Kalishuk_D_G_PiAKhT_2011

где I1 – энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе его в сушил- ку), кДж/кг; I0 – энтальпия воздуха на входе в калорифер, кДж/кг.

4.19.5.2. Тепловой баланс конвективной сушилки (внутренний тепловой ба- ланс) описывается зависимостью

где I2 – энтальпия воздуха (сушильного агента) на выходе из сушилки, кДж/кг; Qмат и Qтр – расходы тепла, уносимого из сушилки высушенным материалом и транспортными устройствами соответственно, кВт; Qпот – расход тепла на потери в окружающую среду, кВт; Qвл – приход тепла в сушилку с испаренной в процессе

сушки влагой, кВт.

Значения Qмат , Qтр, Qвл рассчитывают следующим образом:

где Gк и Gтр – массовые расходы высушенного материала и транспортных устройств соответственно, кг/с; cмат , cтр, cвл – удельные теплоемкости высушиваемого материа- ла, транспортных устройств и влаги (воды) соответственно, кДж/(кг °C); θ2 и θ1 –

температуры материала на выходе из сушилки и входе в нее соответственно,°C. Уравнения (4.464) и (4.465) записаны для условия, что материал и транспорт-

ные устройства имеют одинаковые температуры. При удалении из материала во время сушки только свободной влаги значение θ2 принимают равным темпера-

туре мокрого термометра для сушильного агента, находящегося с этим материалом в контакте. В таком случае для прямоточной сушилки θ2 = t2м, для противоточной

θ2 = t1м. Здесь t2м – температура мокрого термометра для воздуха, покидающего сушилку и имеющего температуру t2 ; t1м – температура мокрого термометра для воздуха, поступающего в сушилку и имеющего температуру t1.

Величина Qпот обычно составляет от 3 до 10% от его расхода, вносимого су- шильным агентом в сушилку LI1.

4.19.5.3. Удельные потери тепла с высушенным материалом, транспортными устройствами, в окружающую среду и удельный приход тепла с влагой qмат , qтр, qпот , qвл , кДж/кг удаленной влаги, рассчитывается следующим образом:

4.19.5.4. Для определения расхода тепла на сушку Qк и расхода потребляемо- го при этом сушильного агента следует решить систему уравнений (4.456), (4.462), (4.471) и (4.472).

Для сушилки, работающей по простому сушильному варианту и использующей в качестве сушильного агента атмосферный воздух, x1 = x0 , I1 определяется из заданной температуры воздуха на входе в сушилку (на выходе из калорифера) t1 (см. рис. 4.22, рабочая линия изменения параметров воздуха в калорифере AB).

Рис. 4.22. Определение I2 , x2 и ϕ2 графоаналитическим методом: AB – рабочая линия изменения параметров воздуха в калорифере;

BC – рабочая линия изменения параметров воздуха в теоретической сушилке; BE – рабочая линия изменения параметров воздуха в действительной сушилке

132

Температурой воздуха на выходе из сушилки t2 (либо относительной влажностью его ϕ2 ) также задаются. Но при этом число неизвестных в системе (4.456), (4.462),

(4.471), (4.472) превышает число уравнений. Поэтому решение ее проводят итерацион- ным методом, используя понятие теоретической сушилки. Для теоретической сушилки принимают условие

где I2т – энтальпия влажного воздуха на выходе из теоретической сушил-

ки, кДж/кг воздуха.

На практике при расчетах конвективных сушилок чаще всего используют графоаналитическую версию итерационного метода с выполнением построений на

I−x-диаграмме.

4.19.5.5.При использовании графоаналитического метода рекомендуется сле- дующая последовательность действий (см. рис. 4.22). Находят точку пересечения линии I1 с изотермой t2 – точкуC. Для этой точки определяют значение влагосо-

держания x2т. Затем, используя значение x2т , рассчитывают массовый расход су- хого воздуха Lт, кг/с,

На I −x-диаграмме отмечают точку D с координатами x2т, I2т. Указанную точ- ку D соединяют с точкой B (координаты ее x1 , I1 ) отрезком прямой. На пересечении отрезка BD и изотермы t2 отмечают точку E. При правильных, достаточно точных расчетах и построениях координаты этой точки определяют действительные зна- чения энтальпии I2 и влагосодержания воздуха на выходе из сушилки x2. Для проверки достоверности полученных результатов повторяют расчеты по фор- мулам (4.474) и (4.475). При этом в выражение (4.474) подставляют значение x2 , полученное графически. Условием окончания расчетов является совпадение с дос- таточной точностью значений I2 , определенного графически, и I2т , вычисленного при проверочном расчете. Линия BE – линия изменения параметров сушильного агента в сушилке (рабочая линия сушки).

