Расчет сушильного аппарата с псевдоожиженным (кипящим) слоем

 

Цель работы: Ознакомиться с сушильными аппаратами, изучить их виды (классификации), принцип действия. Произвести расчет сушильного аппарата с псевдоожиженным (кипящим) слоем.

 

2.1 Устройство сушильных аппаратов

 

Сушка — это процесс удаления паров влаги, образующихся при подводе теплоты к высушиваемым материалам (сыпу­чим, жидким и пастообразным).Интенсивность сушки зависит от способа подвода теплоты к высушиваемому материалу и отвода испаряющейся влаги, а также от скорости перемещения влаги из глубинных слоев материала к его поверхности. Последний показа­тель в свою очередь определяется теплофизическими свойствами высушиваемого материала и формой связи с ним влаги.

В настоящее время все более широко используют аппараты для сушки в режиме псевдоожиженного, или «кипящего», и фон­танирующего слоев (удельная доля 25%) и аппараты для сушки в режиме пневмотранспорта (примерно 7%), где можно интенсивно сушить сыпучие материалы, а также пастообразные и жидкие рас­творы.

 

2.2 Аппараты для сушки материала в псевдоожиженном (кипящем) слое

 

К недостаткам таких сушилок можно отнести повышенный удельный расход энергии, пылеобразование материала и связанную с этим опасность возникновения его взрывоопасных концентраций в воздухе.

Сушилки с кипящим слоем могут быть одно- и многосекционными. Односекционные аппараты наиболее просты конструктив­но и в эксплуатации. Их используют главным образом для удале­ния несвязанной влаги из сыпучих материалов. Многосекцион­ные аппараты применяют для удаления связанной влаги из материалов, для которых требуется высокая равномерность суш­ки.

Простейшая однокамерная сушилка представляет собой вер­тикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, снаб­женный в нижней части распределительной решеткой, через ко­торую поступает теплоноситель.

Рис. 2.2.1 - Однокамерная сушилка с кипящем слоем

 

На рисунке 2.2.1 показан однокамерный сушильный аппарат горячим воздухом в псевдоожиженном слое. Влажный материал секторным питателем 4 загружается в сушильную камеру 3, куда из калори­фера 2 вентилятором 1 нагнетается воздух, на­гретый до 120 °С. Высу­шенный продукт через выгрузочное устройство 7 поступает на конвейер 8. Отработанный воздух проходит через циклон 6 и выбрасывается в атмо­сферу вентилятором 5.

На рисунке 2.2.2 приведены схемы двухсекционных сушилок. Аппараты кипящего слоя в по­следнее время успешно применяют для сушки пастообразных материа­лов, растворов и суспензий.

Рисунок 2.2.2- Схемы двухсекционных сушилок с псевдоожиженным слоем: а- горизонтальной; б- вертикальной с выносным переточным устройством; в - вер­тикальной с внутренним переточным устройством; сплошные и штриховые стрелки соответствуют материалу и теплоносителю

Основное условие успешной реализации сушильного процес­са в аппаратах с кипящим слоем — равномерное распределение влажного материала и сушильного агента по сечению аппарата, что обеспечивают соответствующим выбором конструкции пита­телей влажного материала, затворов на линии выгрузки сухого продукта и газораспределительных устройств.

 

2.3 Расчет сушильного аппарата

 

Выбор типа сушильного аппарата зависит главным образом от свойств высушиваемого материала, формы связи с ним влаги, на­чальной

влажности и объема производства. Ниже приведен порядок расчета сушильного аппарата с псевдоожиженным (кипящим) слоем.

1. Расчёт скорости газов и диаметра сушилки. Фиктивная скорость начала псевдоожижения, определяется по формуле:

 

,

где - критерий Рейнольдса, зависящий от критерия Архимеда.

· 10⁶, Па·с - вязкость сушильного агента при средней температуре (по справочной таблице)

- эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала, мкм

 

,

где - критерий Архимеда

 

,

где - плотность частиц высушиваемого материала, кг/м³ (по варианту)

- плотность сушильного агента, кг/м³

 

,

где , - молярная масса сухого воздуха и воды, г/моль

- давление при н.у., МПа

- парциальное давление водяных паров, МПа (в зависимости от температуры насыщенного водяного пара - по справочнику)

= 273 К

= 22, 4 м³/кмоль

- температура высушиваемого агента, °С

Предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) частиц заданного размера:

.

Рабочую скорость сушильного агента выбирают в пределах от до , которая зависит от предельного числа псевдоожижения:

 

.

При этом если , то за рабочую скорость принимают , если , то за рабочую скорость принимают

Вывод: За рабочую скорость принимаем ().

2. Площадь газораспределительной решётки определяют по выражению:

,

где L - рабочая длина корпуса сушилки, м

3. Допускают круглое сечение решетки и для нее определяют диаметр:

 

.

4. Расчёт высоты псевдоожиженного слоя:

 

,

где - объём псевдоожиженного слоя, необходимого для достижения заданной влажности при расчётных условиях:

 

,

где С - удельная теплоёмкость сушильного агента при нормальной температуре, кДж/(кг·К)

- порозность кипящего слоя (в практических условиях изменяется в пределах 0, 55-0, 75) вычисляют по формуле:

 

,

где - число единиц переноса процесса сушки:

 

,

где , - начальная и конечная температура сушильного агента в сушилке, причем конечная изменяется на 40

 

,

где - критерий межфазного теплообмена

 

,

где - термодинамический критерий Прандтля:

 

,

где - эквивалентный диаметр частиц материала, мкм

- удельная поверхность частиц

 

,

где - фактор формы гранул (частиц) см. таблицу 2.3.1

- теплопроводность сушильного агента при

- конечная температура продукта (с сушильным агентом) 20° С

Таблица 2.3.1 - Величина фактора формы частиц для реальных материалов :

Форма частиц
Округлые без выступов (О)	0, 8-0, 9
с выступами (В)	0, 65-0, 8
Угловатые, шероховатые (У, Ш)	0, 4-0, 65
Пластинчатые, хлопьевидные, нитевидные (П, Х, Н)	0, 2-0, 4

 

5. Диаметр отверстий распределительной решетки принимают из ряда ГОСТ 6636-69: 2, 0; 2, 2; 2, 5; 2, 8; 3, 2; 3, 6; 4.0; 4, 5; 5, 0; 5, 6 мм из соотношения:

.

6. Число отверстий в распределительной решетке находят по уравнению:

,

где - доля живого сечения решетки, принимается в интервале 0, 02-0, 1

7. Расположение отверстий в решетке принимают по углам равносторонних треугольников.

При этом их поперечный шаг:

;

 

продольный шаг:

.

8. Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем принимают в 4-6 раз больше высоты слоя:

 

.

9. Общая высота аппарата над решеткой:

 

.

10. Расчет гидравлического сопротивления сушилки.

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки составляют сопротивление псевдоожиженного слоя и решетки :

.

Величину находят по уравнению:

 

Величину находят по уравнению:

 

,

где =1, 5 - коэффициент сопротивления решетки

- рабочая скорость сушильного агента

Вывод по работе: произвели технологический расчет сушилки, расчетным методом научились определять ее конструктивные характеристики.

 

2.4 Пример расчета сушильного аппарата

 

Исходные данные: Высушиваемый материал Известняк (в),

1. Расчёт скорости газов и диаметра сушилки. Фиктивная скорость начала псевдоожижения, определяется по формуле:

,

,

,

,

Предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) частиц заданного размера:

Рабочую скорость сушильного агента выбирают в пределах от до , которая зависит от предельного числа псевдоожижения:

При этом если , то за рабочую скорость принимают , если , то за рабочую скорость принимают .

Вывод: За рабочую скорость принимаем .

2. Площадь газораспределительной решётки определяют по выражению:

,

3. Допускают круглое сечение решетки и для нее определяют диаметр:

4. Расчёт высоты псевдоожиженного слоя:

,

,

,

,

,

,

,

,

5. Диаметр отверстий распределительной решетки принимают из ряда ГОСТ 6636-69: 2, 0; 2, 2; 2, 5; 2, 8; 3, 2; 3, 6; 4.0; 4, 5; 5, 0; 5, 6 мм из соотношения:

6. Число отверстий в распределительной решетке находят по уравнению:

,

7. Расположение отверстий в решетке принимают по углам равносторонних треугольников.

При этом их поперечный шаг:

;

продольный шаг:

8. Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем принимают в 4-6 раз больше высоты слоя:

9. Общая высота аппарата над решеткой:

10. Расчет гидравлического сопротивления сушилки.

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки составляют сопротивление псевдоожиженного слоя и решетки :

.

Величину находят по уравнению:

Величину находят по уравнению:

,

Вывод по работе: произвели технологический расчет сушилки, расчетным методом научились определять ее конструктивные характеристики

2.5 Задание для расчета сушильного аппарата с пседвоожиженным (кипящим) слоем

 

1 Произвести технологический расчёт сушилки, предназначенной для сушки исходного материала горячим воздухом.

2 Расчётным методом научиться определять её конструктивные характеристики.

3 Выполнить эскиз установки, указать составные части.

Варианты задания взять из таблицы 2.5.1

 

Таблица 2.5.1 – Исходные данные для расчета сушильного аппарата

Вариант	Высушиваемый материал	, кг/м3	, МКМ	, °С	L, м	Вт/м·К
	Антрацит(у)				7, 9	0, 0244
	Асбест (ш)				8, 4	0, 0279
	Винипласт(п)				6, 7	0, 0279
	Гипс(о)				7, 3	0, 0244
	Зола(в)				8, 9	0, 0326
	Известняк(в)				9, 2	0, 0395
	Каучук(ш)				6, 4	0, 0395
	Кварц(у)				7, 8	0, 0244
	Керамика(в)				9, 7	0, 0395
	Кокс(о)				8, 6	0, 0395
	Серный колчедан(х)				9, 3	0, 0395
	Мел(о)				6, 9	0, 0395
	Паронит(х)				8, 2	0, 0395
	Сода(о)				9, 1	0, 0244