Выполнила

3.2. Расчет тракта для удаления из сушилки воздуха с высушенным препаратом

Температура воздуха, выходящего из сушилки, t_суш = 50 ºС. Температура воздуха, выходящего из циклонов, t_ц = 45 ºС. Количество сушильного агента L_расч = 32 т/ч. Диаметр отсасывающего воздуховода d = 800 мм.
Концентрация продукта в отсасываемом воздухе:
μ = G₂ = 52 = 0,001625 кг/кг
L_расч 32000
Так как концентрация порошка в отсасываемом воздухе незначительна, производим гидравлический расчет воздуховода по чистому воздуху.
Потеря напора на трение в воздуховоде на прямых участках 2-3 и 4-5 длиной L = 6 + 1,25 = 7,25 м.
Н_тр = λ_в · L · γ_в · w²_в.о = 0,0139 · 7,25 · 0,98 · 18² = 2,04 кГ/м²,
d_вн 2 · g 0,8 2 · 9,81
где γ_в – удельный вес воздуха, выходящего из сушилки:
γ_в = 1 = 0,98 кГ/м³;
1,02
1,02 – удельный объем воздуха, выходящего из сушилки, м³/кг;
w_в.о – скорость воздуха в отсасывающем трубопроводе, w_в.о = 18 м/с.
Гидравлический коэффициент сопротивления:
λ_в = 0,0125 + 0,0011 = 0,0125 + 0,0011 = 0,0139,
d_вн 0,8
где d_вн – диаметр воздуховода, d_вн = 0,8 м.
Потери напора на подъем аэропотока в вертикальном участке 4-5 высотой h = 1,25 м.
Н_под = h · γ_в = 1,25 · 0,98 = 1,23 кГ/м²
Потери напора в отводах 1-2, 3-4 и 5-6:
Н_отв = 3 · ζ · γ_в · w²_в.о = 3 · 0,1 · 0,98 · 18² = 4,86 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ – коэффициент местного сопротивления отвода, при R/d_вн = 3 и угле отвода, меньшем 90º, ζ = 0,1.
Потери напора в диффузоре (переход от воздуховода к циклонам с круглого на прямоугольное сечение):
Н_диф = ζ_диф · γ_в · w²_в.о = 0,08 · 0,98 · 18² = 1,3 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ_диф – коэффициент местного сопротивления диффузора: при отношении F/f = 0,75/0,5027≈1,5 и центральном угле, меньшем 30º, ζ_диф = 0,08, где F – прямоугольное сечение диффузора, F = 0,5 · 1,5 = 0,75 м².
Круглое сечение диффузора:
f = 3,14 · 0,8² = 0,5027 м².
Подбираем круглые циклоны-отделители по количеству поступающего в них воздуха и скорости во входном патрубке. К установке принимаем шесть циклонов, разделенных на две параллельные группы.
Количество воздуха, поступающего в каждый циклон, принимаем на 10 % больше расчетного из-за возможного подсоса в систему:
V_ц = 1,1 · V_сущ = 1,1 · 32600 = 6000 м³/ч,
6 6
или
V_ц.мин = 6000/60 = 100 м³/мин,
где V_суш – расчетный объем воздуха в конце сушки, V_суш = 32600 м³/ч.
Принимаем к установке циклоны, разработанные Одесским технологическим институтом (ОТИ). Коэффициент отделения материала из воздуха этими циклонами достигает 99,5 % при сравнительно небольшом сопротивлении. Характерной особенностью этих циклоном является высокое отношение h_к/h_ц = 3,6, где h_к и h_ц – высота конической и цилиндрической части циклона.
Размеры циклонов, согласно данным ОТИ, определяются соотношениями:
диаметр циклона D_ц = 0,117 · √V_ц.мин = 0,117 · √100 = 1,17 м, где V_ц.мин – производительность циклона по воздуху, V_ц.мин = 100 м³/мин.
Диаметр выходного патрубка циклона:
D_вых = 0,55 · D_ц = 0,55 · 1,17 = 0,643 м.
Принимаем D_вых = 0,64 м.
Сечение входного патрубка – прямоугольное, f = b · c:
b = D_ц – D_вых = 1,17 – 0,643 = 0,2635 м
2 2
Принимаем b = 0,25 м.
с = 0,45 · D_ц = 0,45 · 1,17 = 0,5265 м
Принимаем с = 0,5 м.
Высота цилиндрической части циклона:
h_ц = 0,6 · D_ц = 0,6 · 1,17 = 0,7 м
Высота конической части циклона:
h_к = 2 · D_ц = 2 · 1,17 = 2,34 м
Высота выходного патрубка 50 мм.
Полная высота циклона:
h_п.ц = h_ц + h_к + 50 = 700 + 2340 + 50 = 3090 м
Скорость воздуха во входном патрубке циклона:
w_в.ц = V_ц = 6000 = 13,5 м/с,
3600 · f 3600 · 0,125
где f – сечение входного патрубка циклона, f = 0,25 · 0,5 = 0,125 м².
Сопротивление циклона:
Н_ц = ζ_ц · γ_в · w²_в.ц = 3 · 0,98 · 13,5² = 27,3 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ_ц – коэффициент местного сопротивления циклона, ζ_ц = 3;
w_в.ц – скорость воздуха при входе в циклон, w_в.ц = 13,5 м/с.
Принимаем Н_ц с запасом эксплуатации 1,2 · Н_ц = 1,2 · 27,3 = 33 кГ/м².
Потери напора в диффузоре (переход от циклона к сборному воздуховоду):
Н'_диф = ζ'_диф · γ_в · w²_в = 0,8 · 1 · 5,2² = 0,1 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ'_диф – коэффициент местного сопротивления диффузора; при F/f = 1,45 и угле отвода, равном 30º, ζ'_диф = 0,08;
γ_в – удельная масса воздуха при выходе из циклона; γ_в = 1/v_в = 1/1 = 1 кГ/м³.
Удельный объем воздуха:
v_в = 4,64 · 10^-6 · (622 + d) · (273 + t) =
= 4,64 · 10^-6 · (622 + 56,6) · (273 + 45) = 1 м³/кг,
где d – влагосодержание воздуха, d = 56,6 г/кг;
t – температура воздуха при выходе из циклона, t = 45 ºС.
Скорость воздуха при входе в диффузор:
w_в = V_ц = 6000 · 1 = 5,2 м/с
3600 · f · 6 3600 · 0,322 · 6
Сечение диффузора:
f = 3,14 · D²_вых = 3,14 · 0,064² = 0,322 м²,
4 4
Потери напора в тройнике, соединяющем два потока воздуха, выходящего из циклонов:
Н_тр = ζ · γ_в · w²_в = 0,28 · 1 · 12,75² = 2,32 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ – коэффициент местного сопротивления тройника; при угле тройника 20º и одинаковых скоростях соединяемых потоков ζ = 0,28.
Для снижения сопротивлений принимаем за циклонами меньшую скорость воздуха.
Скорость воздуха за циклонами в отводящем воздуховоде:
w_в = w_в = V_ц · 6 = 6000 · 6 = 12,75 м/с,
3600 · f 3600 · 3,14 · 1²
где d_вн = 1 м – диаметр воздуховода.
Объем воздуха при выходе из циклонов V_ц · 6 = 6000 · 6 = 36000 м³/ч.
Потери напора в отводах 8-9 (диффузор с отводом):
Н_отв = ζ · γ_в · w²_в = 0,2 · 1 · 12,75² = 1,66 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ – коэффициент местного сопротивления отвода; при R/d = 1,5 и угле 90º ζ = 0,2.
Потери напора на прямолинейном участке 9-10 длиной 5 м:
Н_тр = λ_в · 1 · γ_в · w²_в = 0,0136 · 5 · 1 · 12,75² = 0,57 кГ/м²
d_вн 2 · g 1 2 · 9,81
где λ_в – гидравлический коэффициент сопротивления;
λ_в = 0,0125 + 0,0011 = 0,0125 + 0,0011 = 0,0136
d_вн 1,0.
Суммарные потери напора на линии всасывания:
Н_всас = 2,04 + 1,23 + 4,86 + 1,3 + 33 + 0,1 + 2,32 + 1,66 + 0,57 = 47,81 кГ/м²
Определим потери напора в воздуховоде на линии нагнетания.
Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на участке 12-13 длиной 1,5 м:
Н_тр = λ_в · 1 · γ_в · w²_в = 0,0136 · 1,5 · 1 · 12,75² = 0,17 кГ/м²
d_вн 2 · g 1 2 · 9,81
Потери напора в диффузорах (переход от вентилятора к воздуховоду и от воздуховода к скрубберу):
Н_диф = 2 · ζ · γ_в · w²_в = 2 · 0,04 · 1 · 12,75² = 0,66 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ – коэффициент местного сопротивления диффузора; при F/f = 1,25 и центральном угле, равном 30º, ζ = 0,04.
Потери напора в отводах 11-12 и 13-14 воздуховода после вентилятора:
Н_отв = 2 · 0,22 · 1 · 12,75² = 3,65 кГ/м²
2 · 9,81
Потери напора в скруббере:
Н_скр = ζ_скр · γ_в · w²_скр = 35,0 · 1 · 5,76² = 59,2 кГ/м²,
2 · g 2 · 9,81
где ζ_скр – коэффициент местного сопротивления скруббера, по опытным данным ζ_скр = 35,0.
Удельная масса очищенного воздуха в скруббере при t = 43 ºС:
γ_в = 1 = 1 = 1,005 кГ/м³
v'_в 4,64 · 10^-6 · (622 + 57,5) · (273 + 43)
Влагосодержание воздуха в скруббере принимаем ориентировочно d = 57,7 г/кг сухого воздуха. Принимаем к установке центробежный скруббер конструкции ВТИ диаметром 1,6 м, при котором скорость воздуха в аппарате 6 м/с.
Общий объем воздуха, поступающего в скруббер из сушильной установки и системы пневмотранспорта:
V_скр = V_суш + V_п.т. = 36000 + 700 = 36700 м³/ч,
где V_п.т. – предварительно принятый объем воздуха, поступающего из системы пневмотранспорта, V_п.т. = 700 м³/ч.
Скорость воздуха в скруббере:
w_скр = V_cкр = 36700 = 5,76 м/с
3600 · f_скр 3600 · 1,767
Площадь поперечного сечения скруббера при d = 1,5 м:
f = 3,14 · 1,5² = 1,767 м²
Суммарная потеря напора на нагнетательном тракте вентилятора:
Н_наг = Н_тр + Н_диф + Н_отв + Н_скр = 0,17 + 0,66 + 3,65 + 59,2 = 63,68 кГ/м²
Неучтенные мелкие потери напора в системе эвакуации среды из сушилки принимаем Н_н.п = 30 кГ/м².
Полный расчетный напор вентилятора с учетом коэффициента эксплуатации 1,1:
Н_расч = 1,1 · (Н_всас + Н_наг + Н_н.п) = 1,1 · (47,81 + 63,68 + 30) = 156 кГ/м²
Характеристики вентиляторов составляют для стандартного воздуха: р = 760 мм рт. ст.; t = 20 ºС; γ = 1,2 кГ/м³;φ = 50 %.
Определим напор, по которому должен подбираться вентилятор:
Н_в.р = Н_расч · t + 273 · γ_о · р_о =
20 + 273 γ_в 760
=1556 · 45 + 273 · 1,2 · 745 = 199 кГ/м² (1955 Н/м²),
293 1 760
где γ_в – расчетная удельная масса воздуха, поступающего в вентилятор;
р_о – давление воздуха, принятое при расчетах, р_о = 745 мм рт. ст.;
t – расчетная температура воздуха, поступающего в вентилятор, t = 45 ºС.
Подбираем вентилятор с исходными параметрами: V_в.р = 36000 м³/ч; Н_в.р = 200 кГ/м² (1962 Н/м²).
Принимаем вентилятор среднего давления ЦАГИ серии Ц9-55 с характеристикой: V = 40000 м³/ч; Н = 230 кГ/м² = 2260 Н/м²; η_в = 0,62.