Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по процессам и аппаратам химической технологии на тему

1 Задание на проектирование
Рассчитать барабанную сушилку с подъемно-лопастными перевалочными устройствами для высушивания железного колчедана топочными газами при следующих условиях:
производительность сушилки по высушенному материалу ;
содержание фракций в материале:
диаметром от 0,5 до 1 мм – 75 %;
диаметром от 1 до 1,5 мм – 25 %;
влажность материала
начальная ;
конечная ;
температура влажного материала ^ОС;
топливо – природный газ;
температура топочных газов
на входе в барабан ^ОС;
на выходе из барабана ^ОС;
удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги ;
параметры свежего воздуха:
температура ^ОС;
относительная влажность ;
давление в сушилке – атмосферное.
2 Определение параметров топочных газов, подаваемых в сушилку
В качестве топлива используется природный сухой газ следующего состава (в объемных %): 92,0% CH₄; 0,5% C₂H₆; 5% H₂; 1% CO; 1,5% N₂.
Теоретическое количество сухого воздуха L_0­, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно:
(1)
где составы горючих газов выражены в объемных долях.
Подставив соответствующие значения, получим:

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов [1]:
Таблица 1 – Характеристики горения простых газов

Газ	Реакция	Тепловой эффект реакции,
Водород Оксид углерода Метан Этан	H2 + 0,5 O2 = H2O CO + 0,5 O2 = CO2 CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O C2H6 + 3,5 O2 = 2 CO2 + 3 H2O	10810 12680 35741 63797

Количество тепла Q_, выделяющегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

Плотность газообразного топлива _т
(2)
где М_i – молярная масса топлива, ;
t_т – температура топлива, равная 20С;
ν₀ – мольный объем, равный 22,4 .

Количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива:
(3)

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха , необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси ^ОС. Значение  находят из уравнений материального и теплового балансов.
Уравнение материального баланса:
(4)
где L_с.г.– масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива;
С_mH_n – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, .
Уравнение теплового баланса:
(5)
где  – общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла в окружающую среду и принимаемый равным 0,95;
с_т – теплоемкость газообразного топлива при температуре t_т = 20С, равная 1,34 ;
I₀ – энтальпия свежего воздуха, ;
i_с.г – энтальпия сухих газов, ;
;
– соответственно теплоемкость и температура сухих газов:
;
х₀ – влагосодержание свежего воздуха при температуре и относительной влажности φ₀=72%, ;
i_п – энтальпия водяных паров, ;
;
r₀ – теплота испарения воды при температуре 0С, равная 2500 [1];
с_п – средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97 [1];
t_п – температура водяных паров;
.
Решая совместно уравнения (4) и (5), получим:
(6)
Пересчитаем содержание компонентов топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые:

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:

Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6):

Общая удельная масса сухих газов, получаемая при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов до температуры смеси 300С, равна:
(7)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:
(8)

Влагосодержание газов на входе в сушилку (х₁ = х_см) равно:

Энтальпия газов на входе в сушилку:
(9)

Поскольку коэффициент избытка воздуха  велик, 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 I – x (диаграмму Рамзина).