Технические
науки/3.Отраслевое машиностроение
Д.т.н. Алтухов А.В., К.т.н.
Жукова Т.А.
Южно-Казахстанский гуманитарный институт им. М. Сапарбаева,
Казахстан
Инж.
Балабеков М.О., Инж. Алтухова А.А.
Академический инновационный университет,
Казахстан
Исследование и оптимизация влияния технологических
параметров на энергопотребление
барабанной сушилки
с вращающейся контактной зоной
Сушка продуктов широко распространена в химической и пищевой промышленностях,
сельском хозяйстве. Она представляет
собой технологический процесс, или точнее, совокупность процессов переноса
тепла и массы, сопровождающихся структурно-механическими, а в ряде случаев и
химическими изменениями высушиваемого вещества.
Для проведения
сушильных процессов используется довольно широкий класс аппаратов. Однако
простота конструкции, большая производительность и универсальность барабанных
сушильных агрегатов обеспечили широкое распространение их в различных отраслях
народного хозяйства. А, поскольку, во многих производствах процесс сушки является
одной из наиболее важных операций, определяющей как качество готовой продукции,
так и технико-экономические показатели производства в целом, то естественно
стоит вопрос разработки более эффективных сушильных установок, позволяющих
снизить капитальные затраты на их изготовление, монтаж и энергетические затраты
на удаление влаги из материала. Известно, что при распределении энергозатрат по
элементам агрегата, порядка 20 % из них приходится на привод барабана.
На основании этого был разработан барабанный сушильный барабан с вращающейся
контактной зоной в неподвижном барабане [1].
Перед нами стояла следующая цель:
исследовать энергопотребление приводной станции сушильного барабанного агрегата
с вращающейся контактной зоной;
провести сравнительную оценку энергопотребления сушилок с вращающимся и
неподвижным барабанами;
Эксперименты были проведены с изменением коэффициента заполнения барабана
материалом, скорости вращения барабана и насадки, массы самого сушильного
барабана и плотности высушиваемого материала.
Целью данных исследований было выявление зависимости необходимой
мощности привода внутреннего распределительного устройства от скорости вращения
насадки, плотности материала и скорости его подачи в барабан, количества материала в барабане и количества
лопаток распределительного устройства.
Анализ данных
сравнительных исследований зависимости энергопотребления привода от скорости
вращения сушильного барабана и насадки в неподвижном барабане показывает [2],
что не зависимо от скорости вращения для вращения насадки в неподвижном барабане
требуется меньшая мощность, чем для вращения сушильного барабана (рисунок 1).
На рисунке видно, что при скорости вращения барабана n=6 об/мин потребление электроэнергии на привод насадки
Nн
на 6 % ниже, чем на вращение барабана с неподвижной насадкой Nб , а при n=12
об/мин ΔN ниже на 34 %.
Практически
аналогичная зависимость сохраняется и при различной плотности материала (рисунок 2). Так, при изменении плотности в интервале от 560 кг/м3
до ρ =1200 кг/м3 Nн меньше Nб на 75 Вт при минимальном
значении плотности и на 161 Вт при максимальном значении плотности
высушиваемого материала.
Таким образом, использование
разработанного барабанного аппарата с вращающейся контактной зоной позволяет снизить удельные энергозатраты на
удаление влаги из высушиваемого материала на 10...15% относительно существующих
сушильных агрегатов с вращающимся барабаном и с известными подвижными
распределительными устройствами.
На основе
обработки данных, полученных в процессе проведения экспериментальных
исследований по изучению влияния конструктивных и технологических параметров на
необходимую мощность электродвигателя привода насадки методами Брандона и
наименьших квадратов получено следующее расчетное уравнение:
, (1)
где D –
диаметр барабана, м;
L- длина барабана, м;
ψ-
коэффициент заполнения барабана материалом;
- коэффициент, зависящий от конструкции насадки и степени
заполнения
Коэффициент
использования мощности рассчитывается по формуле:
, (2)
где Z –
количество лопаток у вращающегося элемента
Кроме того, 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 аппаратах с вращающейся
контактной зоной.
Таблица 1 -
Рациональные режимы процесса сушки
|
Dб,
м |
t1,
0С |
w, м/с |
aб, град |
n, об/мин |
|
0,5 |
80 |
2.5…3.5 |
0.5 |
4.2…6.0 |
|
1,0 |
80 |
2.5…4.0 |
0.5 |
4.5…7.2 |
|
1,5 |
120 |
2.0…3.0 |
1.0 |
5.16…8.13 |
|
2,0 |
100 |
2.0…3.0 |
1.5 |
4.96…8.13 |
Литература:
1. Алтухов А.В.,
Балабеков О.С., Балабеков М.О., Шорабеков Г.У., Тенизбаев Е.Ж., Жукова Т.А.
Аппарат для сушки дисперсных материалов.// Предварительный патент РК №12485, F26 B 11/12. Опубл. 17.12.2002, бюлл. №12.
2. Жукова Т.А.,
Алтухов А.В., Балабеков О.С. Влияние конструктивных параметров сушильного
аппарата с вращающейся контактной зоной на мощность привода Химическая технология: Сборник тезисов
докладов Международной конференции по химической технологии ХТ’07.
Т.2.-М.:ЛЕНАНД. 2007.-С. 229-232.