Проект сушилки с псевдоожиженным слоем для сушки сульфата аммония (стр. 4 из 5)

Пусть на сушку поступает G_н=8 кг/с исходного материала, имеющего температуру Q₁=20 ⁰С. В сушилке из материала испаряется W=1,5 кг/с влаги и

из сушилки удаляется G_к=6,5 кг/с высушенного материала при температуре Q₁=110 ⁰С.

Удельная теплоемкость высушенного материала с_м=0,0014кДж/(кг×К) [нашли её из справочника: 187,5/(132*1000) (молярная масса)] и теплоемкость влаги с_в=4,19 кДж/(кг×К).

В сушилку подается влажный воздух, содержащий L=66,96кг/с абсолютно сухого воздуха.

Перед калорифером воздух имеет энтальпию I₀=52,38 кДж/кг су

хого воздуха; после нагрева, т.е. на входе в сушилку, энтальпия воздуха повышается до I₁=191,1 кДж/кг сухого воздуха. В процессе сушки в результате передачи тепла материалу, поглощения испаряющейся из материала влаги и потерь в окружающую среду энтальпия воздуха изменяется и на выходе из сушилки энтальпия отработанного воздуха равна I₂=189,18 кДж/кг сухого воздуха.

В данной сушилке транспортных устройств нет. Тепло подводится только в основной калорифер К₁,установленный перед сушилкой (Q_к), т.е. в дополнительном калорифере К₂ Q_доп=0. Тогда с учетом потерь тепла сушилкой в окружающую среду имеем:

Таблица 2 - Приход и расход тепла

Приход	Расход
1. С наружным воздухом (L×I0)	1. С отработанным воздухом (L×I2)
2. С влажным материалом: - с сухим материалом (G2×cм×Q1) - с влагой (W×cв×Q1)	2. С высушенным материалом (G2×cм×Q2)
3. В основном калорифере (Qк)	3. С транспортирующими устройствами (Gт×cт×tтк)
4. В дополнительном калорифере (Qд)	4. Потери в окружающую среду (Qп)
5. С транспортирующими средствами (Gт×cт×tтн)	________________

При установившемся процессе сушки тепловой баланс выражается равенством:

L×I₀+G_к×с_м×Q₁+W×с_в×Q₁+Q_к=L×I₂+G_к×с_м×Q₂+Q_п , (2.13)

Расход тепла на сушку:

Q_к=L(I₁- I₀); (2.14)

Q_к=66,96*(191,1-52,38)=9288,69 кДж/с

Q_п=q_п×W=22,6*1,5=33,9 кДж/с (2.15)

По уравнению (2.13):

66,96*52,38+9,03*0,0014*20+1,5*4,19*20+9288,69 = 66,96*189,8+9,03*0,0014*110+33,9

12922,043= 12744,29

Вывод:

В результате проделанной работы получено, что расход тепла ненамного превышает приход тепла. Это различие объясняется недостаточной точностью определения параметров воздуха графоаналитическим методом по I-х диаграмме, также округлением результатов.

2..3 Определение основных размеров сушилки

2.3.1 Скорость газа и диаметр аппарата

Конструктивные размеры определяются на основании технологического расчета.

Средняя температура воздуха в сушилке:

t_ср=(t₁+t₂)/2=(180+110)/2=145⁰С , (2.16)

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

х_ср=( х₀+ х₂)/2=(0,0126+0,0350)/2=0,0238 кг влаги/кг сухого воздуха (2.17)

Средняя плотность сухого воздуха и водяных паров:

r_с.в=М_с.в×Т₀/[v₀×(Т₀+t)] (2.18)

По формуле (2.18):

r_с.в=29 ×273/[22,4 × (273+145)]= 0,846 кг/м³

r_в.п=М_в.п×Т₀/[v₀×(Т₀+t)]

По формуле (2.18):

r_в.п=18 ×273/[22,4 × (273+145)]= 0,5248 кг/м³

Средняя объемная производительность по воздуху:

V=L/r_с.в+х_ср∙ L/r_в.п (2.19)

V=66,96/0,846+(0,0238*66,96)/0,5248 =79,15+2,998= 82,15 м³/с

Фиктивная скорость начала псевдоожижения (на полное сечение аппарата) рассчитана по уравнению:

ω_пс=Re∙μ_ср/(r_ср∙d_э) (2.20)

где Re-критерий Рейнольдса

Re =Ar/(1400+5,22

), (2.21)

где Ar -критерий Архимеда

, (2.22)

где m_ср - вязкость сушильного агента при средней температуре, ПА∙с;

d- диаметр эквивалентного шара, т.е. шара, имеющего такой же объем, как и частица.

Ar =(1*10^-³)³*1769*0,846*9,81/(2,1*10^-5)²=33291

По формуле (2.21):

Re =33291/(1400+5,22*

) =23,7

Скорость начала псевдоожижения определим по формуле (2.20):

ω_пс=Re∙μ_ср/(r_ср∙d_э),

ω_пс=23,7*2,1*10^-5/(0,846*1*10^-3)=0,59 м/с.

Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) наиболее мелких частиц.

Скорость свободного витания (уноса) определена по формуле:

, (2.23)

.

Рабочую скорость ω сушильного агента выбирают в пределах от ω_пс до ω_св. Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения К_пр.

Предельного числа псевдоожижения определено по формуле:

К_пр = ω_св/ ω_пс, (2.24)

К_пр = 6,77/0,59=11,48

При К_пр=11,48 число псевдоожижения К_ω принимают в интервале от 1,5 до 3. Примем К_ω=1,5.

Тогда рабочая скорость ω сушильного агента:

ω= К_ω* ω_пс=1,5*0,59 = 0,885 м/с. (2.25)

Диаметр сушилки определен по формуле:

d=

= (2.26)

Толщину стенки сушилки предварительно определяют в зависимости от диаметра аппарата D по эмпирической формуле:

d=(0,002÷0,01)D (2.27)

d=(0,002÷0,01)*10,87 =0,0217 м

2.3.2 Высота псевдоожиженного слоя

Высоту псевдоожиженного слоя высушиваемого материала можно определить на основании экспериментальных данных по кинетике как массо и теплообмена.

Расчет высоты псевдоожиженного слоя, необходимой для удаления свободной влаги, проведен двумя указанными методами.

Решая совместно уравнения материального баланса и массоотдачи, получим:

d_w=ω∙r_ср∙S∙d_x=β_у∙(х^*-х)∙dF (2.28)

где W-производительность сушилки по испарившейся влаге, кг/с;

S-поперечное сечение сушилки, м²;

х ,х^*- рабочее и равновесное влагосодержание воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха;

F-поверхность высушиваемого материала, м².

При условии шарообразности частиц заменим поверхность высушиваемого материала dF:

dF=[6∙(1-ε)/d_э]∙S∙dh (2.29)

где h—высота псевдоожиженного слоя, м.

Разделяя переменные и интегрируя полученное выражение, при условии постоянства температур частиц по высоте слоя находим:

(2.30)

Равновесное содержание влаги в сушильном агенте х* определяем по I-х диаграмме как абсциссу точки пересечения рабочей линии сушки с линией постоянной относительной влажности φ=100 %. Величина х* =0,071 кг/кг. При этом левая часть уравнения (6.30) равна:

(x*-х₂)/( x*-х_o)=(0,043-0,035)/(0,043-0,0126) =0,263

Порозность псевдоожиженного слоя ε при известном значении рабочей скорости может быть вычислена по формуле:

ε=[(18Re+0,36Re²)/ Ar]^0,21 (2.31)

Критерий Рейнольдса

Re= ω∙d_э∙r_ср/μ_ср=6,77∙10^-3∙0,846/2,1∙10^-5=36,2

Критерий Аг=3,35*10⁴ (см. выше).

Тогда по формуле (2.31):

ε=[(18∙36,2+0,36∙36,2²)/3,3*10⁴]^0,21=0,303 м³/м³.

Коэффициент массоотдачи β_у определяют на основании эмпирических зависимостей; при испарении поверхностной влаги он может быть рассчитан с помощью уравнения [8]:

Nu^′_у=2+0,51Re^0,52Рг^′_у^0,33, (2.32)

где:

Nu^′_у= β_у∙d_э/D- диффузионный критерий Нуссельта;

Рг^′_у= μ/r∙D - диффузионный критерий Прандтля.

Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре в сушiилке D (м²/с) равен:

D= D₂₀[(Т_υ-t_ср)/Т₀]^3/2 (2.33)

Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при 20°С D₂₀= 21,9∙10^-6 м²/с [11]. Тогда, коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре по формуле (6.33):

D=21,9∙10^-6[(180-145)/180]^3/2=1,87∙10^-5 м²/с

Рг^′_у =2,1∙10^-5/(0,846∙1,87∙10^-6)=0,133

Коэффициент массоотдачи из уравнения (2.32) равен:

(2.34)

Подставляя вычисленные значения в уравнение (6.30), определим высоту псевдоожиженного слоя высушиваемого материала h:

0,447=ехр