ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Теплотехника

и энергообеспечение предприятий»

Б3.В8. «Тепломассообмен» методические указания

к лабораторным работам по теме:

«Исследование тепломассообменных процессов при конвективной сушке материалов»

Направление 140100 Теплоэнергетика

Специальность 140106 Энергообеспечение предприятий

Уфа 2012

Методическое указание разработано к.т.н., доцентом Юхиным Д.П.

Методическое указание одобрено и рекомендовано к печати кафедрой «Теплотехника и энергообеспечение предприятий» (протокол №___от __________2012г.) и методической комиссией энергетического факультета (протокол № ___ от ________2012 г.).

Рецензент: доцент кафедры

«Технология металлов и ремонт машин», к.т.н. Фаюршин А.Ф.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой, к.т.н., доцент Инсафуддинов С.З.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

ТЕМА: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ»

1 Цель работы

Изучить сущность теплообменных процессов, протекающих при конвективной сушке материалов и оценить эффективность работы конвективного сушильного аппарата с определением возможных путей ее повышения.

2 Общие сведения

Сушка – одно из направлений обезвоживания материалов, наиболее применяемое в промышленности и агропроизводстве. В процессе сушки путем испарения из материала несвязанной влаги добиваются изменения его некоторых свойств (твердость, прочность, сохранность и т.д.).

Для осуществления процесса сушки существует достаточно большое количество разнообразных конструкций сушильных аппаратов и установок. Тем не менее, условно их можно подразделить на следующие основные виды:

-конвективные сушилки;

-контактные (кондуктивные) сушилки;

-радиационные сушилки;

-сублимационные сушилки;

-диэлектрические сушилки.

В конвективных сушилках процесс осуществляется путем непосредственного контакта влажного материала с сушильным агентом-теплоносителем.

В кондуктивных сушилках процесс реализуется путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку.

В радиационных сушилках испарение влаги из материала достигается путем передачи теплоты инфракрасным излучением.

В сублимационных сушилках процесс обезвоживания материала достигается удалением влаги в замороженном состоянии.

В диэлектрических сушилках материал высушивается за счет воздействия на него полей токов высокой частоты.

Следует отметить, что во всех типах сушильных аппаратов материал находиться в контакте с влажным паром.

Самым распространенным типом сушильных установок является конвективная сушилка, а в качестве сушильного агента чаще всего применяется влажный воздух (смесь сухого воздуха с парами жидкости). Сушильный агент характеризуется рядом параметров (температура, давление, плотность, относительная влажность, влагосодержание, энтальпия и теплоемкость) которые неизбежно изменяются в процессе сушки. Для определения основных параметров воздуха чаще всего применяют Н-d диаграмму влажного воздуха (диаграмма Л.К. Рамзина). Кроме того, с помощью диаграммы Л.К. Рамзина и уравнения материального баланса сушильной камеры определяется необходимый для осуществления процесса расход сушильного агента.

Уравнение материального баланса в самой простой форме имеет вид

W=m₁-m₂ (1)

где W- количество влаги, удаляемой из материала, кг;

m₁-масса влажного материала, кг;

m₂-масса высушенного материала, кг.

При установившемся режиме сушки (номинальный режим) количество влаги, поступившей с материалом и с сушильным агентом, равно количеству влаги, удаляемой из сушильной камеры:

(2)

где w₁-влажность материала до сушки, %;

w₂-влажность материала после сушки, %;

d₁-влагосодержание сушильного агента после калорифера, г/кг;

d₂-влагосодержание сушильного агента, удаляемого из сушильной камеры, г/кг;

- масса сушильного агента без учета влаги в нем, кг.

Считается, что при использовании в качестве сушильного агента нагретого воздуха в калорифере его влагосодержание остается равным влагосодержанию воздуха окружающей среды (d₁= d₀).

Согласно уравнению материального баланса сушильной камеры расход сушильного агента можно определить по зависимости, кг:

(3)

Соответственно удельный расход сушильного агента (приходящийся на 1 кг испаренной влаги) можно определить по выражению:

(4)

Согласно представленной схеме тепловых потоков в конвективной сушильной камере

(рисунок 1) тепловой баланс без учета нагрева транспортирующих устройств (тары) условно можно представить в виде:

(5)

где -масса сушильного агента (воздуха) без учета влаги в нем, кг;

-количество влаги, удаляемой из материала, кг;

-масса материала без учета влаги, кг;

-удельная теплоемкость сушильного агента, Дж/кг∙К;

-удельная теплоемкость материала до сушки при , Дж/кг∙К;

-удельная теплоемкость материала после сушки при , Дж/кг∙К;

-удельная теплоемкость пара, Дж/кг∙К;

-удельная теплоемкость воды, Дж/кг∙К;

t_н, t_к – начальная и конечная температура материала, поступающего на сушку, ⁰С;

, - начальная и конечная температуры сушильного агента, ⁰С;

-начальное влагосодержание сушильного агента, кг/кг;

– теплота, подводимая в калорифере, Дж;

– потери теплоты в окружающую среду, Дж.

Рисунок 1. Принципиальная схема конвективной сушилки

На основании уравнения теплового баланса сушильной камеры можно определить расход тепла на процесс сушки материала.

(6)

Разделив равенство (6) на продолжительность сушки материала, получим уравнение баланса тепловых потоков сушильной камеры в Вт.

(7)

В более простой форме уравнение (7) имеет вид

(8)

где -тепловой поток, идущий на нагрев сушильного агента, Вт;

-тепловой поток, идущий на нагрев материала, Вт;

- тепловой поток, идущий на испарение влаги из материала, Вт;

-тепловые потери через корпус сушильной камеры, Вт.

На основании уравнения теплового баланса можно определить коэффициент полезного действия сушильной камеры в частности и установки в целом.

(9)