Розрахунок до курсової Дано

Ім'я файлу: 10 Розрахунок до курсової Чижевська Марія МЛс-31.docx
Розширення: docx
Розмір: 945кб.
Дата: 09.09.2021
скачати

Розрахунок до курсової

Дано:

Кількість випареної вологи 500кг/год (W)

Температура повітря t₀=20°C

Температура нагрітого повітря до входу в сушильну камеру t₁=160°C

Температура після виходу з сушильної камери t₂=95°C

Молоко згущене до 48% сухих речовин

Вміст вологи в продукті до сушіння 55% (φ_n)

Вміст вологи в продукті після сушіння 5% (φ_k)

Вологість повітря 70% (φ)

Матеріальний баланс:

Процес випаровування (сушіння) проходить при постійній ентальпії Н = const до перетину з температурою 95°С.

Визначаємо масу молока, яке поступає на сушку

Знаючи продуктивність сушильної установки по сирому молоці та вологості ꞷ₁55% ꞷ₂5%;знаходимо продуктивність сушильної установки по висушеному матеріалу, кг/год:

Кількість видаленої вологи при цьому буде, кг/год

З урахуванням ККД установки який може бути в межах 80 – 85%, приймаємо
ККД – 84%, перераховуємо продуктивність установки з урахуванням ККД

Щоб знайти ентальпію та вологовміст повітря необхідно побудуємо процес сушки в h-d діаграмі , для цього спочатку знаходимо два основних параметри повітря, яке береться для сушки.

За температури та відносній вологості повітря знайдемо точку, що характеризує основні параметри повітря перед забором у калорифер сушильної установки. При температурі повітря 20°С та відносній вологості φ=70%, на перетині цих ліній отримаємо точку А, по якій знайдемо вологовміст d₀=10г/кг сухого повітря та ентальпію h₀=46 кДж/кг. Після цього повітря поступає в калорифер, де повітря нагрівається при постійному вологовмісті до 160°С. На перетині ліній d₀=10г/кг сухого повітря з ізотермою t=160°C отримаємо точку В, що характеризує параметри повітря на виході з калорифера і вході в сушильну камеру d₁=10 г/кг сухого повітря, h₁=193кДж/кг сухого повітря.

При теоретичному розрахунку процесу сушки повітря, що поступає в сушильну камеру віддає тепло для випаровування вологи з матеріалу і сприймає його назад разом із випареною вологою. У процесі сушки ентальпія повітря залишається незмінною. Знаючи кінцеву температуру повітря, що виходить із сушильної камери, можемо отримати на перетині ліній h₁= кДж/кг сухого повітря і ліній t₂=95°С точку С, яка характеризує параметри повітря на виході із сушарки d₂=36 г/кг сухого повітря, h₂=193кДж/кг.

Отримані дані для знаходження теоретичної витрати повітря і теплоти для нагрівання повітря. При цьому процес сушки супроводжується втратами теплоти, розраховані аналітично.

Дійсні втрати тепла на 15-20% більші від теоретичного.

Кількість теплоти, витраченої для сушіння визначаємо за кількістю теплоти Q, потрібної для нагріву повітря в калорифері кДж:

де, h₀, h₁ – ентальпія повітря калорифера на вході і на виході з нього, кДж/кг

G_n – кількість повітря для висушування, кг

Кількість повітря знайдемо за формулою:

де, W – кількість випареної вологи в сушильній камері. кг/год

d₂, d₁ – вологість повітря, що виходить і входить в сушильну камеру, 1 г вологи на 1 кг сухого повітря.

Втрати пари D при нагріві повітря розраховуємо по формулі, кг/год:

де,h_г.п., h_к– ентальпія гріючої пари і конденсата, кДж/кг;

𝜼=0,95 – ККД калорифера;

За температурою конденсату t_k=146 °С і його теплоємністю с=4,2кДж/кг·К знаходимо ентальпію конденсату, кДж/кг:

За температурою гріючої пари t_г.п = 247 ºС і її теплоємністю с=5,5кДж/кг знаходимо ентальпію гріючої пари кДж/кг:

Звідси втрати пари:

Термічний коефіцієнт розпилювальної сушильної установки знаходимо за формулою:

Важливими показниками процесу сушіння є кількість вологи, що виходить з продукту В_вид_. і розраховується за формулою, %:

де В₁– початкова вологість згущеного молока %, В1 = 55% ;

В_р– рівноважна вологість сухого молока, % і розраховується за формулою:

де, φ_П – відносна вологість повітря, %, φ_П 70%;

t – температура повітря, °С; t=20°С

Тепловий баланс

Теоретичний процес сушіння не враховує втрат і внесення додаткового тепла безпосередньо в камеру. При цьому ентальпія повітря залишається постійною (I₁=I₂).

У процесі реального сушіння враховуються вищезгадані рівняння теплового балансу:

де, ∆ - питома кількість тепла, введена в сушильну камеру чи витрачена у камері на 1кг випареної вологи, кДж/кг.

де, с_в – питома теплоємність води, кДж/кг*К, с_в =4,19 кДж/кг*К.;

t_2.1 – температура матеріалу при вході в сушильну башту, °С.

Приймається t_2.1=20

;

q_m – питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу, кДж/кг.

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

q_вmp – питомі втрати тепла в навколишнє середовище, кДж/кг.

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

де ,

- питома теплоємність висушеного продукту, кДж/кг

де , w₂ – вологість висушеного матеріалу,%;

с_m – питома теплоємність абсолютно сухого матеріалу, с_m=1,66кДж/кг*К

Питома теплоємність становить:

Питомі втрати теплоти для нагрівання матеріалу в сушильній камері:

Розрахуємо втрати теплоти у навколишнє середовище:

де, R – коефіцієнт теплопередачі, вт/м²*К

F – площа поверхні теплообміну, м²

∆t_ср – середня різниця температур, °С

W – кількість випареної вологи, кг/год

Розраховуємо середню різницю температур:

де, t₀ – температура зовнішнього середовища, t₀=20°C

t_ср – середня температура повітря у сушильній камері:

Температура внутрішньої стінки :

Температура зовнішньої стінки:

Середня температура стінки:

Коефіцієнт теплопередачі α₁ визначаємо:

де, А – коефіцієнт, А=1,2

– коефіцієнт теплопередачі відповідно в умовах вимушеної та вільної конвекції, Вт/м*К. Визначимо за формулою:

Розрахунок критеріїв

Критерій Re:

Звідси критерій Нусельта:

Коефіцієнт тепловіддачі

:

Критерій Nu для розрахунку

визначається:

При 10³ <(Gr*Pr)<10⁹

При (Gr*Pr)<10⁹

Критерій Прандля:

де, α – коефіцієнт температуропровідності повітря, м²/с;

ν – коефіцієнт кінематичної в’язкості при середній температурі, м²/с.

Критерій Грасгофа:

де, g – прискорення вільного падіння, м²/с;

Т_ср – абсолютна середня температура, К;

Т_ст.в – абсолютна середня температура стінки,приймається на 5-15°С менше середньої температури повітря, К;

h – висота камери.

Критерій Нусельта:

Критерій тепловіддачі

Коефіцієнт тепловіддачі α₁:

Коефіцієнт теплопередачі від зовнішньої поверхні сушильної камери до повітря:

– коефіцієнт тепловіддачі в умовах вільної конвекції, Вт/м²*К

α_л – коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням, Вт/м²*К

Коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням:

де, с_1-2 – приведений коефіцієнт теплового випромінювання, Вт/м²*К

Приймаємо коефіцієнт випромінювання для стінки сушарки (нержавіюча сталь) с₁= 4,5 Вт/м²*К⁴. Для стінки цеха (штукатурка) с₂=5,33Вт/м²*К⁴.

Т_ст. – абсолютна температура поверхні тіл, поглинаючих теплоту, К.

Згідно прийнятим умовам, Т_ст.н=301К, Т_ст=293К.

Сушильна камера складається із стальних стін. Товщина δ=1мм. Коефіцієнт теплопередачі λ_ст=17,5Вт/м²*К. Теплова ізоляція – скловата, δ_із=0,05Вт/м²*К..

Коефіцієнт теплопередачі визначимо:

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

F_цил – площа поверхні циліндричної частини сушарки, м²;

F_кон – площа поверхні конічної частини сушарки, м²;

F_кр – площа поверхні кришки сушарки, м².

де, R – радіус сушарки,

l – січна конуса, м;

Н – висота сушильної камери,м.

Площа поверхні сушарки:

Площа поверхні конічної частини сушарки:

Площа поверхні циліндричної частини сушарки:

Витрати теплоти у навколишнє середовище буде становити:

Питома кількість тепла, внесену у сушильну камеру:

У процесі реального сушіння враховуються вищезгадані рівняння теплового балансу:

Конструктивний розрахунок
1. Розрахунок розмірів сушильної камери

Знаходимо діаметр сушильної камери,м:

де q - допустима напруга об'єму камери.q=4,5МПа

Визначаємо висоту камери, м:

В залежності від початкової температури повітря на вході в сушарку приймається значення напруги об’єму сушарки по волозі А. Для даних параметрів цей показник дорівнює А=5кг/м³*год.

Розраховуємо об’єм сушильної камери, м³:

Об’єм конічної частини сушильної камери:

де, R_к – радіус камери,м;

r_кон – найменший радіус конуса, м;

H_кон – висота конуса, м;

Висота конічної частини повинна утворити вертикаллю кут менший за кут природного зсипання продукту. У цьому випадку:

Об’єм циліндричної частини сушильної камери:

Висота циліндричної частини:

Висота камери для сушіння відповідно:

Розрахунок розмірів сушильної камери

Знаходимо діаметр сушильної камери,м:

де q - допустима напруга об'єму камери.q=4,5МПа

Визначаємо висоту камери, м:

В залежності від початкової температури повітря на вході в сушарку приймається значення напруги об’єму сушарки по волозі А. Для даних параметрів цей показник дорівнює А=5кг/м³*год.

Розраховуємо об’єм сушильної камери, м³:

Об’єм конічної частини сушильної камери:

де, R_к – радіус камери,м;

r_кон – найменший радіус конуса, м;

H_кон – висота конуса, м;

Висота конічної частини повинна утворити вертикаллю кут менший за кут природного зсипання продукту. У цьому випадку:

Об’єм циліндричної частини сушильної камери:

Висота циліндричної частини:

Висота камери для сушіння відповідно:

Розрахунок скрубера Вентурі
1. Розрахунок параметрів нормалізованої труби

У нормалізованої труби Вентурі підібрані геометричні співвідношення, що забезпечують мінімальні «шкідливі» гідравлічні втрати при русі по ній газового потоку.

Знаходимо довжина конфузора l₁, м:

де, D₁ – вихідний діаметр конфузора, м;

D_г – діаметр горловини труби Вентурі, м;

α₁ – кут звуження конфузора, α₁=28˚

Вхідний діаметр конфузора D₁, приймаємо рівним діаметром газоходу D₁=300мм.

Діаметр горловини, м:

V_г, - об’єм витрата повітря при робочих параметрах горловини м³/с; V_г=3 м³/с

v_г– швидкість повітря в горловині, м/с.

Швидкість повітря в горловині приймаємо 90м/с. Діаметр горловини розрахуємо за формулою :

Довжина конфузора:

Зрошення труби Вентурі периферійне, то довжина горловини l₂ конструктивно приймемо 100мм.

Довжину дифузора l₃, м:

де, D₂ – діаметр вихідного діаметру дифузора, приймемо D₂=D₁=300мм;

α₁ – кут розкриття дифузора, α₂=7˚

Приймемо l₃=0.82м.

При таких параметрах забезпечують мінімальні гідравлічні втрати при русі повітряного потоку, так як виключають відрив потоку від стін горловини та дифузора.

Розрахунок швидкостей руху повітряного потоку в трубі Вентурі

Швидкість повітряного потоку на вході в конфузор, м/с:

де, F – площа перерізу вхідного патрубка в конфузор, м²:

Швидкість руху повітряного потоку в горловині:

Швидкість повітряного потоку дорівнює швидкості повітря в конфузові v₁=v₂=43м/с, так як площа перерізу конфузора F₁ дорівнює площі перерізу дифузора F₂=F₁.

Геометричні розміри каплевловлювача

Діаметр каплевловлювача, м :

v_y – швидкість газів в перерізі. м/с рекомендовано приймати 2,5…5;

Висота каплевловлювача, м:

Розрахунок насоса подачі знежиреного молока в трубу Вентурі

Приймемо вихідні дані:

втрата за годину знежиреного молока для двох підібраних працюючих скруберів G=21,68 м³/год;
надлишковий тиск в горловині Р_н, утворений насосом Р_н=Н_н=0,03…0,1МПа;
абсолютний тиск знежиреного молока в горловині Р_об, утворений насосом: Р_об=Р_ат+Р, Р_об=0,13…0,2МПа;
діаметр трубопроводу d=25мм;
подача рідини на рівень Н=5м від рівня встановлення насоса.

Знаходимо повний напір насоса, м вод. ст.

Втрати напору Н_n, м вод. ст.:

де, - швидкість руху рідини в трубопроводі, м/с;

λ – коефіцієнт опору тертя по довжині трубопроводу;

ξ_і – коефіцієнт місцевих опорів;

l – довжина трубопроводу l=20м.

Швидкість руху рідини м/с:

Розрахуємо коефіцієнт опору тертя по довжині трубопроводу для ламінарного руху:

для турбулентного руху:

Знаходимо режим руху рідини знаходимо число Рейнольдса:

де,

- кінематична в’язкість рідини, м²/с, для знежиреного молока

=26‧10^-6 м²/с.

Коефіцієнт місцевих опорі:

Коліно 90˚

де, А=130, ξ_кв=0,2

Трійник А=150, ξ_вк=0,3

Різкі звуження потоку:

де, F₁ – площа поперечного перерізу трубопроводу, м²;

F₂- площа перерізу всіх сопел, м².

де, n=16 - число сопел одного скрубера;

d_con = 3мм – діаметр сопла.

Коефіцієнт ξ_s:

Розраховуємо втрати напору, м вод. ст.

Відповідно напір насоса :

Отже, судячи із розрахунків, вибираємо насос компанії CAIPEDA марки MXV4 50-1616.

Характеристика :

Продуктивність G=11м³/год.

Напір Н=34,5м.

Потужність електродвигуна N=2,2 кВт.

Число обертів валу n=1450с^-1.

Розрахунок ізоляції сушильної камери

Теплова ізоляція – це основний фактор для зменшення втрат теплоти та економії палива. Ізоляція слугує ефективним засобом для зниження температури в приміщеннях і застереження обслуговуючого персоналу від опіків.

Теплоізоляція – її товщина повинна бути такою, щоб температура на її поверхні була не більше 50˚С.

Визначення товщини ізоляційного шару по гранично допустимих або по заданих тепловитратах для апаратів з діаметром більше 3м. Визначимо за формулою,мм:

де, t₁ – температура під ізоляцією, переважно приймається рівною температурі теплоносія, t₁=160˚C;

t – температура на поверхні ізоляції, t=20˚C;

q_n – гранично допустима втрати з 1м³ поверхні ізоляції, q_n=162 Вт/м²‧К

λ – коефіцієнт теплопровідності мінеральної вати, при t₁=160˚C, λ=0,065Вт/м²К

Приймаємо товщину ізоляції 60мм

Техніко-економічні показники

Розрахунок проводиться з метою знаходження оптимальної швидкості руху молока, яка буде відповідати мінімальним сумарним затратам(енергетичним та амортизаційним). Швидкість руху води приймаємо сталою – 0,45 м/с.

Енергетичні витрати:

де, N – сумарна потужність насосів, кВт;

С_n – 1,4 вартість 1 кВт‧год електроенергії. Грн.;

τ=4752 – тривалість роботи апарата за рік, год;

Амортизаційні втрати:

де, F – площа поверхні сушарки, м²;

С_f=692,88грн – вартість 1м² поверхні;

А=0,1 – коефіцієнт амортизації сумарних витрат

Сумарні витрати:

Досконалість сушильної установки оцінюють коефіцієнтом корисної дії установки. Д.М. Левін для визначення ККД сушильної установки рекомендує користуватися рівнянням:

де, r – прихована теплота випаровування води при певній умовно вибраній температурі (щоб можна було порівнювати економічність сушарок, які працюють за різних умов, r та I₀ беруть завжди при температурі +15˚С).

Отже r = 2466 кДж/кг;

© Усі права захищені
написати до нас