Тепловой расчет туннельной сушилки для плитки для пола

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Сушкой называется процесс удаления влаги из материалов за счет испарения. Этот процесс осуществляется, если к телу подводится тепло и парциальное давление паров воды у поверхности тела больше их парциального давления в окружающей среде. Тепло материалу можно подводить различными способами: конвекцией от нагретого воздуха или продуктов сгорания топлива, тепловым излучением от нагретых поверхностей, пропусканием через влажное тело переменного электрического тока, кондукцией при непосредственном соприкосновении тела с нагретой поверхностью и другими способами; оно может выделяться в теле (диэлектрике), помещенном в электрическом поле высокой частоты.

Таким образом, процесс сушки влажных материалов является процессом не только теплотехническим, связанным с тепло- и массообменом и видами связи влаги с материалом, но и технологическим, учитывающим поведение материала в процессе сушки. Только комплексное рассмотрение вопросов теории и технологии сушки позволяет правильно устанавливать оптимальные режимы сушки, при которых изделия будут высыхать в кратчайшие сроки и иметь высокое качество.

Эксплуатация высокоэффективных автоматизированных установок с непрерывным процессом сушки изделий вызывает необходимость разработки текущего (быстрого и непрерывного) контроля сушильных характеристик сырца (глиняной массы). Это создает условия для устранения возможного брака вследствие появления трещин, а также установления требуемого рационального режима сушки.

1. Расчет горения топлива

Угольная пыль марки Б Назаровского месторождения Канско-Ачинского бассейна. Содержание золы АС=12%, содержание влаги в пылевидном топливе WР=39 %. Коэффициент расхода воздуха принимаем б=1.2

Элементный состав приведен в табл. 1.1

Таблица 1.1. Состав горючей массы угля , % по массе

СГ	НГ	NГ	ОГ	SГ	Сумма
70,0	4,8	0,8	23,6	0,8	100,00

Состав рабочего топлива определяем по формулам:

- содержание золы в рабочем топливе (1.1):

АР=НГ*(100-WP )/100%=4,8*(100-39)/100%=3,0%; (1.1)

- содержание других элементов в рабочем топливе:

- углерод СР=Cr*100-( АР+ WP)/100=70*100-(3,0+39)/100=40,6%; (1.2)

- водород НР=4,8*0,58=2,8%;

- азот NР=0,8*0,58=0,5%;

- кислород ОР=23,6*0,58=13,7%;

- сера SP=0,8*0,58=0,5%.

Таблица 1.2. Состав рабочего топлива, % по массе

СР	НР	NР	ОР	SР	АР	WР	Сумма
40,6	2,8	0,5	13,7	0,5	3,0	39,0	100,00

Теплота сгорания рабочего топлива по формуле:

Qн=339*СР+1030 НР-108,9(ОР -SР)-25 WР=339*40,6+1030*4,7-108,9*(13,7-0,5)-25*39,0=16192 кДж/кг; (1.3)

Теоретически необходимое количество сухого воздуха по формуле :

Lo=0,0899 СР+0,265 НР-0,0333(ОР-SР)=0,0889*40,6+0,265*2,8-0,0333(13,7-0,5)=3,91м3/кг; (1.4)

С учетом влажности атмосферного воздуха при d=10г/кг сухого воздуха получаем по формуле:

L'o=(1+1,016*d)* Lo=(1+1,016*10)*3,91=3,97м3/кг; (1.5)

Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода б=1,2 по формулам:

- сухого: Lб=1,2* Lo =1,2*3,91=4,69м3/кг; (1.6)

- атмосферного: L'б'=1,2* L'o =1,2*3,97=4,76м3/кг. (1.7)

Состав и количество продуктов горения по формулам:

- VСО2=0,01855* СР =0,01855*40,6=0,753 м3/кг; (1.8)

- VSO2=0,007* SР =0,007*0,5=0,004 м3/кг; (1.9)

- VН2О=0,112* НР +0,0124*(WР+100щпар)+0,0016*d* Lб =0,112*2,8+0,0124*39+0,0016*10*4,69=0,872 м3/кг;

- VN2=0,79* Lб +0,008* NР =0,79*4,69+0,005*0,5=3,708 м3/кг; (1.10)

- VО2=0,21*(б-1) Lo =0,21(1,2-1)*3,91=0,164 м3/кг. (1.11)

Общий объем продуктов горения при коэффициенте расхода

воздуха б=1,2:

Vб=0,753+0,004+3,708+0,164+0,872 =5,501 м3/кг.

Процентный состав продуктов горения:

СО2=(0,753*100)/5,501=13,69 %;

SO2=(0,004*100)/5,501=0,073 %;

Н2О=(1,872*100)/5,501=15,85 %;

N2=(3,708*100)/5,501=67,41 %;

О2=(0,164*100)/5,501=2,98 %.

Всего: 100,0 %.

Теплосодержание продуктов горения по формуле:

iобщ = , кДж/м3 (1.12)

iобщ = = 2943 кДж/м3.

Теоретически температура горения по i-t диаграмме при коэффициенте избытка воздуха б=1,2, составит 1780?С.

Рис. 1.1. i - t диаграмма для высоких температур

Материальный баланс процесса горения приведен в табл. 1.3.

Таблица 1.3. Материальный баланс процесса горения на 100 кг топлива при коэффициенте расхода воздуха б=1,2

Приход	кг	Расход	кг
Топливо Воздух: О2=100*4,69*0,21*1,429 N2=100*4,69*0,79*1,251 Н2О=0,16*10*4,69*0,804	100,0 140,74 463,51 6,03	Зола (шлак) Продукты горения: СО2=100*0,753*1,977 SO2=100*0,004*2,852 Н2О=100*0,872*0,804 N2=100*3,708*1,251 О2=100*0,164*1,429 Невязка	5,00 148,87 1,14 70,11 463,87 23,44 -2,15
Итого:	710,28	Итого:	712,43

Невязка баланса составляет: = 0,3 %

2. Теплотехнический расчет туннельного сушила для сушки плитки для пола

2.1 Исходные данные

Производительность по готовым изделия - 5 млн. м2 в год.

Начальная влажность изделия: WH = 10 %.

Конечная влажность изделия: WK =1 %.

Продолжительность сушки: ф=14 ч.

Потери при прокаливания шихты: п.п =4 %.

Потери от брака: п.б =4 %.

Вес изделия: m =0,25 кг.

Начальная температура изделия: =12С.

Конечная температура изделия: = 65С.

Начальная температура газов при входе в сушилку: =120С.

Конечная температура газов при выходе из сушилки: =45С.

Относительная влажность воздуха: ц= 60%.

2.2 Технологический расчет туннельного сушила

1. Количество рабочих дней в году: 365-20=345 дней (20 дней на ремонт и профилактику сушилки);

2. Количество смен - 3;

3. Продолжительность рабочей смены, ч - 8;

4. Коэффициент использования оборудования, Кu = 0,95…0,97.

Годовая программа работы предприятия приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Годовая программа работы предприятия

Изделие	Год	Месяц	Смена	Час
Плитка для пола	м2	шт	м2	шт	м2	шт	м2	шт
	5000000	222222	416667	18518533	4831	214711	604	26844
С учетом потерь	5885000	261555556	490417	21796311	5686	25155	711	31600

C учетом потерь при прокаливании и потерь от брака производительность составит:

= Рм*1,10*1,07 (2.1)

= 5000000*1,10*1,07=5885000

Материальный баланс приведен в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Материальный баланс работы предприятия

Материал	год	месяц	смена	час
глина	кг	кг	кг	кг
	1250000	104167	1208	151

Необходимое количество туннелей рассчитываем, исходя из часового количества испаряемой влаги по формуле:

n=; кг/ч (2.2)

n=7889* = 717 кг/ч

Принимаем сушильную вагонетку СМК - 110А емкостью по плитке для пола 336 шт., длиной lв=1,3 м, шириной вв=0,86 м и высотой hв=1,52 м, массой qв=230 кг. Количество вагонеток в сушиле определяем по формуле:

m= , шт.; (2.3)

где вместимость вагонеток, шт.

m= 1314 шт.

Принимаем 30 вагонеток в туннеле. Количество туннелей составит:

Т= = = 43,8 ? 44 шт. (2.4)

Длина туннеля составит:

Lт= lв*nв+0,5 м.; (2.5)

Lт= 1,3*30+0,5= 39,5 м.

Высота туннеля составит:

Нт= hв+0,25= 1,52+0,25= 1,77 м. (2.6)

Ширина туннеля составит:

Вт= вв+0,25 =0,86+0,25= 1,11 м. (2.7)

Принимаем толщину кирпичных стен 0,25 м, перекрытия из керамзитобетонных плит плотностью D= 1000 кг/м3 , толщиной 0,15 м. Двери принимаем из древесины толщиной 0,05 м. Туннели размещаем в один блок. Коэффициент теплопроводности кирпича лк = 0,48 Вт/м ?С, коэффициент теплопроводности керамзитобетона лкб= .. Вт/м ?С, коэффициент теплопроводности древесины лдр=0,16 Вт/м ?С, коэффициент теплопроводности стали лст= .. Вт/м ?С, удельная теплоёмкость стали Сс= 0,47 кДЖ/кг ?С.

2.3 Тепловой расчёт туннельного сушила

Расход сухого воздуха при теоретическом процессе сушки определяется по формуле:

= , кг сух. возд/ч; (2.8)

= = 26555 кг сух. возд/ч

При начальной температуре изделия =12 0С и относительной влажности воздуха ц= 60% по I-d диаграмме составляет dн =6 г/кг сух.возд.; d1=33 г/кг сух.возд.

Расходные статьи теплового баланса:

1. Расход тепла на нагрев изделий определяем по формуле:

qм= *Cм*(), кДж/ч; (2.9)

qм= 7889*0,95*(65-12)= 397211 кДж/ч.

где Cм - удельная теплоёмкость влажного материала определяется по формуле:

Cм= Cк* + , кДж/кгС; (2.10)

Cм= 0,921* + =0,95 кДж/кг С

2. Расход тепла на нагрев вагонеток определяем по формуле:

qв= * Сс*(), кДж/ч; (2.11)

где - масса вагонеток находящихся в туннеле за 1 час.

= *mв, кг;(2.12)

= *230= 21587 кг

qв= 21587*0,47*(6512)=537732 кДж/ч

3. Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле:

qокр= k*3,6*(tср)*F, кДж/ч; (2.13)

где tср - средняя температура сушильного агента определяем по формуле:

tср= = = 82,5 ?С (2.14)

k - коэффициент теплопередачи определяем по формуле:

k= 1/ + У + , Вт/ м2 ?С; (2.15)

где - коэффициент теплоотдачи от горючих газов к стенкам внутри рабочего пространства;

- коэффициент теплоотдачи от материала и сушильного агента в внутренней стенке туннельного сушила;

д - толщина слоя стенок туннеля;

л - коэффициент теплопроводности материала слоя

Теплопотери через стены определяем по формуле:

сушильный теплоотдача туннельный

Fст = Lт* Нт*2, м2; (2.16)

Fст = 39,5*1,77*2= 139,83 м2

Коэффициент теплопередачи при =10 Вт/ м2 ?С и = 13,8 Вт/ м2 ?С составит:

k= 1/ + + = 1,44 Вт/ м2 ?С (2.17)

qст = 1,44*3,6*(82,512) = 51103 кДж/ч (2.18)

Теплопотери через дверки со стороны подачи теплоносителя:

Fдв = Нт* Вт*24*2, м2; (2.19)

Fдв = 1,77*1,11*24*2 = 94 м2

Потери тепла через двери составят:

qдв = k*3,6*(tср)*Fдв, кДж/ч; (2.20)

qдв = 2,08*3,6*70,5*94= 49622 кДж/ч

Теплопотери через пол принимаем 10 Вт/ м2 от площади пола, тогда:

Fп = Lт* Вт*24, м2; (2.21)

Fп = 39,5*1,11*24 = 1052,28 м2

Потери тепла через пол составят:

qп = 10*F*3,6 = 10*1052,28*3,6 = 37882 кДж/ч (2.22)

Теплопотери через перекрытия определяем по формуле:

Fперек = Lт* Вт*24, м2; (2.23)

Fперек = 39,5*1,11*24 = 1052,28 м2

Коэффициент теплопередачи при =10 Вт/ м2 ?С и = 15,7 Вт/ м2 ?С составит:

k= 1/ + + = 2,94 Вт/ м2 ?С (2.24)

Потери тепла через перекрытия составят:

qперк = k*3,6*(tср)*Fперек, кДж/ч; (2.25)

qперк = 2,94*3,6*(82,512)*1052,28= 785182 кДж/ч

Суммарные потери тепла в окружающую среду составят:

qокр= qст+ qдв+ qп+ qперек,, кДж/ч; (2.26)

qокр= 51103+49622+37882+785182 = 923789 кДж/ч

Общие потери тепла в сушиле:

qобщ.= qм+ qв+ qокр,, кДж/ч; (2.27)

qобщ.= 397211+537732+923789 = 1858732 кДж/ч

Потери теплосодержания воздуха в сушиле определяем по формуле:

Iпот= , кДж/ кг сух. возд; (2.28)

Iпот= = 69,9 кДж/ кг сух. возд

Действительный расход воздуха на сушку определяем с помощью I-d диаграмме, dк=23 г/кг сух. возд.

Действительный расход воздуха в сушиле определяем по формуле:

= , кг сух. возд/ч; (2.29)

= = 42176 кг сух. возд/ч

Удельный расход воздуха на сушку определяем по формуле:

qw= , кг сух. возд/ г влаги; (2.30)

qw= = 58,82 кг сух. возд/ г влаги

Расход тепла на сушку определяем по формуле:

Q= (Iн)4,2*n*, кДж/ч; (2.31)

где Iн - теплосодержание воздуха подаваемого на сушку, кДж/ кг сух. возд; - теплосодержание атмосферного воздуха, кДж/ кг сух. возд;

По I-d диаграмме, = 25 кДж/ кг сух. возд; Iн = 136,5 кДж/ кг сух. возд.

Q= 42176*(136,5 - 25) - 4,2*717*12= 4666487 кДж/ч

Удельный расход тепла на сушку составит:

q = = = 6508 кДж/ч (2.32)

Расход тепла на нагрев и испарение влаги составит:

qисп=(2493+1,97* )*n, кДж/ч; (2.33)

qисп= (2493+1,97*45* 717 = 1814906 кДж/ч

Расход тепла, уходящее с отработанным воздухом составит:

qух= *[1*()+0,001* dн*1,97*()], кДж/ч; (2.34)

qух= 42176*[1*(45 - 12)+0,001*6*1,97+*(45 - 12)] = 1394549 кДж/ч

Составляем тепловой баланс туннельного сушила.

Приход тепла.

Потребное количество тепла, которое необходимо внести с воздухом, отбираемым из зоны охлаждения печи, учитывая нагрев его от 12 до 65 равен по расчету 4666487 кДж/ч.

Тепловой баланс туннельного сушила на расход тепла приведен в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Тепловой баланс туннельного сушила

Наименование статьи	Количество тепла
	кДж/ч	кДж/кг	%
Расход тепла 1.Нагрев материала qм 2. Потери в окружающую среду qокр 3. Тепло, уходящее с отработанным воздухом qух 4. Нагрев вагонеток qв 5. Испарение и нагрев влаги материала qисп 6. Невязка баланса	397211 923789 1394549 537732 1814906	554 1288 1944 749 2531	7,8 18,2 27,5 10,6 35,8 0,7
Всего:	5068187	7060	100

Невязка баланса: *100 = 0,7%

Литература

1. Левченко П.В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности. М.: Высшая школа, 1968. - 368с.

2. Кашкаев И.С. Шейман Е.Ш. Производство керамического кирпича. - М.: Высш. шк., 1983. - 223с.

3. Павлов В.Ф., Павлов С.В., Основания проектирования тепловых установок. / М.: Изд-во «Высшая школа», 1987 г. - 143с.

Размещено на Allbest.ru