43166

Тепловой расчет конвективной туннельной сушильной установки для зимнего (январь) и летнего (июль) периода

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Выполнить тепловой расчет конвективной туннельной сушильной установки, определить длительность сушки, размеры установки, выбрать вентилятор для подачи наружного воздуха, дымосос, циклон и сожигательное устройство, на основании следующих данных.

Русский

2013-11-06

1.57 MB

5 чел.

Установка сушильная туннельная

Задание №5 на курсовую работу по дисциплине “Теплотехнологические процессы и установки”.

Выполнить тепловой расчет конвективной туннельной сушильной установки, определить длительность сушки, размеры установки, выбрать вентилятор для подачи  наружного воздуха, дымосос, циклон и сожигательное устройство, на основании следующих данных.

Сушильная установка расположена в населенном пункте, в котором параметры наружного воздуха зимой (январь): , ,

мм.рт.ст. и летом (июль): , ,  мм.рт.ст.

Сушильным агентом служит смесь топочных газов с наружным воздухом, поступающая на вход  в сушильный туннель с температурой tсм=500 oC  и используемая в нем однократно.

Топливом служит природный газ, имеющий низшую теплоту сгорания топлива на сухую массу при нормальных условиях  кДж/м3н и  состав в процентах по объему:     

CH4=92.8%;

C2H6=2.8%;

C3H8=0.9%;

C4H10=0.4%;

C5H12=0.1%;

N2=2.5%;

CO2=0.5%.

Температура топлива tТ равна температуре окружающего воздуха соответственно в январе и июле. КПД топки Т=0.95. Производительность установки по готовому продукту  G2=2000 кг/ч. Начальное влагосодержание объекта сушки Uo=0.075 кг/кг, конечная влажность готового продукта к=1%. Удельная массовая теплоемкость высушенного материала См=1.35 кДж/(кг∙К). Равновесная влажность готового продукта при параметрах сушильного агента на выходе из туннеля р=0.8%. Удельная  площадь поверхности объекта сушки Fуд=0.08 м2/кг. Материал поступает на сушку с температурой 1, равной соответственно температуре мокрого термометра при параметрах наружного воздуха летом и температуре наружного воздуха зимой. Температура высушенного материала на выходе из сушильного туннеля 2=t2t=80–10=70oC, где t2=80oC – температура сушильного агента на выходе из туннеля, t=10 oC.

Материал перемещается в сушильном туннеле с помощью транспортных устройств – тележек с поддонами – в одном направлении с сушильным агентом. Удельная массовая теплоемкость транспортных устройств Стр=0.5 кДж/(кг∙К). Температура транспортных устройств на входе в сушильный туннель  равна температуре наружного воздуха соответственно летом и зимой, а на выходе из туннеля – температуре высушенного материала, т.е. .

 


       Объект сушки находится на поддонах, размеры которых а
п×bп×сп=900×912×50 мм. Поддоны установлены на тележках, размеры которых  аТ×bТ×сТ=2200×950×1550 мм. Число поддонов на тележке nТ=30 шт. Масса поддона mп=1 кг; масса тележки mТ=10 кг.

Насыпная плотность готового продукта 2,м=650 кг/м3.

Характерная длина материала (определяющий размер) в направлении обтекания его сушильным агентом lo=0.9м.

Скорость движения сушильного агента в туннеле на участке, соответствующем первому периоду сушки vo=1.4 м/с.

Удельные потери теплоты сушильной установкой в окружающую среду q5 составляют а=11% от полного расхода теплоты на сушку q (удельного).

Сводка исходных данных для расчета приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Сводка исходных данных для расчета

Обозначение

величины

Еденицы

величены

Значение

величены

Обозначение

величины

Еденицы

величены

Значение

величены

to,з

oC

–12.2

к

%

1

o

%

89

См

КДж/(кгК)

1.35

Bз

мм.рт.ст

749

р

%

0.8

to,л

oC

19.4

Fуд

м2/кг

0.08

o

%

68

2=t2t

oC

70

Bл

мм.рт.ст

746.3

t2

oC

80

tсм

oC

500

Стр

кДж/(кг∙К)

0.5

Qнс

кДж/м3н

336553

oC

70

CH4

%

92.8

ап×bп×сп

мм

900×912×50

C2H6

%

2.8

аТ×bТ×сТ

мм

2200×950×1550

C3H8

%

0.9

nТ

шт

30

C4H10

%

0.4

mп

кг

1

C5H12

%

0.1

mТ

кг

10

N2

%

2.5

2,м

кг/м3

650

CO2

%

0.5

lo

М

0.9

Т

0.95

vo

м/с

1.4

G2

кг/ч

2000

а

%

11

Uo

кг/кг

0.075


Установка сушильная туннельная

График выполнения этапов курсовой работы

          

Раздел работы

Срок выполнения

1. Расчет горения топлива и параметров сушильного агента

14.09

2. Аналитический   расчет  статики  теоретического                    процесса  сушки                                                                        

20.09

3. Аналитический расчет статики действительного

  (с учетом потерь теплоты) процесса сушки                     

28.09

4. Графоаналитический расчет статики процесса сушки                  

04.10

5. Расчет длительности процесса   сушки                                

12.10

6. Расчет размеров сушильного туннеля и выбор вспомогательного оборудования

18.10

8. Расчеты на ЭВМ

26.10

9. Срок сдачи курсовой работы

20.11

Ознакомился с графиком выполнения работы и  получил задание на курсовую работу  01.09.2004


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 сушильным агентом. Отличительная особенность таких сушилок – неподвижность частиц материала во время сушки.

В рассматриваемых аппаратах можно высушивать как листовые и штучные материалы (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 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 пыления 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 2 и отсасывают по каналу 6. 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, насажанными 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

Длина туннеля, мм

Число вагонеток, находящихся одновременно в

сушильном туннеле,  штук

Сушильный агент – смесь топочных газов с воздухом

Температура сушильного агента,

                                                 на входе в туннель

                                                 на выходе из туннеля

Топливо – природный газ

Теплота сгорания топлива , кДж/кг

Производительность установки по готовому продукту , кг/ч

Продолжительность сушки, мин

Влагосодержание объекта сушки ,%

                      - до сушки

                      - после сушки

Насыпная плотность готового продукта , кг/м3

Удельные расходы на сушку         

        - сухого сушильного агента, (кг с.в.)/(кг.вл)

        - теплоты, кДж/кг.вл

             - топлива, г/кг.вл

Горелки типа ГНП-2БП, штук

Циклон типа ЦН-15-400х1УП, штук

Дутьевой вентилятор ОРГРЭС 0.6-126 (Ц6-40) №4, штук

Вытяжной вентилятор ОРГРЭС 0.6-126 (Ц6-40) №3.5, штук

Электродвигатели : 4A80В6УВ

                                 4А80А4УЗ

                                                                                            

7500

1

500

70

47165

2000

5.5

7.5

1.01

650

8.852

5538

111

2

1

1

1

1

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  

   1)сушильного агента на входе в туннель tсм=500 oС;

   2)наружного воздуха tо,л=19.4 oС;

   3)топлива tТ=19.4 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=68%;

в) барометрическое давление Вл=746.3 мм.рт.ст.;

г) низшая теплота сгорания топлива кДж/м3н.

3.1.2.2 Зимний режим

а) температура  

   1) наружного воздуха tо,з= –12.2 oС;

   3) топлива tТ= –12.2oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,з=89%;

в) барометрическое давление Вз=749 мм.рт.ст.

3.1.3 Определяем по заданным температурам tо,л=19.4 oС и tо,з= –12.2 oС по таблицам [2] давления насыщения Pн,л=2.2523 кПа и Ро,з=0.2131 кПа.

3.1.4 Определяем влагосодержание do, г/кг с.в., наружного воздуха

           (1)

3.1.5 Определяем энтальпию ho, кДж/кг с.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=Ci/ρi. Здесь Сi=37.68 кДж/(кмоль.К) и Сi=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,  кг с.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∙500=3465 кДж/кг;

3.1.13 Определяем теплоемкость сухих продуктов сгорания CСГ, кДж/(кгК) при tсм=500 oC

,                               (10)

где - молекулярная масса воздуха, кмоль/кг.

,

 .

 


       3.1.14 Определяем общий коэффициент избытка воздуха
, необходимый для получения газов с температурой tсм=500 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 G
СГ, 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

таблице П.1.3. [1]

;   ;   .

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=7.5 %;

б) конечная влажность готового продукта к=1%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру     

dсм,л=36 г/кгс.в;

г) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

 hсм,л=670.478 кДж/кгс.в;

д) КПД топки Т=0.95;

е) производительность установки по готовому продукту G2=2000 кг/ч;

ж) температура выхода сушильного агента из туннеля t2=80 oC.

3.2.2.2 Зимний режим

а) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру

dсм,з=28.6 г/кгс.в;.

б) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

hсм,з=644.788 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=80 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)

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 также КПД сушильной установки.

3.3.2 Исходные данные

3.3.2.1 Летний режим

а) температура

  1.  наружного воздуха to=19.4 oC;
  2.  сушильного агента на выходе из туннеля t2=80 oC;

б) относительная влажность о,л=68%;

в) энтальпия наружного воздуха hо,л=44.266 кДж/кг с.в.;

г) атмосферное давление Bл=746.3 мм.рт.ст.=99507 Па;

д) масса сухих газов в продуктах сгорания GС.Г.=79.633 кг с.г./кг;

е) энтальпия сушильного агента на входе в сушильный туннель

hсм,л=670.478 кДж/кг с.г.

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

з) производительность установки по готовому продукту G2=2000 кг/ч;

и) количество испаренной влаги W=0.036 кг/с;

к) теплоемкость материала Cм=1.35 кДж/(кгК);

л) удельные потери сушильной установки в окружающую среду в процентах от полного расхода теплоты на сушку a=11%.

3.3.2.2 Зимний режим

а) температура наружного воздуха to=-12.2 oC;

б) относительная влажность о,з=89%;

в) энтальпия наружного воздуха hо,з=-9.391 кДж/кг с.в.;

г) атмосферное давление Bз=749 мм.рт.ст.=99867 Па;

д) масса сухих газов в продуктах сгорания GС.Г.=76.035 кг с.г./кг;

е) энтальпия сушильного агента на входе в сушильный туннель

 hсм,з=644.788 кДж/кг с.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 и в окружающую среду через ограждения сушильного туннеля, кДж/кг вл.

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 формул (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/кг с.в., по формуле

                      (51)

.

  1.  По таблице П.1.3 [1] находим теплоемкость сухого воздуха

.

 4) Уточняем значение температуру по мокрому термометру tм1,оС

;

б) Принимаем во втором приближении

1) Определяем давление насыщения PН, бар, по соотношению (50)

2) Определяем влагосодержание dм, г/кг с.в., по формуле (51)

,

3) По таблице П.1.3 [1] находим теплоемкость сухого воздуха

,

 4) Уточняем значение температуру по мокрому термометру tм2,оС  

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=0.556+0.036=0.592 кг/с,

3.3.9 Удельные потери теплоты qм на нагрев высушенного материала

3.3.9.1 Летний период

                  (56)

3.3.9.2 Зимний период

Определяем удельные потери теплоты qм, кДж/кг в.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)


3.3.10 Определяем массу готового продукта на одном поддоне G
2П, кг, по формуле

                                                    (58)

3.3.11 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.

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

2=t2-10 oC;

 2=80-10=70 oC.

3.3.13 Определяем удельные потери теплоты qТР, кДж/кг в.п. на нагрев транспортных устройств

                      (60)

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

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

 

3.3.14 Определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушильного туннеля при действительном процессе сушки d, г/кг.с.в., из выражения, которое было получено выше

      (61)

   Так как температура t2=80oC, то, проверив полученную точку С(t2;d2д) по диаграмме, убедился, что она существует.

3.3.15 Определяем удельный расход абсолютно сухого сушильного агента l,

кг с.в/(кг влаги), 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 ho’, 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.q’.

Погрешность при этом составит

,

Принимаю .

3.3.18.2 Зимний период

Проверка:   

,

где q5=a.q’.

  

Принимаю .

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

,

.

Рисунок 4 – Процесс сушки в действительной сушильной

установке

3.3.21 Определяем удельный расход топлива на сушку b, г/кг вл., 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)

3.4 Графоаналитический расчет статики теоретического процесса сушки в сушильном туннеле

 3.4.1 Задача расчет

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=500 oС;

   2)наружного воздуха tо,л=19.4 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=68%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру

dсм,л=36 г/кг с.в.;

г) температура выхода сушильного агента из туннеля t2=80oC.

3.4.2.2 Зимний режим

а) температура  наружного воздуха tо,з=-12.2 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=89%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру

dсм,з=28.6 г/кг с.в.

3.4.3 Общие замечания по выполнению графоаналитического расчета статики теоретического процесса сушки

Суть графоаналитического расчета статики сушки состоит в построении в

h-d координатах 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 входе и выходе 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=19.4oC и o=68% наносим точку А. По значениям tсм=500 oC и dсм=36 г/кг с.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=80 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=287 и CD=178.5, устанавливаем масштабный коэффициент по оси влагосодержаний d=1 г/кг с.в. и h=0.5 ккал/кг с.в – по оси энтальпий.

3.4.4.2 Зимний период

Процессы, протекающие в рассчитываемой установке, строим в h-d-диаграмме так. По значениям to=-12.2oC и o=89% наносим точку А. По значениям tсм=500 oC и dсм=28.6 г/кг с.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=80 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=303 и CD=172.5, устанавливаем масштабный коэффициент по оси влагосодержаний d=1 г/кг с.в. и h=0.5 ккал/кг с.в – по оси энтальпий.

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

                 (65)

Рисунок 5 –Процессы в теоретической сушильной установке

3.4.6 Определяем удельный расход абсолютно сухой части сушильного агента l, кг с.в./кг вл., по формуле

                      (66)

3.4.7 Определяем полный расход абсолютно сухого сушильного агента на сушку L, кг с.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 (33)   

;

.

3.4.11 Определяем удельный расход топлива на сушку b, г/кг вл., по следующей зависимости (34)

3.4.12 Определяем КПД теоретической сушильной установки су,%

3.4.12.1 Летний режим

                   (68)

где длины соответствующих отрезков равны KG=270, CE=215.

.

 

По аналитическим расчетам СE’=d2=222.1, тогда погрешность графических построений определяем по формуле

 


3.4.12.2 Зимний режим

где длины соответствующих отрезков равны KG=256, CE=202.

.

 

       По аналитическим расчетам СE’=d2=212.4, тогда погрешность графических построений определяем по формуле

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=500 oС;

   2)наружного воздуха tо,л=19.4 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=68%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру

dсм,л=36 г/кг с.в.;

г) температура выхода сушильного агента из туннеля t2=80oC.

3.5.2.1 Зимний режим

а) температура  наружного воздуха tо,з=-12.2 oС;

б) относительная влажность наружного воздуха о,л=89%;

в) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру

dсм,з=28.6 г/кг с.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=80 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=287 и отложим от точки В вниз по линии do=const отрезок BP=a.AB=0.1128=31.6. 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=55.5 и вычисляем длину отрезка eE по соотношению

                   (69)

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=107; AB=287; KG=176; CдF=132.5; AS=195.

3.5.4.2 Зимний период

Измерим длину отрезка АВ=303 и отложим от точки В вниз по линии do=const отрезок BP=a.AB=0.11303=33.3. 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=53 и вычисляем длину отрезка eЕ по формуле (71), где

.

Рисунок 6 – Процессы в действительной сушильной установке

  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=84; AB=303; KG=141; CдF=112; AS=187.

3.5.5 Определяем масштабный коэффициент диаграммы m, кДж/г вл., из выражения

где h, d – масштабные коэффициенты соответственно по оси энтальпий и влагосодержаний.

3.5.6 Определяем удельный расход абсолютно сухой части сушильного агента l, кг с.в./кг влаги, по зависимости (66)

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

3.5.8 Определяем удельный расход теплоты q, кДж/кг, на сушку в теоретической сушильной установке по формуле

.

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

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

  Проверка расхода топлива на сушку производится по формуле (33)

;

.

3.5.11 Определяем удельный расход топлива на сушку b, г/кг вл. из соотношения (34)


3.5.12 Тепловой КПД сушильной установки

3.3.12.1 Летний период

                (70)

3.3.12.2 Зимний период

                                 (71)

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=7.5%;

б) конечная влажность готового продукта к=1%;

в) равновесная влажность р=0.8%;

г) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру

dсм,л=36 г/кг с.в.;

д) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

hсм,л=670.478 кДж/кг с.в.;

е) скорость движения сушильного агента в туннеле на участке, соответствующему первому периоду сушки vo=1.4 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=500oС;

и) барометрическое давление Вл=746.3 мм.рт.ст.;

к) температура наружного воздуха tо,л=19.4 oС;

л) температура сушильного агента на выходе из туннеля t2=80oC.

3.6.2.2 Зимний период

а) влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру

dсм,з=28.6 г/кг с.в.

б) энтальпия сушильного агента на входе в сушильную камеру

hсм,з=644.788 кДж/кг с.в.;

в) барометрическое давление Вз=749 мм.рт.ст.;

г) температура наружного воздуха tо,з=-12.2 oС.

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

                   (72)

3.6.4 Определяем конечное влагосодержание Uк, %, по соотношению

            (73)

.

3.6.5 Определяем равновесное влагосодержание Uр, %, из выражения

                 (74)

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

                (75)

3.6.7 Определяем влагосодержание сушильного агента dI, г/кг с.в., вдали от поверхности испарения объекта сушки в конце первого периода сушки по формуле

            (76)

,

.

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=310 oC, t2I,з=322 oC.

б) влагосодержание сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в начале первого периода сушки dпм1,л=243 г/кг с.в., dпм1,з=231.5 г/кг с.в.;

в) влагосодержание сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в конце первого периода сушки dпм2,л=203 г/кг с.в., dпм2,з=190 г/кг с.в.;

г) температура сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в начале первого периода сушки  tпм1,л=tсм,лм=63 oC, tпм1,з=tсм,зм=63 oC;

д) температура сушильного агента у поверхности испарения объекта сушки в конце первого периода сушки  tпм2,л=t2Iм=59 oC, tпм2,з=t2I,зм=58 oC.

3.6.9 Определяем определяющую температура tм, oC, по формуле

          (77)

, Tм,л=506 К;

,     Тм,з=508.8 К.

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

        (78)

.

3.6.11 Определяем для проверки правильности выше полученных результатов значение температуры t2I, оС, сушильного агента в конце первого периода сушки по выражению

        (79)

.

3.6.12 Определяем влагосодержание насыщеного сушильного агента

d1, г/кг с.в., у поверхности испарения объекта сушки в конце первого периода сушки по формуле

           (80)

,

.

3.6.13 Определяем влагосодержание насыщенного сушильного агента

d2, г/кг с.в.,  у поверхности испарения объекта сушки в начале первого периода сушки по следующей зависимости

              (81)

,

.


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

          (82)

.

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

           (83)

3.6.16 Определяем критерий Рейнольдса Re по соотношению

           (84)

 

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:

       (85)

3.6.18 Определяем критерий Шмидта Sc по следующей зависимости

        (86)

.

3.6.19 Определяем абсолютную температуру поверхности материала по соотношению

      (87)

3.6.20 Определяем критерий Гухмана Gu по формуле

              (88)

.

3.6.21 Определяем температурный фактор из следующего выражения

         (89)

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

      (90)

;

.

3.6.23 Определяем коэффициент массообмена d, кг с.в./м2с, отнесенный к разности влагосодержаний сушильного агента у поверхности материала и вдали от нее,  по формуле

            (91)

где газовая постоянная для воздуха находится по соотношению

,

Рисунок 7 – К расчету длительности сушки

3.6.24 Определяем интенсивность испарения jI, кг/м2с, из выражения

        (92)

.

3.6.25 Определяем скорость сушки в первом периоде N, %с-1, по формуле

           (93)


3.6.26 Определяем общую длительность сушки
, с, из следующего соотношения

    (94)

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

3.7.2.1 Летний период

а) производительность установки по готовому продукту G2=2000 кг/ч;

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

в) число поддонов на тележке nТ=30 шт;

г) барометрическое давление Вл=746.3 мм.рт.ст.;

д) температура наружного воздуха tо,л=19.4 oС;

е) температура сушильного агента на выходе из туннеля t2=80oC.

ж) скорость движения сушильного агента в туннеле на участке, соответствующему первому периоду сушки vo=1.4 м/с;

з) температура  сушильного агента на входе в туннель tСМ=500 oС;

3.7.2.2 Зимний период

а) барометрическое давление Вз=749 мм.рт.ст.;

б) температура наружного воздуха tо,з=-12.2 oС.

в)  длительность сушки  =558 с;

г) расход топлива        Вт =0.0026 гк/с       

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

                  (95)

где   lТ* – общая    длинна    тележки    с    промежутками    между соседними тележками, м.

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

           (96)

.

Принимаем число тележек  zT=1 шт., тогда

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

               (97)

где bп, сп – размеры поддонов, м.

3.7.7 Определяем полный  объем  сушильного  агента VCM’, м3/с,  при  минимальном значении давления В=Bл=746.3 мм.рт.ст. и температуре tсм=500оС из следующей зависимости

          (98)

3.7.8 Определяем полный  объем  сушильного  агента VCM’’, м3/кг,  при  минимальном значении давления В=Bз=759 мм.рт.ст. и температуре t2=100оС из следующей зависимости

         (99)

,

где

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

          (100)

3.7.10 Определяем площадь свободного сечения канала Fсв, м2, последующей зависимости

         (101)

где vo – скорость движения сушильного агента в туннеле.

Рисунок 8 – Схема расположения поддонов на тележке

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

              (102)

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

    (103)

.

 

Получаем  .

Проверяем правильность нахождения корней квадратного уравнения

          (104)

1-ый корень:

;

.

2-ой корень:

;

;

.


3.7.13 Определяем общую длину сушильного туннеля L
Т, м, по соотношению

               (105)

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 (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.

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


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: Bз=2.610-3 кг/с;

б) плотность топлива при нормальных условиях: Т=0.775 кг/м3н;

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

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

          (106)

где Bo=101.3 кПа – нормальное атмосферное давление.

4.2.4 Принимаем число горелок n=2 шт, каждая из которых будет обеспечивать 60% общей пропускной способности.

4.2.5 Определяем  пропускную способность каждой из горелок VTГ, м3/ч, по соотношению

,              (107)

.

4.2.6 По полученному выше значению VТГ=0.0024 м3/с и PГ=1.6 кПа определяем по номограмме для одноструйных горелок [4] тип грелочного устройства:

ГНП-2БП.

4.2.7 Для выбранного типоразмера по графику [4] определяем необходимое избыточное давление воздуха перед горелкой Pв,о=0.25 кПа.

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

           (108)

4.3 Выбор пылеосадительных устройств

4.3.1 Задача подбора

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

4.3.2 Исходные данные

а) температура газов, уходящих из туннеля t2=80oС;

б) абсолютное давление окружающего воздуха Во,л=746.3 мм.рт.ст.;

в) полный объем сушильного агента при нормальных условиях

Vсм=64.925 м3н/кг т-ва.

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

Tц=(t2-5)+273,           (109)

Tц=(80-5)+273=348 К.

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

       (110)

.

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

            (111)

где o– плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3.

;

4.3.6 Задаемся  отношением Pц/ц=500 Па.

4.3.7 Определяем предварительно величины диаметра циклона Dц и скорости потока в циклоне ц.

;

.

4.3.8 По найденному выше значению объемного расхода сушильного агента через циклон Vц=0.278 м3/c, по каталогу подбираем циклон типа ЦН 15-400х1УП  с диаметром корпуса 400 мм.

4.3.9 Определяем среднюю по сечению корпуса циклона скорость газа Wц, м/с, по соотношению

            (112)

4.3.10 Определяем гидравлическое сопротивление циклона Pц, Па, по формуле

          (113)

где ц=147 – 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=4.98;

б) теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива Lo=16.208 кг с.в./кг т-ва.

в) расход топлива на горение Bз=2.6.10-3 кг/с;

г) влагосодержание наружного воздуха do=9.732 г/кг с.в.;

д) относительная влажность воздуха о,л=68%;

е) плотность сушильного агента см=1.298 кг/м3;

ж) объем смеси, поступающей в сушильный туннель Vсм,л=64.925 м3/кг;

з) количество испаренной влаги W=0.036 кг/c;

и) температура сушильного агента на выходе из сушильного туннеля

t2=80 oC;

к) длина сушильного туннеля LТ=8.5 м;

л) потери полного давления в циклоне Pц=214.1 Па;

4.4.3 Расчет производительности и подбор соответствующих вентиляторов

4.4.3.1 Расчет производительности дутьевого вентилятора и его подбор

а) Определяем массовый расход абсолютно сухого воздуха Lас*, кг/с, подаваемого на горение и разбавление продуктов сгорания по формуле

     (114)

б) Определяем массовый расход влажного воздуха Lвв*, кг/с, подаваемого из окружающей среды, по соотношению

        (115)

в) Определяем плотность атмосферного наружного воздуха вв, кг/м3, из выражения

      (116)

где Rв=287 кДж/(кгК) – газовая постоянная воздуха.

г) Определяем объем влажного воздуха Vвв, м3/кг, по следующей зависимости

      (117)

д) Определяем объемный расход наружного воздуха Q*, м3/c, по формуле

               (118)

е) 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

                (119)

где к=(1.1….1.15) – коэффициент запаса.

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

           (120)

з) Определяем полное давление Pv, Па, по которому следует подбирать по соотношению

      (121)

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

 ст – стандартная плотность воздуха, кг/м3.

 и) Подбираем по полученным выше значениям полного давления Pv=274 Па и объемной производительности Q=0.213 м3/c центробежный вентилятор ОРГРЭС 0.6-126 (Ц6-40) №4 с частотой вращения диска n=1000 об/мин и КПД =0.83.

4.4.3.2 Расчет производительности вытяжного вентилятора и его подбор.

а) Определяем объемный расход сушильного агента Qц,о*, м3/c, на выходе из циклона при нормальных условиях по формуле

               (122)

б) Определяем абсолютную температуру Тц’’, К, пред вытяжным вентилятором по соотношению (114)

Tц’’=(t2-5)+273,

Tц’’=(80-5)+273=348 K.

в) Принимаем потери полного давления Р*<3000 Па, тогда абсолютное давление сушильного агента перед вытяжным вентилятором PаВо,л.=99507 Па.

г) Определяем объемный расход сушильного агента Qц*, м3/c, приведенный к условиям на выходе из сушильной установки по формуле

       (123)

д) Определяем объемную производительность вытяжного вентилятора Qp*, м3/c,  учетом поправки на возможность подсоса воздуха или потерь сушильного агента в воздуховодах, газоходах и других элементах сушильной установки, по соотношению (119)

где к=(1.1….1.15) – коэффициент запаса.

е) Определяем объемную производительность Q, м3/с, принимаемую в качестве аэродинамического параметра при подборе машины,  с учетом гарантийного запаса из выражения (120)

      

ж) Определяем полное давление Pv, Па, по которому следует подбирать вытяжной вентилятор по следующей зависимости

       (124)

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

.

з) Определяем потери полного давления Рст, Па, приведенные к стандартным условиям из выражения

          (125)

и) Определяем потери полного давления Р, Па, приведенные к рабочим условиям, по формуле

          (126)

Так как Р*<3000 Па, тогда выше принятое условие верно и абсолютное давление сушильного агента перед вытяжным вентилятором PаВо,л.=99507 Па.

к) Подбираем по полученным выше значениям полного давления Pv=380 Па и объемной производительности Q=0.352 м3/c центробежный вентилятор

ОРГРЭС 0.6-126 (Ц6-40) №3.5 с частотой вращения диска n=2000 об/мин и КПД =0.84.

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 Qд=0.213 м3/c;

б) полное давление Pv=274 Па;

в) КПД вентилятора д=0.83.

4.5.2.2 Вытяжной вентилятор

а) объемная производительность Qв=0.352 м3/c;

б) полное давление Pv=380 Па;

в) КПД вентилятора в=0.84.

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) 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) NBт, по формуле

         (127)

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

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

          (128)

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

            (129)

где п – КПД передачи от вала электродвигателя к валу вентилятора, равный 0.90…0.92 – при соединении валов вентилятора и двигателя эластичной муфтой.

4.5.7 Принимаем установочную мощность электродвигателя не менее

              (130)

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 таблице

[4,  табл.5.14].

 4.5.8 Подбираем по справочнику [9] электродвигатели:

для дутьевого вентиляторa-4A80В6УВ, Nуст,д=1.1 кВт, n=1000 об/мин;

для вытяжного вентилятора-4А80А4УЗ, Nуст,в=1.1 кВт, n=1500 об/мин.

                                                                                                         

                                                                                                                                                          


5
Cводка результатов расчета

Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Сводка результатов расчета

Наименование показателя

Значение

Аналитика

Графоаналит.

Теор.

Действ

Теор.

Действ

1 Удельный расход абсолютно сухого сушильного агента,

кг с.в./кг вл.

5.38

5.44*

8.85

11.07 *

5.51

5.80*

9.35

11.91*

2 Удельный расход теплоты на сушку, кДж/кг вл.

3366

3559 *

5538

7244*

3366

3677*

5531

7370 *

3 Удельный расход топлива на сушку, г/кг вл.

