Установка сушильна тунельна

Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут «

Кафедра теоретичної та промислової теплотехніки

Курсова робота з дисципліни

«Теплотехнологічні процеси та установки»

Варіант № 5

Установка сушильна тунельна

ТП 72.94.0008.ПЗ Виконавець: Курченко В.В.

Група ТП-72

Керівник: доц. Мінаковський В.М.

Київ 2010

Опис документів

1. Завдання для курсової роботи

2. Графік виконання роботи

3. Пояснювальна записка

4. Додатки

Завдання на курсову роботу з дисципліни «Теплотехнологічні процеси та установки»

Виконати тепловий розрахунок конвективної тунельної сушильної установки, визначити тривалість сушіння, розміри установки, вибрати вентилятор для подавання зовнішнього повітря, димосос, привідні електродвигуни, газові пальники та циклон, на підставі таких вихідних даних.

Сушильна установка розташована в населеному пункті, в якому параметри зовнішнього повітря to=-12,2 ^oC, _o=89%, B=759 мм рт. ст. взимку (січень) і t_o=19,4 ^oC, _o=68%, B=746,3 мм рт. ст. влітку (липень).

Як сушильний агент використано суміш топкових газів із зовнішнім повітрям, яка надходить на вхід до сушильного тунелю з температурою t_см=500 ^oC і використовується в ньому одноразово.

Паливо — природний газ — має нижчу теплоту згоряння палива на суху масу за нормальних умов Q_н^с=36 491 кДж/м³_н і склад у процентах за об'ємом:

CH₄=92,8%;

C₂H₆=2,8%;

C₃H₈=0,9%;

C₄H₁₀=0,4%;

C₅H₁₂=0,1%;

N₂=2,5%;

CО₂=0,5%.

Температура палива t_П дорівнює температурі зовнішнього повітря відповідно у січні і липні. ККД топки _Т=0,95. Продуктивність установки за готовим продуктом G₂=2000 кг/год. Початковий вологовміст об'єкта сушіння u_o=0,075 кг/кг, кінцева вологість готового продукту _к=1,0%. Питома масова теплоємність висушеного матеріалу С_м=1,35 кДж/(кг•К). Рівноважна вологість готового продукту, яка відповідає параметрам сушильного агента на виході з тунелю _р=0,8%. Питома площа поверхні об'єкта сушіння F_пит=0,08 м²/кг. Матеріал надходить на сушку з температурою ₁, що дорівнює відповідно температурі за мокрим термометром, яка відповідає параметрам зовнішнього повітря, влітку і температурі зовнішнього повітря взимку. Температура висушеного матеріалу на виході із сушильного тунелю ₂=t₂-t=90−10=80 ^oC, де t₂=90^oC — температура сушильного агента на виході із тунелю; t=10 ^oC.

Матеріал переміщується в сушильному тунелі транспортними пристроями — на вагонетках з піддонами — в одному напрямку із сушильним агентом. Питома масова теплоємність транспортних пристроїв С_тр=0,5 кДж/(кг•К). Температура транспортних пристроїв на вході в сушильний тунель t'_ТР дорівнює температурі зовнішнього повітря відповідно влітку і взимку, а на виході із тунелю — температурі висушеного матеріалу, тобто t''_ТР=₂.

Об'єкт сушіння перебуває в піддонах з розмірами а_під Ч в_під Ч с_під= =900Ч912Ч50 мм. Піддони встановлені на вагонетках, розміри яких а_в Ч в_в Ч Ч с_в =2200Ч950Ч1500 мм. Кількість піддонів на вагонетці n_під=30шт. Маса піддона m_під=1 кг; маса вагонетки m_в=100 кг. Піддони розташовані на вагонетці як це зображено на рисунку 1.

Рисунок 1 — Схема розташування піддонів на вагонетці

Насипна густина готового продукту _2,м=650 кг/м³. Характерна довжина матеріалу (визначальний розмір) у напрямку обтікання його сушильним агентом l_o=1,4 м. Швидкість руху сушильного агента в тунелі на ділянці, яка відповідає першому періоду сушки w_o=1,4 м/с.

Питомі витрати теплоти сушильною установкою в навколишнє середовище q₅ становлять а=10% від сумарної питомої витрати теплоти на сушіння q.

Зведення вихідних даних для розрахунку приведено у таблиці 1.

Таблиця 1

Вихідні дані до розрахунку сушильної установки

Графік виконання роботи

Завдання одержав 08.09.10

Із графіком виконання роботи ознайомлений 08.09.10

Зміст

1. Загальні відомості про тунельні сушильні установки

2. Технічна характеристика розробленої установки

3. Тепловий розрахунок конвективної тунельної сушильної установки

3.1 Розрахунок горіння палива і параметрів сушильного агента

3.2 Аналітичний розрахунок статики теоретичного процесу сушіння в сушильному тунелі

3.3 Аналітичний розрахунок статики реального процесу сушіння в сушильному тунелі

3.4 Графоаналітичний розрахунок статики теоретичного процесу сушіння в сушильному тунелі

3.5 Графоаналітичний розрахунок статики реального процесу сушіння в сушильному тунелі

3.6 Розрахунок тривалості процесу сушіння.

