Проект сушилки с псевдоожиженным слоем для сушки сульфата аммония

    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 

 

    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: