Расчет барабана-сушилки

       Для изоляции применяем шлаковую вату, работающую до температур порядка 700ºС.

       Схематическое изображение стенки барабана показано на рисунке 3.3.

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рис. 3.3. 

       δ₁ = 10 мм – толщина стенки барабана [9]; δ₃ = 1 мм – толщина стенки кожуха из листового железа, покрытого масляной краской; δ₂ – толщина слоя изоляции.

       Расчет  ведем для зимних условий. Примем, что сушилка находится в помещении  при температуре окружающей среды t_окр = 25˚С.

       По  справочнику [3] найдем коэффициенты теплопроводности:

λ₁ = 45,0 Вт / (м²·К) теплопроводность стали при t_ср = (600 + 100) / 2 = 350˚С;

λ₃ = 51,7 Вт / (м²·К) – теплопроводность стали при t = 25˚С;

Теплопроводность  шлаковой ваты равна [3]:

λ₂ = 0,065 + 0,00035 · t    (3.36)

λ₂ = 0,065 + 0,00035 · (350 + 25) / 2 = 0,1306 Вт / (м²·К).

       Определим коэффициент теплопередачи [6]:

       К = Q_п / (F · ∆t_ср),     (3.37)

где F = π · d · l = 3,14 · 2,0 · 10 = 62,8 м².

       Определим среднюю разность температур:

       

ºС.

       Q_п = 17640 Вт (п. 3.3) – тепловой поток (потери в окружающую среду).

       К = 17640 / (62,8 · 245,5) = 1,14 Вт / (м²·К)

       Определим коэффициент теплоотдачи α₁ от сушильного агента к стенке барабана [6].

       Расчет  производим для средней температуры  сушильного агента в барабане t_ср = 350˚С.

       α₁ = 1,25 · (α₁^/ + α₁^//)     (3.38)

       Определим критерий Рейнольдса [4].

       Re = ω · d · ρ / μ,     (3.39)

где ρ = 0,567 кг / м³ – плотность газа при средней температуре 350°С (по формуле 3.30); ω = 1,49 м / с – скорость газов; μ = 0,032·10^-3 Па·с – вязкость дымовых газов при средней температуре [3].

       Re = 1,49 · 2,0 · 0,567 / 0,032·10^-3 = 52802

       При Re > 1·10⁴ критерий Нуссельта для газов определяется [6]:

       Nu = 0,0324 · (Re)^0,8     (3.40)

       α₁^/ = Nu · λ_г / d,      (3.41)

где λ_г = 0,0527 Вт / (м·К) – коэффициент теплопроводности сушильного агента (дымовых газов) при t_ср = 350˚С [3].

       α₁^/ = 0,0324 · (52802)^0,8 · 0,0527 / 2,0 = 5,12 Вт / (м²·К)

       Определим α₁^// из формулы [6]:

       Nu = 0,47 · Gr^0,25,    (3.42)

где Gr –  критерий Грасгофа.

       α₁^// = Nu · λ_г / d      (3.43)

       Критерий  Грасгофа равен [6]:

        ,     (3.44)

где ∆t = 20˚С – разность между температурой сушильного агента и поверхностью стенки (примем); Т – средняя температура сушильного агента, К.

       

.

       α₁^// = 0,47 · (7,91·10⁸)^0,25 · 0,0527 / 2,0 = 2,08 Вт / (м²·К).

       Тогда

       α₁ = 1,25 · (5,12 + 2,08) = 9,0 Вт / (м²·К).

       Определим коэффициент теплоотдачи α₂ от барабана к окружающей среде [6].

       α₂ = α₂^/ + α₂^//     (3.45)

где α₂^/ – коэффициент теплоотдачи за счет естественной конвекции, Вт / (м²·К); α₂^// – коэффициент теплоотдачи за счет лучеиспускания, Вт / (м²·К).

       Определим α₂^/ [6]:

       α₂^/ = ,      (3.46)

где ∆t = 20˚С – разность температур между наружной стенкой барабана и окружающей средой (примем); d = 2,1 диаметр барабана с учетом изоляции (примем).

       α₂^/ =

Вт / (м²·К)

       Определим α₂^// [6]:

        ,    (3.47)

где ε = 0,95 – степень черноты для поверхности, покрытой масляной краской;    С₀ = 5,7 Вт / (м²·К) – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела;    Т_ср = 273 + 25 = 298 К – температура окружающей среды в К;

Т_ст = Т_ср + ∆t = 298 + 20 = 318 К – температура поверхности стенки.

       

 Вт / (м²·К)

       Тогда

       α₂ = 1,9 + 6,34 = 8,24 Вт / (м²·К)

       Определим толщину слоя изоляции из уравнения  для коэффициента теплопередачи  многослойной стенки [6]:

            (3.48)

       Выразим отсюда δ₂:

    (3.49)

 м.