Производительность сушилки по влажному материалу в соответствии с заданной производительностью формовочной линии составляет 490 м2/ч.
Начальная влажность материала Uн = 60%
Конечная влажность материала Uк = 7%
Температура материала, поступающего на сушку Q1= 22 ºС
Температура изделия после сушки Q2 = 47 ºС
Характеристика состояния воздуха (сушильного агрегата)
- до калорифера t0 = 20 ºС, I0 = 70 ºС, d0 = 0,01
- после калорифера (при входе в сушило) t1 = 180 ºС, d1= 0,05 кг/кгс·в
- после сушилки t2= 60 ºC, d2 = 0,095 кг/кгс·в
Масса транспортирующего устройства равна 600 кг.
Определяем часовое количество испаряемой влаги:
W = G × Uн - Uк / 100 - Uк = 12680×60 – 7 / 100 - 7 = 7226,24 кг/ч
Удельный расход сухого воздуха:
1/d2 - d0 = 1/0,095 - 0,01 = 11,76 кг/ кг испар. влаги.
Общий расход сухого воздуха:
V = v ×W = 11,76 × 7226,24 = 84982 кг/ч
Удельный расход теплоты:
q = v (Y2 - Y0)
Значения энтальпий для этого уравнения Y2 и Y0 находим из Y - d диаграммы: Y0 = 44; Y2 = 295.
G = 11,76 ( 295 – 44) =2952 кДж/кг испар. влаги.
Общий расход теплоты:
Q = W×g = 7226,24 × 2952/3600 = 5925 кВт
В действительном процессе сушки часть теплоты, вносимой
воздухом, необратимо теряется, в следствие чего процесс протекает с уменьшением теплосодержания воздуха.
Для того, чтобы найти величину изменения теплосодержания воздуха, необходимо вычислить количество теплоты gпот, затрачиваемой на нагрев материала, транспортирующих устройств и потери тепла в окружающую среду.
Потери теплоты в сушилки (gпот) определим по формулам тепловых балансов:
gпот = gм + gтр + g окр + g ух + g выб (Вт ),
gм – расход тепла на нагрев материала;
gтр – расход теплоты на нагрев транспортных устройств;
gокр – потери теплоты через стенки сушила в окружающую среду;
gух – потери теплоты с уходящими газами;
gвыб – потери теплоты за счет выбивания теплоносителя и подсоса холодного воздуха, они составляют 8% от общего расхода тепла на сушку.
gм = G n× Cм(tк - tн) кДж/ч, где
Gn – производительность сушила по высушенному материала, равная 12680 кг/ч
Cм – теплоемкость высушенного материала при конечной влажности Uк = 7 %
Cм = Сс 100 - Uк/100 + 4,2 Uк/100 = 0,4 × 0,93 + 0,294 = 0,67
Сс – теплоемкость абсолютно сухого материала
tк и tн – конечная температура материала при выходе из сушила и начальная температура материала, поступающего в сушило, соответственно равные 22 ºС и 47 ºС
Таким образом gм= 12680 кг/ч × 0,67 кДж/кг × град × 25 град = 212390 кДж/ч
gтр = Gтр × Сср.м (tк - tн), кДж/ч, где
Gтр – масса транспортирующего устройства, выходящего из сушила, равная 400 кг/ ч;
Ссрм – средняя теплоемкость материала транспортного устройства равная 0,95;
tк и tн – конечная и начальная температура материала транспортного устройства, соответственно равные 55 и 18 ºС.
Таким образом gтр = 400×0,95×37 = 14600 кДж/ч
gокр = 3,6 К (tк - tн) F кДж/ч, где
К = 1,7 Вт/ м2град
tвн и tокр – средняя температура внутренней поверхности сушильной камеры и окружающего воздуха
tвн = (180 + 60) /20 = 120 ºС
tокр (лето) = 23 ºС
F – поверхность теплоотдающих стенок и свода сушила.
Определим геометрические размеры сушила:
Длину туннельной сушилки:
Lсуш = 55,5 м
Найдем ширину туннеля:
Втон = b + 2×50 = 800 + 100 = 900 мм
Толщина наружных стен равна bстен = 400мм
Толщина внутренних перегородок bпер = 200мм
Найдем ширину сушило:
В суш = 3×Втон+ 2× bстен+ 2× bпер = 2700+800+400 = 3900мм = 3,9м
Высота туннельной сушилки равна Н суш = 3,2 м
Найдем поверхность потолка:
Fпот = Lсуш× В суш = 39 × 3,9 = 152,1 м2
Найдем поверхность стен:
Fстен = 2× Lсуш × Н суш = 2 × 39 × 3,2 = 249, 6 м2
Потери тепла через потолок равны:
gпот = 3,6×0,688(120 - 23) × 152,1 = 36542 кДж/ч
Потери тепла через стены равны:
gпот = 3,6×1,325(120 - 23) × 249,6 = 115487,42 кДж/ч
Суммарные потери тепла в окружающую среду:
gокр = gпот + gпот = 36542 + 115487,42 = 152029,42 кДж/ч
Общие потери тепла в сушиле
gпот = 212390 + 14060 + 1520290 = 378479 кДж/ч
Yпот = gпот/V = 378479/84982 = 4,454 кДж/кг сух. воз.
Действительный расход на сушку:
Qс. возд = W×1000/(dк - dн)= 7226,24×1000/(0,095 - 0,01) = 85015кг. сух. возд./ч
Количество воздуха, подаваемого в сушило при 23 ºС составит:
Vвозд = V × Qс. возд. = 0,87 × 85015 = 73963,05 м3/ч
При t = 180 ºC действительный расход воздуха равен:
V воз.д = 73963,05×((180-23)/ 273+1) = 116498,57 м3/ч
Количество отработанного воздуха, удаляемого из сушила при t = 60ºС
Vух = ( Gсм/р + W/0,95) / ( 1+ 60/273)
Gсм = 1,009×85015 = 85780 кг сух. воз./ч
Р = 1,2 кг/м3 плотность отработанного воздуха
Vух = (85780/1,2 + 7226,24/0,95)/ 1,22 = 64827,788 м3/ч
Расход тепла на сушку:
Q = Qс.воз.(Y1 - Yв ) - 4187×W × tм
Q = 850150 (320 - 44,5) - 4,178 × 7226,24 × 10 = 23161577,33 кДж
Удельный расход тепла на сушку для летних условий
Qw = Q /W = 223161577,33 / 7226,24 = 3205,2046 кДж/ кг. вл.
Расход тепла на нагрев и испарения влаги:
gисп = (2493 - 1,47 × 60 - 4,2×10) × 7226,24 = 17074159,9 кДж/ч
Тепло, уходящее с отработанным воздухом:
g ух = 85015[(32 - 23) + 0,009 + 1,97(60 - 23)] = 9343063,5кДж/ч
Удельный расход пара на товарную единицу продукции 1 м2 подсчитывается по формуле:
Qуд = Qw / П ,
где, Qw – удельный расход тепла на сушку;
П – кол-во изделий в сушильной камере.
Qуд = 3205,2046 / 540 = 5,935 кДж на 1 м2 готовой продукции
КПД = (gм + gисп) / Q = (212390 + 17074159,9) / 26811780,2 = 0,64
Потребное количество тепла, которое необходимо внести с воздухом, учитывая его нагрев от 23 ºС до 180 ºС равен расчету: 26811780,2 кДж/ч
Удельный расход равен: 3205,2046 кДж/кг. исп. вл.
Все вышеперечисленные расчеты сведем в таблицу 17 теплового баланса процесса сушки гипсостружечных плит.
Таблица 17
Тепловой баланс процесса сушки гипсостружечных плит
| № | Наименование статьи | Количество тепла | ||
| кДж | % | |||
| Нагрев материала, gм | 0,79 | |||
| Нагрев транспортирующих веществ, gтр | 0,05 | |||
| Потери в окружающую среду, gокр | 152029,42 | 0,57 | ||
| Нагрев и испарение влаги, gисп | 17074159,9 | 63,68 | ||
| Тепло, уходящее с отработанным воздухом, gух | 9343063,5 | 34,85 | ||
| ИТОГО | 26811780,2 | |||
| Невязка баланса | 16077,42 | 0,06 | ||
Данный режим сушки гипсостружечных плит является наиболее экономичным в сравнении с низко- и высокотемпературным методом сушки. Параметры сравнения режимов сушки отражены в таблице 18. По представленным данным видно, что оптимальный режим сушки является самым подходящим для данного производства.
Таблица 18
Данные о работе туннельной сушилки по трем режимам сушки
| № | Наименование показателей | Режим сушки | ||
| Низко- температ- урный | Опти- мальный | Высоко- температ- урный | ||
| Продолжительность сушки | 20…..24 | 12ч | 8….9 | |
| Производительность сушильной установки м2/ч | 125…110 | 200…180 | ||
| Число смен работы прокатного стана в сутки | ||||
| Число работающих сушильных камер, шт. | ||||
| Число смен работы сушильной установки в сутки | ||||
| Параметры теплоносителя: | ||||
| температура 0С | ||||
| начальная | 120…130 | 220…240 | ||
| конечная | 55…60 | 60…65 | ||
| скорость, м/с. | 2……2,5 | 2…..2,5 | 2…..2,5 | |
| влагосодержание, г/кг сух. возд. | ||||
| начальная | 25……30 | 45……50 | ||
| конечная | 50…..60 | 105….110 | ||
| расход тепла на 1 кг испаряемой влаги, кДж/ кг исп. вл. | 5….5,5 | 3,2 | 3,75….4,0 |
При проведении расчета были определены основные параметры туннельной сушилки, в том числе удельный расход тепла, общее количество тепла, расходующегося на тепловую обработку. Эффективность спроектированной тепловой установки выше в сравнении Пшеланского гипсового завода.