Розрахунок барабанної сушарки для сушіння сульфату амонію топочними газами (стр. 3 из 5)

3 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО ОБЛАДНАННЯ

3.1 Матеріальний розрахунок

Продуктивність сушарки складає 2600 кг/год сульфату амонію вологістю 0,2%. З них сухої солі:

(3.1)

де Gk – продуктивність сушарки, кг/год;

ωк – кінцева вологість отриманого сульфату амонію, %.

Звідси

Виходячи з вихідної вологості сульфату амонію 4%, встановлюємо кількість вологи, що видалена з матеріалу по рівнянню:

(3.2)

де Gп - кількість солі , що виходить з сушарки;

ωп, ωк - відповідно початкова і кінцева вологість сульфату амонію, %.

Тоді

Таким чином, кількість матеріалу що подається до сушарки становить:

Gп =Gк+W(3.3)

Gп=2600 + 103,1 = 2703.1 кг/год = 0.750 кг/с

Кількість вологи, що залишається у висушеній солі становить [2]:

Wост= 2600 – 2594,8 = 5.2 кг/год = 0.001кг/с

3.2 Тепловий розрахунок сушарки

3.2.1 Визначення параметрів топочних газів

Як паливо використовується сухий природний газ наступного складу: CH4 – 92.0 (% об.);C2H6 - 0,5; H2 – 5,0; CO – 1,0;N2 – 1,5.

Для спалювання 1 кг цього газу необхідно L0 кг сухого повітря. Розрахунок L0 за наступною формулою:

(3.4)

де СО, Н2, СmHn – об’ємні долі компонентів, що горять.

Звідси:

кг/кг

Виходячи з теплових ефектів реакцій згоряння компонентів палива:

H2 + 0.5 O2 → H2O + 10810 кДж/м3

CO + 0.5 O2 → CO2 + 12680 кДж/м3

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 35741 кДж/м3

C2H6 + 3.5 O2 → 2CO2 + 3H2O + 63797 кДж/м3

Розрахуємо кількість тепла, що утвориться при згорянні 1 м3 газу:

(3.5)

де ω - об’ємна доля компоненту, %; q – питома теплота згоряння компоненту, кДж/м3.

Отримуємо:

кДж/м3

Щільність паливного газу визначимо за формулою:

(3.6)

де Мі – мольна маса компоненту, tп – температура палива, υ0 – мольний об’єм газу.

Підставивши у формулу значення отримаємо:

кг/м3

Кількість тепла, що виділяється при спалюванні 1 кг газу:

кДж/кг

Маса газів, що подається до барабану у розрахунку на 1 кг палива, що горить визначається загальним коефіцієнтом надлишку повітря α, необхідного для горіння палива та розбавлення топочних газів до температури 130°С. Значення α знаходять з рівнянь теплового та матеріального балансів:

(3.7)

де η – ККД топки (дорівнює 0,95); сп – теплоємність палива при 20°С, (дорівнює 1,34 кДж/(кг* К)); І0 – ентальпія свіжого повітря, кДж/кг; іс.г. – ентальпія сухих газів, кДж/кг; х0 – вологовміст свіжого повітря, кг/кг; іп=r0+спtвп, r0 – теплота випаровування води при 0°С, 2500 кДж/кг; сп – середня теплоємність водяної пари, 1,97 кДж/(кг* К); температура пари на вході у барабан tвп=130°С.

Для розв’язання цього рівняння необхідно розрахувати кількість вологи, що утвориться при згорянні газу. Перерахуємо об’ємні долі компонентів у масові:

Кількість вологи, що утвориться при згорянні 1 кг палива дорівнює:

кг/кг

Вологовміст свіжого повітря знаходимо по даних вологості повітря φ0=70%, та температурі tпов=20°С за формулою:

(3.8)

де Р – атмосферний тиск (101 кПа); рвп – парціальний тиск насиченої водяної пари при 20°С, (2340 Па).

Звідси:

кг/кг

Ентальпія атмосферного повітря визначається по формулі:

І0 = (1,01 + 1,97 * х0) * tпов + 2500 * х0 (3.9)

або

І0 = (1,01 + 1,97 * 0,01) * 20 + 2500 * 0,01 = 46,5 кДж/кг

Коефіцієнт надлишку повітря знаходимо з рівняння (3.7):

Загальна питома маса сухих газів, що утворюються при згорянні 1 кг палива та розбавлені топочних газів повітрям до температури 130°С дорівнює [3]:

(3.10)

Питома маса водяної пари у газовій суміші при спалюванні 1 кг палива:

(3.11)

Вологовміст газів на вході у барабан сушарки:

(3.12)

Ентальпія газів на вході у барабан сушарки:

(3.13)

3.2.2 Розрахунок необхідної кількості теплоти на сушіння

У процесі сушіння тепло витрачається на нагрівання та випаровування вологи, нагрівання матеріалу, та непродуктивні втрати теплоти у оточуюче середовище. З рівняння теплового балансу сушіння:

(3.14)

Для теоретичної сушарки Δ=0. Для реальної сушарки:

(3.15)

де qм – питома витрата тепла на нагрівання матеріалу; qвтр – втрати тепла у оточуюче середовище віднесені до 1 кг випареної вологи. Згідно з ОСТ 26-01-450-78 приймаються для барабанних сушарок у межах 85 – 120 кДж/кг. Приймаємо qвтр = 120 кДж/кг.

(3.16)

де tм/,tм// - температура матеріалу на вході та на виході з сушарки.

Звідси за формулою (3.15):

Ентальпія водяної пари на виході з сушарки:

r0 + сп*tг.к. (3.17)

де tг.к. – температура газів на виході з сушарки.

2500+1,97*75=2647,75 кДж/кг

Ентальпія вологих газів на виході з барабану сушарки:

(3.18)

Звідси:

Вологовміст газу на виході з барабану:

(3.19)

В процесі сушіння волога з матеріалу випаровується та уноситься агентом сушіння. При цьому вологовміст газів збільшується з х1 до х2 [1]. Тому:

(3.20)

Витрата теплоносія:

(3.21)

Витрата тепла на сушіння:

(3.22)

Витрата паливного газу:

(3.23)

З цього

3.3 Визначення розмірів сушильного барабану

Основні розміри сушильного барабану вибирають виходячи з об’єму сушильного простору. Цей об’єм складається з об’єму, необхідного для прогріву матеріалу до температури при котрій починається інтенсивне випаровування(Vп), та об’єму необхідного для процесу випаровування вологи (Vc).

Об’єм простору в який випаровується волога може бути знайдений з модифікованого рівняння масопередачі:

(3.24)

де Δхср’- середня рухаюча сила масопередачі, кг/м3; Кυ - об’ємний коефіцієнт масопередачі.

Якщо рух матеріалу та агенту сушіння прямоточний, то коефіцієнт масопередачі Кυ чисельно рівний коефіцієнту масовіддачі βυ. Для барабанної сушарки коефіцієнт масовіддачі βυ може бути розрахований за емпіричним рівнянням:

(3.25)

де ρср – середня цільність сушильного агенту, кг/м3; с – теплоємність сушильного агенту при середній температурі в барабані (1 кДж/кг*К); β – коефіцієнт заповнення барабану матеріалом (12%); Р0 – тиск при якому проводиться процес, Па; р – середній парціальний тиск водяної пари, Па; n – частота обертів барабану, об/хв. приймаємо n=1,5 об/хв; ω – швидкість газового потоку в барабані, м/с.