Расчет и проектирование барабанной сушилки для сушки аммофоса (стр. 3 из 5)

(16)

где

– средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м³; К_ν – объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При сушке кристаллических материалов происходит удаление поверхностной влаги, т. е. процесс протекает в первом периоде сушки, когда скорость процесса определяется только внешним диффузионным сопротивлением. При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи К_ν = β_ν.

Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи β_ν может быть вычислен по эмпирическому уравнению [5]:

(17)

где ρ_ср – средняя плотность сушильного агента, кг/м3; с — теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная 1 кДж/(кг*К) [1]; β – оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %; Р_о – давление, при котором осуществляется сушка, Па; p — среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па.

Уравнение (17) справедливо для значений ωр_ср = 0,6 – 1,8 кг/(м₂*с), n = 1,5 –5,0 об/мин, β = 10 – 25%.

Рабочая скорость сушильного агента в барабане зависит от дисперсности и плотности высушиваемого материала. Для выбора рабочих скоростей (ω, м/с) при сушке монодисперсных материалов можно руководствоваться данными, приведенными в таблице 1.

Для полидисперсных материалов с частицами размером от 0,2 до 5 мм и насыпной плотностью ρ_м = 800 – 1200 кг/м³ обычно принимают скорость газов в интервале 2 – 5 м/с. В данном случае размер частиц высушиваемого материала от 1 до 4 мм, насыпная плотность 1100 кг/м3 [1]. Принимаем скорость газов в барабане ω = 2,2 м/с. Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане t_ср = (250 + 80)/2 = 165 ⁰С практически соответствует плотности воздуха при этой температуре:

кг/м³

При этом ωρ_ср = 2,2*0,807= 1,775 кг/(м²*с), что не нарушает справедливости уравнения (17).

Частота вращения барабана обычно не превышает 5 – 8 об/мин; принимаем n = 5 об/мин.

Оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом β для разных конструкций перевалочных устройств различно. Наиболее распространенные перевалочные устройства показаны на рисунке. 1. Для рассматриваемой конструкции сушильного барабана β = 14 %.

Рисунок 1. типы перевалочных устройств, применяемых в барабанных сушилках, и степень заполнения барабана β:

1 – подъемно-лопастного, β = 12%; 2 – то же, β = 14%; 3 – распределительные, β = 20,6%; 4 – распределительные с закрытыми ячейками, β = 27,5%.

Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, т. е. при Р_о=10⁵ Па. Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.

Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению:

кг/м³ (18)

Таблица 1. К выбору рабочей скорости газов в сушильном барабане ω

Тогда на входе в сушилку:

Па

На выходе из сушилки:

Па

Отсюда

Па

Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

с^-1

Движущую силу массопередачи

определим по уравнению:

(19)

где

– движущая сила в начале процесса сушки, кг/м³; – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м³; – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее, кг/м³.

Средняя движущая сила ΔР_ср, выраженная через единицы давления (Па), равна:

(20)

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем:

– движущая сила в начале процесса сушки, Па; – движущая сила в конце процесса сушки, Па; — давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

Значения

и определяют по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале (t_м1) и в конце (t_м2) процесса сушки. По диаграмме I-х найдем: t_м1= 52,5°С, t_м2= 51 °С; при этом = 13949,85 Па, = 12956,76 Па [1]. Тогда

Па

Выразим движущую силу в кг/м³ по уравнению (19)

кг/м³.

Объем сушильного барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению (16):

м³

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи:

(21)

где Q_п – расход тепла на прогрев материала до температуры t_м1 кВт; Кν – объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м³*К); Δt_ср – средняя разность температур, град.

Расход тепла Q_п равен:

(22)

кВт.

Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению [5]:

(23)

кВт/(м³*К).

Для вычисления Δt_ср необходимо найти температуру сушильного агента t_x, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до t_м1. Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:

(24)

.

t_x = 225,3⁰C.

Средняя разность температур равна:

(25)

⁰C.

Подставляем полученные значения в уравнение (21):

м³.

Общий объем сушильного барабана V= 77,82+ 4,86 = 82,68 м³.

Далее по справочным данным [2, 3] находим основные характеристики барабанной сушилки – длину и диаметр.

В таблице 2 приведены основные характеристики барабанных сушилок, выпускаемых ; заводами «Уралхиммаш» и «Прогресс» [6]. По таблице выбираем барабанную сушилку № 7208 со следующими характеристиками: объем V = 86,2 м³, диаметр d = 2,8 м, длина l= 14 м.

Определим действительную скорость газов в барабане:

(26)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в м³/с) равен:

(27)

где х_ср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха. Подставив, получим:

м³/с.

Тогда

м³/с.

Определим среднее время пребывания материала в сушилке [5]:

(28)

Количество находящегося в сушилке материала (в кг) равно:

(29)

кг

Отсюда

с.