Расчет процесса конвективной сушки сыпучего материала в барабанной, вращающейся сушилке (стр. 2 из 3)
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 = 2,2296Коэффициент 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)Расход топлива на сушку Gт равен: