CC BY
101
УДК 66.047 (088.8)
Б.С. Сажин, О.С. Кочетов, М.В. Сошенко, В.Б. Сажин, А.В. Костылева, Л.Б. Дмитриева,
О.Ю. Дорушенкова
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ПОСТРОЕНИЕ I-d ДИАГРАММЫ ПРОЦЕССА РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ С МОКРЫМ СКРУББЕРОМ В КАЧЕСТВЕ ВТОРОЙ СТУПЕНИ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛИ ПРОДУКТА
In work the design procedure of parameters of process of drying of materials of dispersion with construction of process of drying on I-d is submitted to the diagram. The technique of construction of process of drying on I-d to the diagram is considered on an example of a mode of the dryer working by a principle of a parallel current of movement of a solution and the heat-carrier, and as the heat-carrier air which is heated up in a gas heater is used, and in quality dispergator the vortical centrifugal atomizer is applied. As the first step of clearing of air from a dust of a product cyclones are used, and final clearing is made in a wet scrubber where there is a preliminary condensation of a solution up to required humidity.
В работе представлена методика расчета параметров процесса сушки диспергированных материалов с построением процесса сушки на I-d диаграмме. Методика построения процесса сушки на Id диаграмме рассмотрена на примере режима сушилки, работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя, причем в качестве теплоносителя используется воздух, нагреваемый в газовом калорифере, а в качестве диспергатора применяется вихревая центробежная форсунка. В качестве первой ступени очистки воздуха от пыли продукта используются циклоны, а окончательная очистка производится в мокром скруббере, где происходит предварительное сгущение раствора до требуемой влажности.
Наиболее важным этапом расчета параметров процесса сушки диспергированных материалов является построение процесса сушки на I-d диаграмме. Рассмотрим этот этап расчета на примере режима сушилки, работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя, схема которой представлена на рис.1. В качестве теплоносителя используется воздух, нагреваемый в газовом
калорифере, перед которым температура смеси топочного газа и воздуха составляет t'z
=750 °C [1]. В качестве распыливающего устройства используется механическая центробежная вихревая форсунка, приведенная на рис.2. Вывод готового продукта из сушильной установки производится с помощью скребков 7 в приемный короб 8 для готового продукта, а затем в бункер 9 для сбора готового продукта. В качестве первой ступени очистки воздуха от пыли продукта используются циклоны 6, размещенные в стояках 5, а окончательная очистка его производится в мокром скруббере 12, который орошается раствором, подаваемым насосом из емкости 11. В скруббере происходит предварительное сгущение раствора до требуемой влажности. Отработанный и очищенный теплоноситель выбрасывается в атмосферу, а сгущенный раствор поступает в емкость 11, и после перемешивания его с исходным раствором поступает в диспергатор 3, в качестве которого применяется вихревая центробежная форсунка, представленная на рис.2. Раствор подается по впускному отверстию 2 в кольцевой зазор 7, откуда в завихритель 6 через тангенциально расположенные к внутренней поверхности завихрителя 6 дроссельные отверстия 8. Вращающийся поток жидкости из завихрителя 6 выходит через калиброванное коническое отверстие 10 соплового вкладыша 9, в результате чего образуется факел распыленной жидкости, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности отверстия 10. Сопловый вкладыш 9 может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама, рубина, сапфира, что существенно повысит надежность работы всей сушильной установки.
Рис.1. Схема распылительной сушилки, работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя: 1-сушильная камера, 2-система воздуховодов для подачи теплоносителя, 3-распыливающее устройство, 4-корпус сушильной установки, 5-стояки для размещения системы улавливания высушенного продукта, 6-циклон, 7-скребковое устройство, 8-приемный короб для готового продукта, 9-привод скребкового устройства, 10-бункер для сбора готового продукта, 11-емкость для исходного раствора, 12-скруббер.
Рассмотрим построение 1-ё диаграммы на примере со следующими техническими условиями на протекание процесса сушки:
- максимально допустимая температура нагрева в процессе сушки исходного раствора
- 110 °С; часовая производительность по сухому продукту 0і=400 кг/час; начальная и конечная влажность раствора и продукта '1 = 64,3 % и W2 =5 %; начальная температура воздуха перед сушилкой ^ = 300 °С, температура воздуха за сушилкой 1;2 = 300 °С;
Для сушки используется наружный воздух с параметрами:
1;0 =-10 °С ; ё0 =1,47 г/кг; ф = 80%; 1о = 1,53 ккал/кг.
Начальная точка В процесса сушки будет иметь параметры 1^=300 °С и ё1 = ё0 =1,47 г/кг (рис.3).
Теперь определим потери тепла в сушилке на 1 кг испаренной влаги. Расход тепла на нагрев продукта вычисли по формуле
Ям = 02См(и2-иіУ№і= 400-0,335(90-48)/550=11,7 ккал/кг,
(1)
где См - теплоемкость продукта, которая равна:
см = Ссух(100- '2)/100 + '2/100 = 0,3(100-5)/100 + 5/100 = 0,335 ккал/кг-град; (2)
ссух - теплоемкость абсолютно сухого продукта, равна 0,3 ккал/кг-град; и2 - температура продукта после сушки, равна 90 °С;
и1 - температура раствора, принимается равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах воздуха в скруббере с учетом охлаждения на 1°, т.е.48 °С.
При соответствующей изоляции сушилки принимаем потери тепла в окружающую среду равными я5 = 60 ккал/кг, тогда суммарные потери тепла составят
Д= и1- ям - я5 = 48 - 11,7 - 60 = 23,7 ккал/кг. (3)
Теперь для построения действительного процесса сушки на диаграмме 1-ё определим отрезок Ее (см. рис.3): Ее = е-Г •Д /т = 100-(-23,7)/500 = - 4,8 мм и из точки В через точку Е проведем прямую линию до пересечения с 12 =100 °С, и получим влагосодержание отработанного воздуха ё2=70 г/кг.
Подсчитаем расход сухого воздуха на 1 кг испаренной влаги
I = 1000/ (ё2 - й) = 1000/( 70 - 1,47 ) = 14,6 кг/кг. (4)
При этом часовой расход сухого воздуха составит:
Ь = т = 14,6-550 = 8050 кг/час.
Удельный объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха, равен
У0 = 4,64-10-6 (622 + ё)(273 + 1),
3 8
причем на входе в сушилку и'0 =1,65 м /кг, а на выходе из сушилки и"0 =1,19 м /кг.
Рис. 2. Схема вихревой центробежной форсунки: 1-корпус, 2-впускное отверстие, 3-крышка, 4-герметизирующая прокладка, 5-пружина, 6-завихритель, 7-кольцевой зазор, 8-дроссельные отверстия, 9- сопловый вкладыш, 10-калиброванное коническое отверстие.
В первый период сушки температура поверхности равна температуре мокрого термометра, т. е. ип = "1м ~ 53 °С. Этот период продолжается до тех пор, пока влажность частиц не станет равной гигроскопической, т. е. для данного раствора 'гс = 40 % (влажность, отнесенная к абсолютно сухому весу).
Количество испаряемой влаги при снижении влажности частиц раствора от '1 до 'г равно
^^= С'1('1 - 'г)/(100 - 'г) = 950(60 - 28,6)/(100 - 28,6) = 427 кг/час. (5) Влагосодержание воздуха в конце первого периода сушки
ё'2 = ё + 1000 ^/Ь = 1,47 + 1000-427/8050 = 54,5 г/кг.
Влагосодержанию 54,5 г/кг на линии действительного процесса (точка Б) соответствует температура воздуха 1;'2=150 °С; тогда равно
Д^ =(11 -г'2)/( 2,3-1^1 - 1м)/(1'2 - 1м))) = (300 - 150) /(2,3^((300-53)/(150 - 53))) = 160 °С Принимая при wгc = 40 % температуру поверхности испарения равной и1 = 1;м = 53 °С, а при равновесной влажности wрc =2 %, ип = 1;2 =100 °С, температура продукта будет равна и2 = 90 °С.
Из построения на диаграмме 1-ё процесса смешения отработанного воздуха сушилки и воздуха из помещения цеха находим параметры воздуха перед скруббером, которые будут: ё'ск = 64 г/кг, 1'ск = 93 °С (точка М). Строим действительный процесс сгущения раствора в скруббере, который, согласно расчету аналогичного процесса сушки, выражается линией ММ'. При определении конечной точки процесса исходим из относительной влажности воздуха за скруббером фск" = 60 %. Параметры воздуха в точке М' будут: ё"ск = 77 г/кг, 1"ск = 62 °С.
Количество испаряемой влаги в скруббере
= Ьск/1000 (ё''ск - ^ск) = 8855 / 1000(77 - 64) = 115 кг/час. (6)
Влажность раствора после скруббера
w,l = (^ - Осух - ) / (О'1 - )100 = (1065 - 380 - 115 ) / (1065 - 115 ) -100 = 60 %,
что соответствует принятой ранее величине влажности раствора перед сушилкой. Понижением влажности раствора за счет улавливания пыли продукта из воздушного потока пренебрегаем.
Исходя из скорости воздуха в скруббере иск = 1 м/сек, определяем диаметр скруббера
Бск= V ( ЬскУск /(0,785 • 3600- иск ) = V (8855-1,085 / (0,785-3600-1) = 1,84 м. Скруббер работает с рециркуляцией раствора из расчета, чтобы плотность орошения составляла А = 3 т/м2 час.
Объем скруббера
Уж = 0 ск / (ауск Д: ср) = 66000/(235 -25,5) ~ 11 м3 Рабочая высота скруббера
н ск = Уск / Fск = 11,0/2,64 = 4,17 м. (7)
Перед нагревателем температура смеси топочных газов и воздуха должна быть 1;'г=750 °С. Тогда количество водяного пара, поступающего с воздухом
Ьп.в = а Ы0/1000 = 2,64-3,86-1,47 / 1000 = 0,015 кг/кг.
Количество абсолютно сухих газов, получающихся от сжигания 1 кг топлива,
Ьс-г = 1 + а Ь - (9 Н^р + Ар)/100 = 1+2,64-3,86 - (9-2,2 + 32,5 + 23,6)/100 = 10,44 кг/кг. Влагосодержание смеси топочных газов и воздуха перед нагревателем при :г = 750 °С равно
ёсм = 1000(Ьп.в + Ьп )/ ЬсТ = 1000(0,015 + 0,523)/10,44 = 51,6 г/кг. (8)
Процесс нагрева воздуха на диаграмме 1-ё изображается линией АВ. Количество
тепла, необходимое на нагрев воздуха, равно
0к = Ь( 11 - I 0 )= 8050( 73 + 1,53 ) = 600 000 ккал/час, (9)
где I) и 11 - энтальпия воздуха до и после нагревателя в ккал/кг.
Это количество тепла сообщается воздуху от смеси топочных газов и воздуха.
Процесс охлаждения газов происходит при постоянном влагосодержании ёсм = 51,6 г/кг от 1;'г = 750 °С до С = 280 °С и изображается на диаграмме !-ё линией В1В2.
Рис. 3. Схема процесса сушки диспергированных материалов на М диаграмме Выводы:
В работе представлена методика расчета параметров процесса сушки диспергированных материалов с построением процесса сушки на 1-ё диаграмме. Методика построения процесса сушки на 1-ё диаграмме рассмотрена на примере режима сушилки, работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя, причем в качестве теплоносителя используется воздух, нагреваемый в газовом калорифере, а в качестве диспергатора применяется вихревая центробежная форсунка. В качестве первой ступени очистки воздуха от пыли продукта используются циклоны, а окончательная очистка производится в мокром скруббере, где происходит предварительное сгущение раствора до требуемой влажности.
Список литературы
1.Сажин Б.С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984.-320 с.
2. Голубев Л.Г. Сушка в химико-фармацевтической промышленности/ Л.Г.Голубев, Б.С.Сажин, Е.Р.Валашек.- М.: Медицина,1978.-272 с.
3. Лыков М.В. Распылительные сушилки/ М.В.Лыков, Б.И.Леончик.- М.: Машиностроение,1966.
4. Повышение эффективности технологических процессов в поле акустических колебаний. Научн.тр.МИСиС. М.:Металлургия,1981.Под ред.Н.Н. Хавского.
5. Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. М.:Наука, в 3-х кн. Книга 3: Физические основы ультразвуковой технологии, 1970, гл. 9 и 10.
