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

4 Определение основных размеров сушильного барабана
Основные размеры барабана выбирают по нормалям и каталогам-справочникам [7] в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного пространства V складывается из объема V_п, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема V_с, требуемого для процесса испарения влаги, т.е. V = V_п + V_с. Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи [3, 4]:
(16)
где – средняя движущая сила массопередачи, ;
– объемный коэффициент массопередачи, .
При сушке кристаллических материалов происходит удаление поверхностной влаги, т.е. процесс протекает в первом периоде сушки, когда скорость процесса определяется только внешним диффузионным сопротивлением. При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи = .
Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи может быть вычислен по эмпирическому уравнению [4]:
(17)
где _ср – средняя плотность сушильного агента, ;
с – теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная 1 ;
 – степень заполнения барабана высушиваемым материалом, %;
Р₀ – давление, при котором осуществляется сушка, Па;
р – среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па.
Уравнение (17) справедливо для значений: .
Рабочая скорость сушильного агента в барабане зависит от дисперсности и плотности высушиваемого материала. В данном случае размер частиц высушиваемого материала от 0,5 до 2 мм, насыпная плотность 1000 [6]. Принимаем скорость газов в барабане  = 2,1 . Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане практически не отличается от плотности воздуха при той же температуре:

При этом , что не нарушает справедливости уравнения (17).
Частота вращения барабана обычно не превышает 5-8 ; принимаем , что соответствует скорости 0,083 с^-1.
Степень заполнения барабана высушиваемым материалом  для различных конструкций перевалочных устройств различна. В данном случае используются подъемно-лопастные перевалочные устройства [4], для которых  = 12%.
Процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении, т.е. при . Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане найдем как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.
Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению [1]:
(18)
Тогда на входе в сушилку

На выходе из сушилки


Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

Движущую силу массопередачи определим по уравнению:
(19)
где - движущая сила в начале процесса сушки, ;
- движущая сила в конце процесса сушки, ;
- равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее, .
Средняя движущая сила , выраженная через единицы давления (Па), равна:
(20)
Для случая прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала имеем:
- движущая сила в начале процесса сушки, Па;
- движущая сила в конце процесса сушки, Па;
- давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.
Значения определяются по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале и в конце процесса сушки. По диаграмме I – x [2] найдем: ; при этом .
Тогда

Выразим движущую силу в по уравнению (19):

Объем сушильного пространства, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, находим по уравнению (16):

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находят по модифицированному уравнению теплопередачи:
(21)
где Q_п – расход тепла на прогрев материала до температуры , кВт;
К_ – объемный коэффициент теплопередачи, ;
- средняя разность температур, С.
Расход тепла Q_п равен:
(22)
Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению [4]:
(23)
Для вычисления необходимо найти температуру сушильного агента , до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев материала до . Эту температуру можно определить из уравнения теплового баланса:
(24)
Откуда .
Средняя разность температур равна:
(25)
Подставляем полученные значения в уравнение (21):

Общий объем сушильного барабана равен: .
Далее по справочным данным [7] выбираем барабанную сушилку БН2-10НУ-03 со следующими характеристиками: объем V = 31,4 м³, диаметр d = 2 м, длина l = 10 м.
Определим действительную скорость газов в барабане :
(27)
Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана , равен:
(28)
где - среднее содержание влаги в сушильном агенте, .

Тогда

Действительная скорость газов ( ) несколько больше принятой в расчете ( ), что компенсируется избытком объема выбранной сушилки по сравнению с расчетным.
Далее определим среднее время пребывания материала в сушилке [4]:
(29)
Количество находящегося в сушилке материала G_м (кг) равно:
(30)
Отсюда

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана [4]:
(31)
Далее необходимо проверить допустимую скорость газов, исходя из условия, что частицы высушенного материала наименьшего диаметра не должны уноситься потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания , определяют по уравнению [3]:
(32)
где _ср и _ср – вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре;
d – наименьший диаметр частиц материала, м;
- критерий Архимеда;
_ч – плотность частиц высушиваемого материала, равная для железного колчедана 2800  .
Средняя плотность сушильного агента _ср равна:
(33)

Скорость уноса :

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера , поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем.