = 101, 325 кПа) и температуре из уравнения состояния идеального газа:
ρi = (P∙μi)/[R∙( t1 + 273)],(3.5.1.2.23)