Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Барабанная сушилка -- один из наиболее распространённых аппаратов для непрерывной конвективной сушки кусковых, зернистых и сыпучих материалов. Сушильным агентом служит нагретый воздух или топочные (дымовые) газы, которые контактируют с высушиваемым материалом внутри вращающегося наклонного барабана. Расчёт барабанной сушильной установки включает: материальный баланс, тепловой баланс, построение процесса на I-d диаграмме, определение размеров барабана (диаметра и длины) и подбор вспомогательного оборудования (топки, циклонов, вентиляторов).
Барабанная сушилка представляет собой цилиндрический барабан, установленный с наклоном 1--6° к горизонту. Барабан вращается с частотой 1--8 об/мин на бандажах, опирающихся на роликовые опоры. Внутри барабана установлены насадки (подъёмно-лопастные, секторные, распределительные), обеспечивающие пересыпание и перемешивание материала в потоке сушильного агента.
Влажный материал подаётся в приподнятый конец барабана и перемещается к выходу под действием наклона и вращения. Сушильный агент может двигаться прямотоком (в одном направлении с материалом) или противотоком. Прямоточные сушилки имеют более высокий КПД и позволяют использовать высокие начальные температуры газов (до 600--800 °С) без перегрева материала. Противоточные обеспечивают более глубокую досушку, но начальная температура газов ограничена (обычно до 400 °С).
Барабанные сушилки работают, как правило, под небольшим разрежением (50--100 Па), создаваемым дымососом, что предотвращает выброс запылённых газов в помещение через неплотности.
Материальный баланс устанавливает связь между производительностью по влажному и сухому материалу и количеством удалённой влаги.
Общий расход сухого воздуха: L = l · W, кг/ч.
I-d диаграмма (диаграмма Рамзина) -- основной графоаналитический инструмент расчёта конвективных сушилок. На диаграмме по оси абсцисс откладывается влагосодержание x (кг влаги / кг сухого воздуха), по оси ординат -- удельная энтальпия I (кДж / кг сухого воздуха). Диаграмма содержит линии постоянной температуры (изотермы), постоянной относительной влажности и линию насыщения (φ = 100 %).
Точка A -- состояние наружного (атмосферного) воздуха. Определяется по температуре t0 и относительной влажности φ0 (или влагосодержанию x0). Находим I0 и x0.
Точка B -- состояние воздуха после нагрева в калорифере (перед входом в сушилку). Нагрев до температуры t1 происходит при постоянном влагосодержании x0 = const (горизонтальная линия на I-d диаграмме, движение вверх по изотерме x0). Находим I1.
Теоретический процесс сушки (без потерь): линия B-Cтеор -- процесс при I = const (адиабатическое испарение). Конечная точка Cтеор определяется пересечением линии I1 = const с заданной конечной температурой t2 или относительной влажностью φ2. Из этой точки считываем x2теор.
Действительный процесс сушки (с потерями): линия B-Cдейств отклоняется от линии I = const вниз, так как часть тепла расходуется на нагрев материала и потери в окружающую среду. Угол отклонения определяется величиной Δ -- разностью между удельным приходом и расходом тепла в сушильной камере.
Уравнение рабочей линии действительного процесса на I-d диаграмме:
При Δ < 0 (потери превышают приход) рабочая линия идёт ниже линии I = const. При Δ > 0 (например, при подводе дополнительного тепла в сушилку) -- выше.
Потери тепла через стенки барабана принимаются в пределах 3--10 % от общего расхода тепла на сушку (для ориентировочных расчётов обычно qп = 10--30 кДж/кг влаги).
Объём барабана определяется через напряжение объёма по влаге Av:
Напряжение по влаге Av -- эмпирический параметр, зависящий от свойств материала, режима сушки и конструкции насадки. Определяется экспериментально или по справочным данным (см. раздел 6).
Диаметр определяется из допустимой скорости газов в свободном сечении барабана:
Длина определяется из известного объёма и выбранного диаметра:
Отношение L/D для барабанных сушилок обычно составляет 3,5--7,0. Если расчётное L/D выходит за пределы, корректируют диаметр или принимают несколько параллельно работающих сушилок.
Задание: рассчитать барабанную сушилку для сушки песка. Производительность по влажному материалу G1 = 10 000 кг/ч. Начальная влажность w1 = 8 %, конечная w2 = 0,5 %. Сушильный агент -- воздух, нагретый в калорифере. Параметры наружного воздуха: t0 = 20 °С, φ0 = 60 %. Температура воздуха на входе в барабан t1 = 250 °С, на выходе t2 = 80 °С.
W = 10 000 × (8 - 0,5) / (100 - 0,5) = 10 000 × 7,5 / 99,5 = 754 кг/ч
G2 = 10 000 - 754 = 9 246 кг/ч
Точка A (наружный воздух): t0 = 20 °С, φ0 = 60 %. По I-d диаграмме: x0 = 0,0088 кг/кг, I0 = 42,5 кДж/кг.
Точка B (после калорифера): t1 = 250 °С, x0 = 0,0088 кг/кг (не изменилось). По I-d диаграмме: I1 = 275 кДж/кг.
Теоретический процесс (I = const): при I1 = 275 кДж/кг и t2 = 80 °С находим x2теор = 0,078 кг/кг.
Принимаем потери Δ = -15 кДж/кг (типовое значение для конвективных сушилок). Действительное x2 несколько ниже теоретического; принимаем x2 = 0,072 кг/кг.
l = 1 / (0,072 - 0,0088) = 1 / 0,0632 = 15,8 кг сух. возд. / кг влаги
L = 15,8 × 754 = 11 913 кг/ч = 3,31 кг/с
Принимаем Av = 80 кг/(м3·ч) (песок, нагретый воздух).
Vб = 754 / 80 = 9,4 м3
Объёмный расход газов на выходе (при t2 = 80 °С):
Vг = L × (1 + x2) × (273 + t2) / (273 × ρсух.возд) ≈ 3,31 × 1,072 × 353 / (273 × 1,293) = 3,55 м3/с
При β = 0,15 и vг = 2,0 м/с:
D = √[4 × 3,55 / (3,14 × 0,85 × 2,0)] = √(14,2 / 5,34) = √2,66 = 1,63 м
Принимаем стандартный D = 1,6 м.
Lб = 9,4 / (0,785 × 1,62) = 9,4 / 2,01 = 4,7 м
L/D = 4,7 / 1,6 = 2,9 -- ниже рекомендуемого (3,5--7,0). Уточняем: принимаем D = 1,4 м.
Lб = 9,4 / (0,785 × 1,42) = 9,4 / 1,54 = 6,1 м
L/D = 6,1 / 1,4 = 4,4 -- в допустимых пределах.
По ГОСТ 27134-86 принимаем ближайший типоразмер: D = 1,4 м, L = 6 м (или D = 1,6 м, L = 8 м).
При сушке топочными газами расход топлива определяется из теплового баланса топки. Топочные газы разбавляются атмосферным воздухом до требуемой температуры t1. Коэффициент избытка воздуха в топке α = 1,1--1,3 (газообразное топливо) или 1,2--1,4 (жидкое топливо).
Отработанные газы содержат пыль высушенного материала. Для очистки применяют циклоны (одиночные или групповые). Эффективность циклонов типа ЦН-15 при крупности частиц более 10 мкм составляет 85--95 %. Для тонкой очистки устанавливают рукавные фильтры (после циклонов).
Дымосос (или вентилятор) обеспечивает транспортировку сушильного агента через барабан и систему газоочистки. Производительность дымососа определяется объёмным расходом газов на выходе из системы с запасом 10--15 %. Напор -- суммой аэродинамических сопротивлений барабана, циклонов, газоходов (обычно 1500--3000 Па).
Подача влажного материала -- шнековым или ленточным питателем. Выгрузка -- через разгрузочную камеру с шлюзовым затвором (для предотвращения подсоса воздуха). Транспортировка высушенного материала -- ленточным конвейером или пневмотранспортом.
Размеры сушильных барабанов стандартизованы по ГОСТ 27134-86 «Аппараты сушильные с вращающимися барабанами. Основные параметры и размеры» (с Изм. N 1). Типовые размеры (выборка):
При выборе стандартного размера объём барабана должен быть не менее расчётного. Частота вращения барабана -- 1--8 об/мин, мощность привода -- от 3 до 75 кВт в зависимости от размера и массы загрузки.
Напряжение объёма барабана по влаге Av -- это количество влаги (в кг), испаряемой с 1 м3 объёма барабана за 1 час. Это эмпирический параметр, который заменяет сложный расчёт кинетики сушки (коэффициентов тепло- и массообмена). Зная Av для данного материала, можно простым делением W / Av определить требуемый объём барабана. Значения Av получают экспериментально или принимают по справочным таблицам.
Прямоточная схема (газы и материал движутся в одном направлении) предпочтительна для термочувствительных материалов: в начале барабана, где газы наиболее горячие, материал ещё влажный и его температура близка к температуре мокрого термометра (не превышает 60--70 °С). Это позволяет использовать начальную температуру газов до 600--800 °С. Противоточная схема обеспечивает более глубокую досушку, так как сухой материал контактирует с горячими газами на выходе, но температура газов на входе ограничена (~400 °С) во избежание перегрева материала.
Скорость газов в свободном сечении барабана обычно составляет 1,5--3,0 м/с. Для пылящих и мелкодисперсных материалов скорость ограничивают 1,0--1,5 м/с, чтобы снизить унос частиц с потоком газов. Для крупнокусковых материалов допускается до 3--4 м/с. Превышение скорости приводит к увеличенному пылеуносу и нагрузке на систему газоочистки (циклоны, фильтры).
I-d диаграмма (диаграмма Рамзина) позволяет графически определить: состояние воздуха до и после нагрева в калорифере; конечные параметры отработанного воздуха (температуру, влагосодержание, относительную влажность); удельный расход воздуха на 1 кг удалённой влаги. На диаграмме строится рабочая линия процесса сушки, учитывающая тепловые потери. Из конечного влагосодержания x2 вычисляется общий расход воздуха L = W / (x2 - x0).
Рекомендуемое отношение длины к диаметру L/D для барабанных сушилок составляет 3,5--7,0. При L/D менее 3,5 время контакта материала с сушильным агентом может быть недостаточным. При L/D более 7,0 увеличиваются прогибы барабана, усложняется привод, растут потери тепла через стенки. Стандартные размеры барабанов по ГОСТ 27134-86 обеспечивают L/D в диапазоне 4--8.
Циклон служит для очистки отработанного сушильного агента от пыли высушенного материала. Без циклона мелкие частицы выбрасываются в атмосферу, что приводит к потерям продукта и загрязнению среды. Циклоны типа ЦН-15 улавливают 85--95 % частиц крупнее 10 мкм. Для более тонкой очистки после циклона устанавливают рукавные фильтры или мокрые скрубберы.
Коэффициент заполнения β (отношение объёма материала к общему объёму барабана) обычно составляет 0,10--0,25 (10--25 %). При β менее 0,10 снижается производительность. При β более 0,25 затрудняется пересыпание материала и ухудшается контакт с сушильным агентом. Оптимальное значение зависит от типа насадки: для подъёмно-лопастной -- 0,10--0,15; для секторной -- 0,15--0,25.
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Автор и редакция не несут ответственности за последствия применения изложенной информации при проектировании сушильного оборудования. Все расчёты и проектные решения должны выполняться квалифицированными специалистами на основании актуальных нормативных документов и данных испытаний конкретных материалов. Приведённые справочные значения являются ориентировочными.
1. ГОСТ 27134-86. Аппараты сушильные с вращающимися барабанами. Основные параметры и размеры (с Изм. N 1).
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -- М.: Альянс.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -- Л.: Химия.
4. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. -- М.: Химия.
5. Сажин Б.С. Основы техники сушки. -- М.: Химия.
6. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. -- Л.: Химия.
7. Калишук Д.Г., Саевич Н.П. Рекомендации к выбору и расчетам сушилок. -- Минск: БГТУ.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.