Сушка сернокислого аммония

Определение параметров воздуха на входе в сушильную  камеру 

В случае сушки атмосферным  воздухом параметры атмосферного воздуха  определяются непосредственно по диаграмме  Рамзина в зависимости от географического района, в котором будет установлена сушилка. Свою сушку расположим в г. Пермь, что не так далеко от одного из крупнейших заводов по производству сернокислого аммония: ГУБАХИНСКОГО КОКСОХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА, АООТ. 

В справочной части [2], (стр. 512-513) находим температуру  и относительную влажность атмосферного воздуха в г. Пермь для июля месяца: t0=18 0C; 0=72%. По диаграмме I-X определяем остальные параметры воздуха: I0=41,8 кДж/кг а.с.в.; X0=0,0091 кг вл./кг а.с.в. 

Определение параметров воздуха на входе в сушильный  барабан. 

Параметры атмосферного воздуха претерпевают изменения  при прохождении через калорифер  сушильной установки и становятся равными: t1, 1, I1, X1. 

X1=X0 при нагревании, t1=128 0C. Определяем положение точки  1 по диаграмме I-X по этим параметрам. Далее находим значения энтальпии  и относительной влажности на  входе в сушильную камеру: 1<5%; I1=154,6 кДж/кг а.с.в. 

Определение параметров воздуха на выходе из сушильного аппарата в случае идеальной сушки. 

В соответствии с  уравнением теплового баланса сушильной  установки имеем: 

, 

где qдоп - удельный подвод тепла в сушильной камере, кДж/кг уд.вл.; q0, qT, qM, соответственно удельные потери тепла в окружающую среду, с транспортными устройствами и с материалом; I - удельный расход абсолютно сухого воздуха, кг а.с.в./кг уд.вл.; I1, I2 - энтальпия воздуха, соответственно, на входе и выходе сушильного барабана, кДж/кг а.с.в. 

Согласно определению  идеальной сушилки каждая из qдоп, q0, qT, qM равна нулю, следовательно, для такой сушилки I2=I1, т.е. линия сушки совпадает с линией I=const. По диаграмме Рамзина по двум параметрам (I2, t2) определяем положение точки 2, которая характеризует воздух на выходе из сушильного барабана. Получаем: 

 

2=38,5%, Х2=0,0384 кг вл./кг а.с.в. 

Определение действительных параметров воздуха на выходе из сушильного барабана. 

Воспользуемся основным уравнением статики сушки: 

Здесь I и X - параметры  воздуха в произвольном сечении  сушильного барабана. Значение ? будет определяться суммой двух величин: удельными потерями тепла в окружающую среду и с материалом. 

Потери тепла в  окружающую среду изолированного барабана составляют: 

где -коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности барабана к окружающей среде и может быть рассчитан по формуле (из [2]): 

где и, t0 - температура, соответственно, наружной поверхности  изоляционного слоя барабана и окружающей среды (если установка располагается  в помещении, тогда и=3050 0С, t0=1520 0С); 

DИ - диаметр барабана с учётом толщины изоляции, м. 

Удельные потери тепла с материалом рассчитываются по формуле:

 

 

где Н1 и Н2 - энтальпия влажного материал, соответственно, на выходе и входе в барабан, кДж/кг с.м. 

Энтальпия влажного материала: 

где и - теплоёмкость, соответственно сухого материала и  влаги; - температура материала на выходе из барабана. 

Зададимся температурой наружной поверхности изоляции и=40 0С, и температурой окружающей среды t0=20 0C. Диаметр барабана с изоляцией  принимаем равным диаметру барабана без изоляции, т.е. DИ=2500 мм. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности барабана к окружающей среде: 

Тогда удельные потери тепла в окружающую среду: 

Рассчитаем энтальпию  материала на входе и выходе барабана прямоточной сушилки, если принимаем, что температура материала на входе в барабан(со склада) равна 5 0С, температура воздуха на выходе составляет 55 0С, а теплоёмкость сухого материала (из [3], стр.228) равна 2,02 кДж/кг*град. Выбираем прямоточную подачу СА и материала, во избежание разложения (сульфат аммония разлагается при температуре чуть выше 100 0С, превращаясь при этом в гидросульфат аммония), размягчения, и слипания материала., при этом материал содержит свободную влагу и его температура не может подняться выше 100 0С. 

