Тепловий розрахунок

1. Тепловий розрахунок

 

Вихідні дані:

§  продуктивність, , кг/год 200

§  початкова вологість, , % 55

§  кінцева вологість, , % 5

§  температура повітря на вході в сушарку, , ºС 160

§  його відносна вологість, , % 5

§  температура повітря на виході із сушарки, , ºС 70

§  його відносна вологість, , % 20

§  температура повітря навколишнього середовища, , ºС 20

§  його відносна вологість, , % 70

Продуктивність сушарки по вологому матеріалу:

 кг/год

Кількість видаленої вологи:

 кг/год

Перевірка значення :

 кг/год

Будуємо процес сушіння і-х-діаграми.

Знаходимо  кг/кг;  кДж/кг;  кДж/кг;  кг/кг.

Розрахунок витрат повітря в сушильній установці:

Питомі витрати абсолютно сухого повітря (кількість повітря, затраченого на випарування 1 кг вологи):

 кг

Загальний вихід циркуляційного повітря у сушильній камері:

 кг с.п./год

Розрахунок об’ємних витрат повітря:

,

де  – питомий об’єм вологи повітря, м³/кг;

,

 – універсальна газова опала повітря,  Дж/(кг·К);

В – барометричний тиск повітря, Па;

 – тиск насичений пари при даній температурі, Па;

Т – абсолютна температура повітря, ºК;

 – відносна вологість повітря, %.

 м³/кг;

Об’ємні витрати повітря:

 м³/кг;

 м³/кг;

Тепловий баланс

Питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу в сушильній камері:

,

де  – питома теплоємкість меланжу, кДж/(кг·К);

,

де  – вологість висушеного матеріалу, %  – питома теплоємкість абсолютно сухого меланжу,  кДж/(кг·К);  – температура меланжу на виходу із сушарки, ºС;

 ºС;

 – температура меланжу на вході в сушарки, ºС;  ºС;

 – питома теплоємкість води, кДж/(кг·К),

 кДж/(кг·К)

 кДж/(кг·К)

 кДж/(кг·К)

Питомі витрат в навколишнє середовище:

,

де  – коефіцієнт теплопередачі через стінку і кришку апарата, Вт/м²·К;

 – площа поверхні апарата, м²;

 – середня різниця температур, ºС;

 – кількість видаленої вологи, кг/год.

 ºС;  ºС;

 ºС

Коефіцієнт теплопередачі:

,

де  – коефіцієнт теплопередачі від повітря до внутрішньої поверхні сушильної камери, Вт/(м²·К);

 – товщина стінок апарату, м;

 – коефіцієнт теплопровідності стінки, Вт/(м²·К);

 – коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні камери до повітря, Вт/(м²·К).

Якщо повітря подається вентилятором, коефіцієнт тепловіддачі  розраховується за формулою:

,

де А – коефіцієнт, який залежить від режиму руху повітря і сану поверхні стінки (для турбулентного режиму):

,  – коефіцієнти тепловіддачі в умовах примусової та природної конвенції, Вт/(м²·К). Критерії Рейнольда:

,

де  – діаметр камери, м,

м;

 – середня швидкість повітря у сушарці,  м/с;

 – кінетична частина повітря при ,

 м²/с

При  критерій  виражається за формулою:

 Вт/(м²·К)

 Вт/(м²·К)

Коефіцієнт теплопередачі при звичайній природній конвенції  для стінок визначають із слідкуючих рівнянь:

при

;

при

 – критерій Прантля;

 – критерій Трансгоффа;

 – коефіцієнт температуропровідності повітря біля стінки, м²/с;

 – прискорення вільного падіння,  м/с;

 – абсолютна середня температура повітря, К;

 К

 – абсолютна середня температура внутрішньої поверхні стінки, К,

 ºС.

Значення , ,  приймаємо при :

 ºС

 м²/с;

 м²/с;

 Вт/(м²·К);

 – висота сушильної камери, м

 м

 Вт/(м²·К)

 Вт/(м²·К)

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні сушильної камери до повітря :

,

де  – коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням, Вт/(м²·К). Для вертикальних стінок  зовнішньої поверхні стінок  ºС.

Температура середовища:

 ºС;

 ºС

Абсолютні температури:  К;  К.

Коефіцієнт температуропровідності повітря біля зовнішньої стінки

 м²/с;

 м²/с – кінетична в’язкість повітря;

 Вт/(м·К) – теплопровідність повітря.

 Вт/(м²·К)

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням:

,

де  – приведений коефіцієнт теплового випромінювання, Вт/(м²·К):

 Вт/(м²·К)

 Вт/(м²·К)

 Вт/(м²·К)

Сушильна камера складається із стальних стін товщиною  м, коефіцієнт теплопровідності  Вт/(м²·К), теплова ізоляція – скловата ( мм,  Вт/(м²·К)). Стіни пофарбовані масляною фарбою ( мм,  Вт/(м²·К)).

Коефіцієнт теплопередачі:

 Вт/(м²·К)

Щоб знайти питомі витрати теплоти у навколишнє середовище, знайдемо площу сушарки , м:

, м²

де  – площа поверхні циліндричної частини сушарки, м²;

 – площа конічної частини сушарки, м²;

 – площа кришки апарата, м²;

,

де  – радіус сушарки, м;

 – січна конуса, м;

 м;

,

 м;

 м;

 м²;

 м²;

; ;  м³;

 м³;

 м³;

 м;

 м³;

 м².

Витрати тепла в навколишньому середовищі:

 Дж/кг

Різницю реального сушильного процесу від теоретичного враховує величина  – кількість теплоти, яка вноситься в сушильну камеру, віднесена до 1м² поверхні:

,

де  – питома теплоємкість води,  кДж/кг·К

 – температура матеріалу, ºС;

,  – питомі затрати матеріалу на нагрів матеріалу та навколишнього середовища, кДж/кг·К

,

де  – продуктивність,  кг/год;

 – питома теплоємкість висушеного матеріалу,  кДж/кг·К;

 кг/год;

 – температура матеріалу на виході із сушарки, ºС.