Работу оформлять на листе формата А-4

Работу оформлять на листе формата А-4

и прислать мне на почту пX5630G@yandex.ru

 

Практическая работа № 9 (на 4 часа).

«Изучение конструкций сушильных установок и их расчет ».

Цель работы: рассмотреть принцип работы барабанной, камерной, распылительной сушилок и сушка материала инфракрасными лучами; научиться определять основные параметры воздуха и высушиваемого материала.

Задание:

1. Ответить на теоретические вопросы:

· Какой процесс называется кинетикой сушки?

· Назовите варианты конвективной сушки и в чем их различие?

· Какие виды сушильных установок вы знаете?

· Материальный и тепловой баланс сушки.

2. Рассказать принцип действия барабанной, камерной и распылительной сушилок.

3. Решить задачи:

1 вариант

Задача №1. Температура сушильного агента на выходе из конвективной сушилки составляет 40^оС, дополнительные затраты тепла ∆=-100кДж/кг. Определить максимально возможную температуру сушильного агента на входе в сушильную установку. Отношение молекулярных масс сушильных агентов 0,62198.

Задача №2. Температура воздуха на входе в рабочую камеру сушильной установки t в =100^оС и на выходе из нее относительная влажность φс=85%. Параметры атмосферного воздуха tа=20^оС и φа=60%. Температура материала, поступающего в рабочую камеру tм=50^оС. Определить расход воздуха и теплоты на испарение 1кг влаги при однократном использовании воздуха, если потери теплоты в рабочей камере 1000кДж/кг испаренной влаги, используя Н-D диаграмму.

Задача №3. В сушилку подается материал с начальной влажностью ω₁=200%. Конечная влажность готового продукта на общую массу ω^о₂=20%. Расход сухого воздуха L=20000кг/час, t₀=20^оС, d₀=8г/кг, t₁=50^оС, t₂=35^оС. Определить количество исходного и конечного материала G_м1 и G_м2, а также количество испаренной влаги W.

2 вариант

Задача №1. Температура воздуха на входе в рабочую камеру сушильной установки t в =80^оС и на выходе из нее относительная влажность φс=90%. Параметры атмосферного воздуха tа=25^оС и φа=70%. Температура материала, поступающего в рабочую камеру tм=30^оС. Определить расход воздуха и теплоты на испарение 1кг влаги при однократном использовании воздуха, если потери теплоты в рабочей камере 1000кДж/кг испаренной влаги, используя Н-D диаграмму.

Задача №2. В сушилку поступает G₁=1000кг/час материала с начальной влажностью ω₁=25% и конечной влажностью ω₂=10%. t₀=10^оС, d₀=6г/кг, t₁=30^оС, t₂=20^оС. Определить расход воздуха L и тепла Q в сушилке.

Задача №3. Температура сушильного агента на выходе из конвективной сушилки составляет 30^оС, дополнительные затраты тепла ∆=200кДж/кг. Определить максимально возможную температуру сушильного агента на входе в сушильную установку. Отношение молекулярных масс сушильных агентов 0,86.

Основные теоретические положения.

Сушильные установки характеризуют по ряду признаков:

1. в зависимости от способа подвода тепла к материалу: конвективные, кондуктивные, электромагнитные, радиационные, комбинированные;

2. по принципу действия: непрерывного, периодического и полупериодического действия;

3. по конструкции: камерные, шахтные, туннельные, барабанные, трубчатые, ленточные, распылительные и т.д.;

4. в зависимости от сушильного агента: воздушные, на дымовых топочных газах, на конденсирующихся в процессе сушки газах (гелий, азот, перегретый водяной пар);

5. по схеме движения сушильного агента: однозонные (с однократным использованием сушильного агента, с рециркуляцией), многозонные (с промежуточным подогревом сушильного агента, рециркуляцией его по зонам и между зонами);

6. по давлению в сушильной камере: атмосферные, вакуумные.

7. по направлению движения сушильного агента относительно материала: прямоточные, противоточные, перекрестные, реверсивные.

Кинетикой сушки называют процесс сушки, который характеризуется изменением средних по объему высушиваемого материала влагосодержания и температуры в течение времени. Процесс сушки материала характеризуется кривой сушки, кривой скорости и кривой температуры.

Кривая сушки: в начале процесса сушки происходит прогрев материала, затем влагосодержание начинает равномерно уменьшаться (первый период сушки). В этом периоде удаляется свободная влага, процесс протекает интенсивно, происходит испарение со свободной поверхности. Затем наступает второй период сушки, при этом удаляется связанная влага, тем самым уменьшается активная поверхность испарения, процесс идет более медленно.

Кривая скорости сушки: идет прогрев материала, скорость достигает максимального значения. Через некоторое время скорость стабилизируется и поддерживается постоянной. Затем скорость уменьшается, процесс идет к завершению, т.к. скорость равна нулю.

Кривая температуры: вначале процесса сушки происходит прогрев материала, затем первый период сушки и второй период сушки.

Существуют три варианта конвективной сушки: сушка с рециркуляцией отработавшего воздуха, сушка с промежуточным подогревом воздуха, сушка с промежуточным подогревом и рециркуляцией воздуха.

Барабанная сушилка (Рис.1) получила широкое применение для сушки кусковых и сыпучих материалов (уголь, гипсовый камень, глина, песок). В качестве теплоносителя используются топочные газы. Барабанная сушилка состоит из теплового генератора 1, где готовится сушильный агент с температурой 973-1073 К и металлического барабана 6, в котором и производится сушка материала. Барабан удерживается роликовыми опорами с помощью опорных бандажей 5 в фиксированном положении с наклоном к горизонту под углом 4-6^оС. Размещенная на барабане шестерня 7 с помощью электропривода позволяет вращать его. Для исключения подсосов наружного воздуха концы барабана установлены в концевых камерах 3 и 8 и снабжены уплотнительными кольцами 4. Концевые камеры служат для подачи материала и теплоносителя, а также для выгрузки готовой продукции через челюстной затвор 12 на транспортирующее устройство 11 и для отбора из него отработанного сушильного агента (топочные газы).

Материал непрерывно питателем подается через воронку 2 в барабан, продвигается по барабану за счет наклона и вращения барабана. Выгрузка также идет непрерывно. Одновременно в приемную камеру из топки подаются топочные газы в том же направлении. Отработанный теплоноситель проходит очистку в циклоне 9 и выбрасывается в атмосферу вентилятором 10.

Эти сушилки просты в обращении, надежны в эксплуатации и экономичны.

Камерные сушилки (Рис.2) предназначены для высушивания шерсти, хлопка, керамики и сформованных изделий. Это сушка периодического действия. Камера 1 имеет десять рядов кирпичных выступов 2, на которые помещается десять полок 3 с обрабатываемым материалом. Загрузка камеры осуществляется двигающей вагонеткой по рельсам, которая заезжает в камеру, опускает на кирпичные выступы десять полок с материалом и отправляется за следующей партией. Так повторяется до загрузки всей камеры. Камера имеет высоту 3,5м и длину 10-13м. Камеры строятся блоками по 20-30 штук. Ниже уровня пола камера перекрыта двумя деревянными решетками, через которые подводится теплоноситель по каналам 4. Отработанный теплоноситель отводится по каналу 5. Теплоноситель - топочные газы. Так как топочные газы легче воздуха, то попадая в камеру они поднимаются вверх до тех пор, пока их температура не сравняется с температурой продуктов сгорания и воздуха в камере. Далее отработанный сушильный агент начинает движения вниз и отбирается из камеры через канал. Смешивание восходящих и нисходящих потоков вызывает многократную циркуляцию и равномерную сушку.

Недостатком таких сушилок является большая продолжительность процесса сушки, т.к. высушиваемый материал неподвижен и большие потери тепла при загрузке и выгрузке материала.

Распылительные сушилки (Рис.3) предназначены для получения сухого продукта различной дисперсности из растворов, подвергаемых сушке. Их применяют в основном для сушки суспензий (типа глиняного шлака).

Суспензию с помощью форсунок 4 диспергируют (т.е. распыляют его на мелкие частицы, капли) в потоке сушильного агента, циркулирующего в корпусе установки 5. Для распыления применяют механические и центробежные форсунки. Сушильный агент из топки 1 по каналу 2 подается в сушилку с температурой 973-1073 К. Взаимодействие сушильного агента и струй материала приводит к быстрому испарению влаги при турбулизации потока. Частицы суспензии, вращаясь в потоке сушильного агента, ударяются о стенки корпуса, теряют скорость и выпадают в нижнюю конусную часть корпуса. По мере заполнения нижней части корпуса материалом открывают затвор и готовую продукцию выгружают на конвейер 9. Отработанный сушильный агент через вмонтированный трубопровод 6 отбирается, поступает в циклон 7 для очистки, затем выбрасывается вентилятором 8 в атмосферу.

 

Сушка материала инфракрасными лучами (Рис.4): световые и инфракрасные лучи источника излучения 1 направляются на сушимый материал 3. Для того, чтобы большую часть испускаемых лучей направить параллельным потоком на тело, применяется зеркальный рефлектор 2. В зависимости от свойств облучаемого материала лучистая энергия частично отражается 5, частично пропускается 7 и частично поглощается 6. Поглощенная лучистая энергия превращается внутри материала или на его поверхности в теплоту, необходимую для сушки.

 

 

Тепловой расчет сушилок начинают с составления материального и теплового балансов, в которых рассчитывают удельные и общие расходы теплоты и сушильного агента. Далее составляют аэродинамический баланс, диаграмму сопротивлений, производят подбор сечений подводящих и отводящих каналов. По диаграмме сопротивлений производят аэродинамический расчет сопротивлений и выбирают необходимые вентиляторы. Конечной целью составления материального баланса является определение количества испаренной из сушимого материала влаги. Тепловой баланс, составляемый при проектировании сушильных установок, позволяет определить расход теплоносителя, топлива, а также основные теплотехнические показатели процесса.

 

· Температура сушильного агента на входе в сушильную установку:

t ₁= t₂+d₂/ С_А*(h₀+ С_v* t₂ - ∆) (^оС);

где t₂- температура сушильного агента на выходе из сушильной установки;

d₂- влагосодержание сушильного агента на выходе из сушильной установки:

d₂= Ψ* Р₂/ (В- Р₂) (кг/кг)

Р₂ - давление сушильного агента на выходе из сушильной установки, находится по таблице П5 при t₂;

В = 99325Па – барометрическое давление;

Ψ- отношение молекулярных масс;

С_А= 1,006 кДж/кг – теплоемкость воздуха;

h₀- энтальпия при 0^оС, находится по таблице П5;

С_v = 1,970 кДж/кг изохорная теплоемкость;

∆ - дополнительные затраты тепла.

 

· Конечная влажность материала: ω₂ = 100*ω^о₂ /100- ω^о₂ (%);

где ω^о₂ – конечная влажность готового продукта на общую массу;

 

· Количество испаренной влаги: W = L*(d₂- d₁/1000) (кг/сек);

где L – расход сухого воздуха (кг/час),

d₁ – энтальпия влажного материала (кДж/кг),

d₂ - энтальпия сухого материала (кДж/кг);

 

· Количество исходного материала (кг/час) находят из формулы количества влаги удаленной из материала в процессе сушки:

W=G_м1*(ω₁- ω₂) / (100 +ω₁) (кг/сек);

где G_м1 - количество исходного материала (кг/час),

ω₁- начальная влажность материала (% ),

ω₂ – конечная влажность материала (%);

 

· Количество конечного материала: G_м2 = G_м1 – W (кг/час);

 

· Количество воздуха, необходимое для испарения 1кг влаги:

l = L/ W = 1000 / (d₂- d₀) (кг/час);

 

Величины d₂, h₀ и h₁ находят по Н-D диаграмме.

 

· Удельный расход тепла: q = l *( h₁ - h ₀) (ккал/кг.влаги);

 

· Общее количество воздуха, необходимого для испарения влаги: L= l* W (кг/час);

 

· Общее количество тепла: Q = q* W (ккал/час);

 

 

Алгоритм решения задачи №2 варианта 1 и задачи №1 варианта 2:

1. По исходным данным строим на Н-D диаграмме теоретический процесс сушки АВС;

2. Из т.С проводим вертикальный луч вниз, т.к. по условию задачи в рабочей камере имеются потери теплоты до i =100кДж/кг, получим т.Е;

3. Определим увеличение влагосодержания в теоретическом процессе сушки: ∆dт=d_Е - d_A (г/кг);

4. Определим отрезок J_СЕ: J_СЕ=∆dт/∆q*1000 (кДж/кг);

5. Наносим на Н-D диаграмму т.Е, проводим луч ВЕ и на пересечение его с линией φс определяем действительное состояние воздуха на выходе из рабочей камеры – т.М;

6. Определим действительное увеличение влагосодержания в процессе сушки: ∆d д =d_м - d_A (г/кг);

7. Определим расход воздуха на испарение 1кг влаги в действительном процессе сушки: l= 1000/∆d д (кг/кг);

8. Определим расход теплоты на испарение 1кг влаги: q= l*(i_В- i_А) – 4,19* t_м (кДж/кг).

 

 

Отчет о работе должен содержать:

1. Номер и название практической работы.
2. Цель работы.
3. Задание.
4. Выполнение задания по работе.
5. Выводы о проделанной работе.

 

При защите практической работы необходимо:

1. Иметь решение задач и уметь объяснить полученный результат.
2. Иметь оформленный отчет о практической работе.
3. Рассказать работу барабанной, камерной и распылительной сушильной установки.

 

Перечень используемой литературы:

1. Методичка по проведению практической работы.
2. Учебник: Б.Н.Голубков «Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий», М.: Энергия, 1979г.
3. Конспекты лекций.