3.7 Розрахунок розмірів сушильного тунелю

4. Вибір допоміжного устаткування

4.1 Загальні зауваження

4.2 Вибір газових пальників

4.3 Вибір циклона

4.4 Розрахунок і вибір дуттьового вентилятора і димососа

4.5 Вибір електродвигунів привода

5. Зведення результатів розрахунку Висновки Список літератури

1. Загальні відомості про сушильні установки

До цієї групи сушарок відносяться такі, в яких матеріал, що висушується, за допомогою транспортних засобів переміщується вздовж тунелю з періодичними зупинками. Матеріал або вільно кладуть на транспортний засіб, або закріплюють за допомогою спеціальних пристроїв. Переміщуючись від завантажувального відділу до вихідного, матеріал контактує із сушильним агентом. Відмінна особливість таких сушарок — нерухомість часточок матеріалу під час сушіння.

В даних апаратах можна сушити як листові, так і штучні (картон, плити із синтетичних матеріалів, шкірки и т. д.), так і зернисті, пастоподібні, рідкі (в лотках), волокнисті та ін. Ці сушарки розрізняються в основному транспортними засобами (вагонетка, стрічка, рама), які повинні відповідати властивостям матеріалу, що сушиться.

За принципом руху матеріалу і сушильного агента розрізняють сушарки з прямим, паралельним і змішаним струмом. В залежності від властивостей матеріалу і вимог щодо процесу сушіння, використовують однозонні і багатозонні тунельні сушарки, при чому в різних зонах однієї сушарки може одночасно відбуватись кілька процесів: сушка, зволоження, прогартовування, охолодження. Кожна зона може працювати при за різних температур і вологості сушильного агента.

Циркуляція агента сушіння може бути повздовжньою (за віссю тунелю) або поперечною. В останньому випадку потребуються підвищені кількості сушильного агента. При цьому використовуються осьові вентилятори, які мають велику продуктивність, але малий напір. При повздовжній циркуляції найчастіше використовуються відцентрові вентилятори.

Тривалість сушіння і якість висушеного матеріалу дуже залижить від способу подачі сушильного. В залежності від форми виробу і виду матеріалу свіжий агент сушки подають знизу через розподільче вікно або збоку з обох сторін по всій висоті камери. Для більш рівномірного розподілу агента сушки його бокова подача (або відсмоктування) відбувається через решітки або лопатки, що регулюються. Звичайно агент сушки відсмоктується через вікно у верхньому чи нижньому перекритті камери.

При великій висоті тунелю і великих зазорах між вагонетками і стінками дуже важливо рівномірне розподілення сушильного агента по перерізу камери. Швидкість газів зазвичай приймають такою, щоб не відбувалося запилення матеріалу, перевертання чи поворот виробів, але не менше 1,0−1,5 м/с (на повний переріз тунелю) для забезпечення рівномірного розподілу газів і відповідно сушки матеріалу.

В якості агента сушіння використовують повітря, топкові гази чи перегрітий пар. При сушінні підігрітим повітрям парові калорифери роблять виносними (зазвичай розташовані зверху на камері) або встановлюють відповідно в камері чи поряд у спеціальних відсіках.

Рисунок 2 — Тунельна сушарка

1 — вхід вологого матеріалу; 2 — вхід агента сушки; 3 — вагонетки;4 — механізм переміщення вагонеток; 5 — траверсний візок; 6 — вихід суміші, що відпрацювала; 7 — розсувні двері; 8 — обхід; 9 — вихід висушеного матеріалу.

На рисунку 2 показана схема тунельної сушарки з транспортуванням матеріалу у вагонетках. Сушильний агент подають через вхід 2 і відсмоктують через вихід 6, або через отвір на стелі. При горизонтальному укладанні матеріалу агент сушки подається боковими каналами.

Вагонетки заповнюють увесь коридор, тому при зштовхуванні однієї вагонетки весь ряд вагонеток, які стоять упритул одна до одної, переміщується до виходу. Переміщення коридором відбувається під ухилом (1/200) або за допомогою спеціального при штовхача, який встановлений з боку завантаження і діючого окремого приводу, встановленого зовні сушарки. Штовхач обладнаний роликами, які насаджені на однин чи два ланцюги. Ролики нажимають на спеціальні упори, приварені до вагонеток. Хід ланцюга відповідає переміщенню вагонетки на її довжину.

Двері сушильної камери повинні бути герметичними. Вони, як правило, бувають пільними, відкотними чи підйомними, в залежності від вільного об'єму цеху. Для повернення пустих вагонеток необхідний обхідний шлях.

Основним недоліком сушарки, зображеної на рисунку 1, є нерівномірність сушіння по висоті вагонетки через розшарування теплого газу. У залежності від температури повітря чи топкових газів обгородження камери роблять цегляним, бетонним чи металічним із зовнішньою ізоляцією. Довжина таких сушарок більше 50 м; ширина коридору визначається в основному допустимим прогоном перекриттів (зазвичай не більше 3,5 м). Зазор між вагонеткою і стінкою камери повинен не перевищувати 70 — 80 мм. Для попередження можливості перетікання сушильного агента над вагонеткою, під нею і між боковими стінками, роблять спеціальні ущільнення — м’які «козирки», які при переміщенні вагонеток можуть легко відхилятися.

2. Технічна характеристика розробленої установки

Установка сушильна тунельна. Призначена для сушки дисперсного колоїдного капілярно-пористого матеріалу, розташованого в піддонах, які встановлені на сушильних вагонетках. Основні технічні характеристики установки подано у таблиці 2

Таблиця 2

Основні технічні характеристики установки

3. Тепловий розрахунок конвективної тунельної сушильної установки

3.1 Розрахунок горіння палива і параметрів сушильного агента

3.1.1 Завдання розрахунку Розрахувати питому ентальпію, вологовміст, густину і повний об'єм топкових газів, який припадає на 1 кг палива, для літніх и зимових умов спалювання палива.

3.1.2 Вихідні дані

3.1.21 Літній режим а) температура

1) сушильного агента на вході до тунелю t_сум=500 ^oС;

2) зовнішнього повітря t_{о, л}=19,4 ^oС;

3) палива t_п=19,4 ^oС;

б) відносна вологість зовнішнього повітря _{о, л}=68%;

в) барометричний тиск В_л=746,3 мм рт. ст.;

г) нижча теплота згоряння палива Q_н^с=36 491 кДж/м³_н.

3.1.2.2 Зимовий режим:

а) температура

1) сушильного агента на вході до тунелю t_сум=500 ^oС;

2) зовнішнього повітря t_{о, з}=-12,2 ^oС;

3) палива t_п =-12,2 ^oС;

б) відносна вологість зовнішнього повітря _{о, з}=89%;

в) барометричний тиск В_з =759 мм рт. ст.

г) нижча теплота згоряння палива Q_н^с=36 491 кДж/м³_н.

3.1.3 За заданими температурами t_{о, л}=19.4 ^oС та t_{о, з}=-12,2 ^oС визначаємо за таблицями тиск насичення P_{н, л}=2,368 кПа и Р_{н, з}=0,284 кПа

3.1.4 Визначаємо вологовміст d_o, г/кг зовнішнього повітря

(1)

3.1.5 Визначаємо ентальпію h_o, кДж/кг, зовнішнього повітря за формулою

(2)

деС_с.пов — питома масова теплоємність сухого повітря, кДж/(кг· К);

r_o — питома теплота пароутворення при температурі 0^оС, кДж/кг;

С_пар — питома масова теплоємність перегрітої пари, що міститься у вологому повітрі, кДж/(кг· К).

3.1.6 Визначаємо густину природного газу за нормальних умов. Оскільки його склад заданий у процентах за об'ємом, то вважаючи цю суміш ідеальним газом, можна записати

с_Т=r_i^.с_i, (3)

де r_i — об'ємні долі компонентів природного газу;

с_i — густини цих компонентів нормальних умов, кг/м³.

3.1.7 Визначаємо нижчу питому масову теплоту згоряння Q_н^р, кДж/кг, природного газу:

(4)

3.1.8 Оскільки склад палива заданий у процентах за об'ємом, то перерахуємо його у процентах за масою.

(5)

де

;

;

;

;

;

;

_.

Перевірка:

;

Похибку відносимо до компоненту з найбільшим масовим складом, тобто істинний масовий склад метану:

_.

3.1.9 Визначаємо вищу теплоту згоряння природного газу Q_в^р, кДж/кг, за співвідношенням

(6)

3.1.10 Визначаємо теплоємність природного газу Сп, кДж/(кг· К), вважаючи його сумішшю ідеальних газів. Теплоємність суміші С_сум, кДж/(кг· К)

C_см=Уm_iC_i, (7)

де теплоємності С_i компонентів можуть бути розраховані за співвідношенням C_i=C_µ/с_i.

С_µ=37,68 кДж/(кмоль^.К) і С_µ=29,31 кДж/(кмоль^.К) — молярні теплоємності при постійному тиску для багатоатомних і двохатомних газів.

3.1.11 Визначаємо теоретично необхідну кількість сухого повітря для згоряння 1 кг палива L_o, кг/кг

(8)

кг/кг.

3.1.12 Визначаємо ентальпію водяної пари h_пар, кДж/кг, що міститься у продуктах згоряння

h_пар =2500+1,97^.t_сум, (9)

h_пар =2500+1,97^.500=3485 кДж/кг;

3.1.13 Визначаємо теплоємність сухих продуктів згоряння C_СГ, кДж/(кг· К) при t_сум=500 ^oC. У першому наближенні приймаємо його рівним значенню питомої масової теплоємності C_с.пов сухого повітря за температури t_сум

(10)

де — молярна теплоємність сухого повітря;

— молекулярна маса повітря, кмоль/кг.

.

3.1.14 Визначаємо коефіцієнт надлишку повітря, необхідний для отримання газів з температурою t_сум=500^oC.

(11)

.

3.1.15 Визначаємо масовий склад сухих газів у продуктах згоряння:

(12)

(13)

(14)

де CO, CO₂, N₂, C_mH_n — складові природного газу у процентах за масою.

а) зимовий режим

б) літній режим

.

3.1.16 Визначаємо масу сухих газів у продуктах згорання G_СГ, кг/кг, що припадають на 1 кг газоподібного палива

(15)

3.1.17 Визначаємо теплоємність сухих газів С_СГ, кДж/(кг· К), у продуктах згоряння

(16)

де теплоємності складових газів визначаються при t_сг=t_сум за даними табл. П. 1.3. [2]

а) літній режим

Оскільки розраховане значення С_с.г. відрізняється від того, яке ми приймали раніше, то необхідно обчислити відносну похибку.

б) зимовий режим

Оскільки розраховане значення С_с.г. відрізняється від того, яке ми приймали раніше, то необхідно обчислити відносну похибку.

Так як похибка при обчислені значення С_с.г більше 0,5%, то повторюємо процедуру обчислення б.

3.1.18 Визначаємо коефіцієнт надлишку повітря, необхідний для отримання газів з температурою t_сум=500^oC.

.

3.1.19 Визначаємо масовий склад сухих газів у продуктах згоряння:

а) літній режим

б) зимовий режим

.

3.1.20 Визначаємо масу сухих газів у продуктах згорання G_СГ, кг/кг, що припадають на 1 кг газоподібного палива

3.1.21 Визначаємо теплоємність сухих газів С_СГ, кДж/(кг· К), у продуктах згоряння

(16)

а) літній режим

Оскільки розраховане значення С_с.г. не відрізняється від того, яке ми приймали раніше, то відносну похибку дорівнює нулю.

б) зимовий режим

Оскільки розраховане значення С_с.г. не відрізняється від того, яке ми приймали раніше, то відносну похибку дорівнює нулю.

Так як похибка при обчислені значення С_с.г дорівнює нулю, то перераховувати С_с.г не потрібно.

3.1.22 Визначаємо масу водяної пари G_пар, кг/кг, у продуктах згоряння

(17)

3.1.23 Визначаємо вологовміст суміші d_см, г/кг, на вході в сушильний тунель

(18)

;

3.1.24 Визначаємо ентальпію поткових газів h_сум, кДж/кг, на вході до сушильного тунелю а) літній режим

(19)

Ентальпія топкових газів може бути визначені за співвідношенням:

(20)

.

б) зимовий режим

Ентальпія топкових газів може бути визначені за співвідношенням (20)

3.1.25 Визначаємо густину сухих газів _сум, кг/м³_н, за формулою

(21)

3.1.26 Визначаємо об'єм сухих газів V_СГ, м³/кг, за наступним виразом

(22)

3.1.27 Визначаємо повний об'єм суміші V_сум, м³_н/кг

(23)

.

3.1.28 Визначаємо об'єм суміші V_o, м³_н/кг на 1 кг сухих газів

(24)

Рисунок 3 — Процеси змішування продуктів згоряння із зовнішнім повітрям: 1 — літній режим; 2 — зимовий режим

3.2 Аналітичний розрахунок статики теоретичного процесу сушки

3.2.1 Задача розрахунку Визначити кількість випарної вологи в сушарці, загальні і питомі витрати теплоти, палива і сухих газів на сушку, а також ККД сушильної установки. Розрахунки виконати для літнього й зимового режимів роботи.

Рисунок 4 — Пневмогазова функціональна схема тунельної сушильної установки

1 — вентилятор; 2 — топка; 3 — камера змішування; 4 — сушильний тунель.

3.2.2 Вихідні дані.

3.2.2.1 Літний режим.

а) початковий вологовміст об'єкта сушки u_o=7,5%;

б) кінцевий вологовміст готового продукту _к=1,0%;

в) вологовміст сушильного агента на вході до сушильної камери d_{сум, л}=36 г/кг;

г) ентальпія сушильного агента на вході до сушильної камери h_{см, л}=669,75 кДж/кг;

д) ККД топки _Т=0,95;

е) продуктивність установки за готовим продуктом G₂=2000 кг/год;

ж) температура сушильного агента на виході із тунелю t₂=90^oC.

3.2.2.2 Зимовий режим.

а) вологовміст сушильного агента на вході до сушильної камери d_{сум, з}=28,82 г/кг б) ентальпія сушильного агента на вході до сушильної камери

h_{сум, з}=648,2 кДж/кг;

Примітка — значення величин, що не вказані, приймають для літнього режиму.

3.2.3 Визначаємо величину початкової вологості _o, %, об'єкта сушки

(25)

3.2.4 Визначаємо кількість вологи, випареної в установці W, кг/c

(26)

3.2.5 Визначаємо значення питомої масової теплоємності сухих продуктів згоряння С_СГ, кДж/(кг· К), при температурі виходу сушильного агента із тунелю t₂=90^oC за формулою:

(27)

Величина теплоємностей компонентів за тієї ж температури

3.2.6 Визначаємо вологовміст d₂, г/кг, використавши співвідношення для розрахунку ентальпії топкових газів і ту обставину, що в теоретичному процесі сушки випаровування вологи із матеріалу відбувається при h_см=h₂=const

(28)

.

3.2.7 Визначаємо питому витрату l, кгс.пов./(кг вологи), абсолютно сухої частини сушильного агента

(29)

3.2.8 Визначаємо повну витрату L, кг/с, абсолютно сухого сушильного агента на сушку

(30)

3.2.9 Визначаємо питому витрату теплоти q, кДж/кг, на сушку в теоретичній сушильній установці

(31)

3.2.10 Визначаємо загальну витрату теплоти Q, кВт, на сушку

(32)

3.2.11 Визначаємо загальну витрату палива B, кг/с, на сушку

(33)

Витрата палива на сушку повинна бути такою, щоб сушильного агента, що утворився, було достатньо для виконання функцій, як теплоносія, так і вологоносія. Тому з метою перевірки правильності виконаних обчислень розрахуємо загальну витрату палива на сушку за співвідношенням

(34)

3.2.12 Визначаємо питому витрату палива b, г/кг вол., на сушку

(35)

3.2.13 Тепловий ККД сушильної установки

(36)

де — питома витрата теплоти на випаровування вологи з матеріалу, кДж/кг вол.;

ентальпія водяного пара, що міститься в сушильному агенті, що видаляється із сушильного тунелю, кДж/кг;

Оскільки в теоретичній сушильній установці температури матеріалу

₁=₂=0 ^oC, то

і ККД такої сушильної установки визначаємо з виразу

(37)

а) літній режим

.

Для перевірки правильності розрахунків обчислимо ККД установки за наступним виразом

(38)

б) зимовий режим

Для перевірки правильності розрахунків обчислимо ККД установки за виразом (38)

Рисунок 5 — Процеси в теоретичній сушильній установці.

3.3 Аналітичний розрахунок статики дійсного (враховуючи втрати теплоти) процесу сушки

3.3.1 Задача розрахунку Визначити кількість випареної вологи в сушильній камері, загальні та питомі витрати теплоти, палива і сухих газів на сушку, а також ККД сушильної установки.

3.3.2 Вихідні дані

3.3.2.1 Літній режим.

а) температура

зовнішнього повітря t_{o, л}=19,4 ^oC;

сушильного агента на виході із тунелю t₂=90 ^oC;

б) відносна вологість _{о, л}=68%;

в) ентальпія зовнішнього повітря h_{о, л}=45,37 кДж/кг;

г) атмосферний тиск B_л=746,3 мм рт. ст.;

д) маса сухих газів в продуктах згоряння G_С.Г.=79,7 кг/кг;

е) ентальпія сушильного агента на вході в сушильний тунель

h_{сум, л}=669,75 кДж/кг;

ж) теплоємність транспортних засобів C_ТР=0,5 кДж/(кг•К);

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

и) кількість випареної вологи W=0,036 кг/с;

к) теплоємність матеріалу C_м=1,3 кДж/(кг•К);

л) питомі втрати сушильної установки в зовнішнє середовище в процентах від повних втрат теплоти на сушку a=0,10.

3.3.2.2 Зимовий режим а) температура зовнішнього повітря t_{o, з}= -12,2 ^oC;

б) відносна вологість _{о, з}=89%;

в) ентальпія зовнішнього повітря h_{о, з}= -8,34 кДж/кг;

г) атмосферний тиск B_з=759 мм рт. ст.;

д) маса сухих газів в продуктах згоряння G_С.Г.=76,4 кг/кг;

е) ентальпія сушильного агента на вході в сушильний тунель

h_{сум, з}=669,75 кДж/кг.

3.3.3 Загальні зауваження по розрахунку дійсного процесу сушки

Із-за наявності втрат теплоти в дійсній сушильній установці вологовміст d_2д сушильного агенту на виході із сушильного тунелю такої установки нижчий, ніж в теоретичній установці (d_2д2) з такими ж температурами сушильного агенту на вході и виході, що і в дійсній установці. Оскільки в цьому випадку h_сумh_2д, то значення h_2д сушильного агентау на виході із сушильного тунелю невідоме і вологовміст d_2д неможна визначити так, як це було зроблено при розрахунку теоретичного процесу сушки.

Для розрахунку вологовмісту d_2д використовують ту обставину, що витрати палива на сушку повинені бути такими, щоб забезпечити витрати сушильного агенту, достатні для виконання ним функцій одночасно теплоі вологоносія. В цьому випадку

(39)

Звідки випливає, що

(40)

де питомі витрати абсолютно сухого сушильного агента:

.(41)

Врівноваження теплового балансу дійсної сушильної установки можна записати у вигляді:

(42)

де q_м, q_ТР, q₅ — питомі втрати теплоти відповідно на нагрів висушеного матеріалу, транспортних засобів для матеріалу і в навколишнє середовище через огодження сушильного тунелю, кДж/кг вл.

Враховуючи, що

q₅=a^.q,(43)

(44)

формула (42) приймає вид:

(45)

Прирівняємо формули (40) и (45) :

(46)

Помноживши праву і ліву частину на 10³ і розділивши обидві частини отриманого вище рівняння на l з врахуванням формул (41) отримаємо

(47)

Виразивши d_2д отримаємо кінцевий вираз

(48)

3.3.4 Визначаємо температуру матеріалу ₁, ^oC, що поступає в сушильний тунель для літнього режиму.

3.3.4.1 Визначаємо температуру точки роси t_р, ^оС для стану зовнішнього повітря за формулою

(49)

3.3.4.2 Визначаємотемпературу за мокрим термометром tм,^оС.

а) Приймаємо в першому наближені

(50)

1) Визначаємо тиск насичення P_Н, бар, по співвідношенню

(51)

тоді P_н=0,1 995 бар.

2) Визначаємо вологовміст d_м, г/кг, за формулою

(52)

.

3) Визначаємо ентальпію h_м, кДж/кг

(53)

Похибка при цьому складає

.

б) Приймаємо в другому наближені

1) Визначаємо тиск насичення P_Н, бар, по співвідношеню (51)

тоді P_н=0,1 862 бар.

2) Визначаємо вологовміст d_м, г/кг, за формулою (52)

3) Визначаємо ентальпію h_м" по (53), кДж/кг

Похибка при цьому складає

Отримаємо, що температура матеріалу, що поступає в сушильний тунель в літній період року

3.3.5 Температура матеріалу ₁, ^oC, що поступає в сушильний тунель для зимнього режиму

3.3.6 Кінцевий вологовміст U_к,%

(54)

3.3.7 В переохолодженому рідкому вигляді в матеріалі залишається лише зв’язана волога. Вільна волога замерзає. В курсовій роботі вологовміст U_л, %, при якому в матеріалі залишається не замерзлою переохолоджена волога визначаємо по співвідношеню

(55)

3.3.8 Визначаємо кількість замерзлої вологи G_л, кг/год, за формулою

(56)

де G₁ — масові витрати матеріалу, що поступає на сушку, кг/c, який знаходимо по сіввідношеню

G₁=G₂+W, (57)

G₁=2000+129,6=2129,6 кг/год ,

3.3.9 Питомі втрати теплоти q_м на нагрів висушенного матеріалу.

3.3.9.1 Літній період.

(58)

3.3.9.2 Зимовий період.

Визначаємо питомі втрати теплоти q_м, кДж/кг в.п. на нагрів висушенного матеріалу з врахуванням того, що в зимовий період ₁<0 ^oC і частина вологи в об'єкті сушки знаходиться в замороженому стані, тобто необхідні додоткові витрати на її разморожування

(59)

3.3.10 Визначаємо масу готового продукту на одному піддоні G_2П, кг, за формулою

(60)

3.3.11 Визначаємо масові витрати транспортних засобів G_ТР, кг/с, із наступного співвідношення

(61)

де n_під — число піддонів на вагонетці, шт; m_в — маса вагонетки, кг; m_під — маса піддону, кг.

3.3.12 Визначаємо температуру сушильного агента ₂,^oC на виході із сушильної установки

₂=t₂-10 ^oC;

₂=90−10=80 ^oC.

3.3.13 Визначаємо питомі втрати теплоти q_ТР, кДж/кг в.п. на нагрів транспортних засобів

(62)

де t_ТР'=t_o — температура транспортних засобів на вході в сушильний тунель, ^oC.

t_ТР''=₂ — температура на виході із сушильного тунелю, ^oC.

3.3.14 Визначаємо вологовміст сушильного агента на виході із сушильного тунелю при дійсному процесі сушки d_2д, г/кг, із виразу, який було отримано вище

(63);

Так як температура t₂=90 ^oC, то перевіримо існування отриманої точки M (t₂;d_2д):

Умова t₂-t_{p, 2}? 10? C виконується.

3.3.15 Визначаємо питомі витрати абсолютно сухого сушильного агента l, кг/кг, на виході із тунеля за формулою:

(64)

3.3.16 Визначаємо повні витрати абсолютно сухого сушильного агента на сушку L, кг/с, за співвідношенням

(65)

3.3.17 Визначаємо ентальпію сушильного агента на виході із тунеля h_2д, кДж/кг, за формулою:

(66)

3.3.18 Визначаємо питомі витрати теплоти q, кДж/кг, на сушку в дійсній сушильній установці

3.3.18.1 Літній період

(67)

Перевірка:

(68)

де q₅=a^.q'.

Похибка при цьому складає

3.3.18.2 Зимовий період

Перевірка:

де q₅=a^.q'.

Похибка при цьому складає

3.3.19 Визначаємо загальні витрати теплоти на сушку Q, кВт, із співвідношення (32)

3.3.20 Визначаємо загальні витрати палива на сушку B, кг/с за (33) і (34)

3.3.20.1 Літній період.

Перевірка:

Похибка при цьому складає

.

3.3.20.2 Зимний период.

Перевірка:

Похибка при цьому складає

.

3.3.21 Визначаємо питомі витрати палива на сушку b, г/кг вл., за формулою (35)

3.3.22 Визначаємо ККД дійсної сушильної установки _су, %, із наступних залежностей

3.3.22.1 Літній період

(69)

3.3.22.2 Зимовий період

(70)

Рисунок 6 — Процес сушки в дійсній сушильній установці

3.4 Графоаналітичний розрахунок статики теоретичного процесу сушки в сушильному тунелі

3.4.1 Завдання розрахунку Визначити кількість випареної вологи в сушці, повні і питомі витрати теплоти, палива і сухих газів на сушку, а також ККД сушильної установки.

3.4.2 Вихідні дані.

3.4.2.1 Літній режим а) температура

1)сушильного агента на вході в тунель t_СУМ=500 ^oС;

2)навколишнього повітря t_{о, л}=19,4 ^oС;

б) відносна вологість навколишнього повітря _{о, л}=68%;

в) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру

d_{сум, л}=36 г/кг;

г) температура виходу сушильного агента з тунелю t₂=90^oC.

3.4.2.1 Зимовий режим:

а) температура навколишнього повітря t_{о, з}= -12,2^oС;

б) відносна вологість навколишнього повітря _{о, з}=89%;

в) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру

d_{сум, з}=28,8 г/кг

3.4.3 Загальні зауваження по виконанню графоаналітичного розрахунку статики теоретичного процесу сушки.

Сутність графоаналітичного розрахунку статики сушіння полягає у побудові на h-d діаграмі за відомими параметрами сушильного агента зображення процесів, протікаючих в сушильній установці і допоміжних ліній; вимірюванні довжини відповідних відрізків зображення; обчислення на основі цих вимірів питомих витрат сушильного агента і теплоти на сушіння.

В теоретичниму процесі сушіння температура об'єкта сушіння на виході і вході в сушильну камеру одинакова: ₁=₂=0 ^oC. Отже, при протіканні в сушильному тунелі адіабатного процесу випаровування вологи з першого закона термодинаміки витікає, що в цьому процесі h=const, тобто h₂=h_сум.

3.4.4 Визначаємо довжини характерних відрізків на діаграмі.

Рисунок 7 — Процеси в теоретичній сушильній установці

3.4.4.1 Літній період.

Процеси, протікаючі в установці, будуємо в h-d-діаграмі так. За значеннями t_o=19,4 ^oC і _o=68% наносимо точку А. За значеннями t_сум=500 ^oC і d_сум=36 г/кг наносимо точку М, яка характеризує стан сушильного агента на вході в тунель. З точки М проводимо ізоентальпу MC до перетину в точці С з ізотермою t₂=90 ^oC. З'єднуємо прямою лінією точки, А та М. Ламана АМС відображає процеси, що протікають в установці. З точки, А проводимо вертикаль d_o=const до перетину з ізоентальпою h_сум=const (з продовженням лінії МС) в точці В. З точки М проводимо вниз вертикаль d_сум=const до перетину в точці D с горизонталлю, проведеною з точки С. Вимірюють довжину відрізків АВ=325мм і CD=172,25 мм, установлюють масштаби діаграми для осі вологовмістів _d=1,02 г/(кг•мм) і _h=0,515 ккал/(кг•мм).

Для контролю правильності побудов знайдемо величину

CD'=(d₂-d_сум)/_d =(215−36)/1,02=175,5 (мм),

тоді похибка сладає:

3.4.4.2 Зимовий період.

Процеси, протікаючі в установці, будуємо в h-d діаграмі так. За значеннями t_o=-12,2^oC и _o=89% наносим точку А. По значениям t_сум=500 ^oC та d_сум=28,8 г/кг наносимо точку М, яка характеризує стан сушильного агента на вході в тунель. З точки М проводимо ізоентальпу MC до перетину в точці С з ізотермою t₂=90 ^oC. З'єднуємо прямою лінією точки, А та М. Ламана АМС відображає процеси, протікаючих в установці. З точки, А проводимо вертикаль d_o=const до перетину з ізоєнтальпою h_сум=const (з продовженням лінії МС) в точці В. З точки М проводимо вниз вертикаль d_сум=const до перетину в точці D с горизонталлю проведеною з точки С. Вимірюємо довжину відрізків АВ=342 мм і CD=196 мм.

Для контролю правильності побудов знайдемо величину

CD'=(d₂-d_сум)/_d =(225−28,82)/1,02=192 (мм), тоді похибка сладає:

3.4.5 Обчислюємо масштабний коефіцієнт діаграми m, кДж/г.вол., за відношенням:

(71)

3.4.6 Визначаємо питому витрату сухого сушильного агента на сушіння, кг/кг, за формулою

(72)

3.4.7 Визначаємо повну витрату абсолютно сухого сушильного агента на сушіння L, кг/с

(65)

3.4.8 Визначаємо питому витрату теплоти на сушіння q, кДж/кг, в теоретичній сушильній установці

(73)

3.4.9 Визначаємо загальну витрату теплоти на сушку Q, кВт

3.4.10 Визначаємо загальну витрату палива на сушіння B, кг/с

3.4.11 Визначаємо питому витрату палива на сушіння b, г/кг вол., за наступною залежністю (34)

3.4.12 Визначаємо ККД сушильної установки _су,%

3.4.12.1 Літній режим.

(74)

де довжини відповідних відрізків рівні KG=260 мм, CE=206 мм.

За аналітичними розрахунками

СE'=d₂/_d=215/1,02=210,78 мм,

тоді похибку графічних побудов визначаємо за формулою

3.4.12.2 Зимовий режим.

де довжини відповідних відрізків рівні KG=245 мм, CE=196 мм.

За аналітичними розрахунками СE'=d₂/_d=209,8/1,02=206 мм, тоді похибку графічних побудов визначаємо за формулою

3.5 Графоаналітичний розрахунок статики дійсного (з урахуванням втрат теплоти) процесу сушіння в сушильному тунелі

3.5.1 Завдання розрахунку.

Визначити кількість випареної вологи в сушці, повні і питомі витрати теплоти, палива і сухих газів на сушку, а також ККД сушильної установки

3.5.2 Вихідні дані.

3.5.2.1 Літній режим а) температура

1)сушильного агента на вході в тунель t_СУМ=500 ^oС;

2)навколишнього повітря t_{о, л}=19,4 ^oС;

б) відносна вологість навколишнього повітря _{о, л}=68%;

в) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру

d_{сум, л}=36 г/кг;

г) температура виходу сушильного агента з тунелю t₂=90^oC.

3.5.2.2 Зимовий режим:

а) температура навколишнього повітря t_{о, з}= -12,2^oС;

б) відносна вологість навколишнього повітря _{о, л}=89%;

в) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру

d_{сум, з}=28,8 г/кг

3.5.3 Загальні зауваження по виконанню графоаналітичного розрахунку статики дійсного процесу сушки.

Основні труднощі цього розрахунку — у побудові політропи дійсного процесу сушіння в сушильному тунелі, тому що тільки за значенням температури t₂=90 ^oC сушильного агента на виході з тунелю не можна нанести на h-d діаграму точку, яка характеризує стан сушильного агента. Уникнути труднощів можна — для цього необхідно побудувати промінь політропи реального процесу сушіння. Для цього на діаграмі потрібно побудувати прцеси в теоретичній сушильній установці так, як це було пояснено вище (П. 3.3.4), а потім за допомогою нижче приведеної методики побудувати дійсний процес сушіння.

3.5.4 Будуємо дійсний процес і визначаємо довжини характерних відрізків, побудованих на діаграмі.

Рисунок 8 — Процеси в дійсній сушильній установці

3.5.4.1 Літній період.

Вимірюємо довжину відрізка АВ=281 мм і відкладаємо від точки В вниз вздовж лінії d_o=const відрізок BP=a^.AB=0,11•281=31 мм. Через точку Р проходить ізоентальпа h_{сум, у}, яка перетинає лінію d_сум=сonst в точці N. Далі на ізоентальпі h_{сум, л} вибирають довільну точку е, проводимо через цю точку горизонталь ef=50 мм і обчислюють довжину відрізка eE за співвідношенням

(75)

де

Оскільки ₁<0, то відрізок еЕ відкладають з точки е вниз. Відмічаємо точку Е, з'єднують точки N і E прямою та продовжують цю пряму до перетину з ізотермою t₂=const і в точці С_д, що характеризує стан сушильного агента на виході з тунелю. З'єднуємо прямою точки С_д і М. Лінія МС_д — політропа дійсного процесу сушіння. З точки С_д проводимо горизонталь С_дD до перетину її в точці D з лінією d_сум=соnst і в точці F з лінією d=0.

За отриманими вище побудовами визначимо відповідні довжини відрізків: С_дD=92 мм; AS=230 мм; KG=166 мм; C_дF=133 мм. При цьому С_дD_дD'=(d_2д-d_сум)/_d=(178,9−37,7)/1,02=138 мм.

3.5.4.2 Зимовий період.

Виміряємо довжину відрізка АВ=255 і відкладаємо від точки В вниз вздовж лінії d_o=const відрізок BP=a^.AB=^.AB=0,1•284=28 мм. Через точку Р проходить ізоентальпа h_{сум, з}, яка перетинає лінію d_сум=сonst в точці N. Далі на ізоентальпі h_{сум, у} вибирають довільну точку е, проводимо через цю точку горизонталь ef=80мм і обчислюють довжину відрізка eE за співвідношенням (75), де

Оскільки ₁<0, то відрізок еЕ відкладають з точки е вниз. Відмічаємо точку Е, з'єднують точки N і E прямою та продовжують цю пряму до перетину з ізотермою t₂=const і в точці С_д, що характеризує стан сушильного агента на виході з тунелю. З'єднуємо прямою точки С_д і М. Лінія МС_д — політропа дійсного процесу сушіння. З точки С_д проводимо горизонталь С_дD до перетину її в точці D з лінією d_сум=соnst і в точці F з лінією d=0.

Отриманими вище побудовами визначимо відповідні довжини відрізків: С_дD=71 мм; AВ=294 мм; АЛ=174 мм; C_дF=100 мм. При цьому С_дD_дD'=(d_2д-d_сум)/_d=(148,3−29,9)/1,02=116 мм. Похибка при цьому складає:

3.5.5 Визначаємо питому витрату абсолютно сухої частини сушильного агента

3.5.6 Визначаємо повну витрату абсолютно сухого сушильного агента на сушіння L, кг/с

(65)

3.5.7 Визначаємо питому витрату теплоти на сушіння q, кДж/кг, в теоретичній сушильній установці

(76)

Перевірка відповідно до теплового балансу з використанням наступної формули:

(77)