CC BY
12
УДК 66.021.4
Я. С. Мухтаров, Р. Ш. Суфиянов, В. А. Лашков, А. Г. Замалиев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СУШКИ В СПИРАЛЬНОЙ СУШИЛКЕ
Ключевые слова: спиральная сушилка, расход теплоносителя, производительность сушилки, экономико-математический
анализ.
Проведена оценка влияния расхода теплоносителя и производительности спиральной сушилки на стоимость процесса сушки.
Keywords: spiral dryer, water flow capacity dryers, economic and mathematical analysis. The influence of the coolant flow rate and performance on the cost spiral dryer drying process.
Для отделения жидкой фазы от высоковлажных дисперсных материалов широко применяются сушильные аппараты различных конструкций, отличающиеся принципом действия. Высокая эффективность тепло- и массообмена может быть достигнута если через высушиваемый материал пропускается нагретый сухой воздух и дисперсный материал при этом находится во взвешенном состоянии в виде газовзвеси [1].
Широко распространены в химической и смежных с ней отраслях промышленности спиральные сушилки [2, 3, 4]. Известны сушилки со сдвоенным ходом, с обратной закруткой канала, бифиляр-ные, с перепускными каналами и т. д., однако основой любой конструкции является закрученная в улитку пневматическая труба с соответствующими
Рис. 1 - Схема спиральной сушилки
устройствами загрузки и выгрузки и дутья (рис.1).
Вследствие такой распространенности, гидродинамика потока газовзвеси и процессы теплообмена в спиральных сушилках хорошо изучены и подробно описаны. В дальнейшем используем методику расчета, приведенную в работе [4].
Сушка относится к энергоемким процессам для эффективного использования энергии необходимо процесс осуществлять в оптимальных условиях. Для оптимального расчета систем аппаратов
обезвоживания необходимо расписать целевую функцию [5].
Расчет аппаратурного оформления процесса проведем на основе экономико-математического анализа [6]. Помимо представления критерия эффективности в развернутом виде для интересующего нас случая, исследуем влияние режимных параметров процесса на критерий оптимальности. В качестве режимных параметров выберем расход теплоносителя через сушилку, температуру его на входе в аппарат и производительность сушилки, как наиболее важные с позиций наибольшего влияния на критерий эффективности.
За основу целевой функции примем формулу для расчета экономического критерия приведенных затрат
K
R = C + Ен--> min .
н B
Запишем уравнение в следующем виде
R = —00—0,256k ап + зт,
(1)
GT
(2)
эф
где зтс - текущие затраты на сушку, руб/кг; кап -капитальные затраты на создание аппарата, руб/год; С - производительность, кг/ч; ТЭф - эффективный
годовой фонд рабочего времени, час-год-1.
Примем, что зтс будут равняться затратам электроэнергии на нагрев теплоносителя в электрическом калорифере з1, на подачу воздуха з2 (прочие затраты здесь будут примерно равными при изменении варьируемых режимных параметров)
Зтс = 31 + 32, (3)
з = LrGr(tBX -1—) a 1 1000G_ 1
APLr
1000GC6KPT 1!
(4)
(5)
здесь аР - гидравлическое сопротивление аппарата, Н/м2; а1 - стоимость 1кВт/час электроэнергии,
32 =
руб/кДж.
В окончательном виде, готовом к проведению анализа, критерий эффективности имеет вид:
R =
Ml
G
cг (tex - 10 ) +-
Рг .
2,56 -10-5 ,
+-k ап,
GTэф ап'
(6)
Исследования проводятся путем поочередного варьирования параметрами и 1вх, при этом неварьируемый параметр принимается за константу. За константу примем и прочие компоненты рассчитываемых характеристик процесса, если они не зависят от варьируемого параметра. Приведенные соотношения, как и нижеследующие, определены на основе методики расчета процесса сушки в спиральной сушилке.
Зависимость критерия эффективности от расхода теплоносителя представляется выражением:
R = E2L + F2 (f^16 + e 2I4 )B2, d2
(7)
где f2 =
b2
B 2
1000
1000GpM
е2 = СцРк "
GTэф
а1сг (t 0 - t ex )
1000G
У
1 + хк
900pK j
0,030 O.GIG 0,034 0,M3
а,озо
o,o?e
0.025 0,D34 0,022 0.020 O.OTB
0,010
If' 'S '"
t i>"
Рис. 2 - Графики зависимости критерия эффективности от расхода теплоносителя при различных tBX: ---- 150 0С;-- 175 0С; ••• - 200 0С
d2 =
I(Gmo +GMKK)(1 - xcn)2 2(1 + xCn )RCnPcn (3600FCn )2
влияние расход теплоносителя L. На рис. 2 представлены графики зависимости R = f(L), рассчитанные для различных температур теплоносителя на входе 1вх.
Значительный интерес представляет собой исследование зависимости критерия эффективности от производительности сушилки, что позволяет прогнозировать взаимосвязь между производительностью сушилки и ее экономичностью.
На рис. 3 представлены зависимости R = f (G) при различных расходах.
Таким образом, получены зависимости критерия оптимальности от расхода теплоносителя и производительности спиральной сушилки.
На критерий эффективности оказывает
Рис. 3 - Графики зависимости R = f(G): —
- - L=2300 кг/ч;---- L=1900 кг/ч; ••• -
L=1900 кг/ч
Из представленных данных можно сделать вывод, что повышение расхода теплоносителя приводит к увеличению стоимости процесса сушки, а с ростом производительности установки стоимость процесса снижается. Полученные зависимости могут быть использованы при расчете оптимальных параметров процесса сушки в спиральных сушилках.
Литература
1. R.S. Sufiyanov, I.S. Maikov, Chemical and Petroleum Engineering, 46, 9, 504-507 (2011).
2. Б.С. Сажин, Основы техники сушки. Химия, Москва, 1984. 320 с.
3. П.Г. Романков, Н.Б. Рашковская, Сушка во взвешенном состоянии. Химия, Ленинград, 1979. 272 с.
4. В.В. Муштаев, В.М. Ульянов, Сушка дисперсных материалов. Химия, Москва, 1982. 347 с.
5. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, Вестн. Казан. технол. ун-та, 17, 6, 233-234 (2014).
6. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, В.А. Лашков, Вестн. Казан. технол. ун-та, 17, 3, 242-244 (2014).
a
2
F
E
2
2
© Я. С. Мухтаров - д.т.н., проф. каф. машиноведения КНИТУ; Р. Ш. Суфиянов - к.т.н., доц. Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), В. А. Лашков - д.т.н., проф., зав. каф. машиноведение КНИТУ, lashkov_dm@kstu.ru; А. Г. Замалиев - ст. преп. каф. машиноведения КНИТУ.
