Курсовая работа: 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 t_o =-12,2 ^o C, j_o =89%, B=759 мм рт. ст. взимку (січень) і t_o =19,4 ^o C, j_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 ^o C і використовується в ньому одноразово.

Паливо – природний газ – має нижчу теплоту згоряння палива на суху масу за нормальних умов Q_н ^с =36491 кДж/м³ _н і склад у процентах за об’ємом:

CH₄ =92,8%;

C₂ H₆ =2,8%;

C₃ H₈ =0,9%;

C₄ H₁₀ =0,4%;

C₅ H₁₂ =0,1%;

N₂ =2,5%;

CО₂ =0,5%.

Температура палива t_П дорівнює температурі зовнішнього повітря відповідно у січні і липні. ККД топки h_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 w_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 w_р =0,8%. Питома площа поверхні об’єкта сушіння F_пит =0,08 м² /кг. Матеріал надходить на сушку з температурою q₁ , 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 q₂ =t₂ –Dt=90–10=80 ^o C, де t₂ =90^o C – температура сушильного агента на виході із тунелю; Dt=10 ^o C.

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 =q₂ .

Об’єкт сушіння перебуває в піддонах з розмірами а_під × в_під × с_під = =900×912×50 мм. Піддони встановлені на вагонетках, розміри яких а_в × в_в × × с_в =2200×950×1500 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 r_2,м =650 кг/м³ . Характерна довжина матеріалу (визначальний розмір) у напрямку обтікання його сушильним агентом l_o =1,4м. 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 ^o С;

2) зовнішнього повітря t_о,л =19,4 ^o С;

3) палива t_п =19,4 ^o С;

б) відносна вологість зовнішнього повітря j_о,л =68%;

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

г) нижча теплота згоряння палива Q_н ^с =36491 кДж/м³ _н.

3.1.2.2 Зимовий режим:

а) температура

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

2) зовнішнього повітря t_о,з =–12,2 ^o С;

3) палива t_п =–12,2 ^o С;

б) відносна вологість зовнішнього повітря j_о,з =89%;

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

г) нижча теплота згоряння палива Q_н ^с =36491 кДж/м³ _н.

3.1.3 За заданими температурами t_о,л =19.4 ^o С та t_о,з =–12,2 ^o С визначаємо за таблицями [2] 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^о С, 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

ρ_Т =r_i ^. ρ_i , (3)

де r_i – об’ємні долі компонентів природного газу;

ρ_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 С_п , кДж/(кг·К), вважаючи його сумішшю ідеальних газів. Теплоємність суміші С_сум , кДж/(кг·К)

C_см =Σm_i C_i , (7)

де теплоємності С_i компонентів можуть бути розраховані за співвідношенням C_i =C_µ /ρ_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 ^o C. 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;

m - молекулярна маса повітря, кмоль/кг.

,

.

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

(11)

,

.

3.1.15 Визначаємо масовий склад сухих газів у продуктах згоряння:

, (12)

, (13)

, (14)

де CO, CO₂ , N₂ , C_m H_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 1кг 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 α.

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

,

.

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 1кг 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 r_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 w_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 h_Т =0,95;

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

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

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 w_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^o C 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

q₁ =q₂ =0 ^o C, 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

1) зовнішнього повітря t_o,л =19,4 ^o C;

2) сушильного агента на виході із тунелю t₂ =90 ^o C;

б) відносна вологість j_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 ^o C;

б) відносна вологість j_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_2д <d₂ ) з такими ж температурами сушильного агенту на вході и виході, що і в дійсній установці. Оскільки в цьому випадку h_сум ¹h_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 тепло- і 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 q₁ , ^o C, що поступає в сушильний тунель для літнього режиму.

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

(49)

3.3.4.2 Визначаємотемпературу за мокрим термометром t_м ,^о С.

а) Приймаємо в першому наближені

(50)

1) Визначаємо тиск насичення P_Н, бар, по співвідношенню

(51)

тоді P_н =0,01995 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 =0,01862 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 q₁ , ^o C, 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 q₁ <0 ^o C 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 q₂ ,^o Cна виході із сушильної установки

q₂ =t₂ -10 ^o C;

q₂ =90-10=80 ^o C.

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, ^o C.

t_ТР ’’=q₂ – температура на виході із сушильного тунелю, ^o C.

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 ^o C, 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 h_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 тун елі

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 ^o С;

2)навколишнього повітря t_о,л =19,4 ^o С;

б) відносна вологість навколишнього повітря j_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^o C.

3.4.2.1 Зимовий режим:

а) температура навколишнього повітря t_о,з = -12,2^o С;

б) відносна вологість навколишнього повітря j_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: q₁ =q₂ =0 ^o C. 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 ^o C іj_o =68% наносимо точку А. За значеннями t_сум =500 ^o C 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 ^o C. 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 =constдо 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 m_d =1,02 г/(кг∙мм) і m_h =0,515 ккал/(кг∙мм).

Для контролю правильності побудов знайдемо величину

CD’=(d₂ -d_сум )/m_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^o C иj_o =89% наносим точку А. По значениям t_сум =500 ^o C 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 ^o C. 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 =constдо 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 )/m_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 h_су ,%

3.4.12.1 Літній режим.

(74)

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

За аналітичними розрахунками

СE’=d₂ /m_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 /m_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 ^o С;

2)навколишнього повітря t_о,л =19,4 ^o С;

б) відносна вологість навколишнього повітря j_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^o C.

3.5.2.2 Зимовий режим:

а) температура навколишнього повітря t_о,з = -12,2^o С;

б) відносна вологість навколишнього повітря j_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 ^o C 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 D₁ <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_д D 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_д D=92 мм; AS=230 мм; KG=166 мм; C_д F=133 мм. При цьому С_д D<CD=168, а розрахункове значення С_д D’=(d_2д -d_сум )/m_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 D₁ <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_д D 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_д D=71 мм; AВ=294 мм; АЛ=174 мм; C_д F=100 мм. При цьому С_д D<CD=167, а розрахункове значення С_д D’=(d_2д -d_сум )/m_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)

Похибка при цьому складає:

3.5.8 Визначаємо загальну витрату теплоти на сушку Q, кВт (31)

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

Перевірка витрати палива на сушку за формулою (33)

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

3.5.11 Тепловий ККД сушильної установки.

3.5.11.1 Літній період.

(78)

3.5.11.2 Зимовий період.

(79)

3.6 Розрахунок тривалості процесу сушіння.

3.6.1 Завдання розрахунку.

Визначити тривалість процесу сушіння в дійсній сушильній установці,використавши метод А.В.Ликова.

3.6.2 Вихідні дані.

3.6.2.1 Літній період.

а) початковий вологовміст об’єкта сушіння U_o =7,5%;

б) кінцева вологість готового продукту w_к =1%;

в) рівноважна вологість w_р =0,8%;

г) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру d_сум,л =36 г/кг;

д) ентальпія сушильного агента на вході в сушильну камеру h_сум,л =669,75 кДж/кг;

е) швидкість руху сушильного агента в тунелі на ділянці, яка відповідає першому періоду сушіння w_o =1,4 м/с;

ж) характерна довжина матеріалу (визначальний розмір) у напрямку обтікання його сушильним агентом l_o =1,4 м;

з) температура сушильного агента на вході в тунель t_СУМ =500^o С;

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

к) температура навколишнього повітря t_о,л =19,4 ^o С;

л) температура сушильного агента на виході з тунеля t₂ =90^o C.

3.6.2.2 Зимовий період.

а) вологовміст сушильного агента на вході в сушильну камеру

d_сум,з =28,82 г/кг

б) ентальпія сушильного агента на вході в сушильну камеру

h_сум,з =648,2 кДж/кг;

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

г) температура навколишнього повітря t_о,з = -12,2 ^o С.

3.6.3 Визначаємо відносний коефіцієнт сушки c, %^-1 , за формулою

(80)

3.6.4 Визначаємо кінцевий вологовміст U_к , %, за співвідношенням

(81)

3.6.5 Визначаємо рівноважний вологовміст U_р , %, з виразу

(82)

3.6.6 Визначаємо зведений критичний вологовміст об’єкта сушіння U_кр,л , %, за наступною залежністю

(83)

3.6.7 Визначаємо вологовміст сушильного агента d_I , г/кг, на виході із зони сушильного тунелю, яка відповідає першому періоду сушіння за формулою

(84)

3.6.8 Знаючи характер процесу сушки, використовуючи діараму за отриманим вище значенням d_2I визначаємо параметри, необхідні для подальшого розрахунку:

а) температура сушильного агента в кінці першого періоду сушки t_2I,л =446 ^o C, t_2I,з =450 ^o C.

б) вологовміст сушильного агента біля поверхні випаровування об’єкта сушіння на початку першого періоду сушіння d_пм1,л =242 г/кг, d_пм1,з =230 г/кг;

в) вологовміст сушильного агента на поверхні випаровування об’єкта сушіння наприкінці першого періоду сушіння d_пм2,л =238 г/кг, d_пм2,з =215 г/кг;

г) температура сушильного агента на поверхні випаровування об’єкта сушіння на початку першого періоду сушіння t_пм1,л =t_см,л ^м =67,7 ^o C, t_пм1,з =t_см,з ^м =66,5 ^o C;

д) температура сушильного агента на поверхні випаровування об’єкта сушіння наприкінці першого періоду сушіння t_пм2,л =t_2I ^м =66,2 ^o C,

t_пм2,з =t_2I,з ^м =64 ^o C.

3.6.9 Визначимо визначальну температуру t_м, ^o C, за формулою

(84)

T’_м,з =555,95 К.

T’_м,з =530,2 К.

T”_м,л =556,8 К.

T”_м,з =529,6 К.

3.6.10 Визначаємо ентальпію сушильного агента h_2I , кДж/кг, на виході з зони I-го періода сушки за співвідношенням

(85)

3.6.11 Визначаємо для перевірки правильності вище отриманих результатів значення температури t_2I , ^о С, сушильного агента в кінці першого періоду сушіння

Приймаємо в першому наближенні

Величина теплоємностей компонентів за цієї температури

(86)

Похибка при цьому складає:

3.6.12 Визначимо рушійну силу процесу масообміну Dd₁ , г/кг, на поверхні випаровування об’єкту сушки в кінці першого періоду сушки за формулою

(87)

3.6.13 Визначимо рушійну силу процесу масообміну Dd₂ , г/кг, на поверхні випаровування об’єкту сушки напочатку першого періоду сушки за наступною залежністю

(88)

3.6.14 Визначаємо середню рушійну силу D_dср , г/кг,процесу масообміну в першому періоді сушки за співвідношенням

(89)

3.6.15 Визначаємо за таблицями термодинамічних властивостей повітря [10] коефіціент кінематичної в’язкості n_o , м² /с, при нормальному тиску:

Перераховуємо його на умови розрахунку за формулою:

(90)

3.6.16 Визначимо критерій Рейнольдса Re за співвідношенням

(91)

Так як

то коефіціенти в формулі для знахоження числа Шервуда рівні A=0,0248, m=0,9.

3.6.17 Визначаємо коефіціент дифузії пари вологи в повітрі D, м² /c, за наступними формулами:

(92)

де

3.6.18 Визначаємо критерій Шмідта Sc за наступною залежністю

(93)

,

3.6.19 Визначаємо критерій Гухмана Gu за формулою

(95)

3.6.20 Визначаємо температурний фактор q з наступного виразу

(96)

3.6.21 Визначаємо число Шервуда Sh за рівнянням Нестеренко

(97)

3.6.22 Визначаємо коефіціент масообміну b_c , м/с, віднесений до різниці концентрацій пару вологи на поверхні об’єкта сушки і на відстані від нього, за співвідношенням

(98)

3.6.23 За діаграмою знаходимо парціальні тиски:

,,

,;

за формулами:

,

,

;

,

,

;

3.6.24 Визначаємо коефіціент масообміну b_d , кг/м² с, віднесений до різниці вологовмістів сушильного агента на поверхні матеріалу і на відстані від нього, за формулою

(99а)

(99б)

газова стала для повітря знаходиться за співвідношенням

Середнє значення коефіцієнтів масообміну:

.

,

3.6.25 Визначаємо інтенсивність випаровування j_I , кг/м² ·с, з виразу

(100)

3.6.26 Визначаємо швидкість сушіння в першому періоді N, с^-1 , за формулою

(101)

3.6.27 Визначаємо загальну тривалість сушки t, с, з наступного співвідношення:

(102)

3.7 Розрахунок розмірів сушильного тунелю

3.7.1 Завдання розрахунку.

Визначити основні габаритні розміри сушильного тунелю і кількість вагонеток, що одночасно перебувають у тунелі.

3.7.2 Вихідні дані .

3.7.2.1 Літній період.

а) продуктивність установки за готовим продуктом G₂ =2000 кг/ч;

б) маса готового продукту на одному піддоні G_2п =26,676 кг;

в) кількість піддонів на вагонетці n_під =30 шт;

г) тривалість процесу сушіння t=329 с;

д) барометричний тиск В_л =759 мм.рт.ст.;

е) температура зовнішнього повітря t_о,л =19,4 ^o С;

ж) температура сушильного агента на виході з тунелю t₂ =90 ^o C.

з) швидкість руху сушильного агента в тунелі на ділянці, що відповідає першому періоду сушіння w_o =1,4 м/с;

и) температура сушильного агента на вході в тунель t_сум =500 ^o С;

3.7.2.2 Зимовий період.

а) барометричний тиск В_з =763 мм.рт.ст.;

б) температура зовнішнього повітря t_о,з =-12,2 ^o С;

в) тривалість процесу сушіння t=337 с.

3.7.3 Загальна довжина власне сушильної частини L_Т ’, м:

(103)

де l_Т *=2,5 м – загальна довжина вагонетки із проміжками між сусідніми вагонетками, м.

3.7.4 Кількість вагонеток Z_T , що одночасно перебувають у зоні сушіння в сушильному тунелі:

(104)

Приймаємо число вагонеток z_T =1 шт.

3.7.5 Загальна кількість вагонеток у тунелі Z, шт :

z=z_T +2,

z=1+2=3 шт.

3.7.6 Площа перерізу каналу F_зах , м² , захаращена піддонами:

(105)

де b_під , с_під – розміри піддонів, м.

3.7.7 Повний об’єм сушильного агента , м³ /кг, що припадає на 1кг палива і зведений до умов на вході в тунель:

(106)

3.7.8 Волога W_I , кг/с, випарена з об’єкта сушіння в сушильний агент наприкінці зони першого періоду сушіння:

, (107)

.

3.7.9 Повний об’єм сушильного агента , м³ /кг, який припадає на 1 кг палива і зведений до умов наприкінці зони першого періоду сушіння:

(108)

3.7.10 Середня об’ємна витрата сушильного агента в тунелі у зоні першого періоду сушіння , м³ /с, враховуючи, що закон зміни об’ємної витрати по довжині тунелю лінійний:

(109)

3.7.11 Площа вільного для руху сушильного агента перерізу каналу F_в , м² :

(110)

3.7.12 Загальна площа перерізу каналу тунелю F, м² :

(111)

3.7.13 Ширина зазору D_з , м, між вагонеткою й стінкою тунелю без врахування захаращення перерізу конструктивними елементами самої вагонетки:

(112)

Отримуємо

.

Перевіряємо вірність знаходження коренів квадратного рівняння:

1-й корінь:

2-й корінь:

Від’ємне значення кореня не підходить.

Мале додатнє значення кореня () свідчить про те, що необхідно прийняти більший зазор та перерахувати по ньому швидкість руху сушильного агента, а за нею визначити тривалість сушіння та уточнити значення зазору.

3.7.14 Загальна довжина сушильного тунелю L_Т , м:

(113)

де L_зав , L_вив – довжина тамбурів відповідно завантаження й вивантаження.

4. Розрахунок і вибір допоміжного устаткування

4.1 Загальні зауваження

Сушильна установка будь-якого типу складається з елементів, які за значущістю виконуваних ними функцій умовно поділяють на основні й допоміжні. Найбільш повно і виразно такий розподіл поданий для конвективних сушильних установок, основний елемент яких – сушильна камера різних типів.

До допоміжного устаткування відносять:

пристрої для отримання сушильного агента із заданою температурою (парові, газові або вогневі, електричні калорифери; топки і спалювальні пристрої);

джерела теплоти, розміщенні всередині сушильної камери (зокрема інфрачервоні й діелектричні нагрівачі);

тяго дуттьові пристрої, що забезпечують переміщення сушильного агента в установці й видалення вологи, яка випаровується з об’єкта сушіння (вентилятори, повітродувки, димососи, ежектори, витяжні труби);

пиловловлювальні пристрої для частинок пилу цінних, токсичних та інших матеріалів, що забруднюють сушильний агент, який викидається в атмосферу (циклони, фільтри, димососи-пиловловлювачі та ін.);

пристрої для утилізації теплоти відпрацьованого сушильного агента (теплообмінники, теплові насоси тощо);

пристрої для завантаження, вивантаження і транспортування матеріалу через сушильну камеру (живильники, дозатори, затвори, конвеєри, транспортери, вагонетки та ін.);

пристрої для попереднього нагрівання матеріалу перед сушінням і охолодження після сушіння. До допоміжного належить також устаткування, специфічне для окремих способів сушіння (наприклад, сушіння сублімацією) або типів сушильних установок (наприклад, вакуум-сушарки, сушарки із замкненою циркуляцією сушильного агента та ін.).

Допоміжне устаткування становить значну частину устаткування сушильної установки, а правильність його розрахунку і підбирання, надійність його роботи визначають надійність та ефективність роботи сушильної установки. Оцінюючи досконалість сушильної установки, показники її продуктивності і питомих витрат потрібно відносити до всієї установки в цілому, з урахуванням допоміжного устаткування. Це особливо важливо для установок, оснащених складним допоміжним устаткуванням.

Розрізняють стандартне й нестандартне допоміжне устаткування. Стандартне устаткування підбирають за допомогою каталогів на підставі оцінних розрахунків за спрощеними методиками. Нестандартне устаткування розраховують за методиками, наведеними у спеціальній літературі, де викладено також методики механічних, конструктивних розрахунків, розрахунків конвеєрів, приводів сушильних установок та ін.

У курсовій роботі необхідно підібрати до розрахованої сушильної установки найтиповіші елементи допоміжного устаткування: циклон, спалювальні пристрої, дуттьовий вентилятор, витяжний вентилятор (димосос) та електродвигуни приводу вентиляторів.

4.2 Розрахунок і вибір спалювальних пристроїв

4.2.1 Завдання розрахунку.

Для сушильної установки, щодо якої проводять розрахунок, підібрати типорозмір і кількість нормалізованих пальників типу ГНП конструкції Теплопроекту з поліпшеним змішуванням для спалювання природного газу низького тиску.

4.2.2 Вихідні дані.

а) зимова витрата палива: B_з =20,88 кг/год;

б) густина палива при нормальних умовах: r_п =0,751 кг/м³ _н ;

в) надлишковий тиск газу перед пальником P_г =1,6 кПа.

4.2.3 Об’ємна витрата газу що надходить до пальника V_Г , м³ /год:

(114)

де B_o =101,3 кПа – нормальний атмосферний тиск.

4.2.4 Приймаємо число пальників n_г =4 шт.

4.2.5 Пропускна здатність пальника за газом V_T ^Г , м³ /ч:

(115)

4.2.6 По отриманому вище значенню V_Т ^Г =2,2^. 10^-3 м³ /с и P_Г =1,6 кПа визначаємо по номограмі тип пальника: ГНП-7АП.

4.2.7 Для обраного типорозміру за графіком визначаємо надлишковий тиск повітря перед пальником P_пов =0,38 кПа.

4.3 Розрахунок і вибір циклона

4.3.1 Завдання розрахунку.

Виконати розрахунок з метою вибору на його основі циклона для очищення від пилу відпрацьованого сушильного агента на виході з тунельної сушильної установки і вибрати потрібний типорозмір циклона ЦН-15.

4.3.2 Вихідні дані.

а) температура газів, що виходять з тунелю t₂ =90^o С;

б) абсолютний тиск навколишнього повітря В_о,л =746,3 мм.рт.ст.;

в) повний об’єм сушильного агента при нормальних умовах V_сум =67,23 м³ _н /кг.

4.3.3 Абсолютна температура повітря в циклоні T_ц , К:

T_ц =(t₂ -5)+273, (116)

T_ц =(90-5)+273=358 К.

4.3.4 Приймаємо абсолютний тиск повітря в циклоні P_ц , мм.рт.ст., наступний:

P_ц =В_о,л =759 мм.рт.ст.

4.3.5 Об’ємна витрата сушильного агента через циклон V_ц , м³ /год:

(117)

.

4.3.6 Густина газу, що проходить через циклон r_ц , кг/м³ :

(118)

де

парціальний тиск водяної пари у відпрацьованому сушильному агенті, що проходить через циклон;

,

Тоді

Приймаємо - гідравлічний опір циклона;

- коефіцієнт гідравлічного опору циклона.

4.3.7 Орієнтовне значення умовної швидкості газів в циклоні м/c:

(119)

.

4.3.8 По каталогу обираємо циклон типу ЦН 15-600х1УП з площею циліндричної частини корпуса F=0,282 м² .

4.3.9 Уточнене значення умовної швидкості потоку в циклоні W_ц , м/с:

(120)

4.3.10 Відхилення дійсного значення умовної швидкості потоку в циклоні від оптимального Dw_ц , %:

(121)

4.3.11 Втрати повного тиску ,Па, обумовленні гідравлічним опором циклона:

(122)

Оскільки в цьому випадку маємо одинарне виконання циклона, тоді приймаємо

4.4 Розрахунок і вибір дуттьового вентилятора і димососа

4.4.1 Завдання розрахунку.

Підібрати дуттьовий і витяжний вентилятори (витяжний димосос) та електродвигуни приводу до них для тунельної сушильної установки щодо якої проводять розрахунки.

4.4.2 Вихідні дані.

а) Коефіцієнт надлишку повітря a_л =5;

б) теоретично необхідна кількість повітря для спалення 1 кг палива L_o =16,16 кг/кг.

в) витрата палива на горіння B_з =20,88 кг/год;

г) вологовміст зовнішнього повітря d_o,л =10,23 г/кг;

д) відносна вологість повітря j_о,л =68%;

е) об’єм суміші, що надходить в сушильний тунель V_сум,л =64,5 м³ /кг;

ж) кількість випареної вологи W=129,6 кг/год;

з) температура сушильного агента на виході з сушильного тунелю t₂ =90 ^o C;

к) довжина сушильного тунелю L_Т =7,5 м;

л) втрати повного тиску в циклоні DP_ц =434 Па;

4.4.3 Розрахунок продуктивності й підбір відповідних вентиляторів.

4.4.3.1 Розрахунок продуктивності дуттьового вентилятора.

а) Масова витрата абсолютно сухого повітря L_ас ^* , кг/с, що подається на горіння і розведення продуктів згоряння:

(121)

б) Масова витрата вологого повітря L_вп ^* , кг/с, що подається з навколишнього середовища:

(122)

в) Густина зовнішнього атмосферного повітря r_вп , кг/м^3:

(123)

де R_пов =287 кДж/(кгК) – газова стала повітря.

г) Об’єм вологого повітря V_{в пов} , м³ /кг:

(124)

д) Об’ємна витрата зовнішнього повітря Q*, м³ /c:

(125)

Зробимо перевірку по формулі:

(126)

Оскільки , то похибка складає 0,0%

е) Розрахункова витрата повітря Q_p *, кг/с, з врахуванням поправки на можливість підсосу повітря або втрат сушильного агента в повітропроводах, газоходах и других елементах сушильної установки:

(127)

де к=(1,1….1,15) – коефіцієнт запасу.

4.4.3.2 Розрахунок продуктивності витяжного вентилятора.

а) Об’ємна витрата сушильного агента Q_ц,о *, м³ /c, на виході з циклона при нормальних умовах:

(130)

б) Абсолютна температура сушильного агента перед димососом Т_ц ’’, К:

T_ц ’’=(t₂ -5)+273, (131)

T_ц ’’=(90-5)+273=358 K.

в) Повний тиск, за яким обирається тяго-дуттьове обладнання:

- для вентилятора, що подає повітря на горіння,

(132)

Де

втрати тису, обумовлені опором спалювальних пристроїв;

стандартна густина повітря;

густина сушильного агента за заданої температури.

тоді

- для димососа,

(133)

Де

питомий опір потоку сушильного агента в тунелі;

- втрати повного тиску,

(134)

- абсолютний тиск,

г) Об’ємна витрата сушильного агента Q_ц *, м³ /c,зведена до умов на виході з циклона:

(132)

В якості дуттьового вентилятора приймаємо відцентровий вентилятор Ц4-70 (виконання 1-зі звичайними колесами на валу електродвигуна) марки А2,5-2, з електродвигуном АОЛ2-22-2 потужністю 0,6 кВт, та частотою обертання вентилятора n=2800

В якості димососа приймаємо відцентровий вентилятор ЦП7-40 номер 5-1 з максимальним ККД , з електродвигуном 4А100B4 потужністю 4 кВт та частотою обертання n=1425.

4.5 Вибір привідного електродвигуна

4.5.1 Завдання розрахунку.

Обрати привідні електродвигуни для дуттьового і витяжного вентиляторів, що забезпечують потрібну циркуляцію сушильного агента по сушильному каналу.

4.5.2 Вихідні дані

4.5.2.1 Дуттьовий вентилятор.

а) об’ємна подача Q_в =0,46 м³ /c;

б) повний тиск P_v,в =407 Па;

в) КПД вентилятора h_в =0,735.

4.5.2.2 Витяжний вентилятор.

а) об’ємна продуктивність Q_д =0,55 м³ /c;

б) повний тиск P_v,д =718 Па;

в) КПД вентилятора h_в =0,6.

4.5.3. Потужність на робочому колесі вентилятора (без врахування втрат на тертя) N,кBт:

(138)

де y - коефіцієнт стисливості газу у вентиляторі (y=1 при Р_v <9810Па).

4.5.4Потужність на валу електродвигуна N_ел , кВт:

(139)

де h_п –ККД передачі від валу електродвигуна до вала вентилятора.

Оскільки робоче колесо вентилятора розміщене на валу електродвигуна, а робоче колесо димососа з’єднане з електродвигуном клинопасовою передачею, то приймаємо h_пв =1,h_пд =0,91.

4.5.7 Установлена потужність електродвигуна, приймається з умови:

де С_t – коефіцієнт, що враховує температуру навколишнього середовища,у якому працює двигун;

К_з – коефіцієнт запасу, що враховує пусковий момент електродвигуна (приймаємо К_зв =1,5, К_зд =1,2).

–коефіцієнт корисної дії електродвигуна (приймаємо ).

Оскільки температура середовища менша 30, то =1.

4.5.8 За ГОСТ 12139-74 підбираємо значення номінальної потужності для приводу електродвигуна димососа . Остаточно для дуттьового вентилятора приймаємо електродвигун для димососу 4А80У2В3.

5. Зведення результатів розрахунку

Результати розрахунку приведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Зведення результатів розрахунку

Висновки

В данній курсовій роботі я виконав тепловий розрахунок конвективної тунельної сушильної установки для зимового та літнього періоду, визначив тривалість сушіння, розміри сушильного тунелю, підібрав допоміжне обладнання.

Для аналізу результатів розрахунків необхідні наступні величини.

Коефіцієнт надлишку повітря влітку більше, ніж взимку. Це пов’язано з тим, що температура зовнішнього повітря взимку меньше, ніж влітку.Тому зовнішнього повітря для розведення продуктів згорання, що мають сталу температуру до сталої температури сушіння необхідно більше влітку.

Оскільки взимку витрачається більше тепла на нагрів матеріалу, транспортних пристроїв та зовнішнього повітря до температури, яку вони мають на виході з сушильної камери, бо останні температури є незмінними для всіх періодів року, а температури повітря на вході в камеру змішування та температура матеріалу на вході всушильну камеру взимку менше,ніж влітку, тому питомі витрати теплоти, сушильного агенту та палива на сушіння в зимовий період більше.

В теоретичній сушильній установці ККД не дорівнює одиниці через те, що температура сушильного агенту на виході із сушильної камери значно перевищую температуру навколишнього повітря, що надходить в установку. Тому мають місце втрати теплоти, через нагрів повітря до його температури на виході з сушильної камери. В реальній установці додатковий вплив на зниження ККД відіграють втрати теплоти на даремний нагрів матеріалу, транспортних пристроїв, а також втрати теплоти в наволишнє середовище через огородження сушильного тунелю. Утилізуючи теплоту відпрацюваного сушильного агенту (наприклад, підігріваючи повітря, що йде на горіння за рахунок використання утилізаторів, що працюють на сушильному агенті,) можно дещо збільшити ККД установки.

Результати графоаналітичного розрахунку не співпадають з аналітичним. Це пов’язано з тим, що h-d діаграма побудована для одного значення теплоємності сухих газів та пари, а у нашому випадку вони інші. Основним же фактором отриманої відмінності є неточність побудови процесів на діаграмі.

Тривалість сушіння в літній та зимовий період практично однакова.

Кількість пальників ми прийняли рівним чотирьом, що забезпечує нормальну роботу сушильної установки, а також дозволяє здійснювати ремонт пальників без зупинки сушильної установки.

Циклон ЦН-15 забезпечує гарну ступінь вловлювання при невеликому гідравлічному опорі.

Тягодутьові пристрої підбирають з розрахунку на те, що вони мають найвищий ККД серед тих, що можуть здолати аеродинамічний опір газоповітряного тракту сушильної установки та забезпечити необхідну витрату повітря т сушильного агенту.

Електродвигуни для приводу вентиляторів підбирались з розрахунку на те, що вони мають мінімальну потужність серед тих, що забезпечують нормальну роботу тягодутьових пристроїв.

Список літератури

1. Лыков А.В. Сушка в химической промышленности. – М.: Химия, 1970. 432 с., ил.

2. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. Изд. 4-е перераб. –М:Энергия, 1980.-288с.

3. Теплотехнологічні процеси та установки: посіб. / Мінаковський В.М. – К.:НТУУ «КПІ», 2009.–128 с.