Пути интенсификации барабанных сушильных аппаратов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 66. 047. 57
ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ БАРАБАННЫХ СУШИЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Т. А. Жукова, А.В. Алтухов
Южно-Казахстанский гуманитарный институт им. М. Сапарбаева, г. Алматы, Казахстан
Представлена членом редколлегии профессором Н.Ц. Гатаповой
На современном этапе, в плане экономии энергетических ресурсов остро стоит вопрос снижения энергозатрат тепло- и массообменных аппаратов, используемых для сушки дисперсных материалов, так как процесс сушки является одним из самых энергоемких процессов в производстве.
В химической, пищевой и других отраслях промышленности для проведения процессов сушки широкое применение нашли барабанные сушильные аппараты. Это обусловлено простотой их конструкции, большой производительностью и универсальностью.
Известно, что основные затраты энергии в барабанных сушилках приходятся на нагрев сушильного агента и привод барабана. Поэтому для снижения энергопотребления данными аппаратами могут быть использованы два пути. Во-первых, уменьшение затрат на подготовку агента сушки интенсификацией процесса меж-фазного тепломассообмена, а во-вторых, снижение мощности привода.
Интенсифицировать процессы тепло- и массообмена можно путем улучшения условий контакта высушиваемого материала и теплоносителя. Для этого необходимо такое распределительное устройство, которое позволяет равномерно распределять материал по поперечному сечению барабана.
Уменьшение затрат энергии на привод в данных аппаратах можно достичь использованием вращающейся периферийной лопастной насадки в неподвижном барабане. К тому же, такая конструкция сушилки не требует дорогостоящих опорно-упорных станций и исключает потери высокотемпературного теплоносителя через уплотнения в паре барабан-бункер.
С целью решения вышеназванных задач нами разработан сушильный барабанный аппарат с вращающейся контактной зоной, в котором установлена периферийная лопастная насадка, вращающаяся в неподвижном барабане, а в свободном от периферийных лопаток пространстве расположено распределительное устройство, представляющее набор вращающихся лопастных элементов.
Для сравнительной оценки эффективности распределительных устройств с различными подвижными лопастными элементами нами предложен коэффициент равномерности распределения Кр [1], позволяющий оценить соответствие распределения материала, полученного экспериментальным путем, принятому идеальному закону распределения в двухмерном пространстве. Он является совокупным параметром, характеризующим эффективность «разбрызгивания» частиц подвижными элементами одновременно в продольном и поперечном сечениях сушильного барабана.
С целью определения наиболее рациональной конструкции подвижных элементов, исследования проводились с группой лопастных элементов с прямыми лопатками, расположенными параллельно оси вращения элемента, элементов с прямыми лопатками, расположенными под углом к оси вращения элемента и элементов с дугообразными лопатками, расположенными под углом к оси вращения элемента. Результаты данных исследований представлены на рис. 1, кото-
Рис. 1. Зависимость равномерности распределения материала группой лопастных элементов от количества лопаток у подвижного элемента:
1 — с прямыми лопатками, расположенными параллельно оси вращения-
2 — с прямыми лопатками, расположенными под углом к оси вращения-
3 — с изогнутыми лопатками
рый демонстрирует явное преимущество элементов с дугообразными лопатками в плане равномерности распределения материала, поскольку, в данном случае значение коэффициента равномерности распределения материала Кр в 2,7 раза выше, чем у элементов с прямыми лопатками, расположенными под углом к оси вращения элемента, и практически в 10 раз, чем у элементов с прямыми лопатками, расположенными параллельно оси вращения элемента. Кроме того, в процессе экспериментальных исследований выявлено, что на величину коэффициента Кь, а следовательно, и на равномерность распределения материала группой подвижных элементов с дугообразными лопатками, оказывают влияние длина Ь, количество 2 и угол поворота, а лопаток, а также радиус дуги Я, расстояния Ь1 и Ь2 между элементами в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, скорость О ссыпания материала с лопаток вращающейся периферийной насадки (на рис. 1 соответствует Ь = 0,06 м, О = 0,519 кг/с, Ь1 = 2,5Ь, Ь2 = 3,25Ь).
В результате обработки данных экспериментальных исследований получено следующее эмпирическое уравнение для расчета Кр:
Кр = 1,69(-2 -10−3 -7 •10−4(1п (Ь1))2 + 2−10−3Ь1, 5) ((-3,73 + 11,65)/ь0,5) х х (9,74 + 1,431п (Ь)+14/1п (Ь))(0,93 — 5 • 10−4а2 + 0,14а°, 5)(5,25 + 0,452 — (1)
— 2,152/1п (2))(1,13 + 9,1Я/1п (Я) -1,5 • 10−4/Я2)(1,19 -6,67О21п (О) — 3,88О3).
В результате решения данного уравнения при условии стремления Кр к максимуму определены оптимальные конструктивные параметры подвижных лопастных элементов, приведенные в табл. 1.
Анализ данных сравнительных исследований зависимости энергопотребления привода при различной плотности материала показал, что для вращения насадки в неподвижном барабане требуется меньшая мощность, чем для вращения сушильного барабана (рис. 2). На рис. 2 видно, что при плотности материала 3
р = 560 кг/м потребление электроэнергии на привод насадки на 75 Вт ниже, чем
3
на вращение барабана с неподвижной насадкой, а при р = 1200 кг/м — меньше на 161 Вт.
