Расчёт аэрофонтанной сушилки

8) Координаты  точки Е: зададимся x=0,05 кг/кг,

тогда J=J₁+D∙(x-x₁)= 433,063–188,817∙(0,05–0,025)=428,343 кДж/кг.

9) Строим  точку Е по координатам x=0,05 кг/кг и J=428,343 кДж/кг.

10) Строим  рабочую линию сушки  , соединяя точку В с Е и продолжая

линию до пересечения с t₂=90°C, получаем точку С – окончание сушки.

11) По  координатам точки С определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: х₂=0,120 кг/кг. 

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

J₂=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₂=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг. 

t_м2=60 °С.

  Тепловой баланс

 

Теплосодержание сушильного агента при  х₁ и t₂:

J₁₂=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₁=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,025=157,658 Дж/кг. 

 

Теплосодержание подсасываемого воздуха  при t₀ и х₀:

J_п0=J₀=15,061 кДж/кг. 

Теплосодержание подсасываемого воздуха  при t₂ и х₀:

J_п2=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₀=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,004=101,581 кДж/кг. 

Расход  тепла на испарение  влаги:

Q_и=W∙(2493+1,97∙t₂-4,19∙q₁)=2,008∙(2493+1,97·90-4,19·5)=5319,895 кДж/с. 

Расход  тепла на нагрев материала:

Q_м=220,413 кДж/с (см. построение диаграммы). 

Потери  тепла:

Q_пот=W∙q_пот=2,008·100=200,8 кДж/с. 

Расход  сушильного агента:

L₁=(Q_и+Q_м+Q_пот)/[(J₁-J₁₂)-0,05∙(J_п2-J_п0)]=(5319,895+220,413+200,8)/[(433,063–-157,658)–0,05∙(101,581–15,061)]=21,179 кг/с. 

Количество  паровой смеси, выходящей из сушилки:

L₂=1,05∙L₁=1,05·21,179=22,238 кг/с. 

Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

x₂=x₁+W/L₁=0,025+2,008/21,179=0,120 кг/кг. 

Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:

J₂=1,01∙t₂+(2493+1,97∙t₂)∙x₂=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг. 

По диаграмме  J-x: x₂=0,120 кг/кг, J₂=411,336 кДж/кг.

2.2.2 Гидродинамический расчет

 

Исходные  данные:

Параметры опила

      Вход  в сушилку

Абсолютная  влажность w_а1=40 %

Эквивалентный диаметр d_э=0,012 м

Плотность при w_a1  [см.1, таблица 91] r_м1=570 кг/м³

Фактор  формы Ф=0,5

      Выход из сушилки

Абсолютная  влажность w_а2=20 %.

Плотность при w_а2  [см.1, таблица 91] r_м2=558 кг/м³.

Параметры сушильного агента

      Вход  в сушилку

Расход L₁=21,179 кг/с

Температура t₁=350 °C

Влагосодержание х₁=0,025 кг/кг

Плотность [1, таблица 57] r_t1=0,544 кг/м³

Динамическая  вязкость [см.6, приложение 3] m_t1=31,32·10^-6 Па·с

      Выход из сушилки

Расход L₂=22,238 кг/с

Температура t₂=90 °C

Влагосодержание х₂=0,120 кг/кг

Плотность  [1, таблица 57] r_t2=0,884 кг/м³

Динамическая  вязкость  [см.6, приложение 3] m_t2=20,0·10^-6 Па·с 
 
 

 

Средние значения параметров:

t_ср=0,5·(t₁+t₂)=0,5·(350+90)=220 °C;

х_ср=0,5·(x₁+x₂)=0,5·(0,025+0,120)=0,073 кг/кг;

r_{t ср}=0,5·(r_t1+r_t2)=0,5·(0,544+0,884)=0,714 кг/м³;

m_{t ср}=0,5·(m_t1+m_t2)=0,5·(31,32+20)·10^-6=25,66·10^-6 Па·с;

w_{а ср}=0,5·(w_а1+w_а2)=0,5·(40+20)=30 %;

r_{м ср}=630 кг/м³ при w_{а ср}=30 % (см.1, таблица 91);

θ_ср=0,5·(θ₁+θ₂)=0,5·(5+60)=32,5 °C;

C_м=2,4 кДж/кг∙К при w_{а ср}=30 % и θ_ср=32,5 °C;

λ_t=0,17 Вт/м·К при w_{а ср}=30 %. 

Критерий  Архимеда при t_ср=220 °С, ω_{а ср}=30 %:

Ar=d_э³∙r_{t ср}∙r_{м ср}∙g/m²_{t ср}=0,012³·0,714·630·9,81/(25,66·10^-6)²=1,16·10⁷. 

Критерий  Re_кр:

Re_кр=Ar·Ф²/[150·(1-ε₀)/ε₀³+(1,75·Ar/ε₀³)^0,5]= 1,16·10⁷·0,5²/[150·(1-0,4)/0,4³+

+(1,75·  1,16·10⁷/ 0,4³)^0,5]=150,782 

Критическая скорость:

w_кр=Re_кр·m_{t ср}/d_э·r_{t ср}=150,782·25,66·10^-6/0,012·0,714=0,452 м/с. 

Предельно допустимая скорость сушильного агента при ε=1 для d_min рассчитывается по формулам:

Ar_min= d_min³·r_{t ср}∙r_{м ср}·g/m²_{t ср}=0,006³·0,714·630·9,81/(25,66·10^-6)²=1,45·10⁶

при d_min=0,5· d_э=0,5·0,012=0,006 м.

w´_вит= Ф^0,5·m_{t ср}·Ar_min/[d_min·r_{t ср}·(18+0,61·Ar_min^0,5)]=

=0,5^0,5∙25,66·10^-6∙1,45∙10⁶/[0,006·0,714·(18+0,61∙(1,45∙10⁶)^0,5)]=8,154 м/с.

Диаметр аэрофонтанной сушилки

 

Концентрация  влажного опила в аэросмеси:

/L₁∙(1+x₁)=3,611/21,179∙(1+0,025)=0,175 кг/кг. 

Концентрация  высушенного опила в аэросмеси:

/L₂∙(1+x₂)=1,603/22,238·(1+0,120)=0,081 кг/кг.

Допустимая  концентрация до 0,1 кг/кг. 

Объемный  расход парогазовой  смеси на входе  в сушилку:

V_t1=L₁∙(1+x₁)/r_t1=21,179·(1+0,025)/0,544=39,905 м³/с. 

Объемный  расход парогазовой  смеси на выходе из сушилки:

V_t2=L₂∙(1+x₂)/r_t2=22,238·(1+0,120)/0,884=28,175 м³/с. 

Критерий  Архимеда при начальной  влажности материала  и параметрах сушильного агента на входе в  сушилку:

Ar₁=(d_э)³∙r_t1∙r_м1∙g/m²_t1=0,012³·0,544·570·9,81/(31,32·10^-6)²=5,36·10⁶. 

Скорость  витания частиц опила:

(w_вит)_вх=Ф^0,5·m_t1·Ar₁/[d_э·r_t1·(18+0,61·Ar₁^0,5)]=0,5^0,5∙31,32∙10^-6∙5,36·10⁶/[0,012×

×0,544·(18+0,61∙(5,36·10⁶)^0,5)]=12,712 м/с. 

Скорость  газа в горловине:

w_г1=1,5·(w_вит)_вх=1,5∙12,712=19,068 м/с. 

Диаметр горловины:

d_г=(V_t1/0,785∙w_г1)^0,5=(39,905/0,785·19,068)^0,5=1,633 м.

Диаметр горловины принимаем 1700 мм. 

Диаметр широкой части  рюмки:

D=(V_t2/0,785∙w_г2)^0,5=(28,175/0,785·3,814)^0,5=3,068 м,

где w_г2 – скорость парогазовой смеси в широкой части рюмки, м/с.

w_г2=(0,2÷0,5)∙w_вит=0,3∙12,712=3,814 м/с.

Диаметр широкой части рюмки принимаем  равным 3100 мм.

    Скорость w_г2 должна быть равна или меньше скорости витания высушенной измельчённой древесины из бересты (w_вит)_вых. 

Критерий  Архимеда при конечной влажности материала  и параметрах сушильного агента на выходе из сушилки:

Ar₂=(d_э)³∙r_t2∙r_м2∙g/m²_t2=0,012³·0,884·558·9,81/(20,0·10^-6)²=2,09·10⁷. 

Скорость  витания частиц опила  в широкой части  рюмки:

(w_вит)_вых=Ф^0,5∙m_t2∙Ar₂/[d_э∙r_t2∙(18+0,61∙Ar₂^0,5)]=0,5^0,5∙20,0·10^-6∙2,09·10⁷/[0,012×

×0,884·(18+0,61∙(2,09·10⁷)^0,5)]=9,928 м/с.

    Скорость  парогазовой смеси w_г2=3,814 м/с принята правильно, так как w_г2<(w_вит)_вых. 

Высота  конуса:

Н_к=2·(D-d)=2·(3,1-1,7)=2,8 м. 

Угол  раскрытия конуса:

tg(α/2)=0,5·(D-d)/Н_к=0,5·(3,1-1,7)/2,8=0,25.

α/2=14º, откуда α=2∙14=28º. 

Принимаем Н_к=2,8 м, при α=28º.