книги / Расчёты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
..pdfность 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=G2 +W;
испаренной влаги
A 0>1-002 |
15000 |
22~5 |
= 3270 |
кг/ч. |
||||
W=G~ ~-~ - |
100-22 |
|||||||
100-00:( - |
|
|
|
|
||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
а1 = 15000 + 3270 = 18270 кг/ч; |
|
|||||||
влаги, со.н.ержащеЙся |
во |
|
влажном материале до |
|||||
сушки: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ООlйl |
|
22·18270 |
= 4020 кг/ч; |
|
|||
WВЛИ =-- = |
100 |
|
|
|||||
. |
100 |
|
|
|
|
|
||
влаги, содержащейся в высушенном материале (оста |
||||||||
точная влажность после сушки) : |
|
|
|
|
||||
|
ОО2й2 |
= |
5·15000 |
= 750кг/ч; |
|
|||
WВЛ•к = J:O() |
100 |
|
|
|||||
испаренной влаги |
|
|
|
|
|
|
|
|
W = Wвn.и - |
Wвл 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
ас = а1 (1 -(01) = Gз (1 - (02) = 18270 (1 - 0.22) =
= 15000(1-0.05) = 14250 кг!ч.
Принимаем объемное напряжение барабана по влаге
то=60 кг/(м3 .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 Dбар = 5.1 п~ap.
Откуда |
V |
|
v- |
|
|
|
|
|
|
|
|
Dбар = |
Vбар |
= |
54.5 |
|
|
- |
5.l |
= |
2.203м. |
||
|
5т |
|
|
|
Принимаем Dбар=2,2 м.
Уточняем объем барабана:
Vбар = 5.lD~ip = 5. 1.2.23 = 54,32м3 ,
Определяем площадь сечения и длину барабана:
|
|
1tD2 |
|
|
|
|
|
S = ~ = 0.785·2.22 = 3.8м2; |
|||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
Lб |
|
Vбар |
54.32 |
||
|
ар |
= - |
S |
= -- = 143м |
||
|
|
|
3.8 |
. |
||
Принимаем длину корпуса |
Lбар= 14 м. Тогда отно- |
|||||
Lб |
14 |
|
|
что вполне допустимо. Прини- |
||
шение-д = |
-=6,36, |
|||||
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/(м3 'Ч); система внутренних устройств
лопастная.
82
Определяем производительность барабана по высушен
ной глине:
где
Тогда
а2 =60.54,32 10022 = 15 000 кг/ч.
22-5 '
I
Объемное напряжение барабана по влаге составит
100 - |
22 |
15000 = то·54.32 22 _ |
5 |
то = 60.2 кг/(м3 ,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 |
|
= 46.5 мин = 2790 с. |
|
||||
|
|
|
х 200 _ |
(22 _ |
5) |
|
||||||
где |
Р-коэффициент заполнения |
барабана (принимаем 0,15); |
|
|||||||||
|
р - |
плотность глины (кг/м3) |
при средней ее влажности О>ср: |
|||||||||
|
|
|
|
О>ср |
= |
0>1 + 0>2 |
= |
22 +5 |
= 13.5 %; |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
- 2 - |
|
|
||||
|
|
Р -р |
|
100 |
|
|
100 |
= 1670 кг/м3 • |
|
|||
|
|
С |
100 - |
О>ср |
= 1450 |
|
||||||
|
|
- |
|
|
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; WP-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 |
to=20° С; do= 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) -25WP= |
|||
|
|||||
= 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) = |
||
|
|
|
= 10.47м3 {кг. |
|
Количество атмосферного воздухз при его влагосо держании do= 10,6 г на 1 кг сухого воздуха составляет
L~ = (1+0.0016 do) Lo= (1 + 0.0016.10.6) 10.47 =10.64y8/K r.
I ,
Действительное количество воздуха при коЭффициенте избытка а. = 1,2:
сухого
La = aLo = 1,2·10-,.47 = 12,56 МЗ jKr;
атмосферного
L~ = L~a = 10,64·1.2 = 12,76M3jKr.
Количество и объемный состав продуктов полного горения при а= 1,2 находим по формулам:
Vсо. = О.Оl855СР = 0.01855·86.5 = 1,604м3/кг;
Vso•= 0,007 sP = 0.007·0.3=0,0021 МЗ/КГ
(BcYМMeVRO• = 1.606м3/кг);
Ун•о= О.112НР + 0.0124 WP+O.0016doLa =
= 0.112·10.5 + 0.0124·1.8 + 0,0016·10,6·12,56 = 1.41 МЗ/КГ;
VN• = 0.79 La + 0,008 NP = 0,79·12.56 + 0.008·0.3 =
=9.925м3 /кг;
УО•= 0.21 (а - 1) Lo = 0.21 (1.2 - 1) 10.47 = 0,44 мЗ/кг
Общее объемное количество продуктов горения при а.= 1,2 составит
Va = 1.604 + 0.0021 + 1,41 +9,925 +0.44 = 13.38 мЗ/кг.
Рассчитываем |
состав |
продуктов |
горения |
при |
||
a.=1,2 (%): |
|
|
|
|
|
|
1.606.100 |
но=I.41.10О |
= 10.4 %: |
|
|||
R02 = |
13.38 |
= 12.1 %; |
2 . \ |
13.38 |
|
|
N, = |
9.925·100 |
0.44·100 |
= 3.3 %. |
|
||
13.38 |
= 74.2 %: 02 = |
13.38 |
|
|||
Влагосодержание |
продуктов |
сгорания |
определяем |
по |
||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
804.Vи•о |
|
|
|
|
dгаз = -------~"----- |
|
|||||
|
1•977V со,+ 1.251 VN.+ 1.429 Vo• |
|
||||
|
|
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-Lа |
||
|
|
Iгаз = ---------_....:y~д'---- • |
|||
|
|
1.977Vсо.+ |
1.251VN.+ |
1.429 Vo• |
|
где |
1') - |
к п. д. топки (принимаем 0,9); |
|
|
|
СТtT - |
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 |
||||
V |
|
сухого воздуха; |
|
|
при В =99,4 кПа (по |
- |
удельный объем влажного воздуха |
||||
YA |
приложению 14 Vуд=О,861 и· на |
1 кг сухого воздуха); |
L~- |
действительное количество влажного воздуха (12,76 иЗ/кг); |
|
I |
_ |
40107·0.9+ 2.05·100+ ~ 12.76 |
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, tr = 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· |
Va |
Va |
|
где [возэнтальпия поступающего для смешивания воздуха при
температуре 200 С;
[воз = Своз iвоз = 1,3·20 = 26 кДжjмЗ ;
[дым - энтальпия дымовых газов при t~аз = 8000 С;
[ДЫМ = 1185 кДж/мЗ (см. приложение 13);
[~- энтальпия воздуха при температуре 8000 С (см. табл.
VII.33), I~= 11I О кДж/мЗ•
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 |
х = |
|
|
12,76·26 |
|
|
13,38 |
2998·0,9 -1185 + |
13,38 ; |
|||
(2998·0,9 - 1185)13,38 + 12,76·26 |
19 м |
з |
||||
Х= |
1110 _ |
26 |
= |
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=31,76мЗ •
86
Общий коэффициент избытка воздуха равен:
|
|
|
|
|
L~ |
31,76 |
= 2,985. |
|
|
|
|
|
|
СХобщ = - , = 10 64 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Lo |
' |
|
|
|
Определяем |
влагосодержание |
разбавленных дымовых |
|||||||
газов [28] по формуле |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
,804VН.О |
|
|
|
|
|
dH = -----..;..---==----- |
|
|
||||||
|
|
|
|
1,977Vco• + 1,251VN.+ 1,429Vo• |
|
|
|||
где V О |
V |
V |
- |
объеМbI |
отдеЛЬНblХ составляющих продуктов |
||||
H2, |
|
N 2' o2 |
горения при СХОбщ=2,985. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рассчитываем |
объемы |
составляющих продуктов го |
|||||||
рения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
• |
o |
= 0,112НР + 0,0124WP + 0,0016dСХ бщ L |
o |
= |
||||
|
H |
|
|
|
|
о |
|
= 0,112·10,5 +0,0124·1 ,8 +0,0016·10·2,985·10,47 = 1,698 м3 /кг;
VN • = 0,79схобщ Lo+ 0,008 Np = 0,79·2,98(5·10,47 + + 0,008·0,3 = 24,69 м3 /кг;
Vo• = 0,21 (СХобщ - 1) Lo = 0,21 (2,985 - 1)10,47 = 4,364 м3 /кг; VCO• = 1,61 м3 /кг.
Таким образом
804·1,698
dH = 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 dгаз=69,4 г на 1 кг сухих газов, а точка А парамет
рами окружающего воздуха to=20° С и <ро=70%
= 10,6 г на 1 кг сухого воздуха).
По известным начальным параметрам сушильного
агента (t~аз =8000 С и dп=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 |
dгаз |
- |
dп |
nl= - = - = |
dи |
|
, |
|
l....r |
АВ |
- |
do |
|
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 .
.7гьз
t~ -< --.--1 |
|
Рис. |
VI.I. Построение |
|
на l-d-диаграмме про |
||
|
цесса |
в барабанной су- |
|
J60ЗJ..~~~t~,.., |
|
|
шилке |
t80з LO-"--<>O---- |
C'--- |
o:' |
|
dвоз dнdгаз |
dx |
d |
|
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 всо. Па раметрами точки СО на 1 кг сухих газов являются: по
стоянная энтальпия Iгa~ = 1010 кДж и влагосодержание
d2 =320 г.
Расход сухих газов по массе при теоретическом про
цессе сушки
loooU7 |
= |
1000·3270 |
= 11429 кг1ч |
a~p = с4. _ dи |
32033,9 |
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
|
|
Qп = |
3,68б ( t~;з - (~~~) |
|
(VI.1) |
|||
|
|
1 |
81 |
89 |
l' |
|
||
|
|
|
-+-+-+- |
|
|
|||
|
|
|
al |
Лl |
Л2 |
ag |
|
|
где |
а1 - |
коэффициент теплоотдачи от |
газов к |
внутренней по- |
||||
|
|
верхности сушильного барабана, равный 150 Вт!(м2 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!(м2 .ОС) [35],
8б - площадь боковой поверхности сушильного барабана;
8б = 1tD~~p Lбар = 3,14·2,254·14 = 99 м2;
( t~~З_ t~~~)- разность температур газов рабочего пространства ба
рабана_и окружающего воздуха, ос |
и:~ =25 ОС); |
||
tra~ _ |
(М) _ (tгаз _ tM' |
||
tгаз = (-н |
н |
к |
к J |
ер |
|
tгаз _fM |
|
2 31g |
н |
н |
|
" |
|
|
М |
|
tкгаЗ_tк |
где tep .. - средняя температура материала в барабане;
tер.lI=tll+2з (?)t:-t= =10+ з2 (80-10)=57°С.
Следовательно,
(800 - 10) - (100 - 80) +57 = 2678 С.
2 31 800-10 , g 100-80
89
Подставляя |
числовые |
значения |
в формулу |
(VI.1) , |
||||
получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Qп |
= |
|
3,6·99 (267 - 25) |
= 299870 кДж/ч. |
|
|||
|
1 |
0,014 |
0,04 |
1 |
|
|
|
|
|
|
150 + 58,2 +0,20 + 12 |
|
|
|
|||
Затем, суммируя числовые |
значения |
QM и |
Qп, по- |
|||||
лучаем: |
|
|
|
|
1!7al'~ |
) |
|
|
|
|
|
|
|
(/;. |
...t } ":,,.../ |
|
|
|
};Q = |
1 139250 +299870 = 1 143120 кДж/ч. |
|
Так как часть теплоты теряется, то энтальпия I~8З в конце процесса будет меньше энтальпии I~аз газов в на чале процесса сушки, т. е /~аз> I~аз. Находим величину
уменьшения энтальпци АЫМОВЫХ газов:
|
|
{ЦУIZr..- |
I |
|
Щ |
|
1 [43120 |
~ |
|
lпот = -- = |
11 429 |
= 100 кДж на |
1 кг сухих газов. |
|
атеор |
|
|
|
|
газ |
|
|
|
|
Откладываем |
на I-d-диаграмме |
значение /пот= |
= 100 кДж на 1 кг сухих газов от точки СО вертикально
вниз и получаем |
точку D, которую соединяем с точ |
кой В. Линия BD |
показывает направление линии дейст |
вительного процесса сушки с учетом тепловых потерь.
Линия пересечения луча действительного процесса суш
ки с линией t~аз = 1000 С дает точку С - конца процесса
сушки. При заданной конечной температуре процесса tl\= 1000 С весь процесс в действительной сушилке вы разится линией ВС. Следовательно, процесс пойдет по
более крутой линии, и конечная точка переместится по вертикали вниз от точки С до точки D на величину, рав ную потере теплО1 ы, отнесенной к 1 кг сухого газа, про ходящего через сушилку. Притом энта.'IЬПИЯ уменьшает
ся при постоянном влагосодержании, поскольку потери
теплоты снижают температуру газов. Определяем на I-d-диаграмме конечное влагосодержание газов для
точки С: dl\=290 г на 1 кг сухих газов. Действительный
расход 1'азов по массе на сушку составит
1000W |
1000·3270 |
кг сухих газов в 1 Ч. |
|
Gгаз = --- |
= |
= 13074 |
|
dK - dп |
290 - |
33,9 |
|
Определяем количество |
теплоты на сушку по формуле |
Qc = Gгаз ( 1: -/0) - 4,2Wt: '
90