Оптимальные параметры распределительного устройства
G, кг/с L1, м L2, м L, м a Z, шт. R, м
0,3 2,5L 2,25L 0,044 17° 4 0,043
0,6 2,5L 2,5L 0,044 17 4 0,04
N кВт
Рис. 2. Зависимость энергопотребления привода N от плотности р высушиваемого материала в аппарате:
1 — с вращающейся насадкой- 2 — с вращающимся барабаном
Таким образом, выявлено, что потребление энергии в неподвижном барабане с вращающейся насадкой ниже, чем при вращающемся барабане на 10… 25% в зависимости от скорости вращения и коэффициента заполнения барабана материалом. В то же время исследования показали, что использование предлагаемого аппарата целесообразно при коэффициенте заполнения барабана материалом до 18%.
В результате обработки экспериментальных данных было получено расчетное уравнение необходимой мощности электродвигателя привода вращающейся насадки
N = 0,143 -104 Б3рпЬу0,6220Д53, (2)
где Б — диаметр сушильного барабана, м- р — плотность высушиваемого материала, кг/м3- п — скорость вращения привода насадки, мин 1- Ь — длина лопаток, м- у — коэффициент заполнения материалом сушильного барабана, %- 2 — количество лопаток периферийной подвижной насадки.
Кроме того, были проведены экспериментальные исследования по изучению процессов тепло- и массообмена в аппарате с вращающейся контактной зоной [2].
В целях разработки расчетного уравнения коэффициента теплообмена в барабанном аппарате с вращающейся контактной зоной были проведены исследования по определению зависимости температуры газа /2, материала 02 и их влажности на выходе из сушилки от технологических и конструктивных параметров сушильного аппарата.
Сравнительная оценка значений теплового числа Нуссельта Ми в аппарате с вращающейся контактной зоной и в аппарате с вращающимся барабаном показывает [3], что в нашем случае Ми выше (рис. 3) на 11% при значении числа Рейнольдса Яе = 390 и на 12,7% - при Яе = 990.
На рис. 4 представлены результаты исследований зависимости диффузионного числа Нуссельта от числа Рейнольдса. Здесь наблюдается аналогичная зависимость, а именно: при Яе = 420 Ми больше на 10%, а при Яе = 990 — на 13,8%.
В результате аналитической обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения для расчета теплового Ми и диффузионного Ми'- чисел Нус-сельта для барабанных сушилок с вращающейся контактной зоной:
хт г Алл і тут п 0,78^ 0,3^ 0,2 /оч
Ми = 0,0021К^Яе Рг ви — (3)
0,57 0,33
Ми'- = 0,351^Ре0,Рг0, (4)
Ми
Рис. 3. Зависимость № = /Ке):
1 — распределительная насадка с подвижными элементами, лопатки которых загнуты и наклонены под углом к оси их вращения-
2 — распределительная насадка с подвижными элементами, лопатки которых наклонены под углом к оси их вращения-
О = 0,082 кг/с- аб = 1°- п = 13,3 мин 1
Ми'-
Рис. 4. Зависимость Ми-. Две):
1 — распределительное устройство с подвижными элементами с изогнутыми лопатками-
2 — распределительная насадка с подвижными элементами, лопатки которых наклонены
под углом к оси их вращения- м& gt- = 2,6 м/с- аб = 1°- п = 13,3 мин 1
Рациональные режимы процесса сушки
Dq, м ti, °С w, м/с аб n, об/мин
0,5 80, 5 en, 5 2, 0,5°, 0, 2
1,0 80 ©, 5 2, 0,5, 2, 5
1,5 120, 0 en, 0 2 1,0 5,16… 8,13
2,0 100, 0 en, 0 2 1,5 4,96… 8,13
В уравнениях (3) и (4) Kv — коэффициент использования объема барабана, позволяющий оценить эффективность сушильного барабана с точки зрения равномерности распределения материала в его объеме.
Kv = Kp, (5)
е1
где Kp — коэффициент равномерности распределения материала- е1 — идеальная порозность материала в барабане- е2 — действительная порозность материала в барабане.
На основе анализа экспериментальных данных и оптимизационных расчетов, при условии минимальных энергетических затрат на удаление 1 кг влаги, определены рациональные параметры проведения процесса сушки в промышленных аппаратах (табл. 2).
Таким образом, подводя итог нашим исследованиям, можно сделать вывод, что предлагаемый сушильный аппарат обладает высокой эффективностью и небольшими затратами энергии.
Список литературы
1. Моделирование процесса заполнения сушильного барабана с подвижным распределительным устройством / А. В. Алтухов [и др.] // Труды международной научно-практической конференции «Проблемы естественно-технических наук на современном этапе». — Бишкек, 2002. — С. 56−60.
2. Алтухов, А.В. Тепло- и массообмен в сушильных барабанных аппаратах, содержащих распределительные элементы с закругленными лопастями / А. В. Алтухов, О. С. Балабеков, Т. А. Жукова // Труды международной научнопрактической конференции «Проблемы химической технологии неорганических, органических, силикатных и строительных материалов и подготовки инженерных кадров». — Шымкент, 2002. — Т. 1. — С. 9−14.
3. Алтухов, А.В. К расчету процесса теплообмена в сушильном барабане с вращающимися элементами / А. В. Алтухов, О. С. Балабеков, Т. А. Жукова // Поиск. — Алматы. — 2004. — № 1. — С. 258−261.
Ways of Intensification of Drum-Type Driers T.A. Zhukova, A.V. Altukhov
South Kazakhstan Humanitarian named after M. Saparbaev, Almaty, Kazakhstan
Wege der Intensivierung der Trommeltrockenapparate
Voies de l’intensification des appareils de sechage a tambours

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой