Барабанная сушилка

     L·I₂ - L·I₁ = G₂·c₂·Θ₂ - G₁·c₁·Θ₁ + Q_п  

     L (I₂ - I₁ ) = G₂·c₂·Θ₂ - G₁·c₁·Θ₁ + Q_п  

     [L·  (I₂ - I₁ ) ] / W   = (G₂·c₂·Θ₂ - G₁·c₁·Θ₁ + Q_п) / W 

     G₂·c₂·Θ₂ - G₁·c₁·Θ₁ + Q_п =ΣQ             Δ=ΣQ/W           ℓ·(I₂ - I₁)=Δ 

     где   ΣQ – алгебраическая сумма абсолютных теплот в сушильной камере, Вт.

     Δ – тепловая поправка на действительный (реальный) сушильный процесс, кДж/кг.     

     Рассчитываем  ΣQ    

     ΣQ  = G₂·c₂·Θ₂ - G₁·c₁·Θ₁ + Q_п 

     ΣQ  = 0,67 ·1,160· 50 – 0,694 ·1,480 ·30 + 7,84 

     ΣQ  =15,89 кДж/с 

     Рассчитываем  тепловую поправку Δ 

     Δ =  ΣQ / W = 15,89 / 0,0214 = 742,52 кДж/кг 

     Определяем  I₂ 

     I₂ = I₁+ Δ/ ℓ = 123 + 742,52 / 59,52 = 135,475 кДж/кг

          

     2.3. Корректируем расход воздуха  на действительный сушильный процесс.    

     Находим точку С₁ на пересечении изоэнтальпы I₂ и изотермы t₂.    Соединяем прямой  точки В и С₁. Имеем ломаную линию АВС₁, характеризующую действительный сушильный процесс. Из точки С₁, опустив перпендикуляр на ось х, определяем действительное влагосодержание воздуха на выходе из сушильной камеры х₂ = 0,034кг/кг.

       Тогда действительный удельный  расход воздуха определится:  

     

       

     2.4. Рассчитываем действительный абсолютный  расход воздуха в сушилке. 

     L =  ℓ· W = 38,76· 0,0214 = 0,829 кг/с = 2986,05 кг/ч 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Конструктивный расчёт 

     3.1. Определяем время сушки сахара (τ, мин)  

     

      

     где β – коэффициент заполнения материала, показывающий отношение площади  сечения барабана, заполненного материалом, к площади поперечного сечения барабана. Выбираем подъёмно-лопастную насадку с β = 0,2. 

     ρ₁ – насыпная плотность влажного сахара при u₁ =3%, ρ₁ =815 кг/м³. 

     

 

     3.2. Рассчитываем предварительный   объём сушильного  барабана (V_б^/)  

     

 

     3.3. Уравнение неразрывности для барабана при движении горячего воздуха в ходе сушки: 

     V_с  = (1– β) · v_в· π ·(D_б²/4) 

     где V_с – объёмный расход воздуха, м³/с; V_с=L/ρ_в= 0,829/1,007= 0,823 м³ / с;

     ρ_в=0,5·(ρ_в1 + ρ_в2) =0,5· 353·(1/ Т₁ + 1/ Т₂ ) = 176,5· (1/373 + 1/333) = 176,5·(0,0027+ 0,003) = 1,007 кг / м³      

     v_в - средняя скорость воздуха, м / с; v_в = 0,75 м / с;

     D_б – внутренний диаметр барабана, м;

     (1–  β) – величина, показывающая, что  не всё сечение барабана является  пропускным для воздуха по  причине задержки части  воздушного потока массой сахара.     

     3.4. Из уравнения неразрывности (расхода)  определяем внутренний диаметр барабана (D_б).      

     

 

     Принимаем из стандартному ряда  D_б = 1400 мм.    

     3.5. Определяем длину барабана (L_б), исходя из конструктивного соотношения L_б / D_б = 3,5 – 7,0.        

     L_б = 3,5 · D_б = 3,5· 1,4 = 4,9 м 

     Принимаем из стандартного ряда  L_б = 5000 мм  

      

     3.6. Рассчитываем объём барабана  по стандартным D_б и L_б  

     

 

     Принимаем объём барабана V_б = 7,7 м³ 

     3.7. Определяем объёмную массу влажного сахара (V_вл) 

     V_вл  = G₁ / 60·ρ₁ = 2500  / 60·815 = 0,051 м³/мин 

     3.8. Уточняем время сушки сахара (τ, мин)  

     

 

     Принимаем время сушки τ = 30 мин.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Динамический расчёт 

     4.1. Определяем число оборотов барабана в минуту (n) 

     

 

     m – коэффициент типа насадки;  для подъёмно-лопастной m=0,6;

     k – коэффициент характера движения  воздуха и материала;

     k = 2,0;

     tgα  = tg 5⁰ = 0,0875.    

     

 

     4.2.Рассчитываем  мощность, необходимую для вращения барабана (N) 

     N = 0,078 ·D_б³ ·L_б· ρ_н · σ· n 

     где σ = 0,071 – коэффициент мощности. 

     N = 0,078 ·1,4³ ·5· 815· 0,071· 1,633= 101,123 кВт 

     Принимаем N = 101,0 кВт.  

     4.3. Барабан рассматриваем как балку,  свободно лежащую на двух опорах. Вес барабана, насадки, бандажей, загружаемого материала и изоляции представляет собой равномерно распределённую нагрузку по длине барабана, вес венцовой шестерни – сосредоточенную силу.

     Определяем  толщину стенки барабана (δ)     

     δ  = 0,007· D_б = 0,008· 1,4 = 0,0112 м = 11,2 мм 

       Принимаем δ  = 11,0 мм 

     4.4. Вес барабана (G_б):   

     G_б = ρ·g·π·D_б·L_б·δ =7800·9,81·3,14·1,4·5·0,088=148004,2 Н=14,8 т 

     4.5. Вес изоляции (G_из):    

     G_и = ρ_и·g ·π·D_бн·L_б·δ_и = 450·9,81·3,14·1,4·5,0·0,035=3396 Н=0,34 т 

     4.6. Вес влажного материала (G_вл):  

     G_вл = 0,785· D_б  · ρ₁ · g · π_н· L_б ·β^/ = 0,785· 1,4 · 815· 9,81 ·3,14· 5· 0,25 = 34487,7 Н = 3,45 т  

     4.7. Определяем суммарную нагрузку (G): 

     G = G_б + G_и + G_вл = 148004,2 + 3396 + 34487,7 =185887,9 Н= 0,186 МН 

     4.8. Удельная нагрузка (q):  

     q = G / L = 185887,9 / 5 = 37177,6 Н/м 

     4.9. Определяем изгибающий момент  от равномерно распределённой  нагрузки (М₁) 

     

 

     4.10. Определяем изгибающий момент  от сосредоточенной  нагрузки венцовой шестерни (М₂) 

     

 

     4.11. Суммарный изгибающий момент (М_и): 

     М_и = М₁ + М₂ = 116179,93 + 1375 = 117554,93 Н·м 

     4.12. Крутящий момент (М_кр):   

     М_кр =0,5· f  ·G · D = 0,5 · 0,15· 185887,9· 1,4 = 19518,3 Н·м 

     4.13. Расчётный приведённый момент (М_рас):   

     Принимаем  W = 0,1186МН·м 

     4.14. Момент сопротивления сечения  кольцевой стенки барабана (W): 

     

 

     4.15. Определяем напряжение в стенке  барабана (σ):  

     

 

     4.16. Проверяем соблюдение условия  прочности на совместную деформацию изгиба и кручения барабанной сушилки при работе: 

     По  справочным таблицам  находим  для  стали 35Х ГОСТ 4543-71 допустимое напряжение при  совместной  деформации изгиба и кручения [σ] = 736 МПа.

     σ = 6,98 МПа < [σ] = 736 МПа – условие  прочности соблюдается.

            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Расчёт калорифера 

      Сушильная установка комплектуется необходимым  оборудованием, в том числе калорифером для подогрева воздуха. В настоящее время в основном применяют пластинчатые калориферы, обогреваемые паром или водой. Цель расчёта – определение площади теплопередачи калорифера и выбор его типоразмера по каталогу.  

      Q_к = L·(I₁ - I₀ ) = 0,829· (123 – 40) = 68,807 кВт 

      5.1. Определяем коэффициент теплопередачи  К для пластинчатого калорифера (КФСО или КФБО).

       

      К = 10 · (ρv_к)^0,68    

      К = 10 · 5^0,68  = 29,874 = 30 Вт / м² ·град

       

      5.2. Рассчитываем температуру греющего  пара 

      t_п = t₁ + 20= 100 + 20 = 120⁰С 

      5.4. Большая разность температур  

      Δt_б = t_п – t₀ = 120 – 60 = 60⁰С 

      5.5. Меньшая разность температур  

      Δt_м = t_п – t₁ = 120 – 100 = 20⁰С 

      5.6. Средняя логарифмическая разность  температур между греющим паром  и нагреваемым воздухом 

      

   

      5.7. Суммарная площадь теплопередачи  калорифера 

      

 

      5.8. Площадь теплопередачи  одного калорифера 

      F_к = F/ n = 63 / 1 = 63 м²    

      5.9. Число параллельно установленных  калориферов 

      у = L / f_к·ρv = 0,829 / 0,318 · 5 = 0,52 → 1 

      5.10. Число последовательно установленных  калориферов 

      х = 65 / F_к·у = 63 / 64,29·1 = 0,98 = 1 

      5.11. Установочная площадь калориферной станции 

      F_уст = F_к · х · у = 64,29· 0,98· 1 = 63 м²