Розрахунок.

Матеріальний баланс

Зобразимо принципову схему розпилювальної сушарки, що складається із калорифера 1 для підігрівання повітря сушильної камери 2.

Рис. 1. Схема розпилювальної сушарки

Для складання матеріального балансу сушарки, введемо наступні позначення:

x – вологовміст повітря, кг/кг_с.п;

t – температура повітря, ˚С;

φ – відносна вологість повітря, %;

І – ентальпія повітря, кДж/кг_с.п;

L – витрата сухого повітря, кг/год;

ω₁ – масова частка вологи в матеріалі, % до загальної маси;

θ – температура матеріалу, ˚С;

G₁ і G₂ – витрати відповідно вологого та висушеного матеріалу, кг/год;

W – кількість видаленої вологи, кг/год.

Вихідні дані:

6.Технологічний розрахунок.

З рівняння теплового балансу справедливе відношення:

Знайдемо :

Продуктивність установки по випареній волозі:

Питомий вологовміст повітря розраховується за формулою:

,

Де 0,622 – відношення молярних мас водяної пари і повітря;

- тиск насиченої водяної пари при даній температурі, Па;

При ;

- відносна вологість повітря,%;

В- барометричний тиск повітря, Па. В=99,1 кПа.

Ентальпія вологого повітря розраховується за формулою:

,

Де - теплоємність сухого повітря, кДж/кг*К

;

t- температура вологого повітря, ;

d-питомий вологовміст повітря. г/кг;

-питома теплоємність перегрітої пари, кДж/кг.

,

Де - питома теплота пароутворення води, кДж/кг. ;

-питома теплоємність водяної пари, кДж/кг*К. .

Питома теплоємність перегрітої пари вхідного повітря :

.

Тоді ентальпія вхідного повітря:

Питома теплоємність перегрітої пари нагрітого повітря становить:

.

Ентальпія відпрацьованого повітря для теоретичнго прочосу сушки равна теплоємності нагрітого повітря:

Відносна вологість повітря на вході в сушарку визначається з формули:

(при t=150 )

Питома теплоємність перегрітої пари відпрацьованого :

Вологовміст повітря на виході з сушарки розраховується за формулою:

Відносна вологість повітря на виході з сушарки визначається із формули:

, (при t=65 )

Питома витрата абсолютно сухого повітря розраховується за формулою:

Загальна витрата абсолютно сухого повітря:

L=l*W,

L=30*131.22=3936.6 кг/год.

Об’ємна витрата вологого повітря розраховується за формулою:

V=L* ,

Де - питомий об’єм вологого повітря на 1 кг абсолютно сухого, м /кг.

Питомий об’єм вологого повітря розраховується за формулою :

,

Де -універссальна газова стала, =287 Дж/кг*К;

Т- абсолютна температура повітря,К.

Питомий об’єм вологого повітря складає:

Вихідного повітря:

На вході в сушарку:

На виході з сушарки:

.

Об’ємна витрата вологого повітря складає:

Для вихідного повітря:

На вході в сушарку:

На виході з сушарки:

7.Тепловий розрахунок.

Теоретичний процес сушіння не враховує втрати теплоти і внесення додаткового тепла безпосередньо в камеру. При цьому ентальпія повітря залишається постійною ( ).

В реальному процесі сушки враховуються вищезгадані і рівняння теплового балансу:

,

Де - питома кількість тепла, внесена в сушильну камеру чи втрачена нею в розрахунку на 1 кг випареної вологи, кДж/кг.

Рівняння розрахунку має вигляд:

,

Де - питома теплоємність води. кДж/кг*К, =4,19 кДж/кг*К.;

- температура матеріалу при вході в сушильну башту, . Приймається =20 ;

- питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу, кДж/кг.

- питомі витрати тепла на нагрівання транспортних пристроїв, кДж/кг, для даного способу сушки =0;

-питомі втрати тепла в навколишнє середовище, кДж/кг.

Питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу в сушильній камері розраховуються за формулою:

,

Де - питома теплоємність висушеного продукту, кДж/кг. Розраховується за формулою:

,

Де - вологість висушеного матеріалу, %;

- питома теплоємність абсолютно сухого матеріалу, кДж/кг*К.

За формулою питома теплоємність становить:

Питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу в сушильній камері :

Теплові втрати складають втрати в навколишнє середовище і термодинамічні втрати.

Втрати теплоти в навколишнє середовище розраховуються за формулою:

Де R-коефіцієнт теплопередачі, вт/м2*к;

F- площа поверхні теплообміну, ;

-середня різниця температур, ;

W-кількість випареної вологи, кг/год.

Середня різниця температур розраховуємо за рівнянням:

,

Де - температура зовнішнього повітря, =20 ;

- середня температура повітря в сушильній камері. Розраховується за формулою:

,

.

Знаходимо середню температуру:

=107,5-20=87,5 .

Температура стінки внутрішньої:

Температура стінки зовнішньої:

Коефіцієнт теплопередачі визначається:

,

Де А- коефіцієнт, А=1,2;

та - коефіцієнти тепловіддачі відповідно в умовах вимушеної та вільної конвекції. Вт/м*К.

Визначаються за формулою:

.

Розрахунок критеріїв.

Критерій Re.

,

Тоді критерій Nu:

Nu=0.66 .

Знайдемо коефіцієнти тепловіддачі :

.

Nu для розрахунку визначається:

при 10 <(Gr*Pr)<10 ,

При (Gr*Pr)>10 ,

Pr= ,

Де а- коефіцієнт температуропровідності повітря, м /с;

- коефіцієнт кінематичної в’язкості при середній температурі, м /с.

,

Де g- прискорення вільного падіння, м /с;

Т - абсолютна середня температура, К.

Т -абсолютна середня температура стінки, приймається на 5-15 менше середньої температури повітря, К;

h-висота камери.

Знайдемо критерій Грасгофа:

Знайдемо критерій Нусельта:

.

Тоді знайдемо коефіцієнт тепловіддачі :

Вт/м2*К.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі :

=1,2*(0,83+1,5)=2,76 Вт/м2*К.

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні сушильної камери до повітря розраховується за формулою:

,

Де - коефіцієнт тепловіддачі в умовах вільної конвекції, Вт/м2*К.

- коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням, Вт/м2*К.

.

Nu=0.15*(1.46*24*10 ) =452,68

.

Коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням рахується за формулою:

,

Де - приведений коефіцієнт теплового випромінювання, Вт/м2*К4.

= .

Приймаємо коефіцієнт випромінювання для стінки сушарки (пофарбована поверхня) . Для стінки цеха (штукатурка) .

= .

- абсолютна температура зовнішньої поверхні стінки, К;

-абсолютна температура поверхні тіл, поглинаючих теплоту.К.

Згідно прийнятим умовам, =301К, =293К. Тоді

Сушильна камера складається із стальних стін. Товщина =1 мм. Коефіцієнт теплопровідності =17,5 Вт/м2*К. Теплова ізоляція – скловата, =0,05Вт/м2*К. Стінки вкриті масляною фарбою, =1 мм, =0,233 Вт/м2*К.

Коефіцієнт теплопередачі:

,

.

Щоб знайти питомі втрати в навколишнє середовище, знайдемо площі поверхонь сушарки.

,

Де Fцил – площа поверхні циліндричної частини сушарки, м ;

Fкон- площа поверхні конічної частини сушарки, м ;

кр – площа поверхні кришки сушарки, м ;

,

Де R- радіус сушарки, R=D /2=3,4/2=1,7м;

L-січна конуса,м.

L=

,

,

,

.

Отже, витрати теплоти в навколишнє середовище складають:

Дж/кг.

Знайдемо питому кількість тепла, внесену в сушильну камеру:

кДж/кг.