68

72 *

111

146 *

67.6

73.9*

111

148*

4 Тепловой КПД сушильной установки, %

78.9

74.6 *

46.8

37.0*

78.1

72.2*

48.4

35.3*

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

Результаты компьютерного теплового расчета сушильной установки сведены в таблицу 3, где они сравниваются с аналитическим расчетом, выполненным в ручную.

Таблица 3 – Сводка результатов ручного расчета

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/кг с.в.

1.2

9.7

Энтальпия наружного воздуха ho, кДж/кг

-9.391

44.266

Необходимое количество сухого воздуха Lo, кг с.в./кг т-ва

16.208

16.208

Коэффициент избытка воздуха

4.76

4.98

Масса водяного пара Gп,кг/кгт-ва

2.174

2.868

Объем смеси Vсм3н/кг т-ва

61.268

64.925

Влагосодержание см. dсм, г/кг с.в

28.6

36

Энтальпия смеси hсм, кДж/кг

644.79

670.748

Объем сухих газов Vсг3н/кг т-ва

58.57

61.36

Объем смеси на 1 кг сухих газов Vсм, м3/кг с.г.

0.806

0.815

Таблица 3 – Сводка результатов компьютерного расчета (продолжение)

Наименование показателя

Значение

Зимний режим

Летний режим

Статика теоретического процесса сушки

Количество испаренной влаги W,кг/с

0.036

0.036

Полный расход сушильного агента L, кг с.в./с

699.18

690.68

Удельный расход сушильного агента l, кг c.в./кг вл.

5.441

5.375

Удельный расход теплоты на сушку q, кДж/кг

3559

3366

Полный расход теплоты Q, кВт

127.052

120.142

КПД сушильной установки су,%

74.6

78.9

Полный расход топлива на сушку B, кг/с

9.189

8.689

Удельный расход топлива на сушку b, кг т-ва/кг вл.

0.072

0.068

Статика действительного процесса сушки

Полный расход сушильного агента L, кг/с

0.398

0.319

Удельный расход сушильного агента l,кг с.в./кг т-ва

11.069

8.852

Полный расход теплоты Q, кВт

260.78

199.37

Удельный расход теплоты на сушку q, кДж/кг

7244

5538

Полный расход топлива на сушку B, кг/с

0.00524

0.00401

Удельный расход топлива на сушку b, кг т-ва/кг вл.

0.146

0.111

Влагосодержание СА на выходе из сушильного туннеля d, г/кг

118.9

148.9

КПД сушильной установки су,%

37.0

46.8

Длительность процесса сушки

Критерий Рейнольдса Re

31872

32022

Кинематическая вязкость , м2

3.953·10-5

3.935·10-5

Число Шервуда Sh

496.14

502.24

Интенсивность испарения влаги jI, кг/(м2с)

0.0036

0.0035

Скорость сушки в 1-м пер. N, кг/c

0.0288

0.028

Время сушки , мин

558

543

Заключение

В данной курсовой работы я выполнил тепловой расчет конвективной туннельной сушильной установки для зимнего (январь) и летнего (июль) периода, определил длительность сушки, размеры сушильного туннеля, подобрал вспомогательное оборудования для рассчитанной 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.

                                                              ,

где  - коэффициент избытка воздуха, необходимого для сжигания топлива,  - коэффициент избытка воздуха, необходимого для разбавления продуктов сгорания до заданной температуры. Так как, летом на разбавление продуктов сгорания до заданной температуры необходимо больше наружного воздуха, чем зимой (температура его ниже), то соответственно и  зимой будет меньше, чем летом. Следовательно .

В зимний период, удельные расходы сушильного агента, теплоты и топлива на сушку больше. Это можно объяснить тем, что зимой больше потери в окружающую среду через стенки сушильного туннеля и теряется больше теплоты на нагрев  высушенного материала и транспортных устройств.

В теоретической сушильной установке КПД не равен единице из-за того, что температура наружного воздуха в сушильном агенте на выходе из сушильной камеры значительно превышает температуру окружающего воздуха, поступающего в установку. Также в действительной сушильной установке дополнительное влияние на КПД оказывают потери теплоты на нагрев высушенного материала, транспортных средств и потери теплоты в окружающую среду через ограждения сушильного туннеля. Утилизируя теплоту уходящего сушильного агента (например, использовав утилизатор, работающий на отходящем сушильном агенте) можно несколько увеличить КПД установки.

Результаты графоаналитического расчета не совпадают с  аналитическим, что видно из таблицы 2. Это связано с тем, что положение точки М (точка смеси) зависит от того, по каким параметрам (dcм, hcм) или (dcм, tcм) она наносится 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 данном расчете и при построении h-d диаграммы. Так же причиной различий является то, что диаграмма построена для барометрического давления (745 мм.рт.ст.), которое отличается от заданного в работе (749 или 746.3 мм.рт.ст.) и неточность построения процессов.

При расчете размеров сушильного туннеля величина зазоров между тележкой и стенками туннеля получилась отрицательной. Это означает, что свободного пространства между поддонами более чем достаточно для обеспечения заданной скорости сушильного агента при заданном его расходе. Следовательно, необходимо принять новое техническое решение.

Длительность сушки в летний и зимний период не одинакова, что можно объяснить разностью температур окружающего воздуха в летнем и зимнем периодах.

Количество горелок я принял равным двум, каждая из которых обеспечивает 60 %-ый расход газа. Это понизит перегрузки каждой из горелок в случае выхода из строя одной из них по сравнению с вариантом «две горелки по 50 % каждая».

Циклон ЦН-15 обеспечивает хорошую степень улавливания при относительно небольшом гидравлическом сопротивлении. Средняя по сечению корпуса циклона скорость движения сушильного агента V=2.5 м/с выбрана из соображений наличия абразивных частичек в высушиваемом материале, а также уменьшения аэродинамического сопротивления циклона. Циклоны типа ЦН-15 предназначенных для сухой очистки газа. Они имеют высокие показатели надежности и коэффициента эффективности.

Выбор типа вентилятора определяется конструктивными особенностями сушильной установки, ее аэродинамическим сопротивлением, количеством и температурой перемещаемого сушильного агента. Индивидуальные аэродинамические характеристики машин 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 индивидуальных характеристик, приведенных в каталоге, отбираются характеристики, соответствующие машинам, которые обеспечивают заданные Pv и Q. Из отобранных вентиляторов выбирается тот у которого наибольший КПД.

Электродвигатели для привода вентиляторов выбирались по определенной в п. 4.5.7 мощности, по частоте вращения вала (чтобы разница диаметров шкивов двигателя и вентилятора была минимальной), а также по КПД двигателя, так как, он влияет на финансовые затраты по оплате за израсходованную электроэнергию. Так как, полученная из расчета мощность меньше минимальной, приведенной в данном справочнике, то мной были выбраны электродвигатели с минимальной мощностью, которые присутствовали в данном справочнике.

         Компьютерный расчет теплового расчета немного отличается от расчета, выполненного вручную. Погрешность результатов связана с округлением полученных при 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. –73 с.

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

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

9 Киркач Н. Ф., Баласанян Р. А. Расчет и проектирование днталей машин. –М: Выща школа, 1988. – 275 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

6727. Документы, подтверждающие страну происхождения товаров. Декларация о происхождении товара 26.77 KB
  Документы, подтверждающие страну происхождения товаров. Декларация о происхождении товара. При ввозе на таможенную территорию РБ товаров, страна их происхождения определяется на основании сведений, указанных в декларации о происхождении товаров или ...
6728. Сертификаты о происхождении товара и их виды 27.43 KB
  Сертификаты о происхождении товара и их виды. Документом, свидетельствующим о СПТ, является сертификат о происхождении товаров, выданный полномочными, компетентными органами или организациями данной страны или страны вывоза, если в стране вывоза сер...
6729. Условия обязательного представления документов, подтверждающих страну происхождения товаров 26.42 KB
  Условия обязательного представления документов, подтверждающих страну происхождения товаров. Для подтверждения СПТ сертификат о происхождении товара предоставляется в обязательном порядке в случае: предоставление таможенных преференций в отнош...
6730. Определение страны происхождения товаров из стран, которым Республика Беларусь (государства-участники Таможенного союза) во взаимной торговле предоставляет (-ют) преференциальный торговый режим 30.14 KB
  Определение страны происхождения товаров из стран, которым Республика Беларусь (государства-участники Таможенного союза) во взаимной торговле предоставляет (-ют) преференциальный торговый режим. На единой территории государств-участников ТС в отноше...
6731. Определение страны происхождения товаров из стран, которым Республика Беларусь (государства-участники Таможенного союза) во взаимной торговле предоставляет (-ют) торговый режим свободной торговли 28.4 KB
  Определение страны происхождения товаров из стран, которым Республика Беларусь (государства-участники Таможенного союза) во взаимной торговле предоставляет (-ют) торговый режим свободной торговли. На основании соглашения о создании зоны свободной то...
6732. Правовые основы определения таможенной стоимости товаров 29.82 KB
  Правовые основы определения таможенной стоимости товаров. Таможенная стоимость товаров применяется в качестве основы для обложения товаров таможенными пошлинами и налогами, исчисляемыми по адвалорной ставке либо адвалорной составляющей комбинированн...
6733. Методы определения таможенной стоимости товаров 27.97 KB
  Методы определения таможенной стоимости товаров. От выбора метода определения таможенной стоимости зависит не только размер рассчитываемой в таможенных целях цены пересекающего границу товара, но и величина платежей, базой для расчета которых выступ...
6734. Метод определения таможенной стоимости по цене сделки с ввозимыми товарами 28.93 KB
  Метод определения таможенной стоимости по цене сделки с ввозимыми товарами. Согласно ст.2 Соглашения от 25.01.2008г., основой определения таможенной стоимости ввозимых товаров должна быть в максимально возможной степени стоимость сделки с этими това...
6735. Ограничения в использовании метода определения таможенной стоимости по цене сделки с ввозимыми товарами 28.92 KB
  Ограничения в использовании метода определения таможенной стоимости по цене сделки с ввозимыми товарами. Для определения таможенной стоимости товаров не применяется метод по цене сделки если: Существуют ограничения в отношении прав покупателя ...