Проект сушилки с псевдоожиженным слоем для сушки сульфата аммония

 
2 Специальная часть

2.1 Технологический расчет аппарата

2.1.1 Материальный  баланс

    Материальный  баланс по всему материалу, подвергаемому сушке имеет вид:

                                                      Gн = Gк + W,                                                 (2.1)                                                                                               

где Gн – масса влажного материала, поступающего на сушку, кг/с;

    Gк – масса высушенного материала, кг/с; 

       W – масса влаги, удаляемой из материала при сушке, кг/с.

    Материальный баланс по абсолютно сухому веществу в высушиваемом материале имеет вид :

                                                G_н(100-ω_н)/100=G_к∙ (100 ∙ ω_к)/100,                    (2.2) 

где ω_н и ω_к - содержание влаги во влажном и высушенном материалах, %

    Из уравнения (2.2) следует:

                            Gн= Gк ∙ (100- ω_к) /(100- ω_н),

                            Gк = Gн ∙(100- ω_н)/(100- ω_к),

    Решая уравнения (2.1) и (2.2) были получены основные уравнения материального баланса процесса сушки:

                            W= Gн ∙ (ω_н –ω_к)/(100- ω_к),                               (2.3)  

                            W= Gk ∙ (ω_н –ω_к)/(100-ω_н)                                 (2.4)

    По формуле (2.4) был определен расход влаги W, удаляемой из высушиваемого материала:

W= Gk ∙ (ω_н –ω_к)/(100-ω_н)  ,                               (2.5)

  W=23500/3600*( 21,5-3,5)/(100-21,5)=1,5 кг/с 

По формуле (2.1):

Gн=23500/3600+1,5=8 кг/с

По формуле (2.2):

  8* (100-21,5)/100=23500/3600* (100– 3,5)/100

  6,2=6,2 

    Составлен материальный баланс по влаге :

                                                             Lx₀+W=Lx₂,                                        (2.6)

где L-расход сухого воздуха, кг/с;

       x₀  и x₂-влагосодержание воздуха на входе и выходе сушилки.

    Из уравнения (2.6)

                                                            L=W/(x₂ - x₀);                                           (2.7)

L=1,5/(0,0350–0,0126)=66,96 кг/с

    Удельный  расход воздуха на 1 кг влаги:

                                                           ℓ=1/( x₂- x₀)                                             (2.8) 

                                                        ℓ=1/(0,0350–0,0126)=44,64 кг/кг

По формуле (2.6):

   66,96*0,0126+1,5=66,96*0,0350

   2,34=2,34 

Выводы:

    1)Материальный  баланс по всему материалу,  подвергаемому сушке сошелся, т. к. масса влажного материала поступившего на сушку равна сумме массы влаги, удаляемой из материала, и массы высушенного материала.

    2)Материальный  баланс по абсолютно сухому  веществу сошелся.

        3)Материальный баланс по влаге  сошелся, т.к. произведение расхода  воздуха на влагосодержание на выходе из сушилки равно сумме произведения расхода воздуха на влагосодержание на входе в сушилку и массы влаги.  

 

   2.1.2 Построение I-x диаграммы влажного воздуха

Теоретическая сушилка

Тепловой расчет можно выполнить графоаналитическим методом с помощью I-х диаграммы Рамзина, (рис.2.1). При этом методе задаются только одной величиной х.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.1.2 Диаграмма Рамзина для влажного воздуха.

        Для расчета сушилки надо знать  параметры атмосферного воздуха  t₀,φ₀ , температуру воздуха или газа на входе в сушилку t₀ и один из параметров на входе из сушилки и t₂.

     Процесс сушки строят по I-х – диаграмме, затем определяют удельный расход воздуха и удельный расход тепла в калорифере.

     

     По  заданным параметрам  φ₀ = 90% и t₀= 20 ⁰С  на их пересечение найдена  точка А. Определено значение энтальпии I₀=52,38 кДж/кг сухого воздуха и влагосодержание х₀=0,0126 кг/кг сухого воздуха в этой точке. В калорифере процесс нагрева воздуха проходит при постоянном влагосодержании. Проводя через точку А  вертикальную линию постоянных влагосодержании до пересечения с линией температуры t₁= 180 ⁰С, получена точка В. Определено значение I₁=191,1кДж/кг в данной точке.

     Т.к. влагосодержание постоянно х₀=х₁=0,0126 кг/кг. Линия АВ характеризует процесс нагрева воздуха в калорифере. Из точки В проведена линия постоянной энтальпии (т.к. теоретический процесс сушки протекает по линии    I₁= 191,1 кДж/кг ) и заданный параметр воздуха на выходе из сушилки t₂= 110 ⁰С  найдена точка пересечения С. Ломаная линия АВС характеризует процесс сушки в теоретической сушилке.

Вывод:

    Таким образом, был построен процесс в теоретической сушилке; определено влагосодержание х₀=0,0126 кг/кг сухого воздуха, значение энтальпии I₀=52,38 кДж/кг сухого воздуха , влагосодержание х₁= 0,0126 кг/кг и значение I₁=191,1  кДж/кг. 

2.2.2.Действительная сушилка

       Чтобы построить процесс в реальной сушилке необходимо знать координаты рабочей линии.  Уравнение рабочей линии сушки имеет вид:

                   D =I-I₁/(x-x₁),      или         I=I₁+D (x-x₁),                     (2.9) 

где  D-разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере.

                            ∆=с∙Θ₁+q_доп-( q_м+ q_т+ q_п)                               (2.10)

где  с- теплоемкость влаги во влажном материале при  температуре Q₁, кДж/(кг×К); кДж/кг влаги.

    q_п- удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги. 

  q_доп- удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп=0;

       q_т –удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, 

    кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае qт =0;

     q_м-удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом кДж/кг влаги;

     Для расчета по этой формуле необходимо вычислить:

         q_м по формуле:

                                        q_м=G_к*с_м(Q₂-Q₁)/W,                                        (2.11) 

где с_м- теплоемкость высушенного материала, равная 0,0014кДж/( кг×К)

С_м= 187,5/(132*1000)=0,0014 кДж/( кг×К)

187,5 Дж/моль*К-значение  из «Справочника химика в 5 томах»;

132-молярная масса  (NH₄)₂SO₄;

       Q₂- температура высушенного материала на выходе из сушилки, ^оС.

q_м=9,03*0,0014*(110–20)/1,5=0,758 кДж/кг

∆=4,19*20+0–(0,758+0+22,6)=60,442 кДж/кг влаги 

    Для построения рабочей линии сушки  на диаграмме I-х необходимо знать координаты (х и I ) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: х₁=0,0126 кг/кг и I₁=191,1 кДж/кг.

    Для нахождения координат второй точки  задано произвольное значение х и определено соответствующее значение I .Пусть х=0,04 кг влаги /кг сухого воздуха. Тогда по формуле (2.9):

                         I=191,1–60,442*(0,04-0,0126)=189,45 кДж/кг

      Через две точки на диаграмме I-х с координатами х₁=0,0126, I₁=191,1 и х=0,04 I=189,45 проведена линия сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂=110 С.В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂ найдены параметры отработанного сушильного агента: х₂=0,035 кг/кг, I₂=189,8 кДж/кг

Вывод:

     В ходе  проделанной работе был определен   процесс в действительной сушилке. Полученное,  значение энтальпии I=191,1 кДж/кг в теоретической сушилке больше ,чем значение энтальпии в действительной сушилке I₂=189,8кДж/кг, это расхождение объясняется тем, что в действительной сушилке существуют потери тепла в окружающую среду.

   

Сводим получившиеся данные в таблицу:

         Таблица 1 – Полученные данные 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2 Тепловой баланс

     Составим  принципиальную схему для  конвективной сушилки непрерывного действия и рассмотрим приход и расход тепла:

     

                                                                                                                     W, c_в

                                                                                     Q_д

                                              

                 L                  К₁                 L                      С.К                  L

       х₀ , j₀, t₀, I₀                х₁ , j₁, t₁, I₁                                            х₂ , j₂, t₂, I₂                             

                                       Q_к 
 
 
 
 

 Принципиальная схема конвективной сушилки

 

 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.