камеру осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности упаковки.
Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.
Глава 1. Расчет параметров топочных газов подаваемых в сушилку.
В качестве топлива используется природный газ следующего состава (в объемных процентах):
СН4 – 98,0 %
С2Н6 – 1,0 %
С3Н8 – 0,2 %
С4Н10 – 0,3 %
CO – 0,2 %
H2 – 0,3 %
Теоретическое количество сухого газа L0 затрачиваемого на сжигание одного кг топлива равно:
L0 = 138∙(0,0179∙CO + 0,248∙H2 + ∑ [(m+n/4)/(12m+n)]CmHn ), (1)
где составы горючих газов выражены в объемных долях.
Подставив соответствующие значения, получим:
L0 = 138∙(0,0179∙0,002 + 0,248∙0,003 + 0,125∙0,98 + 0,116∙0,01 + 0,1136∙0,002 + +0,1121∙0,003) = 17,25 кг/кг
Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов.
Таблица 2
Газ Реакция Тепловой эф – фект реакции, кДж/м3
Водород Н2 + 0,5О2 = Н2О 10810
Оксид углерода (11) СО + 0,5 О2 = СО2 12680
Метан СН4 + 2 О2 = СО2+ 2Н2О 35741
Ацетилен С2Н2 +2,5 О2 = 2СО2 + Н2О 58052
Этилен С2Н4 + 3 О2= 2СО2+ 2Н2О 59108
Этан С2Н6 + 3,5 О2 = 2СО2 + 3Н2О 63797
Пропан С3Н8 + 5 О8 = 3СО2 + 4Н2О 91321
Бутан С4Н10 + 6.5 O2 = 4CO2+ 5 H2O 118736
Сероводород Н2S + 1.5O2 =S2O + H2O 23401
Количество тепла QV, выделяющееся при сжигании 1 м3 газа равно:
Qν = ∑ φi ∙ Hi = 0,98∙35741 + 0,01∙63797 + 0,002∙91321 + 0,003∙118736 + 0,002∙12680 +0,003∙10810= 36260,79 (кДж/кг),
где φi – объемная доля компонентов газа;
Hi – тепловой эффект реакции (кДж/м3).
Плотность газообразного топлива:
ρt = (∑CmHn∙Mi / V0)∙(Т0 / Т0+tт), (2)
где Mi - мольная масса топлива (кмоль/кг);
tт – температура топлива; tт = 20 0 C
V0 – мольный объем; V0 = 22.4 м3/кмоль
Т0 = 273 0 К.
ρт = (0,98∙16 + 0,01∙30 + 0,002∙44 + 0,003∙58)∙273 / 22,4∙(273 + 20) = 0,6756 кг/м3
Количество тепла выделяющееся при сжигании 1 кг топлива равно:
Q = Qν / ρт = 36260/0,6756 = 53671,98 Дж∙м3
Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха α, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов, до температуры смеси. tсм = 300 0 C
Значение α находят из уравнений материального и теплового баланса.
– Уравнение материального баланса:
1 + L0 = Lс.г + ∑9n/(12m+n)CmHn, (4)
где Lс.г. – масса сухих газов образовавшихся при сгорании 1 кг топлива;
CmHn – массовая доля компонентов, при сгорании которых
образуется вода (кг/кг).
– Уравнение теплового баланса:
Q∙η + cт∙tт + α∙L0∙I0 = [ Lс.г.+ L0(α – 1)]∙iс.г.+ [α∙L0∙х0 + ∑9n/(12m+n)CmHn], (5)
где η – общий КПД учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду; η = 0,95;
ст – теплоемкость газообразного топлива при температуре топлива 200 С;
ст = 1,34 кДж/(кг∙к);
I0 – энтальпия свежего воздуха ( кДж/кг); I0 = 49 кДж/кг;
iс.г. – энтальпия сухих газов;
iс.г. = сс.г.∙tc.г. = 1,05∙300 = 315 (кДж/кг),
где сс.г. = 1,05 кДж/(кг∙К)
tс.г. = 300 0С;
x0 – влагосодержание свежего воздуха при температуре t0 = 200С и влажности φ0 = 70 %, х0 = 0,0125 кг/кг
iп = r0 + сntn = 2500 + 1,97∙300 = 3091 (кДж/кг)
где r0 – теплота испарения воды при температуре 0 0С
r0 = 2500 кДж/кг
сп – средняя теплоемкость водяных паров, сп=1,97 кДж/(кг∙К);
tп – температура водяных паров
tп = tс.г. = tсм. = 300 0C
Решая совместно уравнения 4 и 5, получаем:
α = [Qп∙η+cт∙tт−iс.г.(1−∑9n/(12m+n)CmHn)−iп∑9n/(12m+n)CmHn]/L0∙(iс.г.+iп∙x0−I0) (6)
Пересчитаем содержание компонентов топлива при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые по формуле:
ω(A) = φ(A)∙M(A)∙273 / 22,4∙ρт∙(273+t0)
ω(CH4) = 0,06157∙0,98∙16 = 0,9654
ω(C2H6) = 0,06157∙0,01∙30 = 0,0185
ω(C3H8) = 0,06157∙0,002∙44 = 0,0054
ω(C4H10) = 0,06157∙0,003∙58 = 0,0107
Количество влаги, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива равно:
2,17 + 0,0333 + 0,00972 + 0,0166 = 2,2296
Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6):
α=[53671,98∙0,95 + 1,34∙20 − 315(1 − 2,2296) − 3091∙2,2296]/
/17,25(315 + 3091∙0,0125 − 49) = 8,47
Общая удельная масса сухих газов получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси tcм = 300 0С равна:
, (7)
Gс.г. = 1 + 8,47∙17,25 − 2,2296 = 144,878 (кг/кг)
Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива равна:
, (8)
Gп = 8,47∙0,0125∙17,25 + 2,2296 = 4,056 (кг/кг)
Влагосодержание газов на входе в сушилку (х1 = хсм) равно:
,
х1= 4,056/144,878 = 0,028 кг/кг;
Энтальпия газов на входе в сушилку:
, (9)
I1 = [53671,98∙0,95 + 1,34∙20 + 8,47∙17,25∙49] / 144,878 = 401,541 (кДж/кг)
Поскольку коэффициент избытка воздуха α велик (α > 1), физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха.
Глава 2. Определение параметров отработанных газов, расхода сушильного агента и расхода тепла на сушку
Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W, удаляемой из высушенного материала.
, (10)
W = 3,3∙(10 – 0,5)/(100 – 10) = 0,348 (кг/с)
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
, (11)
где Δ – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере;
с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре Θ1, кДж/(кг∙К);
qдоп – удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, [кДж/кг∙влаги]; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту: qдоп = 0;
qт – удельный расход тепла в сушилке с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае: qт = 0;
qм – удельный расход тепла в сушильном барабане с высушиваемом материалом, кДж/кг∙влаги
= 3,3∙0,8∙(53 – 20)/0,348 = 250,345 (кДж/кг)
См – теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг∙К)
Θ2 – температура высушенного материала на выходе из сушилки, 0С
При испарении поверхностной влаги Θ2 принимается приблизительно равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим, находим Θ2 по диаграмме Рамзина по начальным параметрам сушильного агента:
Θ2 = 53
qп – удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги; на 1 кг испаренной влаги: qп = 22.6 кДж/кг∙влаги;
Подставив соответствующие значения, получим:
Δ =4,19∙20 − (250,345 + 22,6) = -189,145 (кДж/кг∙влаги);
Запишем уравнение рабочей линии сушки
(12)
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме Рамзина необходимо знать координаты (x и I) минимум двух точек. Координаты первой точки известны: x1 = 0,028 (кг/кг), I1 = 401,541(кДж/кг). Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определим соответствующее значение I. Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сух. возд. Тогда по уравнению 12
I = 401,541 + (-189,145)∙(0,1-0,028) = 387,92
Через 2 точки на диаграмме Рамзина с координатами (х1,I1) и (x,I) проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром
t2 = 80 0С . В точке пересечения линии сушки с изотермой t находим параметры отработанного сушильного агента:
х2 = 0,11 (кг/кг)
I2 = 375 (кДж/кг)
Расход сухого газа Lс.г. равен:
, (13) Lс.г. = 0,348/(0,11 – 0,028) = 4,24 (кг/с)
Расход сухого воздуха L равен:
, (14); L = 0,348/(0,11 – 0,0125) = 3,57 (кг/с)
Расход тепла на сушку Qc равен:
, (15) Qc = 4,24∙(401,541 – 49) = 1494,7 (кВт