Розрахунок барабанної сушарки, що обігрівається повітрям (продуктивність по вихідному матеріалу - 4500 кг/год)

 Сушіння. Сушильні установки

Барабанна сушарка, що обігрівається повітрям.

1 – барабан; 2 – приймальний бункер; 3 - циклон; 4 – бункер;                                         5 – калорифер; 6 – вентилятор.

Схема барабанної сушарки, що обігрівається повітрям

Дані для розрахунку:

·  продуктивність по вихідному матеріалу G_к=4500 кг/год;

·  вологість матеріалу (на загальну масу), %:

-  початкова – U_H=10;

-  кінцева – U_K=0.3;

·  температура матеріалу, ⁰С:

-  початкова – t`_м=18;

-  кінцева – t``_м=55;

·  температура повітря, ⁰С:

-  до входу в калорифер при j = 50% t₀=13;

-  після виходу з калорифера (на вході в барабан) t₁=120;

-  на виході з барабана сушарки t₂=62;

·  насипна щільність матеріалу r_н=1250 кг/м³;

·  тиск пару , що гріє Р_п=4 атм;

·  напруга барабана щодо вологи А=35 кг/(м³×год);

·  коефіцієнт заповнення барабана В=0,15;

·  насадка барабана підйомно-лопатева.

Необхідно розрахувати:

·  продуктивність барабана по волозі;

·  розміри сушильного барабана;

·  число обертів барабана;

·  втрати тепла в навколишнє середовище;

·  витрати повітря L_B, тепла Q і пари G_п;

·  калорифер, який обирають попередньо;

·  пилоосаджувальні пристрої.

Порядок розрахунку

Кількість вологи, що випаровується за годину, кг:

          

Кількість матеріалу, висушеного за годину, кг:

G_к = G_н – W=4500-437.8=4062.2                                                               

Розміри сушильного барабана:

Об'єм барабана, м³:

.                                                                                    

Відношення довжини барабана до діаметра повинно бути таким: L/d=3,5-7. Звичайно приймають відношення. L/d =5.

Діаметр барабана знаходять із наступного співвідношення, м:

V_б = 0,785 d² L = 0,785 d² ×5d = 3,925 d³=3.925×1.47³=3.925×3.176=12.47                                         

.

Довжина барабана, м:

L = 5d=5×1.47=7.35.                                                                                    

Остаточні розміри барабана обираємо відповідно ГОСТ 11875-79,  приймаючи розміри, рівні отриманим або близькі до них із більшої сторони.

Число оборотів барабана за секунду:

де а - коефіцієнт для підйомно-лопатевої насадки, а = 1,2;

t - час перебування матеріалу в барабані, сек.:

;                                                                          

,                                                                                        де r_мн - середня насипна щільність матеріалу;

В - коефіцієнт заповнення барабана , В = 0,15;

G_cp - середня маса матеріалу, що проходить через барабан, кг/год.;

tga - тангенс кута нахилу барабана. Барабани мають кут нахилу до горизонту 0,5-6⁰ . Для розрахунку приймають a = 2⁰.

Втрати тепла в навколишнє середовище, Вт:

Q_n = F_бок a (t_ст – t₀)=40,2×8,471×(35-13)=40,2×8,471×22=7491,7,                                                                           де F_бок - площа бічної поверхні барабана, м²; =3,14×1,6×8=40,2;

a - коефіцієнт тепловіддачі від стінки барабана в навколишнє середовище, Вт/(м³ К);

a = a_к + a_в=0,00099+8,47=8,471,                                                     де a_к- коефіцієнт тепловіддачі за рахунок змушеної конвекції навколишнього середовища щодо зовнішньої поверхні обертового барабана, Вт/(м² K);

a_в - коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, Вт/(м² К);

t_ст - температура стінки барабана з зовнішньої сторони, ⁰С;

t₀ - температура навколишнього середовища, ⁰С.

Приймаємо t_ст. =35 ⁰С і визначаємо режим руху навколишнього повітря щодо зовнішньої поверхні барабана:

                                                                                 де Wв - відносна швидкість руху повітря, м/с:

W_B = p d_нар n=3,14×1,616×0,058=0,294;

d_нар - зовнішній діаметр барабана з урахуванням товщини ізоляції, м: d_нар=d+2d₂=1,6+2×0,008=1,616; δ₂ = 8÷12 мм;

l- довжина окружності барабана, м, l = p d_нар=3,14×1,616=5,07;

m- коефіцієнт динамічної в'язкості повітря при t₀ °С.

Приймаємо попередньо товщину теплоізоляції, яка дорівнює 0,06 м;  (ρ_в – щільність повітря при t₀ ⁰С, кг/м³); Т=Т₀+t₀, (Т – абсолютна температура повітря);  (ρ₀ – щільність повітря за нормальними умовами, кг/м³; М_в – мольна маса повітря).

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки барабана в навколишнє середовище за рахунок змушеної конвекції, Вт/(м²·К):

,                                                                               де N_u = 0,01 Re^0,8 e_i=0,01×65,3^0,8×1,13=0,01×28,3×1,13=0,319;

e_i - обирають за табл. при знайденому Re и L/d=5;

λ_в - теплопровідність повітря при t₀, Вт/м²×К (λ_в = 0,025 Вт/м²·К).

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, Вт/м²·К:

                                                                               де С₀ - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, С₀ = 5,7 Вт/(м² × К⁴);

e - ступінь чорнуватості для поверхні, покритої олійною фарбою, e = 0,95.

Уточнюють необхідну товщину шару ізоляції. У якості ізоляційного матеріалу приймаємо мінеральну вату з l₂ = 0,076 Вт/(м² K). Над ізоляцією, яка має товщину δ₂, розміщується кожух з листового заліза товщиною d₃ = 1 мм, покритий олійною фарбою. Товщина стінки барабана d₁ =12 мм.

Можна прийняти   t₁ = t₂= 60 °С    і   t₃ = t₄= 35 ⁰С.

Тут t₁  і t₂- температура внутрішньої і зовнішньої стінок барабана; t₃  і t₄ - температура стінок захисного кожуха.