ск – теп­лоемкость концентрированного раствора при температуре кипения, кДж/кг·К;

сн – массовая теплоемкость разбавленного раствора при температуре его на входе в установку, кДж/кг·К;

φ = 1,03 – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду;

Dгп – массовый расход греющего пара, кг/с;

hгп, hвп, hк – энтальпии греющего пара, вторичного пара и конденсата греющего пара, кДж/кг.

Из уравнения теплового баланса определяется расход греющего пара, Dгп, и тепловой поток, Q, передаваемый от конденсирующегося пара к кипящему раствору.

. (33)

. (34)

Площадь теплообменной поверхности греющей камеры выпарного аппа­рата определяется по формуле:

(35)

где – полезная разность температур, ºС;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К.

Коэффициент теплопередачи рекомендуется рассчитывать по формуле:

, (36)

где α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к наружной поверхности труб и от внутренней поверхности труб к кипящему раствору, Вт/м2 К;

ξ – коэффициент, учитывающий термическое сопротивление загрязнений поверхности теплообмена (рекомендуется принимать ξ = 0,65 – – 0,85).

Коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара на пучке вертикальных труб может быть рассчитан по формулам 15 – 17.

Коэффициент теплоотдачи при кипении раствора следует рассчитывать по формуле:

, (37)

где λж – коэффициент теплопроводности раствора, Вт/мК;

ρж – плотность раствора, кг/м3;

σж – коэффициент поверхностного натяжения раствора, Н/м;

μж – коэффициент динамической вязкости раствора, Па·с;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

ск – удельная массовая теплоемкость раствора, Дж/(кг·К);

ρп – плотность насыщенного водяного пара при давлении в выпарном аппарате, кг/м3;

ρ0 – плотность насыщенного водяного пара. кг/м3 при давлении 0,098 МПа;

q – плотность теплового потока, Вт/м2.

Теплофизические свойства раствора принимаются по [6] при температуре кипения раствора в среднем сечении трубного пучка и конечной концентрации раствора. Температурой наружной поверхности труб, на которых конденсируется греющий пар, следует предварительно задаться, например, tн = tн – – 0,35·∆tпол, с последующим уточнением принятого значения после определения площади поверхности теплообмена. После расчета α1 может быть предварительно определена и плотность теплового потока: q = α1(tн - tн), необходимая для расчета α2.

После определения площади теплообменной поверхности греющей камеры выбирается типоразмер выпарного аппарата с ближайшей большей поверхностью теплообмена, и в пояснительную записку заносятся его основные размеры: диаметр греющей камеры, диаметр сепаратора, диаметр циркуляционной трубы, высота аппарата и его масса. Затем вычерчивается продольный разрез выбранного выпарного аппарата и график изменения температур теплоносителей по высоте аппарата.

4. Проектирование сушильной установки

Для сушки различных дисперсных материалов широко используются барабанные сушилки. В качестве сушильного агента используется горячий воздух или продукты сгорания. Основным элементом барабанной сушилки является полый цилиндрический барабан, установленный под небольшим углом к горизонту. Барабан снабжен бандажами, каждый из которых катится по двум опорным роликам и фиксируется от осевого перемещения упорными роликами. Барабан приводится во вращение от электропривода с помощью насаженного на барабан зубчатого колеса. Частота вращения барабана не превышает 5 – 8 мин-1. Влажный материал поступает в барабан через питатель. За счет вращения барабана высушиваемый материал пересыпается и постепенно перемещается к разгрузочному отверстию. За время пребывания материала в барабане происходит его высушивание за счет контакта с сушильным агентом, от которого к частицам материала подводится теплота и который ассимилирует образующийся водяной пар. Внутри барабана устанавливается специальная лопастная насадка, которая при вращении барабана способствует перемешиванию материала и улучшает контакт частиц материала с сушильным агентом. Тип насадки выбирается по [8] в зависимости от свойств высушиваемого материала.

Сушильный агент и высушиваемый материал могут перемещаться внутри барабана однонаправлено (прямоток) или противоточно. Более предпочтительным является прямоток, так как в этом случае горячий сушильный агент контактирует с высоко влажным материалом и это позволяет избежать перегрева материала. Чтобы исключить большой унос мелких частиц высушиваемого материала, следует ограничивать скорость сушильного агента, кроме того, отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу должен обязательно очищаться от пыли.

Стремление к интенсификации и повышению экономичности процесса сушки привело к использованию в качестве сушильного агента топочных газов. Топочные газы образуются при сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива. Наиболее предпочтительным является газообразное топливо, так как в этом случае используются наиболее простые по конструкции топочные устройства и получаются наиболее чистые продукты сгорания, пригодные для сушки разных материалов. Сушилки на топочных газах по сравнению с сушилками с паровыми калориферами более экономичны по удельному расходу теплоты на сушку, менее металлоемки и менее инерционные. Как правило, перед подачей в сушильную камеру топочные газы разбавляются воздухом с целью понижения температуры. Общий коэффициент избытка воздуха в смеси топочных газов и воздуха α ≥ 5, в связи с этим расчеты процесса сушки могут выполняться с использованием теплофизических свойств воздуха и d – H диаграммы влажного воздуха.

В связи, с изложенными выше соображениями, проектирование барабанной сушилки рекомендуется начинать с изучения свойств высушиваемого материала и на этой основе выбирать тип внутренней насадки и схему относительного движения материала и сушильного агента в барабане.

4.1. Определение влагосодержания и энтальпии сушильного агента на входе в барабан

Для определения влагосодержания и энтальпии смеси топочных газов и воздуха необходимо выполнить стехиометрические расчеты процесса горения газообразного топлива. Состав газообразного топлива (природного газа) задается, как правило, в объемных процентах. Для выполнения расчетов процесса горения следует пересчитать состав на массовые доли. Для этого необходимо рассчитать среднюю молярную массу природного газа:

, (38)

где μi – молярная масса i – го компонента, кг/кмоль:

ri – объемная доля компонента в процентах.

Массовые доли компонентов рассчитываются по формуле:

mi =0,01μ i·ri /μсм. (39)

Определяется высшая теплота сгорания газообразного топлива:

= 94,0(5,32 CH4 + 5,05 C2H6 + 4,94 C3H8 + 4,87 C4H10 + 4,83 C2H2 + 5,07 C2H4 + 4,91 C3H6 + 4,84 C4H8 + 1,64 H2S + 12,75 H2 + 1,08 CO + 2514·Gвп, (40)

где CH4, C2H6 и т. д. – рассчитанные по формуле 39 массовые доли компонентов топлива,

Gвп – масса водяных паров, образующихся при сгорании 1 кг топлива, которая рассчитывается по формуле:

Gвп= . (41)

Для определения коэффициента избытка воздуха α необходимо составить уравнения материального и теплового баланса процессов горения топлива и разбавления продуктов сгорания. Уравнение материального баланса можно записать в виде:

1 + G0 = Gсг + Gвп, (42)

где: G0 – теоретическое количество сухого воздуха, затрачиваемое на сжигание 1 кг топлива;

Gсг – количество сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива;

Gвп – количество водяного пара, образующегося при сгорании 1 кг топлива,.

Для газообразного топлива G0, Gсг, Gвп определяются по формулам:

G0 = 138 (0,0179 CO + 0.248 H2 + – O2). (43)

Gсг = 1 + α G0 – Gвп . (44)

Уравнение теплового баланса можно записать в виде:

·η + срт· tт + α G0H0 = GсгHсг + (Gвп + α G0d0) hвп, (45)

где η – общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность процесса сгорания и потери теплоты в окружающую среду (рекомендуется принимать η = 0,92 – 0,95);

H0 , d0 – энтальпия и влагосодержание воздуха, подаваемого в топку, кДж/кг;

Hсг – энтальпия сухих продуктов сгорания при температуре сушильного агента на входе в сушильный барабан, кДж/кг;

hвп – энтальпия водяного пара при температуре сушильного агента на входе в сушильный барабан. кДж/кг;

срт – теплоемкость газообразного топлива, кДж/кг К;

tт – температура топлива,0С.

Энтальпия сухих продуктов сгорания рассчитывается по формуле:

Hсг = ссг· tсг, (46)

где ссг – теплоемкость продуктов сгорания:

срсг = 1,005 кДж/кг;

Энтальпию водяного пара, кДж/кг, при температуре сушильного агента на входе в сушильный барабан можно рассчитать по формуле:

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5