Расход тепла в сушильной камере

 

По технологическим условиям температура сушильного агента в начале процесса сушки =450°с, температура уходящего сушильного агента t_ух=250°с. Принимаем к концу процесса сушки среднюю по всей массе температуру формовочной земли J₂= . Начальная температура земли J₁=20°с.

а) расход тепла на нагрев высушенной земли

Q_м=G_сухC_м(J₂-J₁)+W_остC_вл(J₂-J₁)=63000*0,853(300-20)+635*4,19(300-20)= 15792 Мдж, здесь

С_м=0,853 кдж/(кг.град)-теплоёмкость сухой формовочной земли;

С_вл=4,19 кдж/(кг.град)-теплоёмкость влаги или на один килограмм испаренной влаги

q_м=Q_м/W=15055/6365=2,479 Мдж/кг.w;

б) расход тепла на нагрев опок и выкатной тележки.Вес опок

G_оп=V_оп*r_оп=6,3*7800=49*10³ кг.

Вес тележки составляет примерно 15-25% от веса формовочной земли и опок. Принимаем для расчёта 20%

G_тел=0,2(G_з+G_оп)*10³=0,2(70+49)*10³=23*10³кг;

Q_мр=G_мрC_мр(J^¢-J₁)=0,565*(49+23)*10³*(325-20)=13400 Мдж

здесь С_мр=0,565 кдж/(кг.град)-теплоёмкость металла опок и тележки;

J¢¢= °с - средняя температура опок и тележки в конце периода сушки на 1 кг испаренной влаги

q_мр= Мдж/кг.w

в) потери тепла в окружающую среду через ограждения сушильной камеры.

Проверяем глубину прогрева кладки в период отопления сушилки по формуле:

C=0,17*10^-3* м,

где  - средняя температура внутренней стенки кладки

 

°С

 

t_н=70ºс -начальная температура внутренней поверхности стен камеры после выгрузки и загрузки форм /принято по данным испытаний/;

t₁= 400ºс - максимальная температура внутренней поверхности стен камеры за время отопления сушилки /по данным испытаний/.

t₁=4 ч.- продолжительность подъёма температуры от t_н до t₁;

t₂=t_от-t₁=18-4=14 ч. - продолжительность работы сушилки при достигнутой температуре t₁.

Следовательно, при толщине стен S_ст=510 мм. /1,5-2 кирпича/ нет сквозного прогрева и поэтому отсутствуют потери тепла через кирпичные стены и свод в окружающую среду. Для стен, не имеющих сквозного прогрева, потери тепла на аккумуляцию кладки приближенно можно определить по формуле:

 Мдж/м²

Поверхность стен

F_ст=  м²

Внутренняя поверхность ограждений

+F_св=2*10*4+(2*6*4-4*6)+10*6=170 м²

Наружная поверхность стен

=2*11*5+(2*6*5-3*6)+10*6=212 м²

Q_ак=q¢_ак*F_ст= 74,5*190=14150 Мдж, или q_ак= Мдж /кг*w

Потери тепла на прогрев двери и теплопроводностью в окружающую среду.

Размеры двери: ширина b=6,5 м, высота h=3,5 м.

Конструкция двери: Рама из швеллера №10, вес погонного метра g_шв=8,59 кг, обшита металлическим листом S_л=5 мм. с рёбрами жёсткости из уголков 50C5, вес погонного метра g_у=2,38 кг. Рама заполняется легковесным кирпичом S_лк =100 мм. Между легковесом и металлическим листом уложен листовой асбест S_ас=10 мм.

 

Данные по материалам двери.

Материал	Плотность,r кг/м3	Коэф. теплопро- водности, l вт/м*град	Теплоёмкость, С кдж/кг*град
Легковесный Шамот Асбестовый Лист Металл	900 500 7800	0,3815 0,1747 58,2	0,88 0,795 0,628

 

Вес легкового шамота

G_лк =b*h*S*r=6,5*3,5*0,1*800=1820кг.

Вес листового асбеста

G_ас=6,5*3,5*0,01*500=114 кг.

Вес металла: лист G_л=6,5*3,5*0,005*7800=890 кг;

швеллер G_шв=(6,5+3,5)*2*8,59=171,8 кг;

уголок G_у=6,5*4,0*2,38=61,9 кг;

Суммарный вес металла G_м =1123,7 кг.

Так как двери имеют небольшую толщину S_дв=115 мм, то можно считать, что в течение 4 ч. будут прогреты, после чего и будут потери тепла теплопроводностью в окружающую среду.

Принимаем среднюю по массе температуру прогретой двери

t _нач= 275°С при начальной температуре t_н=50°С

Расход тепла на прогрев двери

 

Q¢_дв=(G_лк*C_лк+G_ас*C_ас+G_м*C_м)(t_нач-t_н)

 

Q¢_дв =(1820*0,88+114*0,795+1123,7*0,628)(275-50)=539 Мдж,

Потери тепла теплопроводностью за период отопления сушила

 

 

 Мдж.

 

где a₂ =12-15 вт/м²град,-коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду. При температуре наружной поверхности стенок 60-100°С.

Суммарные потери тепла через двери

Q_дв=Q¢_дв+Q¢¢_дв= 539+281,5=820,5 Мдж

или q_дв= Мдж/кг*w

Потери тепла через под приближённо можно посчитать по формуле:

q¢_под=0,278*4,5* квт/м²

где °С-средняя температура пода

l=0,815 вт/м*град -коэффициент теплопроводности пода;

В_под=6,0 м -ширина пода.

Потери через под

Q_под=3,6*q¢_под*F*t_от=3,6*89,6*90*18=525 Мдж.

где F=(6,5+1,5*2)*10=90 м² с учётом боковых стен топки и подовых каналов, уложенных в грунт

или

g_под=Q_под/W=525/6365=0,083 Мдж/кг*w

Прочие неучтённые потери (выбивание газов, нагрев подсосанного воздуха, нагрев жалюзи) принимаем равным 5% от суммы учтённых потерь

Q_пр=0,05(Q_м+Q_тр+Q_ак+Q_дв+Q_под)

Q_пр =0,05(15745+13400+14150+820,5+525)= 2240 Мдж, или

g_пр =Q_пр /W=2240/6365=0,352 Мдж/кг*w.

уммарный расход тепла в сушильной камере за время отопления

Q_S=Q_м+Q_тр+Q_ак+Q_дв+Q_под+Q_пр=47060 Мдж

=Q_S/W=47060/6365=7,39 Мдж/кг*w.

Построение процесса сушки в диаграмме и определение расхода сушильного агента и тепла /для летнего периода/

 

а)параметры точки «А» определяются по справочным данным для заданного района:

температура t₀=20°C;

влагосодержание d₀=10 г/кг.с.в;

энтальпия J₀=45,35 кдж/кг.с.в.;

б) параметры топочных продуктов сгорания - точки «Т» характеризуются /по расчёту и по диаграмме J-d, см рис./

влагосодержанием d_т=58 г/кг.с.пс.;

энтальпией J_т=1920 кдж/кг.с.пс.;

температурой t_т=1393°С.

в) соединив точку «А» с точкой «Т» получаем линию смешения топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом -«АТ». На пересечении линии «АТ» с влагосодержанием d_м1 получаем точку «М₁», характеризующу ю смесь топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом. Точка «М₁» определяется также пересечением линии «АТ» с заданной изотермой t_м1=800°С. По диаграмме J-d определяется энтальпия в точке «М₁», она же выше определена расчётом. Таким образом параметры точки «М₁», отнесённые к 1 кг смеси, следующие:

влагосодержание d_м1=34,2 г/кг;

энтальпия /по диаграмме 995/ J_м1=992 кдж/кг;

температура t_м1=800°С.

г) по заданию температура сушильного агента в начале процесса сушки t_м2=450°С. Снижение температуры в сушильной камере с 800° до 450°С происходит за счёт рециркуляции части отработавшего сушильного агента с t_ух=250°С. Для построения теоретического процесса сушки при t_м2=450°С необходимо задаться влагосодержанием сушильного агента в конце процесса сушки d₂, либо влагосодержанием вторичной смеси (топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом и частью отработавшего сушильного агента) d_м2.

Значение d_м2 принимаем в зависимости от тепловлажностного режима сушки. При снижении температуры от t_м1 до t_м2 примерно в 1,5-2 раза влагосодержание предварительно можно принять равным (2-2,5) d_м1.

д) задаёмся влагосодержанием d_м2=2,2d_м1 =75 г/кг.с.са и на пересечении d_м2 с заданной изотермой t_м2=450°С находим точку «М₂», характеризующую вторичную смесь. Через точку М₁ проводим изоэнтальпию J_м2=const на ней выбираем произвольную точку «е» и опускаем перпендикуляр на линию d_м2=const и находим точку «f». Затем определяем по J-d отрезок

еЕ=еf =35 * мм.

где D= =7390 кдж/кг.w потери тепла в сушильной камере;

ef=40 мм-отрезок в диаграмме J-d;

m=2095-масштаб диаграммы.

Отложив на J-d отрезок eE, проводим из точки «М₂» через точку «Е» луч М₂Е. Точка пересечения луча М₂Е с изотермой t_ух определяет точку «С», характеризующую состояние сушильного агента (вторичную смесь) в конце процесса сушки. Линия М₂С (политропа) характеризует процесс сушки в сушильной камере. Опустив из точки «С» перпендикуляр на ось d, находим влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки d₂=100 г/кг.с.са через точку «С» проводим изоэнтальпию и находим энтальпию J₂=545 кдж/кг.с.са. Линия М₁С - процесс смешения смеси с отработавшим сушильным агентом.

е) правильность графического построения процессов в диаграмме J-d, приведённого на рис проверяется следующим соотношениями:

 

 

 где n-количество кг отработавшего сушильного агента на 1 кг смеси (топочных продуктов сгорания с атмосферным воздухом). По J-d диаграмме

 

n=

 

Где n¢- количество кг атмосферного воздуха на 1 кг топочных продуктов сгорания

 

При проверке параметров точек «М₁»/d_м1,J_м1/ и М₂ /d_м2, J_м2/, лежащих на прямой М₁С значения n /для определения d_м2,J_м2/ и n¢ /для определения d_м1,J_м1/ получились одинаковыми, следовательно, положение точки М₁ при графическом построении было найдено правильно.

Если значения n и n¢, определяемых из соотношений /а/ и /б/, получаются разными для данных d и J,то точку «М₁» перемещают вверх или вниз пока для них не получатся одинаковые соотношения.

Правильность построения процесса в диаграмме J-d подтверждается также и тем, что расчетные параметры всех точек процесса совпадают с параметрами тех же точек, полученных при графическом построении процесса.

Для рассматриваемого процесса сушки количество выбрасываемого в атмосферу отработавшего сушильного агента и поступающей взамен смеси с параметрами точки «М₁»

 

 кг/кг.

 

з) количество топочных продуктов сгорания с параметрами, соответствующими точке «Т», и поступающее для смешения с атмосферным воздухом с целью получения смеси с параметрами точки «М₁»

 

 кг/кг.

 

и) количество атмосферного воздуха, поступающего в камеру смешения

кг/кг

 

к) проверка правильности расчёта  и  

 кг/кг.

л) расход тепла для действительного процесса сушки без учёта коэффициента использования тепла в топке

 

 кдж/кг.w.

 

или

 

 кдж/кг.

 

м) расход топлива при h_т=0,9

 

 кг/сек

 

или

 

кг/сек

 

Литература

П.Д. Лебедев Теплообменные Сушильные и Холодильные установки, Энергия, Москва, 1966г., 287 стр.

А.П. Плановский, В.М.Рамм, С.З.Каган Процессы и аппараты химической технологии., Химия, Москва, 1968г.

Лебедев П.Д.,Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий., Энергия Москва. 1970