Устройство и принцип действия сушилок

Конструкции сушилок разнообразны и классифицируются по ряду признаков:

-по способу организации процесса (периодические и непрерыв­ные);

-по направлению движения теплоносителя относительно мате­риала (прямоточные, противоточные, с перекрестным током);

-по величине давления в рабочем пространстве (атмосферные, вакуумные, под избыточным давлением);

-по виду используемого теплоносителя (воздушные, на дымовых или инертных газах, на насыщенном или перегретом паре, на жидких теплоносителях);

-по способу подвода теплоты (конвективные, контактные, ра­диационные, с нагревом токами высокой частоты, с акустическим или ультразвуковым нагреванием);

-по виду высушиваемого материала и т. д.

Наличие большого числа признаков затрудняет общую класси­фикацию сушилок. Поэтому ограничимся рассмотрением групп сушилок, которые находят применение в химической технологии.

В установках с псевдоожиженным слоем можно одновременно прово­дить несколько процессов: сушку и обжиг, сушку и классификацию частиц по размерам, сушку и гранулирование и т.д. Однако эти сушилки имеют и недос­татки: повышенный расход электроэнергии, невысокая интенсивность процесса при сушке тонкодиспесрных продуктов, значительное истирание частиц мате­риала и, как следствие, образование большого количества пыли.

Сушилки с псевдоожиженным слоем в настоящее время успешно при­меняют в химической технологии для сушки минеральных и органических со­лей, материалов, подверженных комкованию, например сульфата аммония, по-ливинилхлорида, полиэтилена и некоторых других полимеров, а также пасто­образных материалов (пигментов, анилиновых красителей), растворов, распла­вов и суспензии.

Рисунок 1 - Однокамерная сушилка с кипящим слоем.

1 - бункер; 2 - питатель; 3 - газораспределительная решетка; 4 - камера сушилки; 5 - смесительная камера; 6 -вентилятор; 7 - штуцер для выгрузки высушенного материала; 8 - транспортер; 9 - циклон; 10 - батарейный уловитель.

Высушиваемый материал подается из бункера 1 питателем 2 в слой мате­риала, «кипящего» на газораспределительной решетке 3 в камере 4 сушилки. Сушильный агент - горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, ко­торый подается в смесительную камеру 5 вентилятором 6, - проходит с заданной скоростью через отверстия решетки 3 и поддерживает на ней материал в кипящем (псевдоожиженном) состоянии. Высушенный материал ссыпается через штуцер 7 несколько выше решетки 3 и удаляется транспортером 8. Отработанные газы очи­щаются от унесенной пыли в циклоне 9 и батарейном пылеуловителе 10, после че­го выбрасываются в атмосферу.

2 Технологический расчет

2.1 Расход воздуха, скорость газов и диаметр сушилки

Определим количество влажного материала [1]:

G_Н= (1)

Определим расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала по уравнению:

(2)

W= 4,2(3-0,5)/(100-3) = 0,108 кг/с.

Температура разбавленных воздухом топочных газов, поступающих под решетку

t₁=227°С, температура выходящих газов t₂=27°С, это позволяет исключить конденсацию паров в пылеулавливающей аппаратуре (циклон, фильтры). Температура выгружаемого сульфата аммония можно принять равной температуре отходящих газов, т.е. θ_г=27°С.

Рассчитаем внутренний тепловой баланс сушилки по уравнению [1]:

+q_don-(q_m+q_M+q_n), (3)

где ∆ - разность между удельными приходами и расходами тепла непосредственно сушильной камере, с - теплоемкость влаги во влажном материале при температуре в_ь кДж/(кг-К); д_до„ - удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_дon=0; q_m - удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае q_m=0; q_M - удельный подвод тепла в сушильную камеру с высуши­ваемым материалом, кДж/кг влаги;

q_M = G_Kc_M /W; c_M-теплоемкость высушенного материала, равная 1,638 кДж/(кг-К); - температура высушенного материала на выходе из сушилки, °С.

= 4,185*29 – 4.2*1,638(27-29)/0.108-22,6 = 1228.9 кДж!кг влаги.

На диаграмме 1-х (рис. ) по известным параметрам t₀=18°С и 72 % находим влагосодержание х₀ и энтальпию 1₀ свежего воздуха: х₀=0,0092 кг вла­ги/кг сухого воздуха; 1₀=41,9 кДж/кг сухого воздуха.

При нагревании воздуха до температуры t₁ =227°С его энтальпия увели­чивается до 1₁=293 кДж/кг;так как нагрев сушильного агента осуществляется через стенку, влагосодержание остается постоянным: x₀=х₁; для определения параметров отработанного воздуха необходимо на диаграмме I-х построить рабочую линию сушки. Зададим произвольное значение влагосодержания воз­духа х=0,05. Соответствующее ему значение энтальпии находим по уравнению:I=I₁+ (х-х₁)[1].

I=293+1229(0.05 - 0.0092)=343,143 кДж/кг сухого воздуха.

Далее проводим линию сушки на диаграмме I-х через две точки с коор­динатами x₁= x₀⁼0,0092 кг/кг, I₁=293 кДж/кг и x=0,05 кг/кг, I=343,143 кДж/кг до пересечения с заданным параметром отра-

ботанного воздуха t₂=27°С.В точке пересечения линии сушки и изотермы 27°С находим конечное влагосодержа­ние отработанного воздуха x₂⁼0,046 кг/кг.

Расход воздуха L на сушку равен по уравнению:

; (4)

L=0,108/(0,046—0,0092)=2,92 кг/с.

Средняя температура воздуха в сушилке

t_ср=(t₁+t₂)/2= (227 +27)/2 = 127 °С. (5)

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке

x_ср=(х₀+х₂)/2 =(0,0092+ 0,046)/2 = 0,0276 кг влаги/кг сухого воздуха. (6)

Средняя плотность сухого воздуха и водяных паров

; (7)

;

Средняя объемная производительность по воздуху:

(8)

V=2,92/0,88 + 0,0246*2,92/0,55 = 3,45 м³/с.

Далее рассчитываем фиктивную (на полное сечение аппарата) скорость на­чала псевдоожижения:

где Re = Ar/(1400 + 5,221 ) – критерий Рейнольдса; - критерий Архимеда; — вязкость воздуха при средней температуре; — эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала; п— число фракций; m_i — содержание i-й фракции, масс, доли; d, — средний ситовый размер i-u фракции, м.

Рассчитаем d₃: м

Критерий Архимеда

Ar=(0.9-³)³0,96975*9,81*1770/(2,1*^-5)² =27835.

Критерий Рейнольдса

Скорость начала псевдоожижения

Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) наиболее мелких частиц. Эту скорость определяют по уравнению:

(9)

Критерий Архимеда для частиц диаметром 0,8 мм равен:

Аг = (0.8 • 10^-3 )³ 0,96975 • 9,81 • 1770 /(2,1 • 10^-5 )² = 19549,4

Скорость свободного витания (уноса)

м/с

Рабочую скорость w сушильного агента выбирают в пределах от w_nc до w_с.в.Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения K_np= при Кпр более 40—50 рабочее число псевдоожижения K_w = w/w_nc рекомендуется выбирать в интервале от 3 до 7; при Кпр меньше 20—30 значение K_w можно вы­бирать в интервале от 1,5 до 3. В рассматриваемом расчёте

Кпр = 5,378/0,295 = 18,23. Примем K_w = 3. Тогда рабочая,скррость сушильного агента

Диаметр сушилки d определяют из уравнения расхода: