ПЕРЕРАБОТКА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В. МАШИНАХ БАРАБАННОГО ТИПА

Донустимая скорость газов на выходе из барабана

F<o = 1о2/3600г/ср(1-^)

где Vq - удельный объем воздуха при давлении 745 мм рт. ст.; L — расход агента сушки, кг/ч; иср - средняя скорость агента, м/с; Ъ, - заполнение барабана.

Объем барабана определяют по соотношению [1]:

у _ Он + Он

6 avmt ’ где Qa и Qn - расход тепла на нагрев материала и испарение влаги, ккал/ч; ПД&р - движущая сипа

процесса; W — часовое количество испаряемой влаги, кг/ч; Ау — удельный влагосъем, кг/(м ч). Для предварительных расчетов значение А у можно взять из табл. 7.2 для аналогичного материала и при­ближенно с тем же режимом сушки [1]. Зная площадь поперечного сечения и объем барабана, опреде­ляют его длину:

2-6

Основные размеры и параметры работы сушилок должны соответствовать ГОСТ 11875-79 и ОСТ 26-01-147-82. Тепловой расчет проводится по ОСТ 26-01-45-78.

Следует особо отметить, что эффективность и интенсивность сушки зависят не только от количест­ва материала, находящегося в состоянии падения с лопастей, но и от равномерности его распределения
по сечению барабана. Неравномерное распределение приводит к неодинаковому гидравлическому со­противлению прохождения газов через барабан. В зонах с меньшим сопротивлением увеличивается скорость газов, и поэтому увеличивается унос мелких частиц материала. В зонах с повышенной кон­центрацией падающих частиц снижается скорость газов и, как следствие, ухудшаются условия тепло - и массообмена. Поскольку в барабанных сушилках преобладающим является процесс теплообмена кон­векции между теплоносителем и частицами, падающими с лопастей, одним из перспективных путей со­вершенствования барабанных сушилок является выбор оптимальных размеров и создание новых форм лопастей.

Данный вопрос неоднократно рассматривали как отечественные [6 - 12], так и зарубежные [13] ис­следователи. С точки зрения практического использования интерес представляют работы [6, 7], не­смотря на то, что при решении задачи сделаны серьезные упрощения.

7.1. Показатели работы барабаииых сушилок ири сушке различных материалов

Продолжение табл. 7.2

Известный [2] графоаналитический метод исследования распределения сыпучего материала в по­перечном сечении барабана не позволяет при расчете и проектировании сушилок в полной мере ис­пользовать современную вычислительную технику.

Для оценки эффективности работы лопастной насадки необходимо знать: количество материала, на­ходящегося в падении - (7„; площадь открытой поверхности материала на лопастях, в завале - /щ; количе­ство материала на лопастях - (?п; крутящий момент, который создает материал на лопастях и в завале Qm относительно оси вращения барабана - MKV] металлоемкость лопастной насадки - М.

В настоящее время широко используются прямые радиальные или наклонные лопасти, Г-образные лопасти и лопасти коробчатого сечения. Все эти лопасти можно рассматривать как частный случай ло­пасти коробчатого сечения. Более того, изогнутую лопасть всегда можно с требуемой точностью ап­проксимировать ломаной линией, т. е. заменить лопастью коробчатого сечения.

Разделим барабан по длине на Р участков и будем считать, что коэффициент заполнения попереч­ного сечения барабана материалом и физико-механические характеристики сыпучего материала в пре­делах участка не изменяются. Рассмотриму-й участок. На рис. 7.6 показаны основные размеры лопасти коробчатого сечения, составленной из трех частей.

При известных параметрах лопасти (7у, |/, 0,) и физико-механических свойствах сыпучего материа­ла (угол трения покоя осн) из геометрических соотношений нетрудно рассчитать длину радиуса-вектора лопасти (г) для любого ее положения, характеризуемого углом ф.

Рис. 7.6. Характерные геометрические нараметры лонасти
коробчатого сечения

При определении количества материала, находящегося на лопасти, можно разбить его поперечное сечение на элементарные фигуры (треугольники abc, acd. adf и сегмент Ьс, см. рис. 7.6), вычисление площадей и координат центра тяжести которых не представляет трудности.

Количество материала (Qij), находящегося на 7-й лопасти у-го участка барабана, в положении, ха­рактеризуемом углом ф, будет равно:

Q1J=AL

где AL - длина участка; Fzд - площадь z-ro треугольника; Fc - площадь сектора (в зависимости от значения ф некоторые слагаемые могут быть равны нулю).

При определении расстояния (хс/) от центра тяжести материала, находящегося на 7-й лопасти, до оси вращения барабана можно воспользоваться известной формулой, которую применяют при расчете геометрических характеристик сложных сечений:

к

^ , FzД Xz + Fq У;

Z=_________

к

X + Fc

Z=1

Ранее была получена зависимость для определения времени падения частиц (хн) для случая, когда частица с лопасти падает на открытую поверхность завала. При малых коэффициентах заполнения ба­рабана материалом возможен также случай, когда за т„ следует считать промежуток времени с момента отрыва частицы от лопасти до момента пересечений ею траектории с окружностью радиуса R,.

Для нахождения т„ необходимо решить следующую систему уравнений:

т= 7?л cos(9 - у) - ь0хп cos ап;

y=J^sin((p-|)-'o0xnsinan-^IL; (7.15)

* + ? = %.

За время хн лопасть повернется на угол Дф = юхп и с нее ссыплется количество материала qh равное:

ft = AL(7v + ^nc), (7.16)

где

FnA= гФ+Аф % sin Дф; (7.. 17)

7ус=^-7г2(2Дф-5Іп2Дф), (7.18)

где /ф + Дф и /ф - значения радиуса-вектора при положениях лопасти, характеризуемых углами ф + Аф и ф.

Из формулы (7.18) видно, что при малых углах Аф значением FHC можно пренебречь. Возможны следующие случаи пересечения радиуса-вектора г с элементами сушилки:

1) с вышележащей лопастью;

2) с обечайкой барабана;

3) с одним из участков лопасти.

Границы существования указанных случаев и численных значений г определяются из элементарных геометрических соотношений при конкретных параметрах лопасти и барабана.

С учетом (7.13) - (7.18) значения Qj, Fm, @л3, М^, М будут равны:

Р т

; м = LNYjii

где т — количество лопастей, с которых происходит ссыпание материала,

2к

где N - общее количество лопастей; £J3 - длина открытой поверхности завала; Qr - количество материала в завале; а^3 - расстояние от центра тяжести завала до оси вращения барабана (индекс j по­казывает, что берутся значения для /-го участка барабана); L - общая длина барабана.

Так как основное количество тепла от теплоносителя к материалу передается при падении частиц с лопастей, был проведен анализ зависимости Q„ от размера лопастей. При определении числа лопастей (N) выполнялось условие, что расстояние Нот ссыпающегося края (точка «з, см. рис. 7.6) до вышележа­
щей лопасти должно быть не меньше определенной величины, которая выбирается из условия стабиль­ного высыпания материала с лопасти.

Разработан алгоритм расчета и составлена программа, которая реализована на ПЭВМ.

На рис. 7.7 (кривая 1) показана характерная зависимость Qa от £/R для Г-образной насадки при |/ = 15°; 0 = 120°; Н= 0,17 м, диаметре барабана 2,2 м, угловой скорости его вращения 0,ЗсОкР. Из графика видно, что при увеличении £/R Q, сначала также увеличивается, а затем начинает уменьшаться, что можно объяснить уменьшением времени падения с увеличением £/R. Кривая 2 (рис. 7.7) отражает за­висимость удельной металлоемкости Му = М/ Q, от Ц, где М - суммарная металлоемкость лопастей на­садки.

Задачу оптимизации режимных и геометрических параметров барабанной сушилки можно сформу­лировать следующим образом: необходимо найти такой вектор варьируемых геометрических и режим­ных параметров, для которых функция Р) —> min при известных ограничениях на область поиска. Це­

левую функцию можно записать в следующем виде:

Q

где Q= ClQu + C2Fy, + CQV.; M - металлоемкость; Э - энергоемкость; Т - трудоемкость изготовле­ния; г, р - геометрические и режимные параметры барабана; К, /Ц, /Ц, С, С), G - коэффициенты зна­чимости отдельных слагаемых. Значения коэффициентов значимости определяются для конкретных условий изготовления и эксплуатации аппарата

Полученные зависимости и предлагаемая методика расчета могут быть использованы при проектиро­вании новых и модернизации действующих аппаратов барабанного типа с лопастной периферийной на­садкой, таких как сушилки, холодильники, грануляторы-сушилки, реакторы.