Рассчитать диаметр и высоту пневматической трубной сушилки и ее гидравлическое сопротивление

Производительность сушилки по сухому продукту, испаряемой влаге и исходному материалу найдём по формулам:
Gт=Gк1+uк=12001+0,030=1165,05кгч;
W=Gт∙∆u=1165,05∙(0,40-0,030)=431,07кгч;
G0=Gк+W=1200+431,07=1631,07кгч.
Удельная энтальпия пара, содержащегося в воздухе при конечной температуре (900С) равна Iпк=2660,30 кДж/кг.
Принимаем конечную температуру продукта:
θк=0,9∙tк=0,9∙90=810С.
Тогда удельная теплота на нагрев материала составит:
qм=ст+сж∙uк∙θк-θ0∆u=1,12+4,208∙0,030∙81-20(0,40-0,03)=84,21кДжкг,
где сж- удельная теплоёмкость воды при конечной температуре продукта 810С.
Удельная теплота связанной влаги:
qс=2100∙(uкр-uк)2∆u
qс=2100∙(0,095-0,030)2(0,4-0,03)=23,98кДжкг.
Удельная энтальпия сушильного воздуха при начальной температуре:
I0=c1∙t0+Iп0∙X0=1,047∙300+2748,4∙0,005=327,84кДжкг,
где c1 =1,047 кДж/(кг·К) - удельная теплоёмкость сухого воздуха;
Iп0=2748,4 кДж/кг – удельная энтальпия водяного пара при t0=3000С.
Учитывая, что при стационарных условиях процесса затраты на нагрев транспортного устройства отсутствуют (qтр=0), найдём полезно затрачиваемую удельную теплоту:
qпол=2660,30+84,21+23,98=2768,49 кДж/кг.
Принимаем удельные потери тепла:
qпот=0,1·qпол=0,1·2768,49=276,85 кДж/кг.
Дополнительное тепло в материал не вводится (qдоп=0).
Удельный расход воздуха на сушку:
σ=qпол+qпот-сж∙θ0-qдоп∙∆uI0-сг∙tк-Iпк∙Х0;
σ=2768,49+276,85-4,185∙20-0∙(0,4-0,03)327,84-1,009∙90-2660,30∙0,005=4,90
Расход воздуха на сушку:
L=σ∙Gт=4,90∙1165,05=5708,75кгч.
Изменение влагосодержания воздуха в процессе сушки:
∆Х=∆uσ=(0,4-0,03)4,90=0,076
Конечное влагосодержание воздуха:
Хк=Х0+ΔХ=0,005+0,076=0,081
Для последующих расчетов проведем среднелогарифмическое усреднение параметров процесса.
Температура воздуха в сушилке:
t=t0-tкlnt0tк=300-90ln30090=174,420С
Влагосодержание воздуха:
Х=Хк-Х0lnХкХ0=0,081-0,005ln0,0810,005=0,027 кг/кг
Влагосодержание материала:
u=u0-uкlnu0uк=0,40-0,03ln0,400,03=0,143 кг/кг
Плотность влажного воздуха:
ρ=Мп∙Мг∙1+Х22,4∙(Мп+Мг∙Х)∙Т0∙Р(Т0+t)∙Р0
ρ=18∙28,9∙1+0,02722,4∙(18+28,9∙0,027)∙273∙100(273+174,42)∙101,3=0,765 кг/м3
Приведенная теплоемкость воздуха (при t=174,420С):
с=сг+сп∙Х=1,021+2,553∙0,027=1,09 кДж/(кг·К)
Объемный расход воздуха:
Vг=L∙1+Хρ=5708,75∙1+0,0270,765=7663,90 м3/ч
Объемная плотность материала:
ρV=ρм.к1+uк=29001+0,03=2815,53 кг/м3
Средняя плотность материала в сушилке:
ρм=ρV∙1+u=2815,53∙1+0,143=3218,15 кг/м3
Физико – химические характеристики среды:
λ=0,0374 Вт/(м·К);
μ=25,08·10-6 Па·с.
Критерий Архимеда:
Ar*=g∙δ*3∙ρм∙ρμ2=9,81∙3∙10-33∙3218,15∙0,765(25,08∙10-6)2=934194
Критерий Рейнольдса:
Re*=367+kф∙Ar*-3670,588∙kф=367+3,7∙934194-3670,588∙3,7=845,80
Скорость витания:
wв*=Re*∙μδ*∙ρ=845,80∙25,08∙10-63∙10-3∙0,765=9,24 м/с
Скорость воздуха:
wг=1,8∙wв*=1,8∙9,24=16,63 м/с
Диаметр трубы-сушилки:
D=4∙Vгπ∙wг=4∙7663,903600∙3,14∙16,63=0,404 м
Принимаем диаметр D= 0,4 м, тогда уточненная скорость воздуха:
wг=4∙Vгπ∙D2=4∙7663,903600∙3,14∙0,42=16,95 м/с
Расчет скорости витания частиц среднего размера дал следующие результаты:
Аr=25223,24; Re =131,89; wв = 4,80 м/с.
Скорость частиц wч = wг − wв = 16,95 – 4,80 = 12,15 м/с.
Для участка разгона примем начальную скорость частиц wч.н = 0, а в конце участка разгона wч.к = 0,95·wч = 0,95⋅12,15 = 11,54 м/с .
Высота разгонного участка трубы:
Нр=4,802∙9,81∙16,95+4,80∙ln11,54-16,95-4,800-16,95-4,80-16,95-4,80∙ln11,54-16,95-4,800-16,95+4,80=2,86 м
Средняя относительная скорость между газом и частицами на участке разгона:
wот.р=wг-wвlnwгwв=16,95-4,80ln16,954,80=9,63 м/с
Средняя скорость частиц на участке разгона:
wч.р=wг-wот.р=16,95-9,63=7,32 м/с
Время разгона частиц:
τр=Нрwч.р=2,867,32=0,66 с
Коэффициент теплоотдачи к частицам на участке разгона:
Nup=2+0,51∙wот.р∙δ∙ρμ0,52∙c∙μλ0,33;
Nup=2+0,51∙9,63∙0,9∙10-3∙0,76525,08∙10-60,52∙1090∙25,08∙10-60,03740,33=10,36;
αр=Nup·λδ=10,36∙0,03740,9∙10-3=430,52 Вт/(м2∙К)
Коэффициент теплоотдачи к частицам на участке стабилизированного движения:
Nuст=2+0,51∙Re0,52∙Pr0,33;
Nuст=2+0,51∙131,890,52∙0,7310,33=7,82;
αст=Nuст·λδ=7,82∙0,03740,9∙10-3=324,96 Вт/(м2∙К)
Среднее значение коэффициента теплоотдачи:
α=αр+αст2=430,52+324,962=377,74 Вт/(м2∙К)
Удельная поверхность высушиваемого материала:
а=6ψ∙δ=60,73∙0,9∙10-3=9132,42 м-1
Примем конечную температуру продукта θк=0,9·tк=0,9·90=810С, а начальную температуру его примем равной температуре мокрого термометра tмт