Основы расчета барабанных сушильных установок

При проектировании установок прежде всего необходимо выбрать их тип и определить основные расчетные параметры процесса сушки: относительную влажность сушильного агента, его тепло- влагосодержание, удельный расход воздуха на сушку. По данным технологического расчета определяют основные габаритные размеры сушилки.

Основные размеры барабана определяют в зависимости от потребной производительности по следующим характеристикам: коэффициенту заполнения барабана жомом; скорости сушильного агента в барабане; длительности сушки или заменяющей ее величине – напряжению объема барабана по влаге.

Коэффициент заполнения барабана в основном зависит от физических свойств материала и конструкции распределительной насадки, установленной внутри барабана. Для определения коэффициента заполнения барабана графическим способом определяют отношение площади сечения барабана, заполненной жомом, к общей площади его сечения. Для жомосушильных барабанов коэффициент заполнения β находится в пределах 0,178…0,225, а для сахара-песка – 0,04.

При работе любого сушильного агрегата скорость сушильного агента внутри барабана – величина постоянная для всех частиц жома. Но, поскольку размеры частиц жома колеблются в широких пределах, скорость сушильного агента определяют для самых мелких частиц с таким расчетом, чтобы эта скорость позволила частицам перед выходом из барабана возвращаться в общую массу высушенного жома. Для сушки жома скорость сушильного агента va, принимают в пределах 1,5…2,5 м/с.

Третья характеристика, необходимая для расчета основных размеров барабана, - продолжительность сушки. Ее необходимо определять экспериментальным путем, что зачастую затруднительно, поэтому чаще всего пользуются значением напряжения объема барабана по влаге (табл.15.4).

15.4. Основные параметры барабанных сушильных установок

Высушиваемый продукт Теплоноситель Влажность материала, % Температура теплоносителя, °С Влаго-напряже-ние, кг/(м2·ч) Тип сушилок
начальная конечная начальная конечная
Сахар-песок Воздух 0,5 0,1 20 30 0,6…3,0 Однобарабанная
Сахар-песок Воздух 1,5…1,7 0,5 100…12 75…85 7,0 Двухбарабанная
Жом Дымовые газы 84 12 750 125 185 Однобарабанная

Зная величину напряжения объема барабана по влаге, его объем (м3) можно определить по формуле

Vб = W / A     (15.17)

где W – количество удаляемой из жома влаги в час, кг; А – напряжение объема барабана по влаге, кг/(м3·ч).

Существует и другое выражение для определения объем сушильного барабана:

Vб = ((πD2б) / 4 ) * Lб     (15.18)

где Vб и Lб – диаметр и длина барабана, м

Расход сушильного агента (кг/ч):

LVб  = 3600 *  (πD2б) / 4 )(1 - β)vаг      (15.19)

где  Vб – вместимость барабана, приходящаяся на 1 кг сушильного агента, м3;  β – коэффициент заполнения барабана;  vаг – скорость сушильного агента в конце барабана, м/с.

Из уравнения (15.19) получим

Dб = √(4LVб) / 3600π(1 - β)vаг  = 0,0188√(LVб / (1 - β)vаг )     (15.20)

Зная объем и диаметр барабана, длину его определим из уравнения

Lб = 4Vб / πD2б      (15.21)

Рекомендованные диаметры барабанов барабанных сушилок 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400 и 2800 мм при максимальном отношении длины к диаметру 3,5…7,0.

Vб β = ((G1 + Gz) / 2pср ) * t/60      (15.22)

где β – коэффициент заполнения барабана;  G1 – производительность барабана по влажному материалу, кг/ч; Gz – производительность барабана по высушенному материалу, кг/ч; t – время пребывания материала в барабане, мин; pср – плотность материала, кг/м3.

Значение G1  и G2, а также W определяют, как и при расчетах сушильных аппаратов для сахара-песка [см. уравнения (15.3), (15.4) и (15.5)].

После преобразования уравнения (15.22) получим выражение для расчет времени сушки

t = 120 * ((βpср(w1 - w2)) / (A * [200 - (w1 - w2)])      (15.23)

Как видно из уравнения (15.23), продолжительность сушки материала при одних и тех же условиях зависит от коэффициента заполнения барабана материалом, его средней плотности, начального и конечного содержания влаги в материале.

Необходимая мощность (кВт) электродвигателя для привода барабана с учетом его КПД

 N = Mкрω / 1000ηкр        (15.24)

где  Mкр – крутящий момент, Н·м; ω  – угловая скорость вращения барабана, рад/с; ηкр  – КПД привода (обычно )

Определение крутящего момента (Н·м) представляет большую сложность, поэтому в практических расчетах пользуются приближенной формулой

Mкр = LбGgA + ((πDб2)/ 4 ) * βpg(L1x1 + L2x2 + LA)      (15.25)

где  Lб – длина барабана,  м; G – масса 1 кг нагруженного барабана, кг; A – приведенный коэффициент трения, м; Dб – диаметр барабана, м;  β – коэффициент заполнения барабана материалом; p – плотность материала, кг/м3; L1  и L2 – длина основной и приемной насадок, м; x1   и x2  – расстояние от центра тяжести продукта, расположенного на насадке, до вертикальной оси барабана, м.

Приведенный коэффициент трения зависит от диаметра и массы нагруженного барабана и имеет следующие значения:

100 1200 1400 1600 1800 2000 2200
G 110 130 155 190 210 250 275
A 0,004 0,0042 0,0044 0,0045 0,0046 0,0048 0,009

Ориентировочно мощность (кВт), потребная для вращения барабана,

N = 0,0013Dб2 * Lбσψn     (15.26)

где  σ – коэффициент мощности, зависящий от типа насадки и коэффициента заполнения барабана (табл. 15.5).

15.5. Значения коэффициентов заполнения мощности вращения барабана

Тип насадки Коэффициент
заполнения барабана мощности
Лопастная

0,10

0,25

0,033

0,071

Распределительная

0,10

0,25

0,013

0,044

Основы расчета барабанных сушильных установок

<p> При проектировании установок прежде всего необходимо выбрать их тип и определить основные расчетные параметры процесса сушки: относительную влажность сушильного агента, его тепло- влагосодержание, удельный расход воздуха на сушку. По данным технологического расчета определяют основные габаритные размеры сушилки. </p> <p> Основные размеры барабана определяют в зависимости от потребной производительности по следующим характеристикам: коэффициенту заполнения барабана жомом; скорости сушильного агента в барабане; длительности сушки или заменяющей ее величине – напряжению объема барабана по влаге. </p> <p> Коэффициент заполнения барабана в основном зависит от физических свойств материала и конструкции распределительной насадки, установленной внутри барабана. Для определения коэффициента заполнения барабана графическим способом определяют отношение площади сечения барабана, заполненной жомом, к общей площади его сечения. Для жомосушильных барабанов коэффициент заполнения β находится в пределах 0,178…0,225, а для сахара-песка – 0,04. </p> <p> При работе любого сушильного агрегата скорость сушильного агента внутри барабана – величина постоянная для всех частиц жома. Но, поскольку размеры частиц жома колеблются в широких пределах, скорость сушильного агента определяют для самых мелких частиц с таким расчетом, чтобы эта скорость позволила частицам перед выходом из барабана возвращаться в общую массу высушенного жома. Для сушки жома скорость сушильного агента va, принимают в пределах 1,5…2,5 м/с. </p> <p> Третья характеристика, необходимая для расчета основных размеров барабана, - продолжительность сушки. Ее необходимо определять экспериментальным путем, что зачастую затруднительно, поэтому чаще всего пользуются значением напряжения объема барабана по влаге (табл.15.4). </p> <p> </p> <p> <span style="font-weight: bolder;">15.4. Основные параметры барабанных сушильных установок</span> </p> <table style="border-collapse: collapse;"> <tbody> <tr> <td rowspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Высушиваемый продукт </td> <td rowspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Теплоноситель </td> <td colspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Влажность материала, % </td> <td colspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Температура теплоносителя, °С </td> <td rowspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Влаго-напряже-ние, кг/(м2·ч) </td> <td rowspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Тип сушилок </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> начальная </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> конечная </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> начальная </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> конечная </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Сахар-песок </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Воздух </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,5 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,1 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 20 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 30 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,6…3,0 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Однобарабанная </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> Сахар-песок </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> Воздух </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 1,5…1,7 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 0,5 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 100…12 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 75…85 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 7,0 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> Двухбарабанная </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Жом </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Дымовые газы </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 84 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 12 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 750 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 125 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 185 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Однобарабанная </td> </tr> </tbody> </table> <p> </p> <p> Зная величину напряжения объема барабана по влаге, его объем (м3) можно определить по формуле </p> <p> <em>Vб = W / A </em>    <span style="font-weight: bolder;">(15.17)</span> </p> <p> где W – количество удаляемой из жома влаги в час, кг; А – напряжение объема барабана по влаге, кг/(м3·ч). </p> <p> </p> <p> Существует и другое выражение для определения объем сушильного барабана: </p> <p> <em>Vб = ((πD2б) / 4 ) * Lб     </em><span style="font-weight: bolder;">(15.18)</span> </p> <p> где Vб и Lб – диаметр и длина барабана, м </p> <p> </p> <p> Расход сушильного агента (кг/ч): </p> <p> <em>LVб  = 3600 *  (πD2б) / 4 )(1 - β)v<em>аг </em>     </em><span style="font-weight: bolder;">(15.19)</span> </p> <p> где  <em>Vб </em>– вместимость барабана, приходящаяся на 1 кг сушильного агента, м3;  <em>β </em>– коэффициент заполнения барабана;  <em>v<em>аг </em></em>– скорость сушильного агента в конце барабана, м/с. </p> <p> </p> <p> Из уравнения (15.19) получим </p> <p> <em>Dб = √(4LVб) / 3600π<em>(1 - β)vаг  <em>= 0,0188√(LVб / (1 - β)vаг )     </em></em></em><span style="font-weight: bolder;">(15.20)</span> </p> <p> Зная объем и диаметр барабана, длину его определим из уравнения </p> <p> <em>Lб = 4Vб / <em>πD2<em>б </em>     </em></em><span style="font-weight: bolder;">(15.21)</span> </p> <p> Рекомендованные диаметры барабанов барабанных сушилок 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400 и 2800 мм при максимальном отношении длины к диаметру 3,5…7,0. </p> <p> <em>Vб <em>β = ((G1 + Gz) / 2pср ) * t/60      </em></em><span style="font-weight: bolder;">(15.22)</span> </p> <p> где <em>β</em> – коэффициент заполнения барабана;  <em>G1 </em>– производительность барабана по влажному материалу, кг/ч; <em>Gz</em> – производительность барабана по высушенному материалу, кг/ч; t – время пребывания материала в барабане, мин; <em>pср</em><em> </em>– плотность материала, кг/м3. </p> <p> </p> <p> Значение G1  и G2, а также W определяют, как и при расчетах сушильных аппаратов для сахара-песка [см. уравнения (15.3), (15.4) и (15.5)]. </p> <p> После преобразования уравнения (15.22) получим выражение для расчет времени сушки </p> <p> <em>t = 120 * ((βpср(w1 - w2)) / (A * [200 - (w1 - w2)]) </em>     <span style="font-weight: bolder;">(15.23)</span> </p> <p> Как видно из уравнения (15.23), продолжительность сушки материала при одних и тех же условиях зависит от коэффициента заполнения барабана материалом, его средней плотности, начального и конечного содержания влаги в материале. </p> <p> Необходимая мощность (кВт) электродвигателя для привода барабана с учетом его КПД </p> <p>  <em>N = Mкрω / 1000ηкр  </em>     <span style="font-weight: bolder;"> (15.24)</span> </p> <p> где  <em>Mкр </em>– крутящий момент, Н·м; <em>ω </em> – угловая скорость вращения барабана, рад/с; <em>ηкр </em> – КПД привода (обычно ) </p> <p> </p> <p> Определение крутящего момента (Н·м) представляет большую сложность, поэтому в практических расчетах пользуются приближенной формулой </p> <p> <em>Mкр = LбGgA + ((πDб2)/ 4 ) * βpg(L1x1 + L2x2 + LA)      </em><span style="font-weight: bolder;">(15.25)</span> </p> <p> где  <em>Lб </em>– длина барабана,  м; <em>G</em> – масса 1 кг нагруженного барабана, кг; <em>A</em> – приведенный коэффициент трения, м; Dб – диаметр барабана, м;  <em>β </em>– коэффициент заполнения барабана материалом; <em>p</em> – плотность материала, кг/м3; <em>L1</em>  и <em>L2</em> – длина основной и приемной насадок, м; <em>x1  </em> и <em>x2</em>  – расстояние от центра тяжести продукта, расположенного на насадке, до вертикальной оси барабана, м. </p> <p> </p> <p> Приведенный коэффициент трения зависит от диаметра и массы нагруженного барабана и имеет следующие значения: </p> <table style="border-collapse: collapse;"> <tbody> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Dб </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 100 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 1200 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 1400 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 1600 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 1800 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 2000 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 2200 </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> G </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 110 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 130 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 155 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 190 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 210 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 250 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> 275 </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> A </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,004 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,0042 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,0044 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,0045 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,0046 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,0048 </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> 0,009 </td> </tr> </tbody> </table> <p> </p> <p> Ориентировочно мощность (кВт), потребная для вращения барабана, </p> <p> <em>N = 0,0013Dб2 * Lбσψn     </em><span style="font-weight: bolder;">(15.26)</span> </p> <p> где  <em>σ </em>– коэффициент мощности, зависящий от типа насадки и коэффициента заполнения барабана (табл. 15.5). </p> <p> </p> <p> <span style="font-weight: bolder;">15.5. Значения коэффициентов заполнения мощности вращения барабана</span> </p> <table style="border-collapse: collapse;"> <tbody> <tr> <td rowspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Тип насадки </td> <td colspan="2" style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Коэффициент </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> заполнения барабана </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4;"> мощности </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> Лопастная </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> <p> 0,10 </p> <p> 0,25 </p> </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-striped-color);"> <p> 0,033 </p> <p> 0,071 </p> </td> </tr> <tr> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-hover-color);"> Распределительная </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-hover-color);"> <p> 0,10 </p> <p> 0,25 </p> </td> <td style="border: 1px solid #f9a2a4; color: var(--bs-table-hover-color);"> <p> 0,013 </p> <p> 0,044 </p> </td> </tr> </tbody> </table>

Возврат к списку

Мобильный телефон
Email
Telegram