close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1365

код для вставкиСкачать
В. Н. КУЗНЕЦОВ, М. В. КОКШАРОВ
ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ПРЕДПРИЯТИЙ
ОМСК 2014
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
–––––––––––––––––––––––––––––––––––
В. Н. Кузнецов, М. В. Кокшаров
ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве заданий на курсовую работу и методических указаний
к ее выполнению для подготовки бакалавров по направлению
140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника»
Омск 2014
УДК 621.184.64(075.8)
ББК 31.368я73
К89
Тепломассообменное оборудование предприятий: Задания на курсовую
работу и методические указания к ее выполнению для подготовки бакалавров
по направлению140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника» / В. Н. Кузнецов,
М. В. Кокшаров; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2014. 29 с.
Представлены задания на курсовую работу в 25 вариантах,
последовательность теплового расчета теплообменной и сушильной установок
и определения эффективности их работы. Приведен необходимый справочный
и графический материал для выполнения расчетов.
Предназначены для подготовки бакалавров по направлению140100 –
«Теплоэнергетика и теплотехника» – очной и заочной форм обучения.
Библиогр.: 6 назв. Табл. 6. Рис. 3.
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор Е. И. Сковородников;
канд. техн. наук, доцент А. Л. Иванов.
Омский гос. университет
путей сообщения, 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .................................................................................................................. 5
1. Задание 1 .............................................................................................................. 6
2. Методические указания к заданию 1................................................................. 7
3. Задание 2 .............................................................................................................. 12
4. Методические указания к заданию 2................................................................. 16
4.1. Определение производительности сушилки по влаге ............................... 16
4.2. Определение расхода тепла и топочных газов на один килограмм
испаренной влаги.................................................................................................. 16
4.3. Определение расхода топлива и КПД сушилки ......................................... 20
4.4. Определение размеров барабанной сушилки ............................................. 21
4.5. Определение времени пребывания материала в сушилке ....................... 27
Библиографический список ................................................................................... 28
3
4
ВВЕДЕНИЕ
В курсе «Тепломассообменное оборудование предприятий» изучаются
различные теплоиспользующие установки, применяемые для осуществления
тепловых процессов на предприятиях промышленности и железнодорожного
транспорта.
В курсовой работе предлагается произвести расчет двух типов теплообменных установок: пароводяного подогревателя и конвективной барабанной
сушилки.
Цель курсовой работы – закрепление и углубление полученных знаний,
ознакомление со специальной и справочной литературой, государственными и
отраслевыми стандартами, а также развитие навыков самостоятельного решения инженерных задач и технически грамотного изложения пояснительной
записки.
Исходные данные для выполнения заданий выбираются по таблицам
вариантов в соответствии с порядковым номером студента в списке группы.
Расчеты целесообразно иллюстрировать графиками и рисунками, точность получаемых результатов достаточно ограничить четырьмя значащими цифрами.
Рекомендуется придерживаться следующей схемы записи вычислений: формула – численные вычисления – конечный результат – размерность. Расчеты следует производить в Международной системе единиц СИ с краткими пояснениями всех действий, а в заключение необходимо дать анализ полученных результатов и сделать соответствующие выводы.
5
1. ЗАДАНИЕ 1
Определить оптимальную скорость движения воды в трубках вертикального четырехходового пароводяного теплообменника теплопроизводительностью Q, в котором вода нагревается от температуры на входе tв до температуры на выходе tв . Вода движется внутри латунных трубок, наружный диаметр
которых d н равен 14 мм, внутренний d в – 12 мм. Коэффициент теплопроводности латунной стенки  с = 104,5 Вт/(мК). Греющий пар является насыщенным
и имеет давление p . Тепловые потери в окружающую среду составляют 2,5 %
от подводимого тепла. Число часов использования насоса – n и , КПД насоса
н  0,75, КПД электродвигателя ηэ  0,92 . Стоимость 1 м 2 поверхности
нагрева
подогревателя
Сf  5000 р./м2 ,
стоимость
электроэнергии
Сэ  1,65 р./(кВтч). Доля годовых отчислений на амортизацию и текущий
ремонт подогревателя – ра , нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений – pн . Численные значения величин Q, tв , tв , p, n и , pа , pн
принять из табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные для задания 1
Параметр
Вариант
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Q, МВт
tв , С
tв , С
p, МПа
2
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
3
30
29
28
27
26
25
24
23
22
4
105
104
103
102
101
100
99
98
97
5
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,20
0,21
0,22
0,20
6
nи ,
ч
год
6
3 000
3 100
3 200
3 400
3 500
3 600
3 700
3 800
3 900
pа
7
0,080
0,082
0,084
0,086
0,088
0,090
0,092
0,094
0,096
pн ,
1
год
8
0,174
0,173
0,172
0,171
0,170
0,169
0,168
0,167
0,166
О к о н ч а н и е т а б л. 1
1
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
2
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,0
3,1
3,2
3,3
3,4
3
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
4
96
95
94
93
92
91
90
89
88
87
86
85
84
83
82
81
5
0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
0,31
0,32
0,33
0,34
0,35
0,36
6
4 000
4 100
4 200
4 300
4 400
4 500
4 600
4 700
4 800
4 900
5 000
5 100
5 200
5 300
5 400
5 500
7
0,098
0,100
0,102
0,104
0,106
0,108
0,110
0,112
0,114
0,116
0,118
0,120
0,122
0,124
0,126
0,128
8
0,165
0,164
0,163
0,162
0,161
0,160
0,159
0,158
0,157
0,156
0,155
0,154
0,153
0,152
0,151
0,150
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАДАНИЮ 1
Оптимальная скорость движения воды в трубках w оп соответствует минимальным годовым приведенным затратам, определяемым по формуле, р./год:
Зmin  pнК  И ,
(1)
где К – начальная стоимость нагревателя, р.;
И – ежегодные текущие расходы, р./год.
Наличие оптимальной скорости движения воды в трубках пароводяного
нагревателя вызвано тем, что с увеличением скорости движения воды w
возрастает коэффициент теплопередачи k, уменьшается требуемая площадь поверхности нагрева F и, следовательно, начальная стоимость нагревателя
К  Сf F . Однако при этом возрастают потери давления воды p , расход
7
электроэнергии Э на перекачку воды и связанные с ним ежегодные текущие
расходы:
(2)
И  р а К  Сэ Э .
Расчет параметров k, F, Δp, К, Э, И, З следует произвести, изменяя скорость движения воды w от 0,5 до 2,0 м/с с шагом 0,25 м/с, результаты расчета
свести в табл. 3 и построить графические зависимости k, F, Δp, К, Э, И, З от w.
Если зависимость З  f  w  незначительна, то диапазон изменения значений w
необходимо расширить.
Прежде всего требуется определить коэффициент теплопередачи от пара
к нагреваемой воде через стенку трубы толщиной с :
k
1
,
1 δc 1
 
αп λ c αв
(3)
где α п – коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к наружной
Вт
;
м2  К
α в – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубок к на-
поверхности трубок,
Вт
.
м2  К
Для расчета α п при конденсации пара на вертикальных трубках необхо-
греваемой воде,
димо знать температуру внешней поверхности стенки t c2 и высоту трубки Н.
Так как значение этих величин неизвестно, то расчет проводится методом последовательных приближений. Предварительно задаются: t c2  t н 
Δt
; H  2 м.
2
Средняя разность значений температуры между теплоносителями
Δt 
tв  tв
.
t н  tв
ln
t н  tв
(4)
Приведенная длина трубки, м,
Z  HA1  t н  t c2 .
8
(5)
Если Z  2 300, то режим течения пленки конденсата ламинарный и расчет ведется по формуле:
3,8 Z0,78
αп 
.
H B  t н  t c2 
(6)
Значение безразмерных коэффициентов A1 и B принимаются из табл. 2
путем интерполяции в зависимости от t н .
Таблица 2
Численные значения безразмерных коэффициентов A1 и B
1
мК
34,5
42,7
51,5
60,7
70,3
82,0
94,0
107,0
122,0
t н , C
B  103 ,
A1,
80
90
100
110
120
130
140
150
160
м
Вт
4,88
5,57
6,28
6,95
7,65
8,47
9,29
10,15
11,09
При Z  2 300 режим течения пленки конденсата турбулентный, для которого число Рейнольдса
1,333
0,25


 Pr 
0,5
Re   253  0,069 
Pr
Z

2300



Pr


 c2 


.
(7)
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке
αп 
Re
.
H B  t н  t c2 
(8)
Для определения коэффициента теплоотдачи со стороны воды принимают из справочных таблиц при средней температуре воды t в  0,5  tв  tв 
следующие физические параметры:
9
 в – коэффициент кинематической вязкости, м 2 /с;
 в – коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К);
Prв – критерий Прандтля;
в – плотность, кг/м3 .
Критерий Рейнольдса
Reв 
w dв
.
νв
(9)
При турбулентном режиме движения (Re > 10 000) критерий Нуссельта
Nu
где
0,43 
 0,021Re0,8

в Prв
Prв 

 Prc1 
0,25
,
(10)
Prc1 – критерий Прандтля для воды при температуре t c1  t c2  1 .
Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки к воде,
Вт/(м2К) ,
λв
.
dв
(11)
Q  106
.
k t
(12)
4G в
.
πd в2rв w
(13)
αв  Nu
Площадь поверхности нагрева, м 2 ,
F
Число трубок в одном ходе, шт.,
n1 
Расход воды, кг/с,
Q  103
.
Gв 
4,19  tв  tв 
Общее число трубок четырехходового теплообменника n  4n1 .
Высота трубок, м,
10
(14)
H
F
.
 d ср n
(15)
Температура стенки трубки на границах с теплоносителем, ºС:
kΔ t
;
αп
(16)
kΔ t
δc .
λc
(17)
t c2  t н 
t c1  t c2 
Если полученные значения Н, t c1, t c2 не совпадают с принятыми ранее,
то следует провести их корректировку, добиваясь сходимости с точностью
до 5 %.
Потери давления воды в нагревателе
(4H  λ э ) ρв w 2
,
Δp  λ тр
dв
2
(18)
где  тр – коэффициент гидравлического трения,
λ тр 
0,3164
.
Re0,25
в
(19)
Эквивалентная длина местных сопротивлений, м,
ξd
lэ   в .
λ тр
Значение суммы коэффициентов местных сопротивлений
(20)

для четы-
рехходового теплообменника рекомендуется принять равным 4,2.
Расход электроэнергии на перекачку воды, кВт∙ч/год,
G в  p n и  103
Э
.
в н э
(21)
Годовые приведенные затраты
З   pн  pa  К  Сэ Э.
11
(22)
Таблица 3
Результаты расчета основных величин
Величина
Коэф. теплоотдачи
со стороны пара
Коэф. теплоотдачи
со стороны воды
Коэф. теплопередачи
Площадь поверхности нагрева
Обозначение
п
в
k
Размерность
0,5
Вт
2
м К
Вт
2
м К
Вт
2
м К
2
F
м
Высота трубок
H
м
Потери напора
p
Начальная стоимость нагревателя
Расход электроэнергии
Ежегодные текущие расходы
Годовые приведенные затраты
М
С
0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00
Скорость воды в трубках,
Н
м
2
K
р.
Э
кВт  ч
год
И
р.
год
З
р.
год
3. ЗАДАНИЕ 2
Произвести тепловой расчет барабанной сушильной установки на топочных газах и определить ее КПД. Разработать конструкцию внутреннего устройства сушильного барабана и определить его размеры. Исходные данные для
расчета принять из табл. 4.
12
Таблица 4
Исходные данные для расчета сушильной установки
Вариант
5,
6,
15,
16
25
Наименование
величины
Обозначение
Размер
мерность
1,
11,
21
2,
12,
22
3,
13,
23
4,
14,
24
1
Производительность сушилки по
высушенному материалу
Начальная влажность материала на
сухой вес
Конечная влажность материала на
сухой вес
Высушиваемый
материал
2
3
4
5
6
7
8
кг
ч
10
15
16
12
1
%
15
20
6
2
%
3
5
Начальная температура материала
Конечная температура материала
G 2 10
–
-3
–
7,
17
8
18
9,
19
10,
20
9
10
11
12
13
14
13
11
9
12
18
40
3
30
40
20
12
14
0,2
15
0
10
12
14
1,5
1
Песок
Глина
Соль
Опилки
Сахар
Уголь
Сланец
Уголь
Известь
Руда
1
С
5
10
8
2
15
5
2
20
4
3
2
С
90
80
70
85
40
120
95
85
110
50
1
Теплоемкость сухого
материала
Гранулометрический состав материала
1-я фракция
2
4
5
6
7
8
0,84
0,79
0,51
1,34
1,25
2,05
1,27
1,47
0,85
0,43
мм
(%)
мм
(%)
мм
(%)
2
(20)
1
(50)
0,5
(30)
50
(30)
20
(40)
5
(30)
15
(10)
10
(60)
7
(30)
5
(15)
3
(50)
1
(35)
3
(10)
2
(40)
1
(50)
7
(30)
5
(35)
2
(35)
40
(20)
20
(40)
10
(40)
10
(70)
8
(20)
6
(10)
20
(15)
10
(65)
5
(20)
5
(10)
35
(80)
2
(10)
–
–
Торф
Уголь
Газ
Мазут
Газ
Уголь
Сланец
Мазут
Уголь
Газ
–
–
Фрезерный
Черемховское
Ставрополский
Малосернистый
40
Елшаншанский
Араличевское
Кашир- Серниширстый
ское
20
Челябинское
Ухтинский
t1
С
800
700
200
350
100
850
300
120
cм
–
2-я фракция
–
3-я фракция
–
Сжигаемое
топливо
Месторождение или
сорт
Температура газов,
поступающих в сушилку
3
Продолжение табл. 4
9
10
11
12
13
кДж
кг К
600
700
Окончание табл. 4
1
Температура отработанных газов
Потери тепла в
окружающую
среду
Температура наружного воздуха
Влагосодержание
наружного
воздуха
КПД топки
Теплоемкость
топлива
Коэффициент
порозности
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
t2
С
100
85
75
95
65
150
100
105
120
60
q5
кДж
кг
42
58
30
21
50
70
53
35
46
27
t0
С
15
10
15
19
20
18
17
15
10
17
d0
г
кг
10
12
8
10
12
9
8
10
7
10
т
–
0,92
0,94
0,97
0,98
0,96
0,94
0,92
0,95
0,93
0,97
ст
кДж
С
кг К
2,7
1,4
1,2
1,6
1,5
2,0
1,3
1,7
1,2
1,3
m
–
0,75
0,5
0,6
0,6
0,75
0,65
0,5
0,45
0,4
0,7
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАДАНИЮ 2
4.1. Определение производительности сушилки по влаге
Уравнение материального баланса продукта, подвергаемого сушке,
имеет вид:
W G1 G 2 ,
(23)
где W – количество испаренной влаги, кг/ч;
G1 и G 2 – производительность сушилки соответственно по влажному материалу и по сухому продукту.
Если заданы начальная w1 и конечная w 2 влажность материала на сухую
массу, то часовое количество испаренной влаги определяется по формуле, кг/ч:
W = G1
w1 w 2
w
w2
= G2 1
.
100 + w1
100 + w 2
(24)
4.2. Определение расхода тепла и топочных газов
на один килограмм испаренной влаги
Прежде всего производится расчет процессов горения и смешения газов с
воздухом. Для твердого и жидкого топлива расчетные формулы одинаковы, они
базируются на элементарном составе рабочего топлива.
Высшая теплота сгорания, кДж/кг,
р
Qв
339 Ср 1257 Hр 105 Oр Sр .
(25)
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, м 3 ,
L0
0,115 Ср 0,345 Hр 0,043 Oр Sр .
(26)
Общий коэффициент избытка воздуха, необходимого для получения газов с заданной температурой t1 ,
16
)
Q(р
ηт с т t т
в
1
α
L0
9H p Wp A p
100
h d
cс.г t1 п 0
1000
cс.г t1
9H p Wp
100
hп
,
(27)
H0
где t т – температура топлива, принимается равной температуре наружного воздуха, °С;
c c.г – теплоемкость сухих газов, кДж/(кг∙К);
h п – энтальпия водяного пара при температуре t1 , кДж/кг;
H 0 – энтальпия наружного воздуха, определяемая по Hd-диаграмме влаж-
ного воздуха, кДж/кг.
Теплоемкость α сухих газов с c.г принимают равной теплоемкости воздуха. Если
5 , то ошибка от этого допущения несущественна. При меньших
значениях
следует сделать перерасчет по формуле (27), подставляя в нее
фактическое значение с c.г .
Масса компонентов сухих газов, кг/кг,
G CO2
0,0367Cр ;
G SO2
0,02Sp ;
G N2
0,768α,L0 0,01N p ;
G O2
0,232(α 1)L0 .
(28)
Масса сухих газов при сгорании 1 кг топлива, кг,
Gc.г 1 αL0
Ap 9Hp Wp
100
.
(29)
Теплоемкость сухих газов, кДж/(кг∙К),
cс.г
G CO2 cCO2 G SO2 cSO2 G N2 c N2 G O2 cO2
G с.г
.
(30)
Масса водяных паров, кг,
Gс.г
9Hp Wp
100
17
αL0d0
.
1000
(31)
Для газообразного топлива в отличие от твердого и жидкого состав газов
обычно задается в объемных процентах, поэтому соответствующие расчетные
формулы процессов горения имеют иное написание, кДж/кг:
р
Qв = 22,4 (5,32 CH 4 + 5,05 C2H 6 + 4,94 C3H8 + 4,87 C4 H10 +
+ 4,83 C2H 2 + 5,07 C2H 4 + 4,91 C3H 6 + 4,84 C4H8 + 1,64 H 2S +
+ 12,75 H 2 + 1,08 CO) 4,19 + 6 500
(32)
0,09n
;
12m+n
m
4 C H ;
m n
12 m + n
m+
L0 = 1,38 0,0179 CO + 0,248 H 2 + 0,44 H 2S +
р
Qв ηт + c т t т
0,09n
Cm H n cс.г t 1
12m + n
h d
L0 cс.г t1 + п 0 H 0
1000
1
α=
0,09n
Cm H n h п
12m + n
1,57
44 Cm H n
CO
;
100
12m n 100
G CO2
(33)
; (34)
(35)
G N2 = 0,768αL0 + 0,01Nр ;
(36)
G O2 = 0,232 α 1 L0 ;
(37)
0,009
Cm H n ;
12m n
αL d
0,09n
Cm H n + 0 0 .
12m+n
1000
G с.г 1 aL 0
Gп =
Влагосодержание топочных газов, г/кг,
G
d1 1000 п ,
G с.г
(38)
(39)
(40)
их энтальпия, кДж/кг,
р
Q η + c t + α L0 H 0
H1 = в т т т
.
G с.г
(41)
Потери тепла в сушилке на 1 кг испаренной влаги
qм
q 5 cв
18
1,
(42)
где c в – теплоемкость воды, кДж/(кг∙К);
G 2 cм
2
1
– расход тепла на нагрев материала, кДж/кг.
W
Определение расхода газов и тепла на 1 кг испаренной влаги производят
по Нd-диаграмме влажного воздуха (рис. 1). Точка 0 характеризует состояние
наружного воздуха. Состояние газов перед сушилкой (точка 1) определяется
пересечением изотермы t1 const с изоэнтальпой H1 = const. Значение влагосо-
qм
держания газов в точке 1 должно точно соответствовать значению d1 , ранее
найденному по формуле (40). Политропа процесса сушки строится с учетом потерь тепла . По линии H1 = const произвольно выбирается точка е и определяется длина отрезка:
H,
кДж/кг
ns t
t 1=co
1
H
1=
co
n
f
st
e
Е
2
H0
t2
t0
0
d0 d1
d2
d,г/кг
Рис. 1. Hd-диаграмма процесса сушки материала
eE ef
где m
m
,
(43)
mh
1000 – масштабный коэффициент.
md
Через точки 1 и Е (см. рис. 1) проводится политропа сушки до пересечения с изотермой t 2 const в точке 2, соответствующей состоянию газов на
выходе из сушилки.
Расход топочных газов на испарение 1 кг влаги
19
1 000
.
d 2 d1
(44)
Расход тепла, затрачиваемого в сушилке на испарение 1 кг влаги из материала,
H Ho
(45)
q= 1
1000 ,
d 2 d1
где d 2 – влагосодержание воздуха в точке 2 (см. рис. 1).
4.3. Определение расхода топлива и КПД сушилки
Часовой расход топлива сушильной установкой, кг/ч,
qW
B
р
Qв
.
(46)
т
Количество тепла, воспринятого влагой материала на ее нагревание и испарение, т. е. полезно использованное тепло в сушилке,
q1
h2
cв
1,
(47)
где h 2 – энтальпия пара при температуре пара t 2 .
КПД сушильной установки с учетом потерь тепла в топке
q1
q
т.
(48)
4.4. Определение размеров барабанной сушилки
Объем барабана рассчитываем по методике Н. М. Михайлова. Суть ее
состоит в том, что сложное тепловое взаимодействие потока горячих газов с
частицами материала при вращении барабана можно представить в виде простой схемы. Считается, что тепло от газов к материалу передается в основном
тремя путями (рис. 2) и соответственно учитывается тремя коэффициентами
20
теплообмена: при падении частиц с лопаток – коэффициентом
1
v
, через на-
ружную поверхность материала, находящегося на лопатках и в завале, –
2
v
;
теплопроводностью от более нагретых частей насадки и барабана к слою материала –
3
v
. Суммарный эффект учитывается объемным коэффициентом теп-
лообмена, Вт/(м3К) :
v
(1)
v
(2)
v
Q II
F2
(3)
v .
F3
(49)
F
3
r
Q III
QI
F1

h
Q II
Fл м
Q III
Dб
Рис. 2. Схема потоков тепла в сушильном барабане
Первая составляющая объемного коэффициента теплообмена рассчитывается по формуле:
1
α v = 1130α n B 1 m
D
n
г
i
,
(50)
i
где – коэффициент, учитывающий степень взвешенности частиц материала в
объеме барабана;
– коэффициент теплопроводности газа, Вт/(м∙К);
n – частота вращения барабана, мин–1;
B – параметр, характеризующий конструкцию внутреннего устройства сушилки;
21
m – коэффициент порозности;
г – скорость газов у поверхности частиц, м/с;
D – диаметр барабана, м;
– коэффициент кинематической вязкости газа, м 2/с;
i
– доля фракции от общего количества материала;
i
– средний размер частиц, мм.
Значения и выбираются из таблиц физических свойств газов по температуре поверхности частиц. Диаметр барабана принимается ориентировочно
в зависимости от производительности сушилки. Скорость вращения барабана
предварительно можно выбрать по данным табл. 6. Скорость газов у поверхности частиц является результирующей от средней скорости ср и скорости падения частиц
п,
т. е.
г
2
ср
2
п
2
ср
(51)
4,9h ср ,
где h ср – средняя высота падения частиц с лопаток, м.
Для определения значения h ср вычерчивается в масштабе поперечное сечение сушилки вместе со слоем материала, при этом учитываются выбранная
степень заполнения
и угол естественного откоса материала. Планиметром
измеряются площадь каждой лопатки, занятая материалом ( F1, F2 , ..., Fn ), и высота падения частиц с каждой лопатки ( h1, h 2 , ..., h n ). Средняя высота падения
материала определяется по формуле:
h ср
где Fл
м
Fл
м
F1 h1
F1 F2 h 2 ...
Fл
Fn
Fn
м
1
hn
1
,
(52)
– занятая материалом площадь максимально заполненной лопатки при
выходе ее из завала.
Средняя по сечению барабана скорость газов, м/с,
22
Vг
ср
0,785D2
3 600 1
.
(53)
Часовой объем газов, м3/ч,
Vг
BG с.г υс.г .
(54)
Удельный объем сухих газов определяется при их средней температуре
в сушилке:
1
t c.г
Δt .
2
2
(55)
Средняя логарифмическая разность значений температуры между теплоносителями
t
t1
t2
1
t
ln 1
t2
2
.
(56)
1
2
Коэффициент а учитывает особенности условий передачи тепла от газов
к струе падающих частиц, отличающихся от условий передачи тепла частицами, находящимися во взвешенном состоянии. В частности, происходят ухудшенная обдувка частиц, падающих внутри струй, слипание частиц тонких
фракций и другие факторы, которые могут быть выявлены только экспериментальным путем. Опытные данные ВТИ, характеризующие зависимость а от
м
Fл , приведены на рис. 3.
С увеличением длины лопаток условия теплообмена резко ухудшаются,
поэтому для барабанов больших диаметров целесообразно применять секторные насадки, делящие объем барабана на несколько секторов, которые можно
рассматривать как независимые сушилки.
Значение Fл
м
рассчитывается по формуле:
23
Fл
S 1
,
D kD
м
(57)
где k – число секторов;
1,0
0,8
0,6
а
0,4
0,2
0
0,04
0,08
0,12
м2
0,18
Fлм
Рис. 3. Зависимость коэффициента a от Fлм
S
– один из параметров барабанной сушилки, зависящий от типа насадD
ки (табл. 5).
Таблица 5
Параметры барабана
Параметр
Насадка
Лопастная (8 лопаток)
Секторная (6 секторов)
S
D
1,61
3,40
Sг
D
5,53
10,00
B
0,239
0,340
Конструктивный параметр B барабана определяется по выражению:
24
м
h ср
Fл
z
,
D
D2
B
(58)
где z – число лопаток.
Для лопастной и секторной систем значение B рекомендуется принять по
данным табл. 5.
2
v
Вычисление коэффициента
, учитывающего теплообмен между газа-
ми и материалом на лопатках и в завале, производится по формуле:
2
v
где
1,27
S
D
1
,
D
– коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности материала,
Значение
(59)
Вт
.
м2 К
находится из уравнения:
Nu
l0
.
(60)
Критерий Нуссельта рассчитывается по выражению:
Nu 0,347 Re0,66 .
(61)
За определяющий размер l0 при вычислении критериев Рейнольдса
Re
υср l0
v
и Нуссельта
Nu
l0
принимается средняя длина скатывания
частиц, м:
l0
2 S 1
.
zDD
(62)
Коэффициенты
и выбираются в зависимости от средней температуры газа в сушилке, определенной по формуле (55).
Конвективный теплообмен между нагретыми частицами сушилки и слоем
материала учитывается коэффициентом, Вт / (м3К) :
25
3
v
где
1,27
Sг 1
D D
к
t
t с.г
tм ,
(63)
t м – средняя температура материала;
к
– коэффициент теплоотдачи от газа к оголенной поверхности бараба-
на, Вт / (м2К) .
Значение
к
рассчитывают по эмпирической зависимости:
4,4 3,0
к
ср
ср .
(64)
.
(65)
Средняя плотность газов
1
ср
d1 d 2
2 000
сг
После определения по формуле (49) суммарного коэффициента теплообмена v рассчитывается объем барабана
Vб 1,2
Q
,
α vΔt
(66)
где Q − количество тепла, передаваемое от топочных газов к материалу, кВт,
Q W qс qм .
(67)
Коэффициент 1,2 в формуле (66) учитывает то, что начальная часть барабана занята упрощенной приемно-винтовой насадкой, при которой условия
теплообмена значительно хуже.
Длина сушильного барабана, м,
Lб
Vб
.
0,785D 2
26
(68)
Напряжение сушилки по влаге, кг/(м3 ч),
A
W
.
Vб
(69)
4.5. Определение времени пребывания
материала в сушилке
Для того чтобы проверить правильность принятого ранее в расчетах коэффициента заполнения объема барабана материалом , необходимо определить время прохождения его через сушилку.
Для каждой фракции, мин,
1
h ср n
0,7
0,2Lб
51,4
7 tg w 10 3
.
(70)
1,73
ср
ср
1
Средневзвешенное время пребывания частиц в сушилке, мин,
i i.
(71)
Степень заполнения сушилки материалом
β
где
м–
G1 G 2
τ
,
2
ρм Vб 60
(72)
насыпная плотность материала, кг/м 3 .
Если расхождение полученного значения
с принятым ранее превышает
15 %, то следует изменить частоту вращения барабана n и выполнить
перерасчет.
27
Таблица 6
Некоторые характеристики сушильных барабанов
ДиаДлина
метр
бараба- Толщина
барабастенки
на
на
L б , мм барабана,
D, мм
мм
1 000
1 200
1 600
2 000
2 200
2 500
2 800
3 000
3 200
3 500
6 000
8 000
10 000
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
22 000
22 000
5
6
8
10
12
16
16
20
20
24
Скорость
вращения
барабана
n, мин-1
Мощность электродвигателя
N, кВт
4; 5; 8
3,15; 4; 6,3
3,15; 4; 6,3
1,6; 2; 3,15
1,6; 2; 3,15
2; 3; 4; 6
2; 3; 4; 6
2; 3; 4; 6
2; 3; 4; 6
2; 3; 4; 6
2,5; 3; 3,5
5,0; 6,5; 7
14; 18; 20
20; 25; 28
20; 25; 28
24; 37,5; 55; 75
50; 80; 110; 160
40; 62,5; 90; 125
50; 80; 110; 160
66; 100; 140; 200
Производительность
барабана
по влаге W,
кг
ч
500
600
800
1 250
1 600
1 850
3 100
3 250
3 400
3 600
Библиографический список
1. Б ы с т р и ц к и й Г. Ф. Энергосиловое оборудование промышленных
предприятий / Г. Ф. Б ы с т р и ц к и й . М.: Академия, 2006.
2. Л а ш у т и н а Н. Г. Холодильные машины и установки / Н. Г. Л а ш у т и н а, Т. А. В е р х о в а , В. П. С у е д о в. М.: Колос, 2006.
3. Термодинамика и теплопередача / В. Н. К у з н е ц о в, В. В. О в с я н н и к о в и др. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006.
4. Р и в к и н С. Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара /
С. Л. Р и в к и н, А. А. А л е к с а н д р о в. М.: Энергоатомиздат, 2004.
5. К у д и н о в В. А. Техническая термодинамика / В. А. К у д и н о в,
Э. Н. К а р т а ш о в. М.: Высшая школа, 2002.
28
Учебное издание
КУЗНЕЦОВ Владимир Никифорович,
КОКШАРОВ Максим Валерьевич
ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ПРЕДПРИЯТИЙ
_____________________________________________________________________________
Редактор Н. А. Майорова
Корректор И. А. Сенеджук
***
Подписано в печать
.
.2014. Формат 60 84 1/16.
Офсетная печать. Бумага офсетная. Усл. печ. л.
.
Уч.-изд. л.
. Тираж 150 экз. Заказ
.
**
Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа
Типография ОмГУПСа
*
644046, г. Омск, пр. Маркса, 35
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
838 Кб
Теги
1365
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа