Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку

Введение

Сушка – это процесс удаления из материала влаги путем ее испарения и отвода образовавшихся паров.

В большинстве процессов химической технологии сушка является заключительной стадией, поэтому очень ответственной, в заключительной степени определяющей качество готово продукта и эффективность производства в целом.

Аппараты, в которых осуществляется сушка, называются сушилками. Барабанные конвективные сушилки различных конструкций находят широкое применение в химической промышленности для сушки кусковых, кристаллических и зерновых материалов, как правило, в крупно тоннажных производствах. Такое положение объясняется следующим: процесс протекает экономично благодаря возможности использования высоких температур воздуха, достигается большая производительность единичного аппарата, сушилки вполне надежны в эксплуатации.

Технологический расчет сушильной установки.

Расчет сушильной установки для зимних условий.

Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку.

В качестве топлив используют природный сухой газ следующего состава (в % (об.)):92,0 СН₄; 0,5 С₂Н₂; 5Н₂; 1 СО; 1,5 N₂.

Теоретическое количество сухого воздуха L₀, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно:

L₀ = 138 (0,0179 CO + 0,24 H2 + ∑(m+(n/4) CmHn)/(12 m + n),             (1)

где составы горючих газов выражены в объемных долях. Подставив соответствующие значения, получим:

L₀ = 138*[(0,0179*0,01 + 0,24*0,09 + (1 + (4/4)*0,92)/(12*1 + 4) + (2 + (6/4)*0,05)/(12*2 + 6)] = 17,68 кг/кг.

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов:

Количество тепла Q_v, выделяющегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

Q_v = 0,92*35741 + 0,005*63797 + 0,05*10810 + 0,01*12680=33868 кДж/(м³*т).

Плотность газообразного топлива р_т:

                                                                     (2)

где М_i, — мольная масса топлива, кмоль/кг; t_т — температура топлива, равная 20 °С; ν₀ — мольный объем, равный 22,4 м³/кмоль. Подставив, получим:

Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1 кг топлива:

                                      Q = Q_v/р_т = 33868/0,652 = 51945 кДж/кг.                                       (3)

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 t_см = 250 °С.

Значение α находят из уравнений материального и теплового балансов. Уравнение материального баланса:

                                                        (4)

где L_с.г. – масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива; С_тН_п – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

Уравнение теплового баланса:

      (5)

где η — общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки (полноту сгорания топлива и т. д.) и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95; с_т – теплоемкость газообразного топлива при температуре t_т = 20 °С, равная 1,34 кДж/(кг*К); I_о – энтальпия свежего воздуха, кДж/кг; i_с.г – энтальпия сухих газов, кДж/кг; i_с.г = с_c.г*t_с.г; с_c.г =, t_с.г – соответственно теплоемкость и температура сухих газов: с_c.г =1,05 кДж/(кг*К), t_с.г = 250 °С; х_о – влагосодержание свежего воздуха, кг/кг сухого воздуха, при температуре t_о = -8,61 °С и относительной влажности φ₀ = 85,82 %; i_п – энтальпия водяных паров, кДж/кг; i_п = r_о + с_п*t_п; r_о – теплота испарения воды прн температуре 0 °С, равная 2500 кДж/кг; с_п — средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97 кДж/(кг*К); (t_п — температура водяных паров; t_п = t_{с г} = t_см = 250 °С. Решая совместно уравнения (4) и (5), получим:

              (6)

Пересчитаем компоненты топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые.

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:

Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (6):

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 250 °С, равна:

                                         (7)

                      кг/кг

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

                                             (8)

                   кг/кг

Влагосодержание газов на входе в сушилку (х₁ =х_см) на 1 кг сухого воздуха равно:

                                           

                                

Энтальпия газов на входе в сушилку:

                                                 (9)

 кДж

Поскольку коэффициент избытка воздуха α велик, 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 I – х.