ПРИМЕР РАСЧЕТА

Задание. Рассчитать и подобрать барабанную сушилку конвективного типа по следующим исходным данным: производительность по сухому продукту G=3024 кг/ч; начальное влагосодержание материала ω_н=0,51 кг/кг; конечное влагосодержание материала ω_к=0,24 кг/кг; насыпная плотность материала ρ_н=950 кг/м³; удельная теплоемкость сухого материала С_м=1100 Дж/кг·К; температура воздуха на входе в сушилку t₁=500°С; температура воздуха на выходе из сушилки t₂=200°С; размер частиц кристаллического материала δ_ч=2-3 мм; напряженность барабана по влаге А_υ=9·10^-3 кг/м³·с; место установки г. Уфа.

2.1. Технологический расчет

1. Задаемся параметрами окружающего воздуха: температурой t₀ = =19,4°С и влажностью φ₀ = 67%. Эти параметры определяются с учетом места расположения объекта г. Уфа (табл. 1, средне-июльские показатели).

Задаются температурой воздуха на входе t₁ = 500° С и выходе t₂ = 200° С из сушилки.

Задаются температурой материала на входе и на выходе из сушилки: t_м1 = 23° С и t_м2 = 180° С соответственно.

2. Проводим построение теоретического процесса сушки:

– определяем параметры состояния окружающего воздуха по диаграмме Рамзина: влагосодержание х₀=0,0057 кг/кг и теплосодержание или энтальпия I₀= 21,5 кДж/кг (точка А на рис. 5);

– с учетом температуры воздуха на входе t₁=500°С в сушилку и с учетом постоянства влагосодержания определяем теплосодержание воздуха на входе в аппарат - I₁=536,1 кДж/кг (точка В на рис. 5);

– зная температуру воздуха на выходе t₂ =200°С, с учетом постоянства теплосодержания, определяем вла­госодержание воздуха на выходе х’₂=0,115 кг/кг (точка C’ на рис.5).

3. Построим линию дей­ствительного процесса сушки, для этого:

– зададимся произвольным значение влагосодержания - х_i=0,075 кг/кг;

– определим теплосодержание воздуха в точке (т.Д), проведя предварительно следующие расчеты:

– по уравнению (4) найдем количество влаги, удаляемой из материала, кг/с

кг/с;

– по уравнению (3) определим удельная теплота, Дж/кг:

кДж/кг;

– по уравнению (6) получим удельную теплоту в теоретической сушилке, Дж/кг:

кДж/кг;

– по уравнению (5) найдём удельные потери теплоты, Дж/кг:

кДж/кг;

– по уравнению (2) определим значение ∆q, кДж/кг:

кДж/кг;

e3

- по уравнению (1) теплосодержание воздуха в т.Д составит:

кДж/кг.

В итоге получаем точку Д с координатами х_i=0,075кг/кг и I_i =457,6 кДж/кг (рис. 5).

– из т.В через т.Д проводим линию до пересечения с линией температур t₂=200°С на выходе из сушилки и получаем линию действительного процесса сушки – линия АВС(см.рис. 5);

– для точки С, характеризующей параметры воздуха на выходе из действительной сушилки определяют тепло- и влагосодержание, при этом влагосодержание определяем графически - х₂=0,092кг/кг, а теплосодержание находят расчетным путем, используя уравнение (1):

I₂= 536,1–872,8·(0,092–0,0057)=460,8 кДж/кг.

Рис.5 Диаграмма Рамзина

4. Определяем габаритные размеры сушилки.

Для этого предварительно рассчитаем:

– Расход абсолютно сухого воздуха G_с (кг/с) на сушку по формуле (7):

кг/с

– Расход влажного воздуха на сушку, предварительно определив удельный расход влажного воздуха υ_уд по формуле (8):

Для расчета примем: Т = 273+t₀ = 273+19,4=292,4° К; давление паровоздушной смеси примем равным атмосферному давлению окружающего воздуха; парциальное давление водяного пара определим по диаграмме Рамзина (рис. 5): Р_п = 58 мм.рт.ст. = 7733,3 Па.

В итоге получим:

м³/кг;

м³/с

– Определяем внутренний диаметр сушильного барабана по

формуле (10):

Примем коэффициент заполнения барабана β=0,26; а скорость газа на выходе из барабана – ω_г=1 м/с (табл. 2), тогда:

м

Наружный диаметр барабана найдем по уравнению (11) и получим:

м

Примем стандартное значение D_н=2,2 м (см. табл.3)

– Объем барабана рассчитаем по формуле (13):

м³

Тогда длина барабана по формуле (12) составит:

м

Примем стандартное значение L=10 м (см. табл.3).

Таким образом, согласно проведенным расчетам для осуществления процесса сушки можно выбрать стандартный сушильный барабанный аппарат типа: СБ 2,2–10 со следующими параметрами:

D_н = 2200 мм, L = 10000 мм, частота вращения барабана 4,3 мин^—1, мощность электродвигателя 26 кВт.

2.2. Механический расчет

1. Расчет барабана на прочность. Рассчитаем барабан как двухопорную балку под действием равномерно распределенной нагрузки q = (G₁ + G₂)/L.

Вес барабанной сушилки определяем по формуле (14); массу аппарата принимаем из технических условий:

Н

Вес материала, находящегося в сушилке в данный момент времени определяем по формуле (15):

Н

Н/м

Задаемся толщиной стенки пролетной обечайки корпуса

s₁= 0,05·2,2 = 0,11 м.

Задаемся толщиной стенки подбандажной обечайки корпуса

s₂ = =1,5·0,11 = 0,165 м.

Задаемся расстоянием между опорами

l₂ = 0,585·10 = 5,85 м, соответственно l₁ = l₄ = 2,075 м.

Задаемся расстоянием между зубчатым венцом и правой опорой

l₃ = 1,5 м.

Рассчитаем напряжения в опасных сечениях.

Максимально изгибающие моменты, действующие в середине пролетной обечайки и в левой подбандажной обечайке соответственно равны:

Н·м

Н·м

Примем ширину подбандажной обечайки b = 0,4 м.

Изгибающий момент, действующий в месте стыка пролетной и подбандажной обечаек при L > 4·l₁ равен:

Н·м

Крутящий момент М_кр, действующий на левую от венца (большей длины) часть корпуса аппарата составит:

Н·м

Максимальная перерезывающая сила, действующая в подбандажной обечайке, равна:

Н

Перерезывающая сила в месте стыка пролетной и подбандажной части равна:

Н

Моменты инерции площади поперечных сечений пролетной и подбандажной частей обечайки, соответственно составят:

м⁴

м⁴

Моменты сопротивлений поперечных сечений пролетной и подбандажной обечаек, соответственно равны:

м³

м³

Найдем расчетные напряжения в соответствующих частях корпуса:

– в пролетной части обечайки:

Н/м²

– в подбандажной части:

Н/м²

– в месте стыка пролетной и подбандажной частей обечайки:

Н/м²

Примем допускаемое напряжение для барабана без футеровки равным 5 МН/м². Таким образом, условия (30) выполняются, и прочность корпуса обеспечена.

2. Проверка барабана на прогиб.

Осевой момент инерции кольцевого сечения барабана (в м⁴) рассчитывается по формуле:

м⁴

Примем в качестве материала барабана сталь ВСт3Сп, модуль упругости которой при 200°С равен 1,85·10⁵ МПа [5].

Прогиб от равномерно распределенной нагрузки определим по формуле:

м

Допускаемый прогиб составляет 0,0003·5,85 = 0,00176 м.

Таким образом, условие работы барабана на прогиб выполняется.

Поиск по сайту: