УДК 66.047.57

Байтуреев А.М. к.т.н., доктор PhD, профессор

Республика Казахстан, Таразский государственный университет

им. М.Х. Дулати, г.Тараз

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ СУШИЛЬНОГО АГЕНТА НА ВХОДЕ

В СУШИЛЬНЫЙ БАРАБАН

В настоящее время сушка дисперсных материалов во взвешенном и полувзвешаенном состоянии привлекает внимание многих исследователей и находит широкое применение в различных отраслях промышленности: химической, нефтехимической, металлургической, пищевой, строительной и др. В химической промышленности используются сушильные аппараты различных типов. Наиболее эффективными в этом отношении являются барабанные сушильные агрегаты, устанавливаемые с наклоном в сторону подачи сырого материала и агента сушки.

Барабанные сушилки для измельченного галита заимствованы из отраслей промышленности, где ими пользовались для сушки разных сыпучих материалов, в частности песка, цемента, угля и др.

Рассмотрим задачу оптимального управления процессом сушки в барабанном агрегате на примере предложенного кинетического уравнения для сушки измельчённых материалов в барабанной сушилке.

В качестве критерия оптимальности выбираем производительность сушильного агрегата по сухому продукту [1].

, (1)

где: ; (2)

; (3)

; (4)

В формулах (1)–(4):

– производительность материала по сухому продукту, кг/ч; коэффициент-М; К – коэффициент влажности; П – температурный коэффициент; t_вх – температура агента сушки на входе в барабан, ^оС; t_вых – температура агента сушки на выходе из барабана, ^оС; – массовая скорость сухого агента сушки по барабану, кг/(м²×с); – плотность газа (воздуха), кг/м³; – скорость агента сушки, м/с; D_б – диаметр барабана, м; – коэффициент заполнения барабана, %; L_б – длина барабана, м; W_н и W_к – начальная и конечная влажность материала, %; n – частота вращения барабана, об/мин; a – угол наклона барабана, град; d – средний эквивалентный диаметр частицы, мм.

Температура отработанного сушильного агента на выходе из барабана не может быть выбрана произвольно и должна рассчитываться из уравнения теплового баланса, решенного совместно с уравнением кинетики процесса сушки (1). Это решение может быть представлено в виде равенства [1]:

, (5)

Подставив выражение (2) в уравнение (5) и преобразовав его получено уравнение (6).

;

. (6)

Решив уравнение (6) методом последовательных приближений, задаваясь температурой отработавших газов , добиваемся равенства правой и левой частей уравнения (5), отыскивая таким путем истинное значение температуры отработавшего в барабане сушильного агента. Определив, таким образом, и производительность сушильного барабана по уравнению (1) строим графики: влияние начальной влажности материала на температуру газа на выходе при t_вх=const (рисунок 1); и корреляционные графики уравнения теплового баланса рисунок 2 при t_вх=100¸225⁰С и рисунок 3 при t_вх=250¸400⁰С

Из анализа корреляционного графика приведенного на рисунке 2 видно, что отклонения левой части уравнения (6) от правой части уравнения при t_вх=100¸225⁰С колеблются в пределах от 0,7¸12,8%.

Однако при температуре сушильного агента на входе в барабан равного t_вх=250¸400⁰С происходит переполнение барабана, т.е. коэффициент заполнения барабана (j) больше оптимального равного 51–54% [2], а отклонения левой части уравнения (6) от правой части уравнения колеблются в широких пределах от 1,5¸1185,3%.

Следовательно, оптимальной температурой сушильного агента на входе в барабан при сушке галита является температура равная t_вх=100¸225⁰С, в зависимости от начальной влажности материала.

Рисунок 1 – Влияние начальной влажности материала на температуру газа

на выходе при t_вх=const

Рисунок 2 – Корреляционный график при t_вх=100¸225⁰С

Рисунок 3 – Корреляционный график при t_вх=250¸400⁰С

Литература

1 Стерлин Д.М. Сушка в производстве фанеры и древесностружечных плит. – М.: Лесная промышленность, 1977. – 383 с.

2 Байтуреев А.М., Куатбеков М.К., Джасыбаева М.Р. Влияние коэффициента заполнения барабана на производительность сушильного агрегата при сушке поваренной соли //Тр. межд. конф. Процессы и аппараты химической технологии (ПАХТ-2001). Шымкент, 2001.-Ч.1.-С.129-132.