- •2.Описання проектованого апарату
- •4. Опис апаратурно-технологічної схеми.
- •Розрахунок.
- •6.Технологічний розрахунок.
- •7.Тепловий розрахунок.
- •8.Конструктивний розрахунок.
- •9.Визначення основних параметрів вологого повітря.
- •10. Техніко-економічні показники.
- •11.Умови безпечної експлуатації і питання екології
Розрахунок.
Матеріальний баланс
Зобразимо принципову схему розпилювальної сушарки, що складається із калорифера 1 для підігрівання повітря сушильної камери 2.
Рис. 1. Схема розпилювальної сушарки
Для складання матеріального балансу сушарки, введемо наступні позначення:
x – вологовміст повітря, кг/кгс.п;
t – температура повітря, ˚С;
φ – відносна вологість повітря, %;
І – ентальпія повітря, кДж/кгс.п;
L – витрата сухого повітря, кг/год;
ω1 – масова частка вологи в матеріалі, % до загальної маси;
θ – температура матеріалу, ˚С;
G1 і G2 – витрати відповідно вологого та висушеного матеріалу, кг/год;
W – кількість видаленої вологи, кг/год.
Вихідні дані:
6.Технологічний розрахунок.
З рівняння теплового балансу справедливе відношення:
Знайдемо :
Продуктивність установки по випареній волозі:
Питомий вологовміст повітря розраховується за формулою:
,
Де 0,622 – відношення молярних мас водяної пари і повітря;
- тиск насиченої водяної пари при даній температурі, Па;
При ;
- відносна вологість повітря,%;
В- барометричний тиск повітря, Па. В=99,1 кПа.
Ентальпія вологого повітря розраховується за формулою:
,
Де - теплоємність сухого повітря, кДж/кг*К
;
t- температура вологого повітря, ;
d-питомий вологовміст повітря. г/кг;
-питома теплоємність перегрітої пари, кДж/кг.
,
Де - питома теплота пароутворення води, кДж/кг. ;
-питома теплоємність водяної пари, кДж/кг*К. .
Питома теплоємність перегрітої пари вхідного повітря :
.
Тоді ентальпія вхідного повітря:
Питома теплоємність перегрітої пари нагрітого повітря становить:
.
Ентальпія відпрацьованого повітря для теоретичнго прочосу сушки равна теплоємності нагрітого повітря:
Відносна вологість повітря на вході в сушарку визначається з формули:
(при t=150 )
Питома теплоємність перегрітої пари відпрацьованого :
Вологовміст повітря на виході з сушарки розраховується за формулою:
Відносна вологість повітря на виході з сушарки визначається із формули:
, (при t=65 )
Питома витрата абсолютно сухого повітря розраховується за формулою:
Загальна витрата абсолютно сухого повітря:
L=l*W,
L=30*131.22=3936.6 кг/год.
Об’ємна витрата вологого повітря розраховується за формулою:
V=L* ,
Де - питомий об’єм вологого повітря на 1 кг абсолютно сухого, м /кг.
Питомий об’єм вологого повітря розраховується за формулою :
,
Де -універссальна газова стала, =287 Дж/кг*К;
Т- абсолютна температура повітря,К.
Питомий об’єм вологого повітря складає:
Вихідного повітря:
На вході в сушарку:
На виході з сушарки:
.
Об’ємна витрата вологого повітря складає:
Для вихідного повітря:
На вході в сушарку:
На виході з сушарки:
7.Тепловий розрахунок.
Теоретичний процес сушіння не враховує втрати теплоти і внесення додаткового тепла безпосередньо в камеру. При цьому ентальпія повітря залишається постійною ( ).
В реальному процесі сушки враховуються вищезгадані і рівняння теплового балансу:
,
Де - питома кількість тепла, внесена в сушильну камеру чи втрачена нею в розрахунку на 1 кг випареної вологи, кДж/кг.
Рівняння розрахунку має вигляд:
,
Де - питома теплоємність води. кДж/кг*К, =4,19 кДж/кг*К.;
- температура матеріалу при вході в сушильну башту, . Приймається =20 ;
- питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу, кДж/кг.
- питомі витрати тепла на нагрівання транспортних пристроїв, кДж/кг, для даного способу сушки =0;
-питомі втрати тепла в навколишнє середовище, кДж/кг.
Питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу в сушильній камері розраховуються за формулою:
,
Де - питома теплоємність висушеного продукту, кДж/кг. Розраховується за формулою:
,
Де - вологість висушеного матеріалу, %;
- питома теплоємність абсолютно сухого матеріалу, кДж/кг*К.
За формулою питома теплоємність становить:
Питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу в сушильній камері :
Теплові втрати складають втрати в навколишнє середовище і термодинамічні втрати.
Втрати теплоти в навколишнє середовище розраховуються за формулою:
Де R-коефіцієнт теплопередачі, вт/м2*к;
F- площа поверхні теплообміну, ;
-середня різниця температур, ;
W-кількість випареної вологи, кг/год.
Середня різниця температур розраховуємо за рівнянням:
,
Де - температура зовнішнього повітря, =20 ;
- середня температура повітря в сушильній камері. Розраховується за формулою:
,
.
Знаходимо середню температуру:
=107,5-20=87,5 .
Температура стінки внутрішньої:
Температура стінки зовнішньої:
Коефіцієнт теплопередачі визначається:
,
Де А- коефіцієнт, А=1,2;
та - коефіцієнти тепловіддачі відповідно в умовах вимушеної та вільної конвекції. Вт/м*К.
Визначаються за формулою:
.
Розрахунок критеріїв.
Критерій Re.
,
Тоді критерій Nu:
Nu=0.66 .
Знайдемо коефіцієнти тепловіддачі :
.
Nu для розрахунку визначається:
при 10 <(Gr*Pr)<10 ,
При (Gr*Pr)>10 ,
Pr= ,
Де а- коефіцієнт температуропровідності повітря, м /с;
- коефіцієнт кінематичної в’язкості при середній температурі, м /с.
,
Де g- прискорення вільного падіння, м /с;
Т - абсолютна середня температура, К.
Т -абсолютна середня температура стінки, приймається на 5-15 менше середньої температури повітря, К;
h-висота камери.
Знайдемо критерій Грасгофа:
Знайдемо критерій Нусельта:
.
Тоді знайдемо коефіцієнт тепловіддачі :
Вт/м2*К.
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі :
=1,2*(0,83+1,5)=2,76 Вт/м2*К.
Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні сушильної камери до повітря розраховується за формулою:
,
Де - коефіцієнт тепловіддачі в умовах вільної конвекції, Вт/м2*К.
- коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням, Вт/м2*К.
.
Nu=0.15*(1.46*24*10 ) =452,68
.
Коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням рахується за формулою:
,
Де - приведений коефіцієнт теплового випромінювання, Вт/м2*К4.
= .
Приймаємо коефіцієнт випромінювання для стінки сушарки (пофарбована поверхня) . Для стінки цеха (штукатурка) .
= .
- абсолютна температура зовнішньої поверхні стінки, К;
-абсолютна температура поверхні тіл, поглинаючих теплоту.К.
Згідно прийнятим умовам, =301К, =293К. Тоді
Сушильна камера складається із стальних стін. Товщина =1 мм. Коефіцієнт теплопровідності =17,5 Вт/м2*К. Теплова ізоляція – скловата, =0,05Вт/м2*К. Стінки вкриті масляною фарбою, =1 мм, =0,233 Вт/м2*К.
Коефіцієнт теплопередачі:
,
.
Щоб знайти питомі втрати в навколишнє середовище, знайдемо площі поверхонь сушарки.
,
Де Fцил – площа поверхні циліндричної частини сушарки, м ;
Fкон- площа поверхні конічної частини сушарки, м ;
кр – площа поверхні кришки сушарки, м ;
,
Де R- радіус сушарки, R=D /2=3,4/2=1,7м;
L-січна конуса,м.
L=
,
,
,
.
Отже, витрати теплоти в навколишнє середовище складають:
Дж/кг.
Знайдемо питому кількість тепла, внесену в сушильну камеру:
кДж/кг.