Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
г
Jl
а в
а
VI
ПРИМЕРЫ
РАСЧЕТОВ
СУШИЛОК
§ t.
РАСЧЕТ
БАРАБАННОЙ
СУШИЛКИ
3
а
Д
а
н
и
е.
Спроектировать
барабанную
сушилку
для
сушки
глины:
1.
Исходные данные
Производительность
по
высушенной
глине
а
2
=
15
т/ч.
Влажность
глины:
начальная
(1)1
=22%;
конечная
(1)2=5%.
Плотность
сухого
материала
рс=
1450
кг/м
З
•
Топливо
-
мазут
следующего
рабочего
состава:
СР-
86,5;
НР-I0,5;
SP-O,3;
Np-0,3;
ОР-0,3;
АР-О,3;
W
P
-l,8.
Температура
глины:
начальная
t
u
=
100
С;
конечная
t1(=80°
С.
Температура
газов:
при
входе
в
барабан
t~83=800°
С;
на
выходе
из
барабана
t~аз
=
1000
С.
Удельная
теплоемкость
абсолютно
сухой
глины 'Сс=
=0,92
кдж/(кг,ОС).
Параметры
ВОЗДУ,хjl,
до
входа
в
топку
'1'0=70%;
t
o
=20°
С;
d
o
= 10,6
г"'-tAа
1
кг
сухого воздуха;
l{}=
= 38
кДж
на
1
кг
сухого
воздуха.
Режим
работы
сушилки
-
непрерывный.
Ра;ш-gр
KYCKOB--М-aТeJ1Иала
40-50
мм.
2.
Выбор
типа
барабанной
сушилки
и
сушильного
агента
Так
как
сушимый
материал
не
боится
загрязненЙй,
то
применяем
в
качестве
сушильного
агента
смесь
дымовых'
газов
и
атмосферного
воздуха
с
начальной
температурой
t
u
=800°
С.
Дымовые
газы
рационально
использовать
и
потому,
что
глина
сушится
при
температурах
выше
1200
С.
При
этом
также
выявляется
небольшая
потреб-
80
ность
В
топливе,
снижается
металлоемкость,
ниже
себе
стоимость
сушки.
Сушилки,
работающие
на
дымовых
га
зах,
более
производительны
и
экономичны.
Барабанные
сушилки
для
сушки
глины
являются
наиболее
надежны
ми
и
широко
распространенными
установками.
Они
прос
ты
по
конструкции,
удобны
в
обслуживании,
работу
их
можно
автоматизировать.,
Верхний
предел
начальной
температуры
газов
при
сушке
глины
на
практике
колеблется
от
600
до
8000
С
и
ограничивается
технологическими
параметрами.
С
целью
недопущения
снижения
пластичности
глины
при
сушке
вследствие
перегрева,
а
также уменьшения
пыле
уноса
принимаем
для
барабана
прямоточную
схему
дви
жения
топочных
газов.
Прямоток
также
дает возмож-'
ность
быстрее
придать
материалу
подвижность
к
транс
портированию.
3.
Материальный
баланс
процесса
сушки
I
Производим
расчет
конструктивных
размеров
бараба
па.
Определяем
расход
по
массе:
-
влажного
материала,
поступающего
на
сушку:
Gi=G
2
+W;
испаренной
влаги
W=G
A 0>1-002
22~5
~
~-~
- 15000 =
3270
кг/ч.
100-00:( -
100-22
Тогда
а
1
= 15000 +
3270
= 18270
кг/ч;
влаги,
со.н.ержащеЙся
во
влажном
материале
до
сушки:
ООlйl
22·18270
W
ВЛИ
=--
= =
4020
кг/ч;
.
100 100
влаги,
содержащейся
в
высушенном
материале
(оста
точная
влажность
после
сушки)
:
ОО2й2
5·15000
W
ВЛ
•
к
=
J:O()
=
100
=
750кг/ч;
испаренной
влаги
W =
W
вn
.
и
-
W
вл
К
= 4020
-750
=
3270
кг/ч.
6-266
81
Материальный
баланс
по
абсолютно
сухому
мате
риалу,
расход
по
массе
которого
не
изменяется
в
процес
се
сушки,
составляет
а
с
=
а
1
(1
-(01)
=
G
з
(1
-
(02)
= 18270
(1
-
0.22)
=
=
15000(1-0.05)
= 14250
кг!ч.
Принимаем
объемное
напряжение
барабана
по
влаге
то=60
кг/(м
3
.ч),
тогда
объем
барабана
составит
w 3270 3
Vбар
=
-;;;;
=
60
=
54.5
м
•
Принимаем
отношение
длины
барабана
к
его
диамет
ру
Lбар
=6,5,
определяем
его
диаметр:
Dбар
1tD2
Vбар
=
SLбар
=
-4-
Lбзр=
О.
785
п~ap·6.5
D
бар
= 5.1
п~ap.
Откуда
Vбар
54.5
V
-
v-
Dбар
=
5т
=
5.l
=
2.203м.
Принимаем
Dбар=2,2
м.
Уточняем
объем
барабана:
V
бар
=
5.lD~ip
=
5.
1
.2.23
=
54,32м
3
,
Определяем
площадь
сечения
и
длину
барабана:
1tD
2
S =
~
=
0.785·2.22
=
3.8м2;
4
Vбар
54.32
Lб
= - =
--
=
143м
ар
S
3.8
.
Принимаем
длину
корпуса
Lбар=
14
м.
Тогда
отно-
Lб
14
шение-д
=
-=6,36,
что
вполне
допустимо.
Прини-
Dбар
2,2
маем
к
установке
барабанную
сушилку
завода-изготови
теля
«Строммашина»
размером
2,2Х14
м;
производи
тельность
по
высушенному
материалу
15
т/ч;
удельный
паросъем
60
кг/(м
3
'Ч);
система
внутренних
устройств
лопастная.
82
Определяем
производительность
барабана
по
высушен
ной
глине:
где
Тогда
100-
22
а
2
=60.54,32
=
15
000
кг/ч.
22-5
'
I
Объемное
напряжение
барабана
по
влаге
составит
100
-
22
15000 =
т
о
·54.32
22
_ 5
то
= 60.2
кг/(м
3
,ч),
4.
Расчет
времени
сушки
Время
нахождения
материала
в
барабане
определяем
[35]
по
формуле
t=
120~.
0>1-0>2
=
1200.15.1670х
то
200
-
(0)1
-
Юt)
60
22-5
х
200
_
(22
_
5)
= 46.5
мин
= 2790
с.
где
Р-коэффициент
заполнения
барабана
(принимаем
0,15);
р
-
плотность
глины
(кг/м
3
)
при
средней
ее
влажности
О>ср:
0>1
+
0>2
22
+ 5
О>ср
= 2 =
-2-
= 13.5
%;
100 100
Р
-р
=
1450
=
1670
кг/м
3
•
-
С
100
-
О>ср
100-13.5
\
5.
Расчет
горения
мазута
Состав
влажного
рабочего
топлива
п о
м
а
с с е
(%):
СР-86,5;
НР-10,5;
NP-O,3;
ОР-О,3;
S~-O,3;
W
P
-1,8;
АР-О,3;
всего
100%.
Коэффициент
избытка
воздуха
при
сжигании
мазута
с
помощью
форсунки
низкого
давления
принимаем
а
=
=
1,2.
Влагосодержание
атмосферного
воздуха
при
<ро=70%
и
t
o
=20°
С;
d
o
= 10,6
г
на
1
кг
сухого
воздуха
6*
83
Количество
теплоты,
которое
выделяется
при
полном
сгорании
1
кг
массы
мазута,
может
быть
найдено
по фор
муле
Д.
И.
Менделеева:
Q~
=
339С
Р
+
1030НР
-108.5(ОР
-SP)
-25W
P
=
= 339·86.5 + 1030·10.5 - 108.5
(0.3-0.3)
-
25·1.8=40
I07кДжfкг.
Определяем
теоретическое
необходимое
количество
сухого
возуха
для
полного
сжигания
1
кг
мазута:
L
o
= 0.0889
еР
+ 0.265
HP
- 0.0333
(аР
-
S~)
=
=
0.0889·86.5 + 0.265·10.5 - 0.0333(0.3 - 0.3) =
=
10.47м
3
{кг.
Количество
атмосферного
воздухз
при
его
влагосо
держании
d
o
= 10,6
г
на
1
кг
сухого
воздуха
составляет
L~
= (1+0.0016 d
o
)
L
o
=
(1
+ 0.0016.10.6) 10.47
=10.64y8/
K
r.
I ,
Действительное
количество
воздуха
при
коЭффициенте
избытка
а.
= 1,2:
сухого
L
a
=
aL
o
= 1,2·10-,.47 = 12,56
М
З
jKr;
атмосферного
L~
=
L~a
= 10,64·1.2 = 12,76M
3
jKr.
Количество
и
объемный
состав
продуктов
полного
горения
при
а=
1,2
находим
по
формулам:
V
со.
=
О.Оl855СР
= 0.01855·86.5 =
1,604м
3
/кг;
V
so
• = 0,007
sP
= 0.007·0.3=0,0021
МЗ/КГ
(BcYМMeV
RO
•
=
1.606м
3
/кг);
У
н
•
о
=
О.112НР
+ 0.0124 W
P
+O.0016d
o
L
a
=
= 0.112·10.5 + 0.0124·1.8 + 0,0016·10,6·12,56 = 1.41
МЗ/КГ;
V
N
•
= 0.79 L
a
+ 0,008
NP
= 0,79·12.56 +
0.008·0.3
=
=9.925м
3
/кг;
У
О
•
= 0.21
(а
-
1)
L
o
= 0.21
(1.2
-
1)
10.47 =
0,44
мЗ/кг
Общее
объемное
количество
продуктов
горения
при
а.=
1,2
составит
V
a
= 1.604 + 0.0021 + 1,41 + 9,925 + 0.44 = 13.38
мЗ/кг.
Рассчитываем
состав
продуктов
a.=1,2
(%):
горения
при
1.606.100
но=I.41.10О
R0
2
= 13.38 = 12.1
%;
2.
\ 13.38 = 10.4 %:
9.925·100 0.44·100
N,
= 13.38 = 74.2
%:
02 = 13.38 =
3.3
%.
Влагосодержание
продуктов
сгорания
определяем
по
формуле
804.V
и
•
о
d
газ
=
-------~"-----
1 •
977V
со,
+ 1.251 V
N.
+ 1.429 V
o
•
804·1.4
-----------------------
1.977.1.604+
1.251·9.925 + 1.429·0.44
= 69.4
г
на
1
кг
сухих
газов.
Энтальпию
дымовых
газов
на
1
кг
сухих
газов
определя
ем
по
формуле
р
10
•
Qa"1+
C
'l:t'l'+y-L
а
I
газ
=
---------_....:y~д'----
•
1.977V
со.
+
1.251V
N.
+ 1.429 V
o
•
где
1')
-
к
п.
д.
топки
(принимаем
0,9);
С
Т
t
T
-
количество
теплоты,
вносимой
1
кг
топлива,
кДж/кг
(t.,.=lOO°C.
С.,.=2,О5
кДжf(кг.ОС);
10
-
энтальпия
атмосферного
Bo~yxa.
равная
38
кДж
на
1
кr
сухого
воздуха;
V
YA
-
удельный
объем
влажного
воздуха
при
В
=99,4
кПа
(по
приложению
14
V
уд
=О,861
и·
на
1
кг
сухого
воздуха);
L~
-
действительное
количество
влажного
воздуха
(12,76
иЗ/кг);
40107·0.9+
2.05·100+
~
12.76
I _ 0.861
газ
- 1.977.1,604 + 1.251.9.925 + 1,429.0.44
=
2270
кДж
на
1
кг
сухих
газов.
По
[-t-диаграмме
приложения
13
находим
действитель
ную
температуру
горения
мазута
при
а=
1,2, t
r
= 1480°
С.
85
6.
Графические
расчеты
процессов
сушюt
в
/-d-диаграмме
Рассчитываем
начальные
параметры
теплоносителя.
Температура
газов
при
входе
в
барабан
t~аз
=8000
С.
ДЛЯ
получения
такой
температуры
топочные
дымовые
газы
разбавляем
атмосферным
воздухом.
Приняв
к.
п.
д.
топки
'I'}=0,9,
определяем
количество
воздуха
х,
необхо
димого
для
смешивания
с
дымовыми
газами.
Для
этого
составляем
уравнение
теплового
баланса
топки
и
камеры
смешивания
на
1
кг
сжигаемого
топлива:
L~
+х
х
,
[общ
1']
+
---
[воз
=
[дым+
-
[в·
V
a
V
a
где
[воз-
энтальпия
поступающего для
смешивания
воздуха
при
температуре
200
С;
[воз
=
Своз
i
воз
=
1,3·20
=
26
кДжjм
З
;
[дым
-
энтальпия
дымовых
газов
при
t~аз
=
8000
С;
[ДЫМ
=
1185
кДж/м
З
(см.
приложение
13);
[~-
энтальпия
воздуха
при
температуре
8000
С
(см.
табл.
VII.33),
I~
=
11I
О
кДж/м
З
•
Тогда
12.76+х
х
2998·0.9+
26=
1185+
--1110;
13.38 13.38
(12,76 +
х)26
- x·l1IO
13.38 =
1185
- 2998·0.9;
х·26
-
х·lllО
12.76·26
--1-з-.3-8--=
1185-2998·0.9-
1з.38'
1110-26
12,76·26
13,38
х
= 2998·0,9
-1185
+ 13,38 ;
Х=
(2998·0,9 - 1185)13,38 + 12,76·26
з
1110
_
26
=
19
м
на
1
кг
топлива.
Общее
количество
воздуха,
необходимое
для
горения
1
кг
топлива
и
разбавления
дымовых
газов
до
Зdданной
температуры,
составит
L~=L~+x=
12,76+
19=31,76м
З
•
86
Общий
коэффициент
избытка
воздуха
равен:
L~
31,76
СХобщ
=
-,
=
10
64
=
2,985.
L
o
'
Определяем
влагосодержание
разбавленных
дымовых
газов
[28]
по
формуле
,804V
Н.О
d
H
=
-----..;..---==-----
1,977V
co
•
+ 1,251V
N
.+
1,429V
o
•
где
V
H
О
V
N
V
o
-
объеМbI
отдеЛЬНblХ
составляющих
продуктов
2,
2'
2
горения
при
СХОбщ=2,985.
Рассчитываем
объемы
составляющих
продуктов
го
рения:
V
H
•
o
=
0,112НР
+ 0,0124W
P
+
0,0016dСХ
о
бщ
L
o
=
=
0,112·10,5
+ 0,0124·1 ,8 +
0,0016·10·2,985·10,47
= 1,698
м
3
/кг;
V
N
•
=
0,79сх
общ
L
o
+ 0,008 N
p
= 0,79·2,98(5·10,47 +
+
0,008·0,3
= 24,69
м
3
/кг;
V
o
•
= 0,21
(СХ
общ
-
1)
L
o
= 0,21 (2,985 - 1)10,47 = 4,364
м
3
/кг;
V
CO
• = 1,61
м
3
/кг.
Таким
образом
804·1,698
d
H
= 1,977·1,61 +
1,251·24,69
+
1,429·4,364
=
33,9
г
на
1
кг
сухих
газов.
Производим
построение..:teоретического
процесса
суш
ки
на
диаграмме
Рамзина
(рис.
VI.l).
Точка
К
характе
ризуется
параметрами
Iгаз=~270
кДж
на
1
кг
сухих
га
зов
и
d
газ
=69,4
г
на
1
кг
сухих
газов, а
точка
А
пара
мет
рами
окружающего
воздуха
t
o
=20°
С
и
<ро=70%
(d
o
=
= 10,6
г
на
1
кг
сухого
воздуха).
По
известным
начальным
параметрам
сушильного
агента
(t~аз
=8000
С
и
d
п
=33,9
г
на
1
кг
сухих
газов)
находим
точку
В
-
начало
теоретического
процесса
суш
ки.
Эта
точка
характеризует
параметры
сушильного
агента
(смесь
продуктов
сгорания
топлива
с
воздухом),
поступающего
в
сушильный
барабан.
Соотношение
меж-
87
ду
топочными
газами
(точка
К)
и
воздухом
(точка
А)
при
смешивании
их
до
заданных
параметров
(точка
В)
,
определяется
зависимостью
/ (
lв
ВК
d
газ
-
d
п
nl=-=-=
,
l
....
r
АВ
d
и
- d
o
где
nl-
количество
сухого
воздуха,
необходимого
для
получения
смеси
с
температурой
t
~a~
=
80()"
С:
69,4-
33,9
nl=
=
33,9-
10,6
= 1 ,52
кг сухого
воздуха
на
1
кг
сухих
дымовых
газов
.
.7
гьз
t~
.....
-<....--.--1
J60ЗJ..~~~t~,..,
t80з
LO-"--<>O----C'---o:'
d
воз
dнd
газ
d
x
d
Рис.
VI.I.
Построение
на
l-d-диаграмме
про
цесса
в
барабанной
су-
шилке
От
точки
В
проводим
линию
/~аЗ=сопst
до
пересече
ния
с
изотермой
t
~аз
=
1000
С
и
опре~еляем
положение
конечной
точки
процесса
Со.
Теоретический
процесс
сушки
на
/-d-диаграмме
изобразится
линией
вс
о
.
Па
раметрами
точки
СО
на
1
кг
сухих
газов
являются:
по
стоянная
энтальпия
Iгa~
= 1010
кДж
и
влагосодержание
d
2
=320
г.
Расход
сухих
газов
по
массе
при
теоретическом
про
цессе
сушки
loooU7
1000·3270
a~p
=
с4.
_
d
и
=
320-
33,9 = 11429
кг1ч
Построение
действительного
процесса
в
реальной
су
шилке
сводится
к
определению
направления
линни
суш-
88
ки,
для
чего
находим
удельное
количество
теплоты,
от
данное
в
окружающую
среду
поверхностью
сушильного
барабана
и
на нагрев
материала
QM,
т.
е.
~Q
=
QM
+
Qn
кДж/
Ч.
Количество
теплоты
на
нагрев
материала
составляет
QM=
1139 250
кджfч_
Количество
теплоты,
потерянной
сушилкой
в
окружающую
среду,
определяем
по
формуле
3,68
б
(
t~;з
-
(~~~)
Qп
= 1 81 89
l'
-+-+-+-
al
Лl
Л
2
ag
(VI.1)
где
а1
-
коэффициент
теплоотдачи
от газов к
внутренней
по-
верхности
сушильного
барабана,
равный
150
Вт!(м
2
Х
ХОС)
[35]; .
81 -
толщина
стенки
барабана,
равная
14
мм;
82 -
толщина
теплонзоляции
барабана,
равная
40
мм
(диа
томитовая
засыпка
[21,
35]);
;"1
И
;..,
-
теплопроводность
соответственно
стальной
стенки
;"1
=
=58,2
Вт!(м,ОС)
и
диатомитовой
засыпки
;"2=
=0,20
Вт!(м.ОС)
барабана
[35J;
ag -
коэффициент
теплоотдачи
от
наружной
поверхности
теПЛQ
изоляции
в
окружающую
среду,
обычно
принимаемый
12-
15
Вт!(м
2
.ОС)
[35],
8б
-
площадь
боковой
поверхности
сушильного
барабана;
8
б
=
1tD~~p
L
бар
=
3,14·2,254·14
=
99
м
2
;
(
t~~З_
t~~~)-
разность
температур
газов
рабочего
пространства
ба
рабана
_
и
окружающего
воздуха,
ос
и:~
=25
ОС);
(
tra~
_
(М)
_
(t
газ
_ tM'
t
газ
= -
н
н
к к
J
ер
tгаз
_fM
2 31g
н
н
"
tгаЗ_t
М
к
к
где
t
ep
..
-
средняя
температура
материала
в
барабане;
2
(?)
2
tер.lI=tll+з
t:-t=
=10+
з
(80-10)=57°С.
Следовательно,
(800 -
10)
- (100 - 80) + 57 = 2678
С.
2 31
800-10
, g
100-80
89