4.19.5.6. При использовании в сушилке в качестве сушильного агента топоч- ных газов значения их влагосодержания x1 и энтальпии I1 рассчитываются исходя из материальных и тепловых балансов сгорания топлива и смешения продуктов сгорания с избытком воздуха. В данном пособии указанные задачи не рассматри- ваются. Для расчетов конвективной сушки топочными газами могут быть прибли- женно использованы зависимости, применяемые для расчетов сушки воздухом, в том числе и I −x-диаграмма влажного воздуха.

133

4.19.6. Определение размеров сушилок

4.19.6.1. Основным конструктивным размером конвективной сушилки является объем зоны взаимодействия высушиваемого материала с сушильным агентом (объем сушильной камеры) Vс, м3. При наличии опытных данных по напряжению сушиль- ной камеры по удаляемой влаге (расход влаги, удаляемой из материала в расчете на 1 м3 сушильной камеры) AV , кг/(м3 с), значения Vс определяют по зависимости

ветственно, выраженные через парциальные давления паров влаги, Па.

где x1 и x2 – движущие силы сушки на входе и выходе воздуха из сушилки соответственно, выраженные через его влагосодержания, кг влаги/кг сухого воздуха.

Для расчета P1 и P2 определяются значения Pп1 , Pп2 , Pнп1 , Pнп2 – парциальные давления пара влаги в воздухе на входе и выходе его из сушилки и парциальные дав- ления пара в насыщенном воздухе (над поверхностью материала) на входе и выходе его из сушилки соответственно, Па. Для расчета x1 и x2 определяются значения x1 , x2 , xн1 , xн2 – влагосодержания воздуха на входе и выходе из сушилки и влагосодер- жания насыщенного воздуха (над поверхностью материала) на входе и выходе его из сушилки соответственно, кг влаги/кг воздуха. Графическое определение Pп1 , Pп2 , Pнп1 , Pнп2 , xн1 , xн2 с использованием рабочей линии процесса сушки показано на рис. 4.23.

Как видно из рис. 4.23, значения Pнп1 , Pнп2 , xн1 , xн2 определяются при соответст- вующих температурах мокрого термометра tм1 и tм2.

Обозначения параметров на рис. 4.23 соответствуют обозначениям, используе- мым на рис. 4.22.

134

Рис. 4.23. Определение движущей силы сушки графическим методом: BE – рабочая линия изменения параметров воздуха в сушилке

Величины P1 , P2 , x1 , x2 можно определить графически, а также рассчитать по следующим формулам:

4.19.6.3. Калорифер сушильной установки является поверхностным теплооб- менником. Расчеты теплового баланса, движущих сил теплообмена в нем, опреде- ление поверхности см. в подразделах 4.11 и 4.14 настоящего пособия.

4.20.АДСОРБЦИЯ

4.20.1.Термины и определения

4.20.1.1. Адсорбент – твердый пористый материал, используемый в процессе адсорбции для поглощения из разделяемой газовой (жидкой) смеси целевого ком- понента (компонентов).

135

4.20.1.2.Адсорбат – целевой компонент, поглощаемый адсорбентом.

4.20.1.3.Активность адсорбента a, кг адсорбата/кг адсорбента, – относитель- ная массовая доля адсорбата в адсорбенте.

4.20.1.4.Равновесная активность адсорбента a* – его активность в состоянии полного насыщения адсорбатом.

4.20.1.5.Остаточнаяактивность адсорбента a0 – егоактивностьпосле регенерации.

4.20.1.6.Динамическая активность адсорбента aд – его осредненная по всей массе активность в адсорбере периодического действия к моменту проскока.

4.20.2. Материальный баланс адсорбера периодического действия

4.20.2.1. Количество адсорбата, поглощенного за один цикл адсорбентом в ад- сорбере периодического действия M, кг, рассчитывают по формуле

где Gад – масса адсорбента, загруженного в адсорбер, кг.

4.20.2.2. Объем газовой смеси, подвергающейся очистке в адсорбере за один цикл, Vсм , м3, определяется следующим образом:

где c0 – массовая концентрация адсорбата в смеси, поступающей на очистку, кг/м3.

4.20.2.3. Продолжительность времени поглощения адсорбата в адсорбере пе- риодического действия за один цикл τп , с, рассчитывают по зависимости

где S – площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м3; w – фиктивная ско- рость газа через слой адсорбента, м/с.

4.21.ЭКСТРАКЦИЯ

4.21.1.Термины и определения

4.21.1.1.Экстрагент – жидкость, применяемая при экстракции для извлече- ния целевого компонента (компонентов) из разделяемой смеси.

4.21.1.2.Экстракт – жидкий раствор целевого компонента в экстрагенте, полу- чаемый в результате экстракции.

4.21.1.3.Рафинат – жидкость, получаемая в результате экстракции после из- влечения из нее целевого компонента.

136

4.21.2. Материальный баланс экстракции

При проведении непрерывной экстракции расход целевого компонента, пере- ходящего из разделяемой смеси в экстракт M, кг/с, рассчитывается по следующим

формулам:

где Vс и Vэ – объемные расходы смеси и экстрагента соответственно, м3/с; xн и xк – мас- совые концентрации целевого компонента в разделяемой смеси на входе и выходе ее из экстрактора соответственно, кг/м3 смеси; yн и yк – относительные массо- вые концентрации целевого компонента в экстрагенте на входе и выходе его из экстрактора соответственно, кг/м3 экстрагента.

4.21.3. Определение числа теоретических ступеней взаимодействия фаз в экстракторе

Определение числа теоретических ступеней взаимодействия фаз в противо- точном экстракторе непрерывного действия может быть проведено по методике, описанной в подпунке 4.16.6.6 настоящего раздела. При этом следует обратить внимание, что построение рабочей и равновесной линий процесса необходимо про- водить в системе координат x −y, где x – массовая концентрация целевого компо- нента в разделяемой смеси; y – относительная массовая концентрация целевого компонента в экстрагенте.

137

5.ЗАДАЧИ

ККОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ № 1

Задача 1

Газовая смесь состоит из компонентов A и B и имеет температуру t. В смеси содержится cB компонента B. Давление, под которым находится смесь, на P больше (меньше) нормального атмосферного. Масса компонента A в смеси mA.

Определить:

1)объем, занимаемый смесью при нормальных условиях;

2)кинематическую вязкость смеси при рабочих давлении и температуре. Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.1,

по предпоследней цифре – из табл. 5.2.

Таблица 5.1

Задача 2

Плотность газовой смеси, состоящей из компонентов A и B, при нормальных условиях составляет ρ0 . Объем указанной газовой смеси при температуре T и из- быточном давлении Pизб равен V .

Определить:

1)объемную долю каждого из компонентов в смеси;

2)плотность и динамическую вязкость смеси при рабочих условиях;

3)массу компонента A (или компонента B ) в смеси.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.3, по предпоследней цифре – из табл. 5.4.

Массу компонента A определять при нечетных вариантах задания из табл. 5.4, при иных вариантах задания из указанной таблицы определять массу компонента B .

Таблица 5.3

Задача 3

Температура и абсолютное давление газовой смеси в исходном состоянии составляет t1 и P1 соответственно. Смесь была подвергнута компримированию (дросселированию), а затем после компримирования охлаждению (после дросселирования – нагреванию). В результате давление смеси изменилось в N раз (после дросселирования уменьшилось, после компримирования увеличилось), а температура – на t . Смесь состоит из компо- нентов A и B , причемобъемнаядолякомпонента A в n разбольшедоликомпонента В.

Определить:

1)какой объем занимал 1 кг смеси при исходных температуре и давлении;

2)кинематическую вязкость смеси после дросселирования с последующим нагреванием (после компримирования с последующим охлаждением).

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.5, по предпоследней цифре – из табл. 5.6.

139

Таблица 5.5

Определить:

1)объемную долю ОС в растворе;

2)объем, плотность и динамическую вязкость полученного раствора. При расчетах раствор принять неассоциированным.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.7,

по предпоследней цифре – из табл. 5.8.

Таблица 5.7

140