43165

Тепловой расчет конвективной туннельной сушильной установки для зимнего и летнего режимов

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Определяем по заданным температурам tол=20.4 Определяем влагосодержание do г кгс.5 Определяем энтальпию ho кДж кгс.6 Определяем плотность природного газа при нормальных условиях.

Русский

2013-11-06

1.72 MB

12 чел.

1 Общие сведения о туннельных сушильных установках

К этой группе сушилок относятся такие, в которых  высушиваемый материал при помощи транспортирующего устройства перемещается вдоль туннеля с периодическими остановками. Материал либо свободно укладывают на транспортирующее устройство, либо закрепляют при помощи специальных приспособлений. Передвигаясь от загрузочного сечения к выходному, материал соприкасается с агентом сушки. Отличительная особенность таких сушилок – неподвижность частиц материала во время сушки.

В рассматриваемых аппаратах можно высушивать .как листовые и штучные материалы (мипора, картон, плиты из синтетических материалов, шкурки и т.д.), так и зернистые, пастообразные, жидкие (в лотках), волокнистые и др. Эти сушилки различаются в основном транспортирующими устройствами (вагонетка, лента, рама), которые должны соответствовать свойствам высушиваемого материала.

По принципу движения материала и агента сушки различают сушилки противоточные с параллельным и смешанным током. В зависимости от свойств материала и требований, предъявляемых к процессу сушки, используют одно-зонные или многозонные туннельные сушилки, причем в разных зонах одной сушилки может       одновременно осуществляться несколько процессов: сушка, увлажнение, прокаливание, охлаждение. Каждая зона может работать при различных температурах и влажности агента сушки.

Циркуляция агента сушки может быть продольной (по оси туннеля) или поперечной. В последнем случае требуются повышенные количества циркулирующего сушильного агента. При этом используют осевые вентиляторы, имеющие большую производительность, но малый напор. При продольной циркуляции чаще всего используют центробежные вентиляторы.

Длительность сушки и качество высушенного материала в большой степени зависят от способа подачи сушильного агента. В зависимости от формы изделия и вида материала свежий агент сушки подают снизу через распределительное окно или сбоку с двух сторон по всей высоте камеры. Для более равномерного распределения агента сушки его боковая подача (или отсос) производится через решетки или регулируемые лопатки. Обычно агент сушки отсасывается через окно в верхнем или нижнем перекрытии камеры.

При сравнительно большой высоте туннеля и больших зазорах между вагонетками и стенками очень важно равномерное распределение сушильного агента по сечению камеры. Скорость газов обычно принимают такой, чтобы не происходило запыления материала, опрокидывания или поворачивания изделий, но не менее 1.0-1.5 м/сек (на полное сечение туннеля) для обеспечения равномерного распределения газов и соответственно сушки материала.

В качестве агента сушки используют воздух, топочные, газы или перегретый пар. При сушке нагретым воздухом паровые калориферы делают выносными (с расположением обычно на крыше камеры) или устанавливают непосредственно в камере или же рядом в специальных отсеках.

На рисунке 1 показана схема туннельной сушилки с транспортированием материала в вагонетках. Сушильный агент подают по каналу 4 и отсасывают по каналу 5, или на потолке. При горизонтальной укладке материала агент сушки подается по боковым   каналам.       

                                                                                                         

1 - вход влажного материала;

2 - вход агента сушки;

3 - вагонетки;

4 - механизм передвижения вагонеток;                        

5 - траверсная тележка;

6 - выход отработанной смеси;                 

7 - раздвижные двери;

8 - обходной путь;

9 - выход высушенного материала.

Рисунок 1 - Туннельная сушильная установка

Вагонетки заполняют весь коридор, поэтому при заталкивании одной вагонетки весь ряд вагонеток, стоящих вплотную друг к другу, передвигается к выходу. Перемещение по коридору происходит по наклонному пути (1/200) или при помощи специального толкача, установленного со стороны загрузки и действующего от отдельного привода, расположенного вне сушилки. Толкач снабжен, насаженными на одну или две цепи, роликами, нажимающими на специальные упоры, приваренные к вагонеткам. Ход цепи соответствует перемещению вагонетки на ее длину.

Двери сушильной камеры должны быть герметичными. Они выполняются створчатыми, откатными или подъемными, в зависимости от свободного объема цеха. Для возврата пустых вагонеток необходим обходной путь.

Основным недостатком сушилки, показанной на рисунке 1, является неравномерность сушки по высоте вагонетки из-за расслоения теплого газа. В зависимости от температуры воздуха или топочных газов ограждение камеры делается кирпичным, бетонным или металлическим с наружной изоляцией. Длина таких сушилок более 50 м; ширина коридора определяется в основном допустимым пролетом перекрытий (обычно не более 3.5 м). Зазор между вагонеткой и стенкой камеры не должен превышать 70-80 мм. Для предупреждения возможности перетекания агента сушки над вагонеткой под ней и между боковыми стенками делают специальные уплотнения — мягкие «козырьки», которые при перемещении вагонеток могут легко отклоняться.


2 Техническая характеристика  разработанной установки

Установка сушильная туннельная предназначена для сушки дисперсного коллоидного капиллярно–пористого материала, размещаемого в поддонах, устанавливаемых на сушильных вагонетках. Основные технические характеристики установки представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные технические характеристики установки

Название величины

Значение

величины

Длина туннеля, мм

7500

Число вагонеток, находящихся одновременно в

сушильном туннеле,  шт.

1

Сушильный агент – смесь топочных газов с воздухом

Температура сушильного агента:

на входе в туннель

800

на выходе из туннеля

120

Топливо – природный газ

Теплота сгорания топлива, кДж/кг

48906

Производительность установки по готовому продукту, кг/ч

2250

Продолжительность сушки, мин

7.283

Влагосодержание объекта сушки ,%

- до сушки                      

42.8

- после сушки

10

Насыпная плотность готового продукта , кг/м3

650

Удельные расходы на сушку         

- сухого сушильного агента, кгс.в./кгвл

4.139

- теплоты, кДж/кгвл

4611

- топлива, г/кгвл

0.089

Горелки типа ГНП-6БП, шт.

2

Циклон типа ЦН15-600x2УП, шт.

1

Вентилятор, шт.

Союзхимпромэнерго ЦВВР 0.7-24 (Ц11-35) №5, n=760 об/мин, η=0.8

1

Вытяжной вентилятор, шт.

Союзхимпромэнерго ЦВВР 0.7-24 (Ц11-35) №6.3, n=725 об/мин, η=0.8

1

Электродвигатели : 4А90L6УЗ, Nуст,в=1.1 кВт, n= 1000 об/мин

1

                                 4А80В6УВ, Nуст,д= 1.5 кВт, n=1000 об/мин     

1


3  Расчеты, подтверждающие  работоспособность установки

3.1 Расчет горения топлива и параметров сушильного агента

3.1.1 Задача расчета

Рассчитать процесс горения топлива, определить коэффициент избытка воздуха, подаваемого на горение, а так же энтальпию, влагосодержание и объем смеси  на входе в сушильный туннель для летнего и зимнего периода года.

3.1.2 Исходные данные

3.1.2.1 Летний режим

а) температура  

   - сушильного агента на входе в туннель tсм=800 oС;

   - наружного воздуха tо,л=20.9 oС;

   - топлива tТ=20.9 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=60%;

в) барометрическое давление Вл=750 мм.рт.ст.;

г) низшая теплота сгорания топлива кДж/м3н.

3.1.2.2 Зимний режим

а) температура  

   - наружного воздуха tо,з= –5.8 oС;

   - топлива tТ= –5.8oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,з=88%;

в) барометрическое давление Вз=753.3 мм.рт.ст.

3.1.3 Определяем по заданным температурам tо,л=20.9 oС и tо,з= –5.8 oС по таблицам [2] давления насыщения Pн,л=2.473 кПа и Ро,з=0.375 кПа.

3.1.4 Определяем влагосодержание do, г/кгс.в., наружного воздуха

     (1)

3.1.5 Определяем энтальпию ho, кДж/кгс.в., наружного воздуха по формуле

,    (2)

где Ссв – удельная массовая теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг∙К);

 ro –  удельная теплота парообразования при температуре 0оС, кДж/кг;

 Сп – удельная массовая теплоемкость перегретого пара, содержащегося во влажном воздухе, кДж/(кгК).

кДж/(кг∙К),

кДж/(кг∙К)

3.1.6 Определяем плотность природного газа при нормальных условиях. Так как состав его задан в процентах по объему, то считая эту смесь идеальным газом, можно записать

ρТ=ri.ρi,                               (3)

где ri – объемные доли компонентов природного газа;

     ρ i – плотности этих компонентов при норамальных условиях, кг/м3.

3.1.7 Определяем низшую удельную массовую теплоту сгорания Qнр, кДж/кг, природного газа

,                          (4)

3.1.8 Поскольку состав топлива задан в процентах по объему, то пересчитаем его в процентах по массе

                       (5)

где  

 

;

;

;

;

;

;

.

3.1.9 Определяем высшую теплоту сгорания природного газа Qвр, кДж/кг, по соотношению

    ,                  (6)

;

3.1.10 Определяем теплоемкость природного газа СТ, кДж/(кг∙К), считая его смесью идеальных газов. Теплоемкость смеси Ссм, кДж/(кг∙К)

Cсм=ΣmiCi,                              (7)

где теплоемкости Сi компонентов могут быть рассчитаны по соотношению Ci=Cμ/ρi. Здесь Сμ=37.68 кДж/(кмоль.К) и Сμ=29.31 кДж/(кмоль.К) – мольные теплоемкости при постоянном давлении для многоатомных и двухатомных газов;

3.1.11 Определяем теоретически необходимое количество сухого воздуха Lo,  кгс.в./кгт-ва, для сжигания 1 кг топлива

,      (8)

кгс.в./кгт-ва.

3.1.12 Определяем энтальпию водяного пара iп, кДж/кг, содержащегося в продуктах сгорания

     iп=2500+1.97.tСМ,                                  (9)

iп=2500+1.97∙800=4076 кДж/кг;

3.1.13 Определяем теплоемкость сухих продуктов сгорания CСГ, кДж/(кгК) при tсм=800 oC

          ,                         (10)

где - молекулярная масса воздуха, кмоль/кг.

,

 .

3.1.14 Определяем общий коэффициент избытка воздуха , необходимый для получения газов с температурой tсм=800 oC.

(11)

где WТ – масса водяного пара, содержащегося в газе, кг/м3,

;

.

3.1.15 Определяем массовый состав сухих газов в продуктах сгорания:

,           (12)

,        (13)

.                     (14)

где CO, CO2, N2, CmHn – составляющие природного газа в процентах по массе.

а) летний режим

;

;

.

б) зимний режим

;

;

.

3.1.16 Определяем массу сухих газов в продуктах сгорания GСГ, кгс.г./кгт-ва, приходящихся на 1кг газообразного топлива

 ,                   (15)

3.1.17 Определяем теплоемкость сухих газов ССГ, кДж/(кг∙К), в продуктах сгорания

                (16)

где теплоемкости составляющих газов определяются при tсг=tсм по данным      табл. П.1.3. [2]

;   ;   .

а) летний режим

.

 

б) зимний режим

.

3.1.18 Определяем массу водяного пара Gп, кг/кгт-ва, в продуктах сгорания

                        (17)

;

.

3.1.19 Определяем влагосодержание смеси dсм, г/кгс.в., на  входе в сушильный туннель

                                          (18)

3.1.20 Определяем энтальпию топочных газов hсм, кДж/кг, на входе в сушильный туннель

а) летний режим

   ,                      (19)

;

  Энтальпия топочных газов может быть так же с достаточной степенью точности быть определена по соотношению:

               (20)

.

б) зимний режим

.

  Энтальпия топочных газов может быть так же с достаточной степенью точности быть определена по соотношению (20)

.

3.1.21 Определяем плотность сухих газов см, кг/м3н,  по формуле

,                (21)

;

.

3.1.22 Определяем объем сухих газов VСГ, м3/кг, исходя из следующего выражения

 ,            (22)

;

.

3.1.23 Определяем полный объем смеси Vсм, м3н/кгт-ва  

   ,                  (23)

;

.

3.1.24 Определяем объем смеси Vo, м3н/кгс.г. на 1 кг сухих газов

,                            (24)

Рисунок 2  – Состояние сушильного агента на входе в сушильный туннель.


3.2 Аналитический  расчет статики  теоретического процесса сушки

3.2.1 Задача расчета

Определить количество испаренной влаги в сушилке, общие и удельные расходы теплоты, топлива и сухих газов на сушку, а так же КПД сушильной установки.

3.2.2 Исходные данные

3.2.2.1 Летний режим

а) начальное влагосодержание объекта сушки Uo=42.8 %;

б) конечная влажность готового продукта к=10%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру     dсм,л=56.8 г/кгс.в.;

г) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

 hсм,л=1159 кДж/кгс.в.;

д) КПД топки Т=0.95;

е) производительность установки по готовому продукту G2=2500 кг/ч;

ж) температура выхода сушильного агента из туннеля t2=120 oC.

3.2.2.2 Зимний режим

а) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру dсм,з=50.2 г/кгс.в;.

б) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

hсм,з=1132 кДж/кгс.в.;

Примечание – значения не указанных величин принимают такими же как и в  летнем режиме.

3.2.3 Определяем величину начальной влажности o, %, объекта сушки:

               (25)

3.2.4  Определяем количество испаренной в установке влаги W, кг/ч:

                 (26)

.

3.2.5 Определяем значение удельной массовой теплоемкости сухих продуктов сгорания ССГ, кДж/(кгК), при температуре выхода сушильного агента из туннеля t2=120 oC по формуле (16):

Величина теплоемкостей компонентов при той же температуре

     

;

.

3.2.6 Определяем влагосодержание d2, г/кгс.в., использовав соотношение для расчета энтальпии топочных газов  и что в теоретическом процессе сушки испарение влаги из материала происходит при h=const:

                    (27)

3.2.7 Определяем удельный расход l, кгс.в./кгвл, абсолютно сухой части сушильного агента:

                  (28)

3.2.8 Определяем полный расход L, кг/ч, абсолютно сухого сушильного агента на сушку:

 ,                       (29)

3.2.9 Определяем удельный расход теплоты q, кДж/кг, на сушку в теоретической сушильной установке:

                                               (30)

3.2.10 Определяем общий расход теплоты Q, кВт, на сушку:

                            (31)

3.2.11 Определяем общий расход топлива B, кг/с, на сушку:

                        (32)

Расход топлива на сушку должен быть таким, чтобы образовавшегося сушильного агента было достаточно для выполнения им функций, как теплоносителя, так и влагоносителя. Поэтому с целью проверки правильности выполненных ранее вычислений рассчитаем общий расход топлива на сушку по соотношению:

                         (33)

3.2.12 Определяем удельный расход топлива b, кгт/кгвл., на сушку:

                        (34)

;

.

3.2.13 Тепловой КПД сушильной установки:

                           (35)

где  - удельный расход теплоты на испарение влаги из материала, кДж/кгвл.;

- энтальпия водяного пара, содержащегося в сушильном агенте, удаляемом из сушильного туннеля, кДж/кг;

Cвп=4.187 кДж/(кг∙К) – удельная массовая теплоемкость влаги, содержащейся в материале.

 Поскольку в теоретической сушильной установке температуры материала 1=2=0 oC, то  и КПД такой сушильной установки определяем из выражения:

           (36)

а) летний режим

   

 Для проверки правильности произведенных расчетов рассчитываем КПД установки по следующему выражению

            (37)

б) зимний режим

Для проверки правильности произведенных расчетов рассчитаем КПД установки по выражению (37)

Рисунок 3 – Процессы в теоретической сушильной установке.

3.3 Аналитический расчет статики действительного (с учетом потерь теплоты) процесса сушки

3.3.1 Задача расчета

Определить количество испаренной влаги в сушилке, общие и удельные расходы теплоты, топлива и сухих газов на сушку, а так же КПД сушильной установки.

3.3.2 Исходные данные

3.3.2.1 Летний режим

а) температура

  1.  наружного воздуха to=20.9 oC;
  2.  сушильного агента на выходе из туннеля t2=120 oC;

б) относительная влажность о,л=60%;

в) энтальпия наружного воздуха hо,л=45 кДж/кгс.в.;

г) атмосферное давление Bл=750 мм.рт.ст.

д) масса сухих газов в продуктах сгорания GС.Г.=46.51 кгс.г./кг;

е) энтальпия сушильного агента на входе в сушильный туннель

hсм,л=1159 кДж/кг с.г.

ж) теплоемкость транспортных устройств CТР=0.5 кДж/(кгК);

з) производительность установки по готовому продукту G2=2250 кг/ч;

и) количество испаренной влаги W=649.9 кг/ч;

к) теплоемкость материала Cм=1.08 кДж/(кг∙К);

л) удельные потери сушильной установки в окружающую среду в процентах от полного расхода теплоты на сушку a=13%.

3.3.2.2 Зимний режим

а) температура наружного воздуха to=-5.8 oC;

б) относительная влажность о,з=88%;

в) энтальпия наружного воздуха hо,з=-0.88 кДж/кгс.в.;

г) атмосферное давление Bз=753.3 мм.рт.ст.

д) масса сухих газов в продуктах сгорания GС.Г.=45.633 кгс.г./кг;

е) энтальпия сушильного агента на входе в сушильный туннель

 hсм,з=1132 кДж/кгс.г.

3.3.3 Общие замечания по расчету действительного процесса сушки

Из-за наличия потерь теплоты в действительной сушильной установке  влагосодержание d2д сушильного агента на выходе из сушильного туннеля такой установки ниже, чем в теоретической установке (d2д<d2) с такими же температурами сушильного агента на входе и выходе, что и в действительной установке. Поскольку в этом случае hсмh, то значение h2д сушильного агента на выходе из сушильного туннеля неизвестно и влагосодержание d нельзя определить так, как это было сделано при расчете теоретического процесса сушки.

Для расчета влагосодержания d используют то обстоятельство, что расход топлива на сушку должен быть таким, чтобы обеспечить расход сушильного агента, достаточный для выполнения им функций одновременно тепло- и влагоносителя. В этом случае

                 ,                 (38)

откуда следует, что:                                        (39)

где - удельный расход абсолютно сухого сушильного агента:

.                      (40)

Уравнение теплового баланса действительной сушильной установки можно записать в виде:

                         ,            (41)

где qм, qТР, q5 – удельные потери теплоты соответственно на нагрев высушенного материала, транспортных устройств для материала и в окружающую среду через ограждения сушильного туннеля, кДж/кгвл.

Учитывая, что

     q5=a.q;                      (42)

                                                  (43)

формула (41) принимает вид:

  (44)

Приравняем формулы (39) и (44) :

 (45)

Умножая правую и левую часть на 103 и разделив обе части полученного выше уравнения на l c учетом формулы (40) получаем:

(46)

Выражая d получаем окончательное соотношение:

   (47)

3.3.4 Определяем температуру материала 1, oC, поступающего в сушильный туннель для летнего режима

3.3.4.1 Определяем температуру точки росы tр, оС для состояния наружного воздуха по формуле:

                      (48)

3.3.4.2 Определяем температуру по мокрому термометру tм,оС:

а) Принимаем в первом приближении

.                        (49)

1) Определяем давление насыщения PН, бар, по соотношению

                         (50)

2) Определяем влагосодержание dм, г/кгс.в., по формуле

                                        (51)

.

3) Определяем энтальпию  по (2), кДж/кг

Погрешность при этом составит

Нет необходимости выполнять последующие приближения.

Получаем, что температура материала, поступающего в сушильный туннель в летний период года:

3.3.5  Температура материала 1, oC, поступающего в сушильный туннель для зимнего режима

3.3.6   Конечное влагосодержание Uк,%:

                             (52)

3.3.7 В переохлажденном жидком виде в материале остается только связанная влага. Свободная влага замерзает. В курсовой работе влагосодержание Uл, %, при котором в материале остается не замерзшая переохлажденная влага вычисляем по соотношению

                          (53)

3.3.8 Определяем количество замерзшей влаги Gл, кг/с, по формуле:

                (54)

где G1 – массовый расход материала, поступающего на сушку, кг/c, который определяется по соотношению:

 G1=G2+W,                   (55)

G1=2250+642.86=2893 кг/ч;

3.3.9 Определяем температуру сушильного агента 2, oC на выходе из сушильной установки:

2=t2−10 oC;

 2=120−10=110 oC.

3.3.10 Удельные потери теплоты qм на нагрев высушенного материала:

3.3.10.1 Летний период

                  (56)

3.3.10.2 Зимний период

Определяем удельные потери теплоты qм, кДж/кгв.п. на нагрев высушенного материала с учетом того, что в зимний период времени 1<0 oC и часть влаги  в объекте сушки находится в замороженном состоянии, то есть необходимы дополнительные затраты на ее размораживание

     (57)

3.3.11 Определяем массу готового продукта на одном поддоне G2П, кг, по формуле:

                            (58)

3.3.12 Определяем массовый расход транспортных устройств GТР, кг/с, из следующей зависимости:

                      (59)

где  nТ – число поддонов на тележке, шт;

mп – масса поддона, кг;

mТ – масса тележки, кг.

3.3.13 Определяем удельные потери теплоты qТР, кДж/кгв.п. на нагрев транспортных устройств:

                       (60)

где =to – температура транспортных устройств на входе   в сушильный туннель, oC.

=2 – температура на входе из сушильного туннеля, oC.

3.3.14 Определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушильного туннеля в действительном процессе сушки d, г/кгс.в., из выражения (47), которое было получено выше:

,   (61)

Так как температура t2oC, то нет необходимости проверить  реальность  существования  точки  с  параметрами  t2  и  d.

3.3.15 Определяем удельный расход абсолютно сухого сушильного агента l, кгс.в/кгвл., на  выходе из туннеля по формуле аналогичной формуле (28):

3.3.16 Определяем полный расход абсолютно сухого сушильного агента на сушку L, кг/с, по соотношению (29):

3.3.17 Определяем энтальпию сушильного агента на выходе из туннеля h, кДж/кг, по формуле аналогичной (2):


3.3.18 Определяем удельный расход теплоты q, кДж/кг, на сушку в действительной сушильной установке по (30):

3.3.18.1 Летний период

Проверка:  

  ,              (62)

где q5=a∙;

Погрешность при этом составит

3.3.18.2 Зимний период

Проверка:   

,

где q5=a.

  Погрешность при этом составит

3.3.19  Определяем общий расход теплоты на сушку Q, кВт, из соотношения по (31):

3.3.20 Определяем общий расход топлива на сушку B, кг/с по (32) и (33):

3.3.20.1 Летний период

Проверка:

Погрешность при этом составит:

.

3.3.20.2 Зимний период

Проверка: .

Погрешность при этом составит

   

3.3.21 Определяем удельный расход топлива на сушку b, г/кгвл., по формуле (34):

3.3.22 Определяем КПД действительной сушильной установки су, %, из следующих зависимостей:

3.3.22.1 Летний период

                       (63)

3.3.22.2 Зимний период

       (64)

где φл = Gл/W,

Рисунок 4 – Процесс сушки в действительной сушильной установке.

3.4 Графоаналитический расчет статики теоретического процесса сушки в сушильном туннеле

3.4.1 Задача расчета

Определить количество испаренной влаги в сушилке, общие и удельные расходы теплоты, топлива и сухих газов на сушку, а так же КПД сушильной установки.

3.4.2 Исходные данные

3.4.2.1 Летний режим

а) температура  

   1) сушильного агента на входе в туннель tСМ=800 oС;

   2) наружного воздуха tо,л=20.9 oС;

б)  относительная влажность наружного воздуха о,л=60%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру dсм,л=56.8 г/кгс.в.;

г) температура выхода сушильного агента из туннеля t2=120oC.

3.4.2.1 Зимний режим:

а) температура  наружного воздуха tо,з=-5.8 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,з=88%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру dсм,з=50.2 г/кгс.в..

3.4.3 Общие замечания по выполнению графоаналитического расчета статики теоретического процесса сушки

Суть графоаналитического расчета статики сушки состоит в построении на  h-d-диаграмме по известным параметрам сушильного агента изображения процессов, протекающих в сушильной установке и вспомогательных линий; измерений длин соответствующих отрезков изображения; вычисления на основании этих измерений удельных расходов сушильного агента и теплоты на сушку.

В теоретическом процессе сушки температуры объекта сушки на выходе и входе сушильной камеры одинаковы и равны 1=2=0 oC. Следовательно, при протекании в сушильном туннеле адиабатного процесса испарения влаги из первого закона термодинамики вытекает, что в этом процессе h=const, т.е. h2=hсм.

3.4.4 Определяем длины характерных отрезков, построенных на диаграмме

3.4.4.1 Летний период

Процессы, протекающие в рассчитываемой установке, строим в h-d– диаграмме  так. По значениям to=20.9oC и o=60% наносим точку А. По значениям tсм=800oC и dсм=56.8 г/кгс.в. наносим точку М, характеризующую состояние сушильного агента на входе в туннель. Из точки М проводим изоэнтальпу MC до пересечения в точке С с изотермой t2=120 oC. Соединяем прямой точки А и М. Ломаная АМС представляет собой изображение процессов, протекающих в рассматриваемой установке. Из точки А проводим вертикаль do=const до пресечения с изоэнтальпой hсм=const (с продолжением линии МС) в точке В. Из точки М проводим вниз вертикаль dсм=const  до пресечения в точке D с горизонталью, проведенной из точки С. Измеряем длину отрезков АВ=499 мм и CD=300 мм, устанавливаем масштабный коэффициент по оси влагосодержаний      d=1 г/(кгс.в.∙мм) и h=0.5 ккал/(кгс.в.∙мм).

3.4.4.2 Зимний период

Процессы, протекающие в рассчитываемой установке, строим в h-d-диаграмме так. По значениям to=-5.8oC и o=88% наносим точку А. По значениям tсм=800oC и dсм=50.2 г/кгс.в. наносим точку М, характеризующую состояние сушильного агента на входе в туннель. Из точки М проводим изоэнтальпу MC до пересечения в точке С с изотермой t2=120 oC. Соединяем прямой точки А и М. Ломаная АМС представляет собой изображение процессов, протекающих в рассматриваемой установке. Из точки А проводим вертикаль do=const до пересечения с изоэнтальпой hсм=const (с продолжением линии МС) в точке В. Из точки М проводим вниз вертикаль dсм=const  до пресечения в точке D с горизонталью, проведенной из точки С. Измеряем длину отрезков АВ=464 мм и CD=296 мм, устанавливаем масштабный коэффициент по оси влагосодержаний   d=1 г/(кгс.в.∙мм) и h=0.5 ккал/(кгс.в.∙мм).

3.4.5 Определяем масштабный коэффициент диаграммы m, кДж/г.вл., по соотношению:

                (65)

3.4.6 Определяем удельный расход абсолютно сухой части сушильного агента l, кгс.в./кгвл., по формуле:

                    (66)

3.4.7 Определяем полный расход абсолютно сухого сушильного агента на сушку L, кгс.в./с, из выражения (29):

3.4.8 Определяем удельный расход теплоты q, кДж/кг, на сушку в теоретической сушильной установке из соотношения:

                  (67)

3.4.9 Определяем общий расход теплоты на сушку Q, кВт, из соотношения (30):

3.4.10 Определяем общий расход топлива на сушку B, кг/с, по формуле (32):

  Проверяем правильность нахождения расходов топлива по следующему выражению (32) :  

3.4.11 Определяем удельный расход топлива на сушку b, г/кгвл., по  зависимости (33):

.

3.4.12 Определяем КПД теоретической сушильной установки су,%:

3.4.12.1 Летний режим

                  (68)

где длины соответствующих отрезков равны KG=460 мм, CE=357 мм.

По аналитическим расчетам СE’=d2=378.6, тогда погрешность графических построений определяем по формуле

3.4.12.2 Зимний режим

                                                                                                                       

где длины соответствующих отрезков равны KG=445 мм, CE=337 мм.

По аналитическим расчетам СE’=d2=369.4 мм, тогда погрешность графических построений определяем по формуле

Рисунок 5 – Процессы в теоретической сушильной установке.

3.5 Графоаналитический расчет статики действительного (с учетом потерь  теплоты) процесса   сушки в сушильном туннеле

3.5.1 Задача расчета

Определить количество испаренной влаги в сушилке, общие и удельные расходы теплоты, топлива и сухих газов на сушку, а так же КПД сушильной установки.

3.5.2 Исходные данные

3.5.2.1 Летний режим

а) температура  

   1)сушильного агента на входе в туннель tСМ=800 oС;

   2)наружного воздуха tо,л=20.9 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=60%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру dсм,л=56.8 г/кгс.в.;

г) температура выхода сушильного агента из туннеля t2=120oC.

3.5.2.1 Зимний режим

а) температура  наружного воздуха tо,з=-5.8 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=88%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру dсм,з=50.2 г/кгс.в..

3.5.3 Общие замечания по выполнению графоаналитического расчета статики действительного процесса сушки

Основное затруднение этого расчета состоит в построении политропы действительного процесса сушки, так как по значению температуры t2=120 oC сушильного агента на выходе из туннеля  нельзя нанести на h-d-диаграмме точку, характеризующую состояние сушильного агента. Избежать это затруднение можно – для этого необходимо построить луч политропы реального процесса сушки. Поэтому для начала необходимо построить процессы в теоретической сушильной установке, как это было сделано выше (П.3.3.4), а затем с помощью ниже приведенной методики построить действительный процесс сушки.

3.5.4 Строим действительный процесс и определяем длины характерных отрезков, построенных на диаграмме

3.5.4.1 Летний период

Измерим длину отрезка АВ=499 мм и отложим от точки В вниз по линии do=const отрезок BP=a.AB=0.13∙499=65 мм. Через точку Р проходит изоэнтальпа hсм,у, которая пресекает линию dсм=сonst в точке N. Далее на изоэнтальпе hсм,у выбираем произвольную точку е, проводим через эту точку горизонталь ef=101 мм и вычисляем длину отрезка eE по соотношению

               (69)

где

мм.

Так как  1<0, то отрезок еЕ откладываем от точки е вниз. Наносим точку Е, соединяем точки N и E прямой и продлеваем эту прямую до пересечения с изотермой t2=const и в точке Сд, характеризующей состояние сушильного агента на выходе из туннеля. Соединяем прямой точки Сд и М. Линия МСд – политропа действительного процесса сушки. Из точки Сд проводим горизонталь СдD до пересечения ее в точке D с линией dсм=соnst и в точке F  c линией do=const.

По полученным выше построениям определим соответствующие длины отрезков: СдD = 229 мм; AS =499 мм; KG =369 мм; CдF =288 мм.

3.5.4.2 Зимний период

Измерим длину отрезка АВ=464 мм и отложим от точки В вниз по линии do=const отрезок BP=a∙AB=0.13∙464=60.3. Через точку Р проходит изоэнтальпа hсм,у, которая пересекает линию dсм=сonst в точке N. Далее на изоэнтальпе hсм,у выбираем произвольную точку е, проводим через эту точку горизонталь ef=92 мм и вычисляем длину отрезка eЕ по формуле (71), где

Так как  1<0, то отрезок еЕ откладываем от точки е вниз. Наносим точку Е, соединяем точки N и E прямой и продлеваем эту прямую до пересечения с изотермой t2=const и в точке Сд, характеризующей состояние сушильного агента на выходе из туннеля. Соединяем прямой точки Сд и М. Линия МСд – политропа действительного процесса сушки. Из точки Сд проводим горизонталь СдD до пересечения ее в точке D с линией dсм=соnst и в точке F  c линией do=const.

   По полученным выше построениям определим соответствующие длины отрезков: СдD=200 мм; AS=382 мм; KG=323 мм; CдF=250 мм.

3.5.5 Определяем удельный расход абсолютно сухой части сушильного агента l, кгс.в./кг влаги:

,      (70)

3.5.6 Определяем полный расход L, кгс.в./с, абсолютно сухого сушильного агента на сушку из соотношения (29):

3.5.7 Определяем удельный расход теплоты q, кДж/кг, на сушку в действительной сушильной установке по формуле:

,      (71)

;

3.5.8 Определяем общий расход теплоты на сушку Q, кВт, из выражения (31):

3.5.9 Определяем общий расход топлива на сушку B, кг/с, по формуле (32):

  Проверка расхода топлива на сушку производится по формуле (33):

3.5.10 Определяем удельный расход топлива на сушку b, г/кгвл., из соотношения (34):

,

3.5.11 Тепловой КПД сушильной установки

3.3.11.1 Летний период

                       (72)

.

3.3.11.2 Зимний период

    (73)

Рисунок 6 – Процессы в действительной сушильной установке.

3.6 Расчет длительности процесса   сушки

3.6.1 Задача расчета

Определить длительность процесса сушки в действительной сушильной установке, используя метод А.В. Лыкова.

3.6.2 Исходные данные

3.6.2.1 Летний период

а) начальное влагосодержание объекта сушки Uo=42.8%;

б) конечная влажность готового продукта к=10%;

в) равновесная влажность р=7%;

г) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру dсм,л=56.8 г/кгс.в.;

д) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

hсм,л=1159 кДж/кгс.в.;

е) скорость движения сушильного агента в туннеле на участке, соответствующему первому периоду сушки vo=2 м/с;

ж) характерная длина материала (определяющий размер) в направлении обтекания его сушильным агентом lo=0.9 м;

з) температура сушильного агента на входе в туннель tСМ=800oС;

и) барометрическое давление Вл=750 мм.рт.ст.;

к) температура наружного воздуха tо,л=20.9oС;

л) температура сушильного агента на выходе из туннеля t2=120oC.

3.6.2.2 Зимний период

а) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру dсм,з=50.2 г/кгс.в.

б) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

hсм,з=1132 кДж/кгс.в.;

в) барометрическое давление Вз=753.3 мм.рт.ст.;

г) температура наружного воздуха tо,з=-5.8 oС.

3.6.3 Определяем относительный коэффициент сушки , %-1, по формуле:

                  (74)

3.6.4 Определяем конечное влагосодержание Uк, %, по соотношению:

                (75)

.

3.6.5 Определяем равновесное влагосодержание Uр, %, из выражения:

               (76)

3.6.6 Определяем приведенное критическое влагосодержание объекта сушки Uкр,л, %, по следующей зависимости:

                     (77)

3.6.7 Определяем влагосодержание сушильного агента d12, г/кгс.в., вдали от поверхности испарения объекта сушки в конце первого периода сушки по формуле:

               (78)

;

.

3.6.8 Зная характер процесса сушки, используя диаграмму по полученному выше значению d2I определяем параметры, необходимые для дальнейшего расчета:

а) температура сушильного агента в конце первого периода сушки

 t2I,л=505oC, t2I,з=520 oC.

б) влагосодержание сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в начале первого периода сушки dпм1,л=426 г/кгс.в., dпм1,з=415 г/кгс.в.;

в) влагосодержание сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в конце первого периода сушки dпм2,л=390 г/кгс.в., dпм2,з=367 г/кгс.в.;

г) температура сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в начале первого периода сушки  tпм1,л=tсм,лм=77oC, tпм1,з=tсм,зм=76oC;

д) температура сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в конце первого периода сушки  tпм2,л=t2Iм=75oC, tпм2,з=t2I,зм=73oC.

3.6.9 Определяем энтальпию сушильного агента h2I, кДж/кг, на выходе из зоны  I-го периода сушки из соотношения

      (79)

3.6.10 Определяем для значение температуры t2I, оС, сушильного агента в конце первого периода сушки по выражению

           (80)

;

.

Определим погрешность между температурами найденными по диаграмме и аналитически:

   ,       (81)

;

.

В дальнейших расчетах будем пользоваться такими температурами сушильного агента в конце первого периода сушки

,

.

3.6.11 Определяем определяющую температура tм, oC, по формуле

           (82)

 

       

3.6.12 Определяем   движущую  силу  процесса  массообмена d1, г/кгс.в.,  в  начале  первого периода сушки по формуле:

                        (83)

;

.

3.6.13 Определяем движущую  силу  процесса  массообмена  d2, г/кгс.в.,   в конце   первого периода сушки по следующей зависимости:

                                                                    (84)

;

3.6.14 Определяем среднюю движущую силу dср, г/кгс.в., процесса массообмена в первом периоде сушки по соотношению:

                                                       (85)

3.6.15 Определяем по таблицам термодинамических свойств воздуха [10] коэффициент кинематической вязкости o, м2/с, при нормальных условиях  и пересчитываем его на условия расчета по формуле:

                (86)

3.6.16 Определяем критерий Рейнольдса Re по соотношению:

           (87)

Так как то коэффициенты в формуле для нахождения числа Шервуда равны A=0.0248, m=0.9.

3.6.17 Определяем коэффициент диффузии паров влаги в воздух D, м2/c, по следующему выражению:

            (88)

3.6.18 Определяем критерий Шмидта Sc по следующей зависимости:

                                 (89)

;

.

3.6.19 Определяем абсолютную температуру поверхности материала по соотношению:

             (90)

3.6.20 Определяем критерий Гухмана Gu по формуле:

                  (91)

3.6.21 Определяем температурный фактор  из следующего выражения:

          (92)

3.6.22 Определяем число Шервуда Sh по уравнению Нестеренко:

       (93)

;

3.6.23 Определяем коэффициент массообмена c, м/с, отнесенный к разности концентраций паров влаги у поверхности объекта сушки и вдали от нее, по соотношению:

                     (94)

;

3.6.24 Определяем коэффициент массообмена d, кгс.в./(м2∙с), отнесенный к разности влагосодержаний сушильного агента у поверхности материала и вдали от нее по формуле:

               (95)

где  − газовая  постоянная для воздуха;

3.6.25 Определяем интенсивность испарения jI, кг/(м2∙с), из выражения:

                                                                       (96)

3.6.26 Определяем скорость сушки в первом периоде N, с-1, по формуле:

                  (97)

3.6.27 Определяем общую длительность сушки , с, из следующего соотношения:

                      (98)

Рисунок 7 – К расчету длительности сушки.

3.7 Расчет размеров сушильного туннеля

3.7.1 Задача расчета

Определить основные габаритные размеры сушильного туннеля и число тележек, одновременно находящихся в туннеле.

3.7.2 Исходные данные

а) производительность установки по готовому продукту G2=0.625 кг/с;

б) масса готового продукта на одном поддоне G2п=26.676 кг;

в) число поддонов на тележке nТ=30 шт;

г)  длительность сушки  =436 с;

д) барометрическое давление Вл=750 мм.рт.ст.;

е) температура сушильного агента на выходе из туннеля t2=120oC.

ж) скорость движения сушильного агента в туннеле на участке, соответствующему первому периоду сушки vo=2 м/с;

з) температура  сушильного агента на входе в туннель tСМ=600 oС;

и) расход топлива в зимний период Вт=0.019 кг/с.

3.7.3 Определяем длину туннеля , м, без учета длины тамбуров загрузки и выгрузки по формуле:

          (99)

где   м – общая    длинна    тележки    с    промежутками    между соседними тележками;

3.7.4 Определяем число тележек zT, шт, одновременно находящихся в сушильном туннеле по формуле:

            (100)

Принимаем число тележек  zT=1 шт.

3.7.5 Общее число тележек Z, шт, с учетом того, что две тележки находятся в тамбурах загрузки и выгрузки определяем по соотношению:

z=zT+2,   

z=1+2=3 шт.

3.7.6 Определяем площадь поперечного сечения Fзагр, м2, загроможденного поддонами, из выражения:

                   (101)

где bп=0.912 м, сп=0.05 м – размеры поддонов.

3.7.7 Определяем объемны расход сушильного агента , м3/с,  при  минимальном значении давления В=Bл =750 мм.рт.ст. и температуре tсм =800оС из следующей зависимости:

          (102)

3.7.8 определяем количество влаги испарившейся за первый период сушки

     

где   −  влажность сушильного агента в конце первого периода сушки, может быть рассчитана по соотношению:

               (103)

        

      

3.7.9 Определяем объемныq расход  сушильного  агента , м3/с,  при температуре t21 = 520оС из следующей зависимости:

              (104)

3.7.10 Определяем средний объемный расход  сушильного агента , м3/с, по  длине туннеля, считая, что закон изменения объемного расхода по длине туннеля линейный

                (105)

3.7.11 Определяем площадь свободного сечения канала Fсв, м2

            (106)

где vo – скорость движения сушильного агента в туннеле.

3.7.11 Определяем общую площадь сечения канала F, м2, по выражению

              (107)

Рисунок 8 – Схема расположения поддонов на тележке

3.7.12 Определяем ширину зазора з, м, между тележкой и стенками туннеля без учета загромождения сечения конструктивными элементами тележки по формуле:

              (108)

Получаем   

.

Проверка

                                             (109)

1-ый корень:

;

2-ой корень:

.

3.7.13 Определяем общую длину сушильного туннеля LТ, м, по соотношению

                     (110)

где Lз, Lв – длина тамбуров соответственно загрузки и выгрузки, м, принятая с учетом того, чтобы в тамбуре могла свободно разместиться тележка.


4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования

4.1 Общие замечания

Сушильная установка любого типа состоит из ряда элементов, которые по значимости выполняемых ими функций условно делят на основные и вспомогательные. Наиболее полно и характерно такое деление представлено для конвективных сушильных установок, основной элемент которых - сушильная камера различного типа. К вспомогательному оборудованию относят: устройства для получения сушильного агента с заданной температурой (паровые, газовые или огневые, электрические калориферы; топки и сожигательные устройства); источники теплоты, расположенные внутри сушильной камеры (в том числе инфракрасные и диэлектрические нагреватели); тягодутьевые устройства, обеспечивающие перемещение сушильного агента в установке и удаление из нее влаги, испаренной из объекта сушки (вентиляторы, воздуходувки, дымососы» эжекторы, вытяжные трубы); пылеулавливающие устройства для частиц пылевидного уноса ценных, токсичных и других материалов, загрязняющих сушильный агент, выбрасываемый в атмосферу (циклоны, фильтры, дымососы-пылеуловители и др.); устройства для утилизации теплоты отработавшего сушильного агента (теплообменники, тепловые насосы и др); устройства для загрузки, выгрузки и транспортировки материала через сушильную камеру (питатели, дозаторы, затворы, конвейеры, транспортеры, тележки и др; устройства для предварительного нагрева материала перед сушкой и охлаждения после сушки. К вспомогательному относят также оборудование, специфичное для отдельных способов сушки (например, сушка сублимацией) или типов сушильных установок (например, вакуум-сушилки, сушилки с замкнутой циркуляцией сушильного агента и др.).
Вспомогательное оборудование составляет значительную часть оборудования сушильной установки, а правильность его расчета и подбора, надежность его работы определяют надежность и эффективность работы сушильной установки. При оценке совершенства сушильной установки показатели ее производительности и удельных затрат необходимо относить ко всей установке в целом, с учетом вспомогательного оборудования. Это особенно необходимо в случае установок, оснащенных сложным вспомогательным оборудованием.

Различают стандартное и нестандартное вспомогательное оборудование. Стандартное оборудование подбирают с помощью каталогов на основании оценочных расчетов по упрощенным методикам. Нестандартное оборудование рассчитывают по методикам, приведенным в специальной литературе. Там же изложены методики механических конструктивных расчетов, расчетов конвейеров, приводов сушильных установок и др.

В курсовой работе необходимо подобрать к рассчитываемой сушильной установке наиболее типичные элементы вспомогательного оборудования, циклон, сожигательное устройство, вентилятор, дымосос и приводные электродвигатели.


4.2 Выбор сожигательных устройств

4.2.1 Задача выбора

На основе выше полученных результатов подобрать сожигательное устройство, способное обеспечить сжигание топлива. Для рассчитываемой сушильной установки подобрать типоразмер и количество нормализованных горелок типа ГНП конструкции Теплороекта с улучшенным смешением для сжигания природного газа низкого давления.

4.2.2 Исходные данные

а) зимний расход топлива BТ=0.019 кг/с;

б) плотность топлива при нормальных условиях Т=0.726 кг/м3н;

в) избыточное давление газа перед горелкой PГ=1.6 кПа.

4.2.3 Определяем объемный расход газа, поступающего на горелки VT, м3/ч, по формуле:

               (111)

где Bo=101.3 кПа – нормальное атмосферное давление.

4.2.4 Принимаем число горелок n=2 шт для обеспечения надежности работы камеры сгорания и удобства регулирования. Количество горелок выбирается с учетом того, чтобы производительность единичной горелки была не менее 60% от номинальной.

4.2.5 Определяем  пропускную способность каждой из горелок , м3/с, по соотношению:

                ,              (112)

4.2.6 По значению и PГ=1.6 кПа определяем по номограмме рис. 5.9.[4]  для одноструйных горелок тип грелочного устройства:

Горелка типа - ГНП-6БП.

4.2.7 Для выбранного типоразмера по рис. 5.11.  [4] определяем необходимое избыточное давление воздуха перед горелкой Pв,о=0.5 кПа.

4.2.8 Определяем необходимое давление воздуха при температуре окружающей среды Pв, кПа, по следующей зависимости

                             (113)


4.3 Выбор пылеосадительных устройств

4.3.1 Задача подбора

Необходимо выбрать из стандартного ряда пылеочистительное устройство – циклон, которое производило очистку уходящего из туннеля сушильного агента.

4.3.2 Исходные данные

а) температура газов, уходящих из туннеля t2=120oС;

б) абсолютное давление окружающего воздуха Во,л=750 мм.рт.ст.;

в) полный объем сушильного агента при нормальных условиях;

Vсм=38.985 м3н/кгт-ва.;

г) зимний расход топлива BТ=0.019 кг/с;

4.3.3 Определяем абсолютную температуру воздуха в циклоне Tц, К, по формуле:

     Tц=(t2−5)+273,           (114)

Tц=(120−5)+273=388 К.

4.3.4 Принимаем абсолютное давление воздуха в циклоне

Pцо,л=750 мм.рт.ст..

4.3.5 Определяем объемный расход сушильного агента через циклон Vц, м3/ч, из  следующего выражения:

            (115)

4.3.5 Определяем плотность сушильного агента в циклоне ц, кг/м3, по следующей зависимости:

            (116)

где o=1.293 кг/м3– плотность воздуха при нормальных условиях;

4.3.6 Задаемся  скоростью газов в циклоне wц=2.5 м/c.

4.3.7 По найденному выше значению объемного расхода сушильного агента через циклон Vц=4965 м3/ч, по каталогу подбираем циклон типа ЦН 15-600х2УП (код: 36 4651 1007) [6] с диаметром корпуса 0.6 м.

4.3.8 Определяем действительную оптимальную скорость газа в циклоне Wц, м/с, по соотношению

             (117)

4.3.9 Определяем гидравлическое сопротивление циклона Pц, Па, по формуле

                   (118)

где ц=175 – безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления   циклона.

4.4 Выбор тягодутьевых устройств

4.4.1 Задача выбора

Подобрать дутьевой и вытяжной вентиляторы для рассчитываемой сушильной установки, при условии, что дутьевым вентилятором будет преодолеваться аэродинамическое сопротивление горелочных устройств, а вытяжным вентилятором – сушильного туннеля и циклона.

4.4.2 Исходные данные

а) коэффициент избытка воздуха л=2.831;

б) теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива Lo=16.851 кгс.в./кгт-ва.;

в) расход топлива на горение Bз=0.019 кг/с;

г) влагосодержание наружного воздуха do=9.4 г/кгс.в.;

д) относительная влажность воздуха о,л=60%;

е) плотность сушильного агента см=1.303 кг/м3;

ж) объем смеси, поступающей в сушильный туннель Vсм,л=38.985 м3/кг;

з) количество испаренной влаги W=0.1785 кг/c;

и) температура сушильного агента на выходе из сушильного туннеля t2=120oC;

к) длина сушильного туннеля LТ=7.5 м;

л) потери полного давления в циклоне Pц=468 Па.

4.4.3 Расчет производительности и подбор соответствующих вентиляторов

4.4.3.1 Расчет производительности дутьевого вентилятора и его подбор

- Определяем массовый расход абсолютно сухого воздуха , кг/с, подаваемого на горение и разбавление продуктов сгорания по формуле:

           (119)

- Определяем массовый расход влажного воздуха , кг/с, подаваемого из окружающей среды, по соотношению:

        (120)

- Определяем плотность атмосферного наружного воздуха вв, кг/м3, из выражения:

          (121)

где Rв=287 кДж/(кг∙К) – газовая постоянная воздуха.

- Определяем объемный расход наружного воздуха Q*, м3/c, по формуле:

               (122)

- Определяем расчетный расход воздуха Qp*, кг/с, с учетом поправки на возможность подсоса воздуха или потерь сушильного агента в воздуховодах, газоходах и других элементах сушильной установки, из выражения:

                        (123)

где k=(1.1…1.15) – коэффициент запаса;

- Вычисляем объемную производительность вентилятора общего назначения Q, м3/ч, принимаемую в качестве аэродинамического параметра при подборе машины, по формуле:

            (124)

.

- Определяем полное давление Pv, Па, по которому следует подбирать по соотношению:

        (125)

где  Pвв) – давление воздуха при данной температуре, Па;

 ст – стандартная плотность воздуха, кг/м3;

- Подбираем по полученным выше значениям полного давления Pv=547.3 Па и объемной производительности Q=0.95 м3/c [7] центробежный вентилятор   Союзхимпромэнерго ЦВВР 0.7-24 (Ц11-35) №5 с частотой вращения диска n=760 об/мин и КПД =0.8.

4.4.3.2 Расчет производительности дымососа и его подбор.

- Определяем объемный расход сушильного агента , м3/c, на выходе из циклона при нормальных условиях по формуле:

                  (126)

- Определяем абсолютную температуру Тц, К, перед дымососом по соотношению (116):

Tц=(t2-5)+273,

Tц=(110-5)+273=388 K.

- Принимаем потери полного давления Р*<3000 Па, тогда абсолютное давление сушильного агента перед дымососом cчитаем PаВо,л.

- Определяем объемный расход сушильного агента , м3/c, приведенный к условиям на выходе из сушильной установки по формуле:

                   (127)

- Определяем объемную производительность дымососа , м3/c, с учетом поправки на возможность подсоса воздуха или потерь сушильного агента в воздуховодах, газоходах и других элементах сушильной установки, по соотношению  (125):

где k=(1.1…1.15) – коэффициент запаса;

- Определяем объемную производительность Q, м3/с, принимаемую в качестве аэродинамического параметра при подборе машины,  с учетом гарантийного запаса из выражения:

      

- Определяем полное давление Pv, Па, по которому следует подбирать дымосос по следующей зависимости:

        (128)

где RСА=10…15 (Па.с)/м – удельное сопротивление потоку сушильного агента в туннеле.

- Определяем потери полного давления Рст, Па, приведенные к рабочим условиям из выражения:

             (129)

- Определяем потери полного давления Р, Па, приведенные к стандартным условиям, по формуле:

               (130)

Так как Р*<3000 Па, тогда выше принятое условие верно и абсолютное давление сушильного агента перед вытяжным вентилятором PаВо,л.

- Подбираем по полученным выше значениям полного давления Pv=669.6 Па и объемной производительности Q=1.593 м3/c [7] дымосос Союзхимпромэнерго ЦВВР 0.7-24 (Ц11-35) №6.3 с частотой вращения диска n=725 об/мин и КПД =0.8.


4.5 Выбор приводных электродвигателей

4.5.1 Задача расчета

Подобрать приводные электродвигатели для дутьевого и вытяжного вентиляторов, обеспечивающих требуемую циркуляцию сушильного агента по сушильному тракту.

4.5.2 Исходные данные

4.5.2.1 Дутьевой вентилятор

а) объемная производительность Qв=0.95 м3/c;

б) полное давление Pv=547.3 Па;

в) КПД вентилятора в=0.8.

4.5.2.2 Дымосос

а) объемная производительность Qд,=1.593 м3/c;

б) полное давление Pv,=669.6 Па;

в) КПД дымососа д=0.8.

4.5.3 Общие замечания по выбору электродвигателей

Электродвигатель для привода вентилятора или дымососа выбирают по рассчитанной установочной мощности из перечня двигателей, рекомендованных заводом–изготовителем, тягодутьевых машин для выбранных типа вентиляторов и проверенных по условиям пуска. Вентиляторы одной и той же производительности Q комплектуют различными двигателями в зависимости от расчетного аэродинамимического сопротивления системы P*.

В сушильной технике используют в основном асинхронные односкоростные и реже двухскоростные электродвигатели. Конструктивное исполнение двигателей (открытые, защищенные, взрывобезопасные) определяется условиями, в которых они эксплуатируются. Приводной электродвигатель наравне с вентилятором определяет КПД сушильной установки.

  1.  Определяем мощность на рабочем колесе вентилятора (без учета потерь на трение) N, кBт, по формуле

                (131)

где - коэффициент сжимаемости газа в вентиляторе (=1 при Рv<9810 Па).

  1.  Определяем мощность на валу вентилятора, Nвент, кВт, по соотношению

           (132)

где мех=0.95...0.97 – механический КПД вентилятора, учитывающий потери на трение в подшипниках и диска колеса вентилятора о воздух.

.

4.5.6 Определяем мощность на валу электродвигателя Nэл, кВт, из следующего выражения

                           (133)

где п – КПД передачи от вала электродвигателя к валу вентилятора, равный 0.9…0.92 – при соединении валов вентилятора и двигателя клиноременной передачей.

.

4.5.7 Принимаем установочную мощность электродвигателя не менее

               (134)

где  Сt – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды, в которой работает двигатель;

Кз – коэффициент запаса, учитывающий пусковой момент электродвигателя, зависящий от мощности Nэл на валу двигателя и типа вентилятора.  Значения коэффициентов Кз и Сt выбирают по табл.5.14 [4]. 

4.5.8 Подбираем по справочнику [9] электродвигатели:

для дутьевого вентиляторa4А90L6УЗ, Nуст,в=1.1 кВт, n= 1000 об/мин;

для дымососа – 4А80В6УВ, Nуст,д= 1.5 кВт, n=1000 об/мин.


5
Cводка результатов расчета

Результаты ручного расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Сводка результатов расчета

Наименование показателя

Значение

Аналитика

Графоаналит.

теор.

действ.

теор.

действ.

Удельный расход абсолютно сухого сушильного агента,  кгс.в./кгвл.

3.108

3.133*

4.139

4.831*

3.333

3.378*

4.367

5*

Удельный расход теплоты на сушку, кДж/кгвл.

3462

3549*

4611

5473*

3482

3282*

4614

5394*

Удельный расход топлива на сушку, г/кгвл.

67

69*

89

106*

67

63*

89.6

106*

Тепловой КПД сушильной установки, %

79

77*

58

50.3*

77.5

84.2*

57.4

56*

    Примечание – значения, отмеченные *, относятся к зимнему режиму.

Наименование показателя

Значение

Зимний режим

Летний режим

Р а с ч е т ы    п о    т о п л и в у

Влагосодержание наружного воздуха dо, г/кгс.в.

2

9.4

Энтальпия наружного воздуха ho, кДж/кг

-0.88

45

Необходимое количество сухого воздуха Lo, кгс.в./кгт-ва

16.851

16.851

Коэффициент избытка воздуха

2.779

2.831

Масса водяного пара Gп, кг/кгт-ва

2.29

2.644

Объем смеси Vсм, м3н/кгт-ва

37.866

38.985

Влагосодержание см. dсм, г/кгс.в

50.2

56.8

Энтальпия смеси hсм, кДж/кг

1132

1159

Объем сухих газов Vсг, м3н/кгт-ва

35.021

35.701

Объем смеси на 1 кг сухих газов V0, м3/кгс.г.

0.83

0.838


Таблица 3 – Сводка результатов расчета (продолжение)

Наименование показателя

Значение

Зимний режим

Летний режим

Статика теоретического процесса сушки

Количество испаренной влаги W, кг/с

0.1785

0.1785

Полный расход сушильного агента L, кгс.в.

0.559

0.555

Удельный расход сушильного агента l, кгc.в./кгвл.

3.133

3.108

Удельный расход теплоты на сушку q, кДж/кг

3549

3462

Полный расход теплоты Q, кВт

633.8

618.3

КПД сушильной установки су, %

0.77

79

Полный расход топлива на сушку B, кг/с

0.00123

0.012

Удельный расход топлива на сушку b, кгт-ва/кгвл.

0.069

0.067

Статика действительного процесса сушки

Полный расход сушильного агента L, кг/с

0.8628

0.739

Удельный расход сушильного агента l, кгс.в./кгт-ва

4.831

4.139

Полный расход теплоты Q, кВт

975.7

821.1

Удельный расход теплоты на сушку q, кДж/кг

5473

4611

Полный расход топлива на сушку B, кг/с

0.0189

0.0159

Удельный расход топлива на сушку b, кгт-ва/кгвл.

0.106

0.089

Влагосодержание С.А. на выходе из сушильного туннеля d, г/кг

257.2

298.4

КПД сушильной установки су,%

50.3

58

Длительность процесса сушки

Критерий Рейнольдса Re

30627

30650

Кинематическая вязкость , м2

58.77∙10-6

58.73∙10-6

Число Шервуда Sh

746.998

737.767

Интенсивность испарения влаги jI, кг/(м2∙с)

0.011

0.011

Скорость сушки в 1-м пер. N, %/c

0.129

0.129

Время сушки , мин

7.267

7.267


ЛЕТО                      

  Результаты:

  Горение топлива

  Вариант: 11

  Влагосодержание наружного воздуха  D0=  9.8 г./кг с.в.

  Энтальпия наружного воздуха        H0= 45.886 кДж/кг

  Необх. количество сухого воздуха   L0= 16.85 кг с.в./кг т.

  Коэффициент избытка воздуха        Alfa=  2.78

  Масса водяного пара                Gp=  2.65 кг/кг т.

  Обьем смеси                        V см. = 38.39 м3/кг

  Влагосодержание смеси              D см.= 58.02 г/кг с.г.

  Энтальпия смеси                    H см.=1180.839 кДж/кг с.г.

  Обьем сухих газов                  V с.г.= 35.09 м3/кг т.

  Обьем смеси на 1кг сухих газов     V0 =  0.84 м3/кг с.г.

                 

Результаты:

         Вариант: 11

 Статика теоретического процесса сушки :

 Количество испаренной влаги :       W=0.178 кг/с

 Полный pасход сухих газов на сушку: L=0.555 кг с.в./с

 Удельный pасход сухих газов:     lmsg=3.114 кг с.в./кг вл

 Удельный расход теплоты :          qm=3468.687 кВт/кг вл

 Полный расход теплоты :             Q=618.293 кВт

 КПД сушильной установки :       etasu=0.789

 Полный расход топлива на сушку :   Bt=0.0120 кг топл/с

 Удельный расход топлива на сушку : bm=0.0671 кг топл/кг вл

                           Результаты:

 Вариант: 11

 Статика действительного процесса сушки :

 Полный pасход сухих газов на сушку:Ld=0.742 кг с.в./с

 Удельный pасход сухих газов:      lmd=4.153 кг с.в./кг вл

 Полный расход теплоты :            Qd=825.441 кВт

 Удельный расход теплоты :         qmd=4621.731 кВт/кг вл

 Полный расход топлива на сушку :  Btd=0.0152 кг топл/с

 Удельный расход топлива на сушку :bmd=0.0850 кг топл/кг вл

 Влагосодеpжание сушильного агента на выходе

00       из сушильного туннеля:   d2д=297.576 г/кг с.в.

 КПД сушильной установки :      etasud=0.579

               

               


   РЕЗУЛЬТАТЫ   ВЫЧИСЛЕНИЙ

                   -----------------------

  Критерий Рейнольдса   30641.98

  Кинематическая вязкость сушильного агента 0.000059 м^2/c

 Число Шервуда     737.66

 Интенсивность испарения влаги с поверхности обьекта сушки

 в первом периоде:  0.011 кг/(м^2 c)

Скорость сушки в первом периоде  0.129 %/с

  _______________________________________________________

  ВРЕМЯ СУШКИ     7.29 минут

ЗИМА

                 Результаты:

                      Горение топлива

  Вариант: 11

  Влагосодержание наружного воздуха  D0=  2.2 г./кг с.в.

  Энтальпия наружного воздуха        H0= -0.336 кДж/кг

  Необх. количество сухого воздуха   L0= 16.85 кг с.в./кг т.

  Коэффициент избытка воздуха        Alfa=  2.78

  Масса водяного пара                Gp=  2.30 кг/кг т.

  Обьем смеси                        V см. = 37.86 м3/кг

  Влагосодержание смеси              D см.= 50.41 г/кг с.г.

  Энтальпия смеси                    H см.=1142.324 кДж/кг с.г.

  Обьем сухих газов                  V с.г.= 35.00 м3/кг т.

  Обьем смеси на 1кг сухих газов     V0 =  0.83 м3/кг с.г.

                        Результаты:

  Вариант: 11

         Статика теоретического процесса сушки :

  Количество испаренной влаги :       W=0.178 кг/с

  Полный pасход сухих газов на сушку: L=0.561 кг с.в./с

  Удельный pасход сухих газов:     lmsg=3.146 кг с.в./кг вл

  Удельный расход теплоты :          qm=3563.585 кВт/кг вл

  Полный расход теплоты :             Q=635.209 кВт

  КПД сушильной установки :       etasu=0.768

  Полный расход топлива на сушку :   Bt=0.0123 кг топл/с

  Удельный расход топлива на сушку : bm=0.0689 кг топл/кг вл

                           

Результаты:

 Вариант: 11

        Статика действительного процесса сушки :

 Полный pасход сухих газов на сушку:Ld=0.877 кг с.в./с

 Удельный pасход сухих газов:      lmd=4.911 кг с.в./кг вл

 Полный расход теплоты :            Qd=993.132 кВт

 Удельный расход теплоты :         qmd=5563.764 кВт/кг вл

 Полный расход топлива на сушку :  Btd=0.0183 кг топл/с

Удельный расход топлива на сушку :bmd=0.1024 кг топл/кг вл

Влагосодеpжание сушильного агента на выходе

00       из сушильного туннеля:   d2д=253.826 г/кг с.в.

 КПД сушильной установки :      etasud=0.494

                   РЕЗУЛЬТАТЫ   ВЫЧИСЛЕНИЙ

                   -----------------------

  Критерий Рейнольдса   30628.87

 Кинематическая вязкость сушильного агента 0.000059 м^2/c

Число Шервуда     749.11

Интенсивность испарения влаги с поверхности обьекта сушки

в первом периоде:  0.011 кг/(м^2 c)

Скорость сушки в первом периоде  0.130 %/с

  _______________________________________________________

           ВРЕМЯ СУШКИ     7.27 минут

                    Вывод  результатов:

(Printer/File/Cancel)
Заключение

В данной курсовой работе был выполнен тепловой расчет конвективной туннельной сушильной установки для зимнего и летнего режимов, установлена длительность сушки, размеры сушильного туннеля, подобрано вспомогательное оборудование для установки.

Для анализа результатов расчета интересны следующие величины.

Коэффициент избытка воздуха летом больше, чем зимой. Это связано с тем, что температура наружного воздуха зимой меньше, чем летом, а это в свою очередь приводит к тому, что количество воздуха, необходимое для смешения с продуктами сгорания с целью получения заданной температуры, зимой меньше.

Удельные расходы сушильного агента, теплоты и топлива на сушку в зимний период больше. Это связано с тем, что зимой теряется больше теплоты на нагрев высушенного материала, транспортных устройств, а также больше потери в окружающую среду через ограждения сушильного туннеля.

В теоретической сушильной установке КПД не равен единице из-за того, что температура воздуха в составе сушильного агента на выходе из сушильной камеры значительно превышает температуру окружающего воздуха. Это приводит к бесполезным потерям теплоты на нагрев воздуха. В действительной установке дополнительное влияние на снижение КПД оказывают потери теплоты на нагрев высушенного материала, транспортных устройств, а также потери теплоты в окружающую среду через ограждения сушильного туннеля. Утилизируя теплоту уходящего сушильного агента (например, подогревая воздух, идущий на горение) можно несколько увеличить КПД установки.

Результаты графоаналитического расчета несколько отличаются от аналитического, что видно из таблицы 3. Это связано с тем, что положение точки смеси  М зависит от того, по каким параметрам (dcм, hcм ) или (dcм, tcм ) наносится эта точка на  h-d диаграмму. Расхождение в положении точки М обусловлено различием числовых значений удельных массовых теплоемкостей сухого воздуха и перегретого водяного пара, принятых при вычислении hcм в аналитическом расчете, от тех которые были приняты при построении h-d – диаграммы. Так как задана высокая температура смеси  tcм=800С, то эти расхождения относительно большие. Так же на полученное различие влияет неточность построения.

Длительность сушки в летний и зимний период одинаковы. Это связано с очень незначительным отличием основных величин, входящих в расчет длительности сушки. А вообще длительность сушки зимой может быть как больше, так и меньше, чем летом.

При расчете размеров сушильного туннеля величина зазоров между тележкой и стенками туннеля получилась отрицательной,  что невозможно. Это означает, что свободного пространства между поддонами более чем достаточно для обеспечения заданной скорости сушильного агента. Для корректировки величины зазоров нужно менять количество поддонов и размер тележек для достижения нужного результата, то есть принимать новое техническое решение, но в данном учебном расчете мы этого не делаем.

Подбор вспомогательного оборудования производился из следующих соображений.

Количество горелок мы приняли равным пяти, что обеспечивает удобство регулирования, а также позволяет производить ремонт горелок без остановки сушильной установки.

Циклон ЦН-15 обеспечивает хорошую степень улавливания при относительно небольшом гидравлическом сопротивлении. Это наиболее универсальный тип циклонов, предназначенных для сухой очистки газа, имеющих высокие показатели надежности и коэффициента эффективности при простоте и дешевизне конструкции.

Выбор типа вентилятора определяется конструктивными особенностями сушильной установки, ее аэродинамическим сопротивлением, количеством и температурой перемещаемого сушильного агента. Подбор производится по индивидуальным аэродинамическим характеристикам машин разных серий. Эти характеристики позволяют определить номер машины в серии и частоту вращения рабочего колеса. Решение о выборе типа машины принимается на основании анализа технических характеристик машин разных типов. Из всех имеющихся индивидуальных характеристик отбираются те, которые соответствуют машинам, обеспечивающим заданные Pv и Q. Из отобранных вентиляторов останавливаемся на работающем с наибольшим КПД.

Тип электродвигателя для привода вентилятора или дымососа выбирался по требуемой мощности и максимальному КПД.

Компьютерный расчет сушильной установки подтвердил правильность расчета, выполненного вручную. Незначительная погрешность, наблюдаемая при сравнении результатов, связана в основном с округлением полученных при  ручном расчете результатов.


Литература

1. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Сушильные установки» для студентов специальности «Промышленная теплоэнергетика» / Сост. В.М.Минаковский. – Киев: КПИ, 1984. –60 с.

2. Методические указания к выполнению домашних заданий и контрольных работ по дисциплине «Сушильные установки» для студентов специальности «Промышленная теплоэнергетика» / Сост. В.М.Минаковский. – Киев: КПИ, 1986.– 60 с.

3. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Сушильные установки» для студентов специальности «Промышленная теплоэнергетика» / Сост. В.М.Минаковский. – Киев: КПИ, 1987. – 51 с.

4. Методические указания к домашним заданиям и контрольным работам по дисциплине «Сушильные установки» для студентов специальности «Промышленная теплоэнергетика» / Сост. В.М.Минаковский. – Киев: КПИ, 1987.– 51 с.

5. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергетика, 1972. 320 с. – ил.

6. Газоочистное оборудование: Каталог. –М. : ЦИНТИхимнефтемаш, 1981. –73с.

7 Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы: справоч-ник.– М. : Машиностроение, 1980. –175 с.

8. Лыков А.В. Сушка в химической промышленности. –М.: Химия, 1970. 432с., ил.

9. Справочная книжка энергетика  /Сост. А.Д. Смирнов. – М.:Энергтя, 1978.–336 с.

10. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. Изд. 4-е перераб. –М:Энергия, 1980.-288с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67097. Карнавал квітів 25 KB
  Нарешті всі ви завітали А ми боялись заблукали Ласкаво просимо Будьте як вдома Знайомтесь з усіма що ще не знайомі. Сонечко: За горами за лісами За широкими полями Серед квітів і дерев Став палац там неосяжний. Король квітів: Познайомити вже час з вихователями вас.
67098. Свято до дня Валентина «Карнавал квітів» 1.97 MB
  Oh, endless sky, full of light and stars at night Bless our hearts and make them bright We ask for love, on lap we praise Get down here, with all your grace. З'являється "Her Majesty, Love". (господарка свята) - Joy, happiness, beauty I'll send to your hearts I'll make you be sweethearts
67099. Гори Карпати 175.5 KB
  Мета: продовжувати формувати уявлення про природу України поняття гори; сформувати поняття Карпатські гори; формувати навички роботи з картами схемами зошитом підручником; розвивати пізнавальний інтерес спостережливість творчі навички; виховувати любов та дбайливе ставлення до природи патріотичні та естетичні почуття.
67100. Україна на карті. Найбільші міста України 166 KB
  Загальнопізнавальні цілі: продовжити формувати уявлення учнів про географічне розміщення України її кордони сусідство з іншими країнами; ознайомити з історико етнографічними регіонами та найбільшими містами України. Фізична карта України Розуміння знає розташування України знаходить її столицю на карті...
67103. Загальношкільний захід учнів 1-4 класів, присвячений Дню Збройних Сил України 57 KB
  А першими захисниками нашої неньки України були козаки. Демонструйте свою спритність Розум а ще вроду Щоб гриміло: разом Козацькому роду нема переводу Козаки Сини Твоєї Батьківщини В них сила духу непоборна Козацтво слава України Це гордість наша всенародна Зустрічайте наших учасників звучить марш...
67104. НАЩАДКИ КОЗАЦЬКОЇ СЛАВИ 843 KB
  Державний та козацький прапори дозволяється внести учням 4-а класу Онищіку Михайлу; бронзовому призеру Донецької обл. по военно-спортивному многоборью.та учню 4-б класу Гладкову Дані; бронзовому призеру чемпіону Європи "Боевое многоборье"
67105. Труднощі навчання в школі, конфліктні ситуації з учителем, труднощі під час письма 40.5 KB
  Мета: формувати уявлення дітей про труднощі навчання в школі, конфлікти з учителем, труднощі, які виникають під час засвоєння навиків письма; розвивати уміння аналізувати ситуацію, робити висновки; виховувати почуття доброти, співпереживання, милосердя...