Файл: Курсовая работа сгхт 18. 02. 03 00. 00. 00 Пз студент Руководитель Соликамск 2021 содержание.docx
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 36
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1,5 + 0,205=1,705 кг/с.
2 Определение параметров сушильного агента воздуха и расхода теплоты на сушку
Давление насыщенного водяного пара при t0 = 1°C составляет p = =657,2 Па = 0,657 кПа.
Влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер:
x0 = 0,622ρп/(B – ρп) = 0,622ρпφ/(B – φρп)
где ρп – давление насыщенного пара, кПа;
B – атмосферное давление в сушилке, кПа;
φ – относительная влажность, %.
x0 = 0,622 * 0,765 * 0,657/(99,3 – 0,765 * 0,657) = 0,0032 кг/кг.
Энтальпия наружного воздуха определяется по формуле:
,
где сс.в= 1,01 кДж/(кг∙К) – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении, t – температура воздуха ºC, сп = 1,97 кДж/(кг ∙ К) – средняя удельная теплоемкость водяного пара, r0 = 2493 кДж/кг – удельная теплота парообразования воды при 0ºC
I0 = (1,01 + 1,97 * 0,0032) 1 + 2493 * 0,0032 = 9 кДж/кг.
Энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера):
I1 = (1,01 + 1,97 * 0,0032) 100 + 2493 * 0,0032 = 119,8 кДж/кг.
Удельный расход теплоты на нагрев высушиваемого материала:
qм = G*c (tм″ - tм′)/ W ,
где с – теплоемкость;
G – количество исходного влажного материала;
tм′ - начальная температура материала;
tм″ - конечная температура продукта;
W – материальный баланс.
qм = 1,705 * 1,125 (60-18) / 0,205 = 393 кДж/кг влаги.
Потери теплоты сушилкой в окружающую среду, отнесенные к 1 кг массы испаряемой влаги, согласно ОСТ 26-01-450-78 принимаются в пределах 85 – 170 кДж/кг. Принимаем qпот = 127,5 кДж/кг.
Изменение потенциала воздуха относительно испарившейся влаги определяется по уравнению:
∆ = cB*tм′ – (qм + qпот),
где tм′ – начальная температура материала;
qм – удельный расход теплоты.
∆ = 4,19 * 18 – (393 + 127,5) = -445,08 кДж/кг.
Энтальпия пара при конечной температуре воздуха, выходящего из сушилки:
Iп.к = r0 + cпt2 ,
где r0 – удельная теплота парообразования;
сп – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении;
t2 – температура воздуха на выходе из сушилки.
Iп.к = 2493 + 1,97 * 70 = 2630,9 кДж/кг.
Энтальпия влажного воздуха на выходе из сушилки:
I2 = [ crtк∆ + lп.к (x0∆ - I1)]/(∆ - Iп.к) ,
где cс.в – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении;
t2 – температура воздуха на выходе из сушилки;
∆ - изменение потенциала воздуха относительно испарившейся влаги;
lп.к - энтальпия пара при конечной температуре воздуха, выходящего из сушилки;
x0 - влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер;
I1 - энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера).
I2 =
= 113,9 кДж/кг.
Конечное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки определяется по формуле:
xк = [(I2 – I1)/∆] + x0 ,
где I2 - энтальпия влажного воздуха на выходе из сушилки;
I1 - энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера);
∆ - изменение потенциала воздуха относительно испарившейся влаги;
x0 - влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер.
xк = [(113,9 – 119,8)/(-445,08)] + 0,0032 = 0,0161кг/кг.
Расход воздуха:
L = W/ (xк - x0) ,
где W – материальный баланс;
xк - конечное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки;
x0 - влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер.
L = 0,205 / (0,0161 – 0,0032) = 15,8 кг/с.
Расход теплоты в калорифере:
Qкал = L (I1 – I0) ,
где L - расход воздуха;
I1 - энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера);
I0 - энтальпия наружного воздуха.
Qкал = 15,8 (119,8 – 9) = 1750,64 кВт
Расход греющего пара на подогрев воздуха в калорифере:
Gг.п = Qкал / r ,
где Qкал - расход теплоты в калорифере;
r – теплота парообразования.
Gг.п =1750,64 / 2171 = 0,8 кг/с
Требуемый рабочий объем барабана определяется по формуле:
Vб = W / A ,
где W – материальный баланс;
А - напряжение рабочего объема барабана по испарившейся влаге.
Vб = 738 / 11 = 67,0 м3
Отношение длины барабана к его диаметру должно быть равно L/D = 3,5 / 7, принимаем L/D = 0,5. Тогда
Vб = 0,785D2 * 5D = 0,3925D3
Диаметр барабана:
D =
,
где Vб - требуемый рабочий объем барабана.
D =
Длина барабана:
L = 5D ,
где D – диаметр барабана.
L = 5 * 2,57 = 12,85 м.
Принимаем по ОСТ 26-01-437-78 сушильный барабан диаметром D = 3200 мм и длиной L = 18000 мм, исполнение VII.
Уточняем объем выбранного барабана:
Vб = 3,14 * 32 * 12 / 4 = 84,7 м3
Уточняем напряжение барабана по испарившейся влаге:
Аυ = 738 / 84,7 = 8,7 кг/(м3 * ч).
Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана определяется по формуле:
V = Lν0
) ,
V = 15,8 * 22,4
( 
+ 
) = 13,6 м3/с.
Скорость воздуха в свободном сечении барабана может быть определена по формуле:
Sб = πD2 / 4 = V /[( 1 - βм - βн) ω , отсюда
ω = V / [πD2 ( 1 - βм - βн)]
ω = 13,6 / [ 0,785 * 32 (1 – 0,15 – 0,05)] = 2,4 м/с
Проверим допустимую скорость воздуха, исходя из условия, что частицы высушиваемого материала диаметром более 0,3 мм не должны уноситься потоком воздуха из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания ωвит, определяют по уравнению:
p =
p =
2282,75 Па.
Плотность воздуха на выходе из сушилки:
ρср = [ Mc.в (P0 – p) + Mвp] *
где Мс.в ,Мв – мольная масса сухого воздуха и воды; P0 – давление при нормальных условиях; p – парциальное давление водяных паров; T = 273 К; v0 = 22,4 м3/кмоль
ρср = [29 (99300 –2282,75) + 18 * 2282,75] *
= 0,9365кг/м3.
Критерий Архимеда:
Ar = (0,3 * 10-3)3 * 2286 * 0,9365 * 9,8/(0,02 * 10-3)2 = 1416
Скорость витания:
ωвит =
2,54 м/с.
Рабочая скорость сушильного агента в сушилке ω = 2,4 м/с меньше, чем скорость свободного витания частиц (скорость уноса) ωвит = 2,54м/с, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем.
Время пребывания материала в сушилке (время сушки) определяем по формуле:
τ =
,
где
- насыпная плотность высушенного материала.
τ =
= 121 мин = 7260 с.
Объем материала, находящегося в барабане:
Vм = (1,705+ 1,5) 7260 / (2 * 800) = 14,5 м3.
Уточним коэффициент заполнения барабана сушилки материалом:
βм = Vм / Vб
βм = 14,5 / 84,7 = 0,1711,
что близко к принятому в исходных данных.
Определяем частоту вращения барабана сушилки.
Для принятой системы насадки принимаем коэффициенты m = 1, k = 0,7, угол наклона барабана 2,5°. Тогда
n = 1 * 0,7 * 13/ (7260 * 1,6 tg 2,5°) = 0,017 c-1 = 1,02 об/мин.
Проверим угол наклона барабана по формуле:
α = (
α = (
= 2,10°,
что близко к принятому значению.
2 Определение параметров сушильного агента воздуха и расхода теплоты на сушку
Давление насыщенного водяного пара при t0 = 1°C составляет p = =657,2 Па = 0,657 кПа.
Влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер:
x0 = 0,622ρп/(B – ρп) = 0,622ρпφ/(B – φρп)
где ρп – давление насыщенного пара, кПа;
B – атмосферное давление в сушилке, кПа;
φ – относительная влажность, %.
x0 = 0,622 * 0,765 * 0,657/(99,3 – 0,765 * 0,657) = 0,0032 кг/кг.
Энтальпия наружного воздуха определяется по формуле:
,где сс.в= 1,01 кДж/(кг∙К) – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении, t – температура воздуха ºC, сп = 1,97 кДж/(кг ∙ К) – средняя удельная теплоемкость водяного пара, r0 = 2493 кДж/кг – удельная теплота парообразования воды при 0ºC
I0 = (1,01 + 1,97 * 0,0032) 1 + 2493 * 0,0032 = 9 кДж/кг.
Энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера):
I1 = (1,01 + 1,97 * 0,0032) 100 + 2493 * 0,0032 = 119,8 кДж/кг.
Удельный расход теплоты на нагрев высушиваемого материала:
qм = G*c (tм″ - tм′)/ W ,
где с – теплоемкость;
G – количество исходного влажного материала;
tм′ - начальная температура материала;
tм″ - конечная температура продукта;
W – материальный баланс.
qм = 1,705 * 1,125 (60-18) / 0,205 = 393 кДж/кг влаги.
Потери теплоты сушилкой в окружающую среду, отнесенные к 1 кг массы испаряемой влаги, согласно ОСТ 26-01-450-78 принимаются в пределах 85 – 170 кДж/кг. Принимаем qпот = 127,5 кДж/кг.
Изменение потенциала воздуха относительно испарившейся влаги определяется по уравнению:
∆ = cB*tм′ – (qм + qпот),
где tм′ – начальная температура материала;
qм – удельный расход теплоты.
∆ = 4,19 * 18 – (393 + 127,5) = -445,08 кДж/кг.
Энтальпия пара при конечной температуре воздуха, выходящего из сушилки:
Iп.к = r0 + cпt2 ,
где r0 – удельная теплота парообразования;
сп – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении;
t2 – температура воздуха на выходе из сушилки.
Iп.к = 2493 + 1,97 * 70 = 2630,9 кДж/кг.
Энтальпия влажного воздуха на выходе из сушилки:
I2 = [ crtк∆ + lп.к (x0∆ - I1)]/(∆ - Iп.к) ,
где cс.в – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении;
t2 – температура воздуха на выходе из сушилки;
∆ - изменение потенциала воздуха относительно испарившейся влаги;
lп.к - энтальпия пара при конечной температуре воздуха, выходящего из сушилки;
x0 - влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер;
I1 - энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера).
I2 =
= 113,9 кДж/кг.Конечное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки определяется по формуле:
xк = [(I2 – I1)/∆] + x0 ,
где I2 - энтальпия влажного воздуха на выходе из сушилки;
I1 - энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера);
∆ - изменение потенциала воздуха относительно испарившейся влаги;
x0 - влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер.
xк = [(113,9 – 119,8)/(-445,08)] + 0,0032 = 0,0161кг/кг.
Расход воздуха:
L = W/ (xк - x0) ,
где W – материальный баланс;
xк - конечное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки;
x0 - влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер.
L = 0,205 / (0,0161 – 0,0032) = 15,8 кг/с.
Расход теплоты в калорифере:
Qкал = L (I1 – I0) ,
где L - расход воздуха;
I1 - энтальпия нагретого воздуха на входе в сушилку (после калорифера);
I0 - энтальпия наружного воздуха.
Qкал = 15,8 (119,8 – 9) = 1750,64 кВт
Расход греющего пара на подогрев воздуха в калорифере:
Gг.п = Qкал / r ,
где Qкал - расход теплоты в калорифере;
r – теплота парообразования.
Gг.п =1750,64 / 2171 = 0,8 кг/с
-
Определение размеров сушильного барабана
Требуемый рабочий объем барабана определяется по формуле:
Vб = W / A ,
где W – материальный баланс;
А - напряжение рабочего объема барабана по испарившейся влаге.
Vб = 738 / 11 = 67,0 м3
Отношение длины барабана к его диаметру должно быть равно L/D = 3,5 / 7, принимаем L/D = 0,5. Тогда
Vб = 0,785D2 * 5D = 0,3925D3
Диаметр барабана:
D =
, где Vб - требуемый рабочий объем барабана.
D =
Длина барабана:
L = 5D ,
где D – диаметр барабана.
L = 5 * 2,57 = 12,85 м.
Принимаем по ОСТ 26-01-437-78 сушильный барабан диаметром D = 3200 мм и длиной L = 18000 мм, исполнение VII.
Уточняем объем выбранного барабана:
Vб = 3,14 * 32 * 12 / 4 = 84,7 м3
Уточняем напряжение барабана по испарившейся влаге:
Аυ = 738 / 84,7 = 8,7 кг/(м3 * ч).
Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана определяется по формуле:
V = Lν0
) , V = 15,8 * 22,4
( + ) = 13,6 м3/с.Скорость воздуха в свободном сечении барабана может быть определена по формуле:
Sб = πD2 / 4 = V /[( 1 - βм - βн) ω , отсюда
ω = V / [πD2 ( 1 - βм - βн)]
ω = 13,6 / [ 0,785 * 32 (1 – 0,15 – 0,05)] = 2,4 м/с
Проверим допустимую скорость воздуха, исходя из условия, что частицы высушиваемого материала диаметром более 0,3 мм не должны уноситься потоком воздуха из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания ωвит, определяют по уравнению:
p =
p =
2282,75 Па.Плотность воздуха на выходе из сушилки:
ρср = [ Mc.в (P0 – p) + Mвp] *
где Мс.в ,Мв – мольная масса сухого воздуха и воды; P0 – давление при нормальных условиях; p – парциальное давление водяных паров; T = 273 К; v0 = 22,4 м3/кмоль
ρср = [29 (99300 –2282,75) + 18 * 2282,75] *
= 0,9365кг/м3.Критерий Архимеда:
Ar = (0,3 * 10-3)3 * 2286 * 0,9365 * 9,8/(0,02 * 10-3)2 = 1416
Скорость витания:
ωвит =
2,54 м/с.Рабочая скорость сушильного агента в сушилке ω = 2,4 м/с меньше, чем скорость свободного витания частиц (скорость уноса) ωвит = 2,54м/с, поэтому расчет основных размеров сушильного барабана заканчиваем.
Время пребывания материала в сушилке (время сушки) определяем по формуле:
τ =
,где
- насыпная плотность высушенного материала.τ =
= 121 мин = 7260 с.Объем материала, находящегося в барабане:
Vм = (1,705+ 1,5) 7260 / (2 * 800) = 14,5 м3.
Уточним коэффициент заполнения барабана сушилки материалом:
βм = Vм / Vб
βм = 14,5 / 84,7 = 0,1711,
что близко к принятому в исходных данных.
Определяем частоту вращения барабана сушилки.
Для принятой системы насадки принимаем коэффициенты m = 1, k = 0,7, угол наклона барабана 2,5°. Тогда
n = 1 * 0,7 * 13/ (7260 * 1,6 tg 2,5°) = 0,017 c-1 = 1,02 об/мин.
Проверим угол наклона барабана по формуле:
α = (
α = (
= 2,10°,что близко к принятому значению.