Заврин В.Г. Тепломассообменное оборудование предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

10. Уравнение теплового баланса:

[]

,HC

Σα1)(α

00с.г.0с.г.00гт nm

ХLHLLLHLtCQ

++−+=++η

где

– общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффектив-

ность работы топки (всю неполноту горения и потери топкой в окружающую

среду, принимается

= 0,95);

– теплоемкость газообразного топлива при t

= 20 ˚С: С

= 1,34 кДж/(кг⋅К);

– энтальпия свежего воздуха, кДж/кг;

с.г.

= С

с.г.

⋅ t

с.г.

при t

см

;

– влагосодержание свежего воздуха, кг/кг с.в. при температуре t

= 18 ˚С

и относительной влажности

= 72 %;

– энтальпия водяных паров, кДж/кг: Н

= r

+ C

;

– теплота испарения воды при температуре 0 ˚С, равная 2000 кДж/кг;

– средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97 кДж/(кг⋅К);

– температура паров, равная t

см

11. Пересчет компонентов топлива, при сгорании которых образуется

вода из объемных долей в массовые:

(

)

[

]

,273ρ22,4273/МCHCH

ттоб4M4

⋅

М = 16 для СН

;

(

)

[

]

,273ρ22,4273/МHCHC

ттоб62M62

⋅

для С

– М = 30.

12. Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива

......CH

4112

4т

+⋅

⋅

кг/кг.

13. Коэффициент избытка воздуха

[]

)1,97(2500

)()(1η)/ρ(

000 с.г.с.г.c.г.

тс.г.пвnтс.г.с.г.ттт

НХttCL

ХtChХtСtСQ

−++⋅

⋅

−

⋅

−⋅+⋅

14. Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг то-

плива и при разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси t

см

.α1)/(12HC9Σα1

т0с.г. 0

ХLnmnLG

−

⋅

−

15. Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг

топлива

тп

LХХG

, кг/кг.

16. Влагосодержание газов на входе в сушилку (Х

= Х

см

) на 1 кг сухого

воздуха

с.г.

X =

, кг/кг.

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

17. Энтальпия газов на входе в сушилку (рис. 25)

()

с.г.тт1

/αη

GHLtCQH

+⋅=

, кДж/кг.

Рис. 25. Диаграмма состояния влажного воздуха 1 – х

при высоких температурах и влагосодержаниях

Поскольку коэффициент избытка воздуха

велик, физические свойства

газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не

отличаются от физических свойств воздуха, поэтому для расчетов можно

пользоваться Н,Х-диаграммой для воздуха, построенной для высоких темпе-

ратур.

Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента

18. Количество влаги W, удаляемой из высушиваемого материала,

W = G

– W

) / (100 – W

), кг/с.

19. Уравнение внутреннего теплового баланса сушилки

),(θΔ

пмтдоп1

qqqqC

−

где Δ – разность между удельным приходом и расходом теплоты непосред-

ственно в сушильной камере;

0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250 0,275

Влагосодержание х, кг/кг сухого воздуха

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

С – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре

кДж/(кг⋅К);

доп

– удельный дополнительный подвод теплоты в сушильную камеру,

кДж/(кг влаги), при отсутствии q

доп

= 0;

– удельный подвод теплоты в сушилку с транспортными устройства-

ми, кДж/(кг влаги);

– удельный подвод теплоты в сушильный барабан с высушиваемым

материалом, кДж/кг влаги, q

= G

(

–

)/W;

– температура высушенного материала на выходе из сушилки, ˚С.

При испарении поверхностной влаги

принимают приблизительно равной

температуре мокрого термометра t

. В первом приближении

определяют

по начальным параметрам сушильного агента, q

– удельные потери теплоты

в окружающую среду, кДж/(кг влаги).

20. Уравнение рабочей линии сушки

= Н – Н

/ (Х – Х

) или Н = Н

(Х – Х

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме Н-Х необходимо

знать координаты (Х и Н) минимум двух точек. Координаты одной точки из-

вестны (Х

и Н

). Для нахождения координат второй точки задаемся произ-

вольным значением Х и определяем соответствующее значение Н.

Через две точки на диаграмме Н-Х с координатами Х

и Х; Н прово-

дим линию сушки до пересечения с заданным конечным значением парамет-

ра t

. В точке пересечения линии сушки с изотермой t

находят параметры

отработанного сушильного агента Х

и Н

21. Расход сухого газа

с.г.

= W(Х

– Х

), кг/с.

22. Расход сухого воздуха

= W/(Х

– Х

), кг/с.

23. Расход теплоты на сушку

= L

с.г.

(Н

– Н

), кДж/с или кВт.

24. Расход топлива на сушку

= Q

/Q, кг/с.

25. Основные размеры барабана выбирают по нормативам и каталогам-

справочникам в соответствии с вместимостью сушильного пространства.

Вместимость сушильного пространства V складывается из вместимости V

необходимого для прогрева влажного материала до температуры мокрого

термометра сушильного агента и вместимости V

, требуемого для проведения

процесса испарения влаги; V = V

+ V

. Вместимость сушильного пространст-

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

ва барабана может быть вычислена по модифицированному уравнению мас-

сопередачи

),Δ/(

срc

XkWV

′

⋅

где

ср

Δ Х

′

– средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м

;

– объемный коэффициент массоотдачи, 1/с.

26. При сушке кристаллических материалов происходит удаление по-

верхностной влаги – процесс протекает в первом периоде сушки, когда ско-

рость процесса определяется только внешним диффузным сопротивлением.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура

влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае

коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи

.β

k =

Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи

вычисляют по

эмпирическому уравнению

)]-(ρ/[ρβ)ρ(101,62β

ср

0,540,70,9

ср

РРCnW

⋅⋅⋅⋅⋅=

−

, (15.23)

где

ср

– средняя плотность сушильного агента, кг/м

;

С – теплоемкость сушильного агента при средней температуре в бараба-

не, кДж/(кг⋅К);

– оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, %;

– давление, при котором осуществляется сушка, Па;

Р – среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па.

27. Уравнение (15.23) справедливо для значений

с),кг/(м1,80,6ρ

ср

⋅÷=⋅W

n = 1,5

5 об/мин;

= 10

25 %.

28. Рабочая скорость сушильного агента в барабане зависит от дисперс-

ности и плотности высушиваемого материала. При выборе скорости пользу-

ются следующими рекомендациями:

Значение W, м/с при

, кг/м

Размер частиц,

мм

350 1000 1400 1800 2200

0,3

2 0,5

1 2

5 3

7,5 4

8 5

более 2 1

3 3

5 4

8 6

10 7

29. Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане

можно определить как для воздуха

.кг/м,

)(273

273

22,4

)(

срср

ср

ttT

TМ

+ν

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

30. Оптимальное значение

для разных конструкций перевалочных

устройств различно (см. рис. 26)

Рис. 26. Типы перевалочных устройств, применяемых в барабанных сушилках,

и степень заполнения барабана

β: а – подъемно-лопастного β = 12 %; б – то же, β = 4 %;

в – распределительные, β = 20,6 %; г – распределительные с закрытыми ячейками, β = 27,5 %

31. Парциальное давление водяных паров в газе

Р = (Х/М

) Р

/ (1/М

с.в.

+ Х/М

32. Давлнние на входе в сушилку

Па,

1/2910

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ХX

;

на выходе из сушилки

Па,

1/2910

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ХX

Р = (Р

+ Р

)/2, Па.

33. Объемный коэффициент массоотдачи

101β)ρ(101,62β

ср0

0,540,70,9

ср

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅⋅⋅⋅=

−

РР

PnW

34. Движущая сила массопередачи

()

ΔΔ

0ср0

вср

мб

ср

ТtТ

МР

ХХ

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

′

−

′

где

1б

Δ ХХX

′

−=

′

– движущая сила в начале процесса сушки, кг/м

;

и ХХ

– равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на вы-

ходе из нее, кг/м

2м

Δ ХХX

′

−=

′

– движущая сила в конце процесса сушки, кг/м

35. Средняя движущая сила

ср

, выраженная через единицы давления, Па

ср

= (

–

) / ln (

а б в г

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

Для прямоточного движения сушильного агента и высушиваемого мате-

риала:

1б

Δ РРP −=

– движущая сила в начале процесса сушки, Па;

PP − – движущая сила в конце процесса сушки, Па;

P и

P – давление насыщенных паров над влажным материалом в на-

чале и в конце процесса сушки, Па.

Значения

P и

P определяют по температуре мокрого термометра су-

шильного агента в начале (t

м1

) и в конце (t

м2

) процесса сушки.

При t

м1

= 57 ˚С, t

м2

= 56 ˚С;

P = 17302 Па;

P = 16500 Па

)])/(16500[(17302ln

)(1650)(17302

ср

РР

−−

−

Выражая движущую силу через концентрации

273/)(27322,410

18Δ

ср

+⋅

⋅

′

36. Вместимость сушильного барабана, необходимый для проведения

процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев

влажного материала

= W/(

⋅

ср

37. Вместимость сушилки, необходимый для прогрева влажного мате-

риала

= Q

/ k

⋅

ср

где Q

– расход теплоты на прогрев материала до температуры t

м1

, кВт;

– объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м

⋅К);

ср

– средняя разность температур, град.

38. Расход теплоты

= G

м1

–

) + W

м1

–

), кВт.

39. Объемный коэффициент теплопередачи

= 16 (W⋅

ср

)

0,9

0,7

⋅

0,54

40. Для вычисления

ср

необходимо найти температуру сушильного

агента t

, до которой он охладится, отдавая теплоту на нагрев высушиваемого

материала до t

м1

. Эту температуру определяют из уравнения теплового

баланса

= L

с.г.

(1+Х

) С

– t

41. Средняя разность температур

ср

= [(t

–

) + (t

- t

м1

)]/2,

далее см. п.37.

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

42. Общая вместимость сушильного барабана

V = V

+ V

43. При отсутствии расчетных зависимостей для определения коэффи-

циентов тепло- и массопередачи вместимость сушильного барабана ориенти-

ровочно определяют с помощью объемного напряжения по влаге

(

)

.чмкг

⋅

44. Опытные данные по сушке материалов в барабанных сушилках

Материал

ρ ,

кг/м

мм

˚С

кг/м

⋅ч

Система

1) глина:

простая

1670 1,5 22 5 600

700 80

100 50 ÷ 60

подъемно-

лопастная

2) огнеупор-

ная

1845 1,5 9 0,7 8001000 70

80 60

подъемно-

лопастная

3) известняк 2700 0

15 10

15 1,5 1000 80 45 ÷ 65

подъемно-

лопастная

4) известняк 2650 0

8÷10

0,5 800 120 30 ÷40

подъемно-

лопастная

5) песок 1500 0

4,3÷3,7

0,05 840 100 80 ÷ 88

распреде-

лит. и пе-

ревалочная

6) руда

железная

50 6,0 0,5 730 100 65

подъемно-

лопастная

7) железный

колчедан

5000

10÷12

270÷350

100 20 ÷ 30

подъемно-

лопастная

8) сланцы 0

40 38 12 500

600 100 45 ÷ 60

подъемно-

лопастная

9) уголь

каменный

1350 9 0,6

800÷1000

60 32

÷40

подъемно-

лопастная

10) уголь

бурый

0-10 30

10÷15

430

150÷20

подъемно-

лопастная

11) торф

фрезерный

÷45 50 20 450 100 75

подъемно-

лопастная

12) аммофос 1

4 8-12 1,5 350 110 15 ÷ 20

подъемно-

лопастная

13) диаммо-

фос

4 3 ÷4 1 200 90 8 ÷ 10

подъемно-

лопастная

14) супер-

фосфат

4 14 ÷ 18 2,5

3 550

600 120 60 ÷80

подъемно-

лопастная

15) сульфат

аммония

1640 4 3,5 0,4 82 40 4

÷5

подъемно-

лопастная

16) соль

поваренная

2350 10 4

÷6 0,2 150

200 - 7,2

подъемно-

лопастная

17) пшеница 1,5 20 14 150

200 50

80 20 ÷ 30

распреде-

лительная

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

45. Основные характеристики барабанных сушилок заводов «Уралхим-

маш» и «Прогресс»:

Заводской номер

Показатели

7450 7119 6843 6720 7207 7208

Внутренний диаметр барабана, м 1,5 1,8 2,2 2,2 2,8 2,8

Длина барабана, м 8 12 12 14 12 14

Толщина стенок наружного цилиндра, мм 10 12 14 14 14 14

Объем сушильного пространства, м

14,1 30,5 45,6 53,2 74,0 86,2

Число ячеек, шт. 25 28 28 28 51 51

Частота вращения барабана, об/мин 5 5 5 5 5 5

Общая масса, т 13,6 24,7 42 45,7 65 70

Потребляемая мощность двигателя, кВт 5,9 10,3 12,5 14,7 20,6 25,8

46. Вместимость барабана по опытным данным рассчитывают по урав-

нению

V = 3600W/A м

47. Расхождение вместимостей, полученных по кинетическим законо-

мерностям и опытным данным, обуславливается различными параметрами

сушильного агента. Средняя движущая сила при изменении начальной тем-

пературы сушильного агента от 300 до 840 ˚С увеличивается в 1,6 раза.

48. По п. 45 выбирается сушильный барабан, его длина и диаметр.

49. Действительная скорость газов в барабане

= V

/ (0,785⋅d

50. Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из бара-

бана (в м

/с)

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ср

с.г.

ср

с.г.г

МТ

)t(T

VLV

где

ср

– среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха.

51. Если полученная действительная скорость (п. 49) отличается от при-

нятой в расчете (п. 28) менее чем на 15 %, то результат можно оставить

и проанализировать.

52. Если расхождение между принятой и действительной скоростями га-

зов более существенны, необходимо повторить расчет, внося соответствую-

щие коррективы.

53. Среднее пр

ебывание материала в сушилке

τ = G

/ (G

+ W/2).

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

54. Количество находящегося материала в сушилке

= V⋅β⋅ρ

, τ = G

/ (G

+ W/2).

55. Угол наклона барабана

[

]

(

)

180/π0,007)τ/(30α

Wnd

′

Если полученное значение

′

мало (< 0,5

), число оборотов барабана

уменьшают и расчет повторяют сначала.

56. Проверка допустимой скорости газов, исходя из условия, что части-

цы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься

потоком сушильного агента из барабана.

57. Скорость уноса, равная скорости свободного витания

Ar0,57518

rА

ср

св

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

где

ср

и ρ

ср

– вязкость и плотность сушильного агента при средней темпе-

ратуре;

d – наименьший диаметр частиц материала, м;

Ar = d

⋅ρ

ср

⋅g/μ

ср

– число Архимеда;

– плотность частиц высушиваемого материала, кг/м

58. Средняя плотность сушильного агента

)(2731022,4

273

1029ρ

ср

2121

ср

РР

+⋅

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−=

59. Число Архимеда и скорость уноса (п. 57).

60. Если рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньше, чем

скорость уноса частиц наименьшего размера, расчет основных размеров су-

шильного барабана заканчивается. В противном случае уменьшают приня-

тую в расчете скорость сушильного агента и повторяют расчет.

Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий.

Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.

16. ПЕРЕГОННЫЕ И РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ

УСТАНОВКИ

Перегонкой (дистилляцией) называется процесс частичного испарения

разделяемой исходной смеси жидкостей и последующей полной конденсации

образующихся паров, осуществляемой однократно или многократно. Путем

перегонки нельзя получить чистое вещество.

В ректификации легкокипящие и высококипящие разделяют глубже.

Продукт – ректификат или дистиллят и остаток.

Разделяют бинарные и многокомпонентные смеси.

16.1. Физико-химические основы равновесия фаз

(жидкость – пар)

Концентрация (состав) X

, выраженная отношением числа молей n

i-го

компонента раствора к общему числу молей

∑n

всех его компонентов, назы-

вается молярной долей i-го компонента

∑

Массовая доля i-го компонента – отношение массы i-го компонента

к общей массе:

∑

Сумма молярных компонентов равна сумме массовых:

∑X

= ∑a

= 1.

Для низкокипящего компонента:

BBAA

XMXM

BBAA

MaMa

Для высококипящего компонента:

BBAA

XMXM

BBAA

MaMa

А и В – обозначения компонентов.

16.2. Смеси взаимно нерастворимых жидкостей

Совершенно нерастворимых друг в друге жидкостей не существует. Не-

растворимые жидкости можно разделить отстаиванием.

Для кипящей смеси из взаимонерастворимых компонентов применим

закон Дальтона – общее давление пара над раствором равно сумме парциаль-

ных давлений его компонентов Р = р

+ р