линию до пересечения с t₂=90°C, получаем точку С – окончание сушки.

11) По координатам точки С определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: х₂=0,120 кг/кг.

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

J₂=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₂=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг.

t_м₂=60 °С.

Тепловой баланс

Теплосодержание сушильного агента при х₁ и t₂:

J₁₂=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₁=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,025=157,658 Дж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при t₀ и х₀:

J_п0=J₀=15,061 кДж/кг.

Теплосодержание подсасываемого воздуха при t₂ и х₀:

J_п₂=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₀=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,004=101,581 кДж/кг.

Расход тепла на испарение влаги:

Q_и=W∙(2493+1,97∙t₂-4,19∙q₁)=2,008∙(2493+1,97·90-4,19·5)=5319,895 кДж/с.

Расход тепла на нагрев материала:

Q_м=220,413 кДж/с (см. построение диаграммы).

Потери тепла:

Q_пот=W∙q_пот=2,008·100=200,8 кДж/с.

Расход сушильного агента:

L₁=(Q_и+Q_м+Q_пот)/[(J₁-J₁₂)-0,05∙(J_п2-J_п0)]=(5319,895+220,413+200,8)/[(433,063–-157,658)–0,05∙(101,581–15,061)]=21,179 кг/с.

Количество паровой смеси, выходящей из сушилки:

L₂=1,05∙L₁=1,05·21,179=22,238 кг/с.

Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

x₂=x₁+W/L₁=0,025+2,008/21,179=0,120 кг/кг.

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

J₂=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₂=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг.

По диаграмме J-x: x₂=0,120 кг/кг, J₂=411,336 кДж/кг.

2.2.2 Гидродинамический расчет

Исходные данные:

Параметры опила

Вход в сушилку

Абсолютная влажность w_а1=40 %

Эквивалентный диаметр d_э=0,012 м

Плотность при w_a1 [см.1, таблица 91] r_м1=570 кг/м³

Фактор формы Ф=0,5

Выход из сушилки

Абсолютная влажность w_а2=20 %.

Плотность при w_а2 [см.1, таблица 91] r_м2=558 кг/м³.

Параметры сушильного агента

Вход в сушилку

Расход L₁=21,179 кг/с

Температура t₁=350 °C

Влагосодержание х₁=0,025 кг/кг

Плотность [1, таблица 57] r_t₁=0,544 кг/м³

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] m_t1=31,32·10^-6 Па·с

Выход из сушилки

Расход L₂=22,238 кг/с

Температура t₂=90 °C

Влагосодержание х₂=0,120 кг/кг

Плотность [1, таблица 57] r_t2=0,884 кг/м³

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] m_t2=20,0·10^-6 Па·с

Средние значения параметров:

t_ср=0,5·(t₁+t₂)=0,5·(350+90)=220 °C;

х_ср=0,5·(x₁+x₂)=0,5·(0,025+0,120)=0,073 кг/кг;

r_{t ср}=0,5·(r_t1+r_t2)=0,5·(0,544+0,884)=0,714 кг/м³;

m_{t ср}=0,5·(m_t1+m_t2)=0,5·(31,32+20)·10^-6=25,66·10^-6 Па·с;

w_{а ср}=0,5·(w_а1+w_а2)=0,5·(40+20)=30 %;

r_{м ср}=630 кг/м³ при w_{а ср}=30 % (см.1, таблица 91);

θ_ср=0,5·(θ₁+θ₂)=0,5·(5+60)=32,5 °C;

C_м=2,4 кДж/кг∙К при w_{а ср}=30 % и θ_ср=32,5 °C;

λ_t₌0,17 Вт/м·К при w_{а ср}=30 %.

Критерий Архимеда при t_ср=220 °С, ω_а_ср=30 %:

Ar=d_э³∙r_{t ср}∙r_{м ср}∙g/m²_{t ср}=0,012³·0,714·630·9,81/(25,66·10^-6)²=1,16·10⁷.

Критерий Re_кр:

Re_кр=Ar·Ф²/[150·(1-ε₀)/ε₀³+(1,75·Ar/ε₀³)^0,5]= 1,16·10⁷·0,5²/[150·(1-0,4)/0,4³+

+(1,75· 1,16·10⁷/ 0,4³)^0,5]=150,782

Критическая скорость:

w_кр=Re_кр·m_{t ср}/d_э·r_{t ср}=150,782·25,66·10^-6/0,012·0,714=0,452 м/с.

Предельно допустимая скорость сушильного агента при ε=1 для d_min рассчитывается по формулам:

Ar_min= d_min³·r_t_ср∙r_{м ср}·g/m²_{t ср}=0,006³·0,714·630·9,81/(25,66·10^-6)²=1,45·10⁶

при d_min=0,5· d_э=0,5·0,012=0,006 м.

w´_вит= Ф^0,5·m_{t ср}·Ar_min/[d_min·r_{t ср}·(18+0,61·Ar_min^0,5)]=

=0,5^0,5∙25,66·10^-6∙1,45∙10⁶/[0,006·0,714·(18+0,61∙(1,45∙10⁶)^0,5)]=8,154 м/с.

Диаметр аэрофонтанной сушилки

Концентрация влажного опила в аэросмеси:

/L₁∙(1+x₁)=3,611/21,179∙(1+0,025)=0,175 кг/кг.

Концентрация высушенного опила в аэросмеси:

/L₂∙(1+x₂)=1,603/22,238·(1+0,120)=0,081 кг/кг.

Допустимая концентрация

до 0,1 кг/кг.

Объемный расход парогазовой смеси на входе в сушилку:

V_t1=L₁∙(1+x₁)/r_t1=21,179·(1+0,025)/0,544=39,905 м³/с.

Объемный расход парогазовой смеси на выходе из сушилки:

V_t2=L₂∙(1+x₂)/r_t2=22,238·(1+0,120)/0,884=28,175 м³/с.

Критерий Архимеда при начальной влажности материала и параметрах сушильного агента на входе в сушилку:

Ar₁=(d_э)³∙r_t1∙r_м1∙g/m²_t1=0,012³·0,544·570·9,81/(31,32·10^-6)²=5,36·10⁶.

Скорость витания частиц опила:

(w_вит)_вх=Ф^0,5·m_t1·Ar₁/[d_э·r_t1·(18+0,61·Ar₁^0,5)]=0,5^0,5∙31,32∙10^-6∙5,36·10⁶/[0,012×

×0,544·(18+0,61∙(5,36·10⁶)^0,5)]=12,712 м/с.

Скорость газа в горловине:

w_г1=1,5·(w_вит)_вх=1,5∙12,712=19,068 м/с.

Диаметр горловины:

d_г=(V_t₁/0,785∙w_г1)^0,5=(39,905/0,785·19,068)^0,5=1,633 м.

Диаметр горловины принимаем 1700 мм.

Диаметр широкой части рюмки:

D=(V_t₂/0,785∙w_г2)^0,5=(28,175/0,785·3,814)^0,5=3,068 м,

где w_г2 – скорость парогазовой смеси в широкой части рюмки, м/с.

w_г2=(0,2÷0,5)∙w_вит=0,3∙12,712=3,814 м/с.

Диаметр широкой части рюмки принимаем равным 3100 мм.

Скорость w_г2 должна быть равна или меньше скорости витания высушенной измельчённой древесины из бересты (w_вит)_вых.

Критерий Архимеда при конечной влажности материала и параметрах сушильного агента на выходе из сушилки:

Ar₂=(d_э)³∙r_t2∙r_м2∙g/m²_t2=0,012³·0,884·558·9,81/(20,0·10^-6)²=2,09·10⁷.

Скорость витания частиц опила в широкой части рюмки:

(w_вит)_вых=Ф^0,5∙m_t2∙Ar₂/[d_э∙r_t2∙(18+0,61∙Ar₂^0,5)]=0,5^0,5∙20,0·10^-6∙2,09·10⁷/[0,012×

×0,884·(18+0,61∙(2,09·10⁷)^0,5)]=9,928 м/с.

Скорость парогазовой смеси w_г2=3,814 м/с принята правильно, так как w_г2<(w_вит)_вых.

Высота конуса:

Н_к=2·(D-d)=2·(3,1-1,7)=2,8 м.

Угол раскрытия конуса:

tg(α/2)=0,5·(D-d)/Н_к=0,5·(3,1-1,7)/2,8=0,25.

α/2=14º, откуда α=2∙14=28º.

Принимаем Н_к=2,8 м, при α=28º.

Объем усеченного конуса:

V_к=[π·H_к·(D²+d²+ D·d)]/12=[3,14∙2,8·(3,1²+1,7²+3,1∙1,7)/12=13,019 м³.

Общий объем аэрофонтанной сушилки при А=180 кг/(м³∙ч):

V_суш=W/A=2,008∙3600/180=40,160 м³.

Количество конусов (рюмок), последовательно установленных в аэрофонтанной сушилке:

n=V_суш/V_к=40,160/13,019=3,085. Принимаем n=3 шт.

Общая высота сушилки:

Н=(2∙d)∙2+n∙Н_к+0,5∙(D+d)∙4+2∙d=2∙1,7∙2+3∙2,8+0,5∙(3,1+1,7)∙4+2∙1,7=28,2 м.

Гидравлическое сопротивление сушилки

Гидравлическое сопротивление одного корпуса:

ΔР=0,062∙ρ_{м ср}∙(D/d)^2,54∙(tg(α/2))^0,18∙(D/d-1)=0,062∙630∙(3,1/1,7)^2,54∙(0,25)^0,18×

×(3,1/1,7-1)=115,281 Па.

Гидравлическое сопротивление сушилки:

ΔР_c=n∙ΔР=3∙115,281=345,843 Па.

Принимаем аэрофонтанную сушилку, состоящую из трех конусов (рюмок): D=3,1 м; d=1,7 м; Н_к=2,8 м; Н=28,2 м; ΔР_c=345,843 Па.

3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования и
коммуникации

3.1 Бункер-питатель

Бункер-питатель используется для дозирования влажного опила в сушилку.

Производительность по влажному опилу,

, кг/с 3,611

Относительная влажность опила, ω_о1, % 66,7

Абсолютная влажность опила, ω_а1, % 40

Насыпная плотность влажного опила [см.1, таблица 90] при ω_а1=40 %

r_м1=570 кг/м³.

Объем бункера-питателя:

V=t∙

/r_н=300×3,611/570=1,901 м³,

где t – продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер, t=5 мин=300 с.

По ГОСТ 9931-61 выбираем бункер [1, таблица 79]:

Расчёт аэрофонтанной сушилки (стр. 3 из 7)