Рассчитаем энтальпию  материала на выходе и входе барабана, принимая 

Удельные потери тепла с материалом: 

Рассчитаем сумму  удельных потерь тепла: 

 

Задаёмся произвольным значением влагосодержания воздуха  Х>Х0, Х=0,020, и находим сопряжённое ему значение теплосодержания: 

Находим положение  произвольной точки (Х, I), в поле диаграммы. Соединяем полученную точку с  точкой 1 (Х1, t1) и продолжаем линию реального процесса до пересечения с линией t2=550C. Находим положение точки 2 и соответствующие ей параметры: 

t2=55 0C, I2=116,8 кДж/кг  а.с.в., X2=0,0235 кг вл./кг а.с.в. 

Расчёт потребного расхода воздуха в реальной сушилке. 

Потребный расход воздуха  в реальной сушилке может быть выражен: через массовый расход а.с.в., L; через массовый расход влажного воздуха, Lвл; через объёмный расход влажного воздуха; соответственно: 

 

где V0 - условный удельный объём воздуха, который может  быть рассчитан по формуле: 

где Rв - газовая постоянная для воздуха = 287 Дж/кг*К; 

Tв - температура воздуха, К; B - барометрическое давление, Па. 

Определим удельный расход воздуха: 

Тогда массовый расход а.с.в. будет равен: 

Условный удельный объём отработанного воздуха: 

Объёмный расход влажного воздуха: 

 

Расчёт скорости движения воздуха на выходе барабанной сушилки. 

Скорость движения сушильного агента в выходном сучении  барабана Wв связана с диаметром барабана Dб уравнением расхода: 

где - коэффициент  заполнения барабана, или доля сечения  барабана, занятая высушиваемым материалом. Коэффициент заполнения изменяется с изменением типов внутренних устройств  барабана (лопастная система, распределительная  система, перевалочная система с  закрытыми ячейками, комбинированная), с изменением диаметра подпорного кольца на выходе из барабана высушиваемого  материала, с изменением свойств  материала; и может колебаться от 0,05 до 0,30. Этот параметр процесса определяет среднее время пребывания материала  в барабане. Время сушки уже  известно по заданию в неявном  виде в форме напряжения по влаге . 

Находим внутренний диаметр барабана, учитывая, что  толщина стенок барабана 14 мм (из [1], стр. 16): 

Определяем скорость воздуха, принимая коэффициент заполнения барабана высушиваемым материалом - 0,2.: 

 

Расчет скорости уноса частиц основной фракции 

Определим среднюю  температуру сушильного агента в  барабане как среднее арифметическое температуры воздуха на входе  и выходе из сушилки: 

Для данной температуры  в барабане по номограмме [2], стр.530, рис.VI коэффициент динамической вязкости воздуха: 

Среднее влагосодержание  воздуха в сушилке составляет: 

Среднее парциальное  давление водяных паров в сушилке  определим по уравнению: 

, 

где Mасв=29 кг/кмоль - молярная масса воздуха, Mв=18 кг/кмоль - молярная масса воды. 

 

Вычислим плотность  воздуха при средней температуре  в сушильном барабане: 

, 

где - мольный объем  при стандартных условиях, T0 = 273,15 K - стандартная температура. 

Найдем коэффициент  кинематической вязкости воздуха: 

Вычислим критерий Архимеда из [13], стр.28: 

, 

где - ускорение свободного падения, - плотность высушиваемого  материала. 

 

Скорость уноса  основной фракции частиц высушиваемого  материала определим по формуле  Тодеса [13], стр.235, ф.(2.72): 

Скорость уноса  основной фракции частиц материала  больше скорости движения сушильного агента в барабане. Уноса основной фракции материала быть не должно. 

Проверка найденного значения диаметра барабана по допустимой скорости сушильного агента в барабане. 

В выбранном сушильном  аппарате материал и сушильный агент  движутся параллельно и прямотоком. При этом достигается высокая  интенсивность сушки и минимальные  затраты тепла. Кроме того, материал сохраняет начальные свойства, т.к. в процессе его сушки не перегреваются  даже самые мелкие частицы. 

Наиболее простой  зависимостью связана допустимая скорость сушильного агента в барабане с дисперсностью  и плотностью частиц материала в  случае прямотока. В таблице 3.1 (из [4], стр. 13) представлена зависимость допустимой скорости сушильного агента в барабане от кажущейся плотности материала  и от размера частиц. 

Кажущаяся плотность  материала: 

где - плотность материала, - порозность, примем , тогда кажущаяся плотность:

 

 

При среднем размере  частиц материала составляет 0,8 мм, и кажущейся плотности материала  сK=1061 кг/м3, найденное значение диаметра барабана обеспечивает скорость движения сушильного агента не превышающую допустимую. 

 

3. Расчёт основного  оборудования 

3.1 Расчёт угла  наклона барабана 

Для продвижения  материала в осевом направлении  барабан устанавливается под  некоторым углом наклона к  горизонту, изменяющимся на практике от 10 до 40. Необходимый угол наклона  барабана для данного числа оборотов может быть определён. Пренебрегая  влиянием скорости сушильного агента в барабане на поведение частиц высушиваемого  материала, можно записать следующее  выражение для скорости перемещения  материала в барабане: 

где - коэффициент  высоты подъёма частиц материала, зависящий  от типа насадки, выбираем распределительную  насадку, m=0,333; - дистанция, которую проходит каждая частица материала за один оборот барабана. Также перемещение  скорость материала в барабане может  быть найдена: 

где VM - объёмный расход материала, м3/с; F - поперечное сечение  материала, м2; - доля сечения барабана, занятая материалом. Получаем окончательно:

 

 

Т.к. , получаем: 

Объёмный расход материала: 

- для распределительной  насадки выбираем 20% (из [5], стр. 299), n выбираем 4об./мин, тогда угол наклона барабана: 

3.2 Расчёт мощности, затрачиваемой на вращение барабана 

Момент, необходимый  для вращения барабана, установленного на роликах, складывается из четырех  слагаемых: момента трения качения  бандажа по роликам; момента трения скольжения на цапфах роликов в подшипниках; момента трения от скольжения сыпучего материала по барабану при его  вращении; момента, возникающего от действия силы тяжести материала вследствие непрерывного поднимания его на некоторую  высоту. Произведение суммы вышеназванных моментов на угловую скорость вращения барабана и есть потребная мощность барабана. В упрощенном виде такое произведение было представлено Л.Б. Левинсоном в виде формулы: 

где , а G и G0, соответственно, масса барабана и масса материала в барабане. 

Согласно последней  формуле можно сделать вывод, что масса загруженного в барабан  материала оказывает значительно  большее влияние на мощность, чем  масса самого барабана. 

Практика расчетов показывает, что формула Левинсона  дает завышенные значения мощности по сравнению с действительной (каталожной), и кроме того, эта формула не учитывает влияние внутреннего  устройства барабана на потребляемую мощность. Формула, приведенная ниже, лишена указанных недостатков и позволяет произвести расчет потребной мощности на вращение барабана с точностью достаточной для технических расчетов. 

где G0 - масса загруженного материала в кг; Dб - диаметр барабана в м, п - число оборотов барабана, об/мин.; К - поправочный коэффициент, учитывающий внутреннее устройство барабана: для гладкого барабана К = 1; 

для барабана с распределительными насадками К = 1,51,6; 

Мощность электродвигателя назначают с учетом к.п.д. привода: