Рассчитаем удельный подвод тепла в барабан с высушиваемым материалом: сушка калориферный батарея скруббер
(8)
где см - теплоёмкость высушенного материала, Дж/(кг•К);
и2 - температура высушенного материала на выходе из сушилки, ?С. Принимается равной температуре мокрого термометра tм2 = 38,17 на выходе из сушилки.
Дж/кг
Рассчитаем Дбп ? разность между удельным приходом и расходом тепла без учёта потерь:
,(9)
Вт.
Рассчитаем Д ? разность между удельным приходом и расходом тепла с учётом потерь:
,(10)
Вт
2.4 Конструктивный расчёт сушилки
Общий объём барабана:
(11)
где Vc - объём сушилки, необходимый для испарения влаги, м3;
VП ? объём сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, м3.
Объём барабана, необходимый для испарения влаги:
где K? - объёмный коэффициент массопередачи;
? средняя движущая сила массопередачи.
,(13)
где QП - расход тепла на прогрев материала до температуры tM1, кВт;
Дtcp - средняя разность температур, ?С.
K? - объёмный коэффициент массопередачи, Вт/(м3•К).
Рассчитаем другие требуемые величины для нахождения данных величин.
Коэффициент массоотдачи:
,
где сср - средняя плотность сушильного агента, кг/м3;
с - теплоёмкость сушильного агента при средней температуре в барабане (принимаем 1 кДж/(кг•К) [7, с. 298])
в - оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, % (принимаем равным 14% [7, рисунок 9.3]);
Р0 - давление, при котором осуществляется сушка, Па (принимаем равным 105 Па [7, с. 298]);
Р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па; щ - скорость сушильного агента в барабане, м/с (принимаем равным 1,79 [7, таблица 9.1]);
п - частота вращения барабана, об/мин (принимаем равной 5 [7, c. 298]).
Среднее парциальное давление водяных паров найдём по уравнению:
,(15)
где МВ - молекулярная масса воды;
Мс.в. - молярная масса сухого воздуха;
Р0 - атмосферное давление, Па.
Среднее парциальное давление водяных паров на входе в сушилку:
Па.
Среднее парциальное давление водяных паров на выходе из сушилки:
Па.
Определим парциальное давление водяных паров в барабане:
Па.
Средняя плотность сушильного агента в барабане:
,(16)
где ?0 - молярный объём газа, 22,4 дм3/моль;
М - молярная масса газа;
T0 - стандартная температура, 273 К;
tcp - средняя температура сушильного агента в барабане, ?С.
кг/м3.
Рассчитаем объёмный коэффициент массоотдачи:
с-1.
Движущая сила массопередачи:
,(17)
где ? средняя движущая сила, Па, рассчитываемая по формуле:
,(18)
где ДРБ = - движущая сила в начале процесса сушки, Па;
ДРМ =- движущая сила в конце процесса сушки, Па;
и ? давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.
и определяются по температуре мокрого термометра в начале (tм1) и в конце (tм2) процесса сушки. По диаграмме I-x найдём: tм1 = 39 ?С, tм2 = 38,17 ?С; при этом = 6990,252 Па, = 6618,345 Па. Тогда:
Па.
Тогда движущая сила массопередачи по формуле (11):
кг/м3.
Объём барабана, необходимый для испарения влаги (без учёта объёма на прогрев влажного материала) по формуле (7):
м3.
Расход тепла:
,(19)
где и1 - температура влажного материала, ?С (примем равной температуре окружающей среды t1 = 20,6); см - теплоёмкость высушенного материала, Дж/(кг•К); св - теплоёмкость влаги, Дж/(кг•К).
кВт.
Объёмный коэффициент массопередачи:
,(20)
Вт/(м3•К).
Средняя разность температур:
,(21)
где t1 = 127 ?С - температура воздуха на входе в сушилку;
tx = 45 ?С - температура воздуха, до которой он охлаждается, отдавая тепло материалу.
?С.
Объём сушилки на прогрев влажного материала:
м3.
Общий объём сушильного барабана:
м3.
По каталогу выберем БН 2,8 - 16НУ с диаметром барабана 2800 мм и длиной 16000 мм; частота вращения 2-6 об/мин с мощностью привода 75 кВт; длина - 16100 мм, ширина - 5250 мм, высота - 5000 мм, масса - 94500 кг [8].
2.5 Расчёт калориферной батареи, циклона и скруббера
Расчёт калорифера
Рассчитаем поверхность нагрева калориферной установки:
где Q - расход тепла на калорифер, Вт;
К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К);
tГ.П. - температура греющего пара, ?С;
t1 - температура окружающей среды, ?С.
Найдём K по весовой скорости. Для пластинчатых калориферов рекомендуется принимать весовую скорость ? в диапазоне 4-10 кг/(м2•с) [9]. В соответствии с этим, принимаем коэффициент теплопередачи K равным 26,3 Вт/(м2•К) [10].
м2.
Расход влажного воздуха, поступающего в калорифер:
,(23)
кг/с.
Экономическая массовая (весовая) скорость воздуха в пластинчатых калориферах КФС и КФБ обычно находится в промежутке 7-10 кг/(м2•с).
Найдём пределы живого сечения при экономической массовой скорости:
(24)
.
Исходя из fм, выберем калорифер КФС-5 с номинальной плоскостью теплопередачи FК = 20,9 м2 [10].
Расчёт циклона
Расчёт будем вести для циклона ЦН-15, данного нам по условию.
Оптимальную скорость газов в циклоне wопт примем равной 3,5 м/с [11].
Диаметр циклона:
(25)
м = 210 мм.
Действительная скорость потока в циклоне:
,(26)
где N - число циклонов.
м/с.
Коэффициент гидравлического сопротивления:
(27)
где K1 ? поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона [11, таблица 3];
K2 - поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа [11, таблица 4];
R500 - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм [11, таблица 5].
Гидравлическое сопротивление:
,(28)
Па.
Эффективность очистки:
(29)
где Ф(x) - табличная функция от параметра х.
Найдём x по формуле:
(30)
где d50 - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50%, мкм;
dm50 - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50% для типового циклона, мкм.
Рассчитаем d50 по формуле:
,(31)
где D и Dт - диаметры данного и типового циклона соответственно, м;
сч и счт - плотность частиц данного и типового циклона соответственно, кг/м3;
м и мт - динамическая вязкость воздуха для данного и типового циклона соответственно, Па•с;
w и wт - действительная скорость воздуха в данном и типовом циклоне соответственно, м/с.
мм.
Рассчитаем конструкционные размеры циклона, мм:
y = k•D(32)
где y - конкретный параметр циклона;
k - коэффициент пропорциональности [12, таблица 1].
d = 0,59 • 210 = 124;
d1 = 0,35 • 210 = 73,5;
b = 0,2 • 210 = 42;
l = 0,6 • 210 = 126;
a = 0,66 • 210 = 138,6;
hТ = 1,74 • 210 = 365,4;
hb = 0,3 • 210 = 63;
Hц = 2,06 • 210 = 432,6;
Hк = 2 • 210 = 420;
hфл = 0,1 • 210 = 21;
Н = 4,56 • 210 = 957,6;
Расчёт скруббера
Рассчитаем диаметр скруббера:
,(33)
где ?0 - объем влажного газа, отнесенный к 1 кг сухого газа, м3/кг;
иг ? скорость газов в скруббере, м/с;(принимаем =3,5м/с)
Рассчитаем объем влажного газа ?0:
,(34)
где - газовая постоянная воздуха, Дж/(кг*К),(для воздуха =287Дж/(кг*К));
- абсолютная температура воздуха, К; (Т=t2+273);
- относительная влажность воздуха, %; ();
В - барометрическое давление, Па; (В = 101325Па);
Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па. По I-d - диаграмме находим, что ц = 64%, PH = 9583,21 Па.
м3/кг
Рассчитаем сопротивление скруббера ?pc:
(35)
где - коэффициент гидравлического сопротивления (=2,75);
- плотность газов при 00С;
скорость газов , м/с;();
- температура поступающих газов, 0С; (=550С).
мм.вод.ст. Па.
м.
2.6 Гидравлический расчёт линии подачи воздуха и подбор вентилятора (согласно разработанной технологической схеме)
Расчёт диаметра трубопровода
,
где щ - оптимальная скорость воздуха в трубопроводе, м/с; принимаем равной 10 м/с [7, c. 16].
м.
Принимаем диаметр трубопровода равным (У) [7, с. 17].
Подбор вентилятора
Рассчитаем критерий Рейнольдса для потока в трубе:
,(37)
где с - плотность потока воздуха, кг/м3;
w - скорость потока воздуха в трубе, м/с;
d - внутренний диаметр трубопровода, м;
м - динамическая вязкость воздуха, Па•с.
.
Гидравлическое сопротивление трубопровода:
,(38)
где dвн - внешний диаметр трубопровода, м;
?ж - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
Lтр - длина трубопровода, м.
Определим коэффициенты местных сопротивлений:
1. Вход в трубу примем равным 0,5;
2. Вентиль принимаем равным 0,15;
3. Колено - 1,1;
4. Выход из трубы - 1 [7, с. 24].
Исходя из этих коэффициентов, рассчитаем ?ж :
Па.
Рассчитаем избыточное давление Дp, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления аппаратов и трубопровода:
(39)
где Дрсуш - гидравлическое сопротивление сушильного барабана, Па;
Дркалор - гидравлическое сопротивление калорифера, Па;
Дрцикл - гидравлическое сопротивление циклона, Па;
Дрскр - гидравлическое сопротивление скруббера, Па.
Па
Полезная мощность вентилятора:
,(40)
где Q - объёмный расход, м3/с.
Объёмный расход рассчитаем по формуле:
(41)
где xср - среднее влагосодержание воздуха в сушилке, кг/кг;
сс.в. - плотность сухого воздуха, кг/м3;
св.п. - плотность влажного пара, кг/м3.
Среднее влагосодержание рассчитаем по формуле:
(42) кг/кг.
Плотность влажного пара рассчитаем по формуле (12):
кг/м3.
м3/с.
Вт = 6,45956 кВт.
Мощность, которую должен развивать электродвигатель вентилятора на выходном валу:
(43)
где зв и зпер - коэффициенты полезного действия вентилятора и и передачи от электродвигателя к вентилятору соответственно. Принимаем их равными 0,6 и 1 соответственно [7, с. 24].
кВт.
Выбираем вентилятор Ц1-4030 с объёмным расходом Q = 1,120 м3/с, гидравлическим напором сgH = 2840 Па и количеством оборотов п = 46,7 с-1 [7, с. 42, таблица 9].
Список использованных источников
1 Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курс процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для вузов/ Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил.
2 Дытнерский, Ю.И Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию: Уч. пос. для вузов / Ю.И. Дытнерский, Г.С. Борисов, В Брыков. -- М.: Альянс, 2015. -- 496 c.