Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Ульяновский Государственный Технический Университет 
 
 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

"Тепломассообменное  оборудование промышленных предприятий" 

РАСЧЕТ  ТУННЕЛЬНОЙ СУШИЛКИ

Выполнил  студент гр. ТЭд-51

Николаев  А.С.

Проверил  преподаватель

Цынаева А.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ульяновск 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Задание 3

Принятые обозначения 4

Тепловой расчет 6

Подбор циклонов 15

Подбор вентиляторов 17

Библиографический список 19 
ЗАДАНИЕ

Вар 15

    Рассчитать  противоточную туннельную сушилку  для кирпича с рециркуляцией  газов в зоне усадки, сушилка работает на горячем воздухе с температурой , влагосодержанием , получаемого из зоны охлаждения обжиговой печи. Сушилку проектируют с рециркуляцией воздуха в зоне усадки материала (I-й период сушки). Рециркуляция осуществляется за счет смешивания отработавшего сушильного агента со смесью из I-й зоны. Производительность сушилки кирпича-сырца. Влажность сырца на сухой вес начальная , конечная ; усадка материала прекращается при , размер кирпича ; вес штуки абсолютно сухого кирпича ; кирпич сырец поступает в сушилку прогретым (пароувлажнением) до ; параметры окружающего воздуха ; ; . Средняя допустимая скорость сушки в первом периоде усадки , во втором периоде . Скорость сушильного агента в I-м периоде , во втором - . Принять, что средняя температура материала во II-й период на ниже средней температуры сушильного агента.

    Содержание  расчетной части: тепловой и аэродинамический расчет сушилки, подбор и расчет вспомогательного оборудования.

    Графическая часть: конструкция сушилки, вспомогательного оборудования, схема компоновки оборудования.

ПРИНЯТЫЕ  ОБОЗНАЧЕНИЯ

u₁ – скорость сушильного агента в первой зоне, м/с

u₂ – скорость сушильного агента во второй зоне, м/с

 – влажность сырца на  сухой вес начальная, %

 – влажность сырца на  сухой вес конечная, %

 – влажность сырца на  сухой вес критическая, %

, – Средняя допустимая скорость сушки соответственно в первом и втором периоде усадки,

t – суммарное время сушки кирпича, ч

t₁ – время сушки кирпича в первом периоде, ч

t₂ – время сушки кирпича во втором периоде, ч

W – количество влаги испаряемой в туннеле за 1 ч, кг/ч

W₁ – количество влаги испаряемой в первой зоне туннеля за 1 ч, кг/ч

W₂ – количество влаги испаряемой во второй зоне туннеля за 1 ч, кг/ч

m – масса штуки абсолютно сухого кирпича, кг

S – площадь поверхности кирпича, м²

G_сух – весовая производительность сушилки, кг/ч

l – коэффициент теплопроводности сушильного агента, Вт/м К

n  – коэффициент динамической вязкости сушильного агента, м²/с

l – линейный размер кирпича, м

r – удельная теплота испарения воды, Дж/кг

t_c – температура сушильного агента, °С

J_м – температура высушиваемого материала, °С

- температура материала соответственно  на входе и на выходе из  туннеля, °С

Re – число Рейнольца

Nu – число Нуссельта

Gu – число Гухмана

a – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²К

q_m – скорость сушки, кг/м²ч

D – суммарные потери тепла в туннеле на 1 кг испаренной влаги, кДж/кг

D¢ – потери тепла в первой части туннеля на 1 кг испаренной влаги, кДж/кг

D² – потери тепла в первой части туннеля на 1 кг испаренной влаги, кДж/кг

u₁ – средний удельный объем сушильного агента в первой зоне туннеля, м³/кг

u₂ – средний удельный объем сушильного агента во второй зоне туннеля, м³/кг

I_0, I₁, I_2, I_3, I₄ – энтильпии сушильного агента соответственно при температуре и влагосодержании воздуха окружающей среды, в конце второй зоны туннеля, в начале второй зоны туннеля, в конце первой зоны туннеля, в начале первой зоны туннеля, кДж/кг

d_0, d₁, d_2, d_3, d₄ – влагосодержания сушильного агента соответственно при температуре и влагосодержании воздуха окружающей среды, в конце второй зоны туннеля, в начале второй зоны туннеля, в конце первой зоны туннеля, в начале первой зоны туннеля, г/кг

l₁, l₂ – расход сушильного агента на испарение 1 кг влаги соответственно в первой и второй зоне туннеля, кг/кг

L₁, L₂ – массовый расход сушильного агента соответственно в первой и второй зоне туннеля, кг/с

V₁, V₂ – объемный расход сушильного агента соответственно в первой и второй зоне туннеля, м³/с 

ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЕТ 

    Продолжительность сушки в периоде усадки материала:

    Продолжительность сушки после усадки материала до заданной конечной влажности:

    Суммарная продолжительность сушки:

    В первом периоде сушки благодаря  рециркуляции скорость воздуха в  туннеле составляет . По Id – диаграмме процесса сушки принимаем значение температуры мокрого термометра, используя значение влагосодержания откладываем перпендикуляр относительно оси X до температуры , после от полученной точки по , до . В итоге получаем, что температура мокрого термометра t=40°C. Принимаем среднюю температуру воздуха , ¹.

    В этой формуле за линейный размер взята  длина кирпича, для этих условий определяем коэффициент тепло- и массообмена по формуле А.В.Нестеренко²:

    _где

     ³

    Значение  и взяты при , температура материала принята на больше температуры мокрого термометра¹

    Количество  испаренной влаги 

при скрытая теплота испарения ⁴

    Если  принять, что a изменяется незначительно, то в начальный момент:

а в конце  периода усадки:

Среднее значение интенсивности испарения влаги  близко к расчетному:

    Во  втором периоде сушки поверхность испарения углубляется внутрь материала.

В этом случае лучшие результаты может дать нахождение коэффициента теплоотдачи по формуле для плоской  пластины:

    Во  второй части туннеля скорость воздуха  принимаем  , так как при меньшей скорости происходит расслоение температуры по высоте камеры, среднюю температуру сушильного агента полагаем равной:

а среднюю температуру  поверхности материала принимаем  согласно заданию на меньше, т.е. . Физические константы и взяты при .

    В этом случае:

    Коэффициент теплоотдачи:

    Количество  влаги, испаряемой при  .

    Определим конструктивные размеры туннелей. Емкость  всех штабелей:

где - суточная производительность, ; - продолжительность сушки, .

    Число вагонеток 

    где - емкость одной вагонетки, ;

    размеры вагонетки:

    длина  ;

    ширина  ;

    высота  .

    Принимаем количество вагонеток в туннеле, как и для типовых камер, ., в этом случае емкость одного туннеля:

    Длина туннеля 

    Количество  туннелей

    Часовая производительность туннелей

    Весовая производительность

    Количество  влаги, испаряемой в туннеле в  течении часа:

    в первом периоде:

    во  втором периоде:

    Всего испаряется влаги 

    Определим длину первой зоны туннеля, где подается рециркулируемый воздух. Длина всего  туннеля  . Количество испаряемой влаги в каждой зоне принимаем пропорциональным длине туннеля.

    Длину туннеля в первой зоне находим из соотношения:

    Вес высушенных изделий:

    Сечение туннеля для прохода воздуха:

    где а - ширина туннеля, м; b - высота туннеля, м.

    Площадь торца кирпича  . Площадь занимаемая кирпичами, . Площадь сечения, занимаемая вагонеткой,  . Площадь сечения для прохода воздуха:

Рис. 1. Принципиальная схема противоточной туннельной сушилки с рециркуляцией

1 – туннель; 2 – вагонетка; 3 и 4 – вход и выход сушильного агента; 5 - подача рециркулирующих газов; 6 – вентилятор вытяжной; 7 – вентилятор для рециркуляции газов; 8 – вытяжная труба. 

    Внутренний  тепловой баланс сушильной установки. Расход тепла на нагрев высушенных изделий (расчет ведем на среднюю длительность сушки ).

 испаренной влаги

где - теплоемкость материала после сушки, кДж/кгК; - вес высушенного материала кг/ч; - количество испаренной влаги кг/ч;

    Расход  тепла на нагрев транспортных устройств  – вагонеток и рамок - находим  по формуле

    Здесь вес металлических частей вагонеток  принят ; вес деревянных рамок на вагонетках .

    На 1ч приходится:

    Средняя теплоемкость металлических частей ; средняя теплоемкость деревянных рамок ; температура вагонеток и ; температура рамок и .

Потери тепла  ограждениями одного туннеля в окружающую среду находятся по формуле:

    Расчет  ведем для крайнего туннеля, у которого потери тепла имеются только через одну боковую стенку. Потери тепла другой боковой стенкой, смежной с соседним туннелем, равны нулю. Толщина наружной стенки туннеля равна . Свод туннеля выполнен из бетонной плиты толщиной и засыпан шлаком толщиной . Двери сушилок из сосновых досок толщиной .

    Поверхность боковой стены:

    Поверхность потолка:

    Поверхность пола:

    Поверхность двери:

    Толщина двери:

    где 36,2 – длина туннеля; 1,7 – высота туннеля; 1,2 – ширина туннеля.

    Средняя температура по длине туннеля:

    температура снаружи сушилки , тогда , в начале туннеля: _, в конце туннеля:

    Потери  тепла сводом и полом сушилки  являются основными, наружную температуру для них принимаем также .

Таблица №1

 испаренной влаги.

Физическое тепло  влаги, вводимое в сушилку с материалом, при 

 испаренной влаги.

Внутренний баланс тепла на испаренной влаги выражается уравнением:

 испаренной влаги.

Принимаем неучтенные потери в  , тогда

 испаренной влаги.

Разобьем эти  потери пропорционально количеству испаренной влаги, тогда потери в  первой части туннеля:

 испаренной влаги.

Потери во второй части туннеля:

 испаренной влаги. 

Определение расхода тепла  и воздуха на процесс  сушки: 

Энтальпия воздуха в начале второй зоны определяется выражением⁵:

    где - конечная энтальпия водяного пара,

    r₀ – удельная теплота парообразования при 0°С,

    c_п=1,97кДж/кгК – средняя удельная теплоемкость водяного пара,

    t_к=t₂=61°С – начальная температура процесса сушки во второй зоне,

    с_в=1,01кДж/кгК – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении,

    D=D²=-350,4 кДж/кг, х₀=d₁/1000=0,0125 кг/кг,

    I₀=I₁=(1,01+1,97·х₀)t₁+2497·x₀=(1,01+1,97·0,0125)135+2497·0,0125=170,8 кДж/кг – начальная энтальпия воздуха⁶.

    Влагосодержание воздуха в начале второй зоны:

    Влагосодержание воздуха в конце первого периода:

    Энтальпия воздуха в начале первого периода:

где t_к=t₄=45°С, D=D¢=-231,8 кДж/кг, x₀=d₃=0,0405кг/кг, I₀=I₂=I₃=161,8 кДж/кг.

    Влагосодержание в начале первого периода:

Расход  воздуха на испарение 1 кг влаги в  первой зоне:

Расход  воздуха в первой зоне туннеля:

Удельный  объем воздуха подаваемого в  первую зону , тогда объем воздуха подаваемого за 1 ч:

Скорость  воздуха в 1 зоне туннеля:

Количество  рециркулирующего воздуха:

Расход  воздуха на испарение 1 кг влаги во второй зоне:

Расход  воздуха в первой зоне туннеля:

Скорость  воздуха в 2 зоне туннеля:

Расход  тепла на 1 кг испаренной влаги:

Расход  тепла на сушильную установку из десяти туннелей:

Расход  воздуха на сушильную установку: 4340 10 = 43405кг/ч. 

ПОДБОР  ЦИКЛОНОВ 

1. Задаемся  типом циклона, определяем оптимальную  скорость воздуха в аппарате и  другие показатели его эффективности [табл 2.8 Справочник по пыле- золоулавливанию, Бигер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. М.: Энергоатомиздат, 1983]

    Выбираем  циклон ЦН-11⁷.

2. Определяем необходимую площадь сечения циклона, м²

3. Определяем  диаметр циклона (число циклонов N принимаем равным 2), м

    Округляем диаметр до величины рекомендуемой [табл 2.2 Там же] D=0,8 м

4. Вычисляем действительную скорость в циклоне

    Скорость  воздуха в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%.

5. Принимаем по [табл. 2.10 Там же] коэффициент гидравлического  сопротивления, соответствующий данному  типу циклона, вводим уточняющие поправки по формуле:

6. Определяем  потери давления в циклоне, Па

7. Определяем  значение параметра d₅₀, мкм

8. Определяем  параметр х по формуле

9. Определяем  по [табл.11 Там же] значение полного коэффициента очистки воздуха, выраженного в долях: