Рисунок 10 – Построение I–d-диаграмме процесса сушки нагретым воздухом
Для определения количества сухого воздуха lтеор, требующегося для удаления 1 кг влаги из материала, находят по шкале влагосодержаний разность конечного d2 и начального d1 = dнач влагосодержаний воздуха, соответствующих началу и концу теоретического процесса сушки, а затем подставляют эту величину в выражение (XIII-37). Отрезок (d2—d1) можно заменить отрезком (D’—С'), измеренным в миллиметрах и умноженным на масштаб. Точку D' находят следующим построением. Из точки С' проводят линию, параллельную оси абсцисс до пересечения с вертикальной прямой, 'характеризующей влагосодержание воздуха в начале процесса. Масштаб влагосодержаний Md зависит от общего масштаба диаграммы и указывается обычно на оси абсцисс.
Действительный процесс сушки отличается от теоретического тем, что учитывается расход тепла на потери разного рода (аккумуляцию тепла высушиваемым материалом, транспортирующими устройствами, непосредственно сушильной камерой и т. п.). Эти затраты тепла уменьшают энтальпию сушильного агента. Расчет действительного процесса сушки сводится к определению изменения энтальпии сушильного агента, зависящего от величины тепловых потерь. Для построения действительного процесса сушки по I—d диаграмме предварительно находят величину перечисленных выше потерь, относя их к единице массы (1 кг) испаренной влаги.
Потери тепла на нагрев материала дм, отнесенные к 1 кг испаренной влаги, находят с помощью выражения
qM =MM cM (TMкон -ТМнач)/mвл кДж/кг исп. вл., (3)
где ММ— масса материала после сушки, кг;
CM— средняя теплоемкость песчано-глинистых смесей,
принимаемая равной 0,837 кДж/(кг*К);
ТМ кон — конечная температура материала, °С;
ТМнач — начальная температура материала, °С.
Потери тепла на нагрев транспортирующих устройств qтр, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:
qтр =Mтр cM (Tтркон –Ттрнач)/mвл кДж/кг исп. вл., (4)
где Мтр— масса транспортирующих устройств, кг;
Cтр— средняя теплоемкость материала транспортирующих
устройств, кДж/(кг*К).
Потери тепла на аккумуляцию камерой сушила qакк, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:
qакк =Mкл cкл (Tсркон –Тсрнач)/mвл кДж/кг исп. вл., (5)
где Мкл— масса кладки камеры сушила, кг;
Cср— средняя теплоемкость материала кладуки камеры,
кДж/(кг*К);
Тср кон — средняя конечная температура кладки, °С;
Тсрнач — средняя начальная температура кладки, °С.
Для нахождения средних температур по толщине стен используют метод конечных разностей.
неучтенные потери принимают равными 5-10% от величины найденных суммарных потерь (исключая потери тепла на нагрев сухого материала).
После суммирования величин найденных тепловых потерь находят потери теплосодержания, относя их к 1 кг сухого воздуха:
Iпот =∑qпот /lтеор кДж/кг сух.воз. (6)
Полученную величину в масштабе энтальпий откладывают от точки С’ по вертикали d2 =const вниз (отрезок С’E). Точку Е соединяют с точкой В начала процесса сушки. Таким образом, действительный процесс сушки, протекающий с уменьшением энтальпии воздуха, изображается на I–d диаграмме прямой линией ВЕ. Поскольку процесс сушки заканчивается при заданной температуре уходящего из сушила воздуха Ткон , то на пересечении линии ВЕ с изотермой Ткон находят точку С, соответствующую концу действительного процесса сушки и характеризующуюся параметрами воздуха dкон, Ткон, Iкон. Проведя из точки С прямую линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с прямой АВ (dнач =const) в точке D, находят величину отрезка CD, соответствующую разности влагосодержаний воздуха (dкон - dнач) в действительном процессе сушки. Подставляя величину (dкон - dнач) в выражение (2) , определяют действительное количество сухого воздуха, необходимого для удаления 1 кг влаги из высушиваемого материала.
Расчет воздуха в объемных единицах можно найти по формуле
Vдейств =Vlдейств м3/кг исп. вл., (7)
где V– объем влажного воздуха, приходящего на 1 кг сухого
воздуха при атмосферном давлении. При температуре
200 С можно принять V=0,86 м3/кг.
Расход тепла для удаления 1 кг влаги можно найти по изменению энтальпии воздуха при его подогреве от Твоз до Тнач:
q=lдейств (I’нач-Iвоз)-сТМнач кДж/кг исп. вл., (8)
где (I’нач-Iвоз)– разность энтальпий воздуха, определяемая по отрезку
АВ с учетом масштаба энтальпии Мr (указываемом
обычно на оси ординат).
сТМнач – количество тепла, кДж/кг исп. вл., внесенного в сушило
влагой, содержащейся в материале при начальной
температуре материала ТМнач ;
с– теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг*К);
Расход тепла на подогрев воздуха за цикл сушки равен
Qцикл=qmвл кДж. (9)
Сушка дымовыми газами. Для построения процесса сушки дымовыми газами предварительно определяют начальные параметры продуктов горения ТД (как действительную температуру горения) и dД на выходе из топки. По этим данным строят точку В’, соответствующую параметрам продуктов горения на воздухе в сушильную камеру (рис. 11).
Как уже отмечалось, температуру Тнач выбирают, исходя из требований технологии процесса сушки. Так как эта температура должна быть существенно меньше температуры продуктов горения, то для снижения последней смешивают дымовые газы с атмосферным воздухом или возвратом. Рассмотрим сначала порядок построения процесса сушки смесью дымовых газов с воздухом.
Рисунок 11 – Построение на I—d-диаграмме процесса сушки смесью дымовых газов и воздуха
Для построения этого процесса на I—d диаграмме описанным выше путем находят точку А, характеризующуюся начальными параметрами воздуха dвоз, Tвоз, и затем соединяют ее с точкой В'. Прямая АВ’ изображает процесс смешения дымовых газов с воздухом. Значение температуры воздушно-дымовой смеси на входе в сушильную камеру принимают так же, как и в предыдущем случае (для сушки воздухом), т. е. на 150—250°С выше технологически рекомендуемой температуры сушки.
Пересечение прямой АВ’ с изотермой Тнач дает точку В, характеризующуюся параметрами dнач, Тнач, Iнач. Принимая температуру уходящих из сушила газов Ткон равной технологически рекомендуемой температуре сушки, дальнейшее построение процессов сушки дымовыми газами проводят аналогично построению процесса сушки воздухом.
Количество исходной смеси воздуха и дымовых газов, требующееся для удаления 1 кг влаги из высушиваемого материала в теоретическом процессе сушки, находят из выражения
lтеор =1/( d2 - dнач) кг/кг исп. вл., (10)
здесь отрезок C'D' соответствует разности влагосодержаний (d2 - dнач) (см. рис. 11). То же в действительном процессе
lдейств =1/( dкон - dнач) кг/кг исп. вл., (11)
Здесь отрезок CD соответствует разности влагосодержаний (dкон - dнач) с учетом масштаба влагосодержаний Мd.
Расход тепла на удаление влаги определяют по формуле (аналогичной процессу сушки воздухом) по разности энтальпий дымовых газов. В технических расчетах обычно используется величина низшей теплоты сгорания топлива Qрн , определяемая при условии, что вся влага, образующаяся при горении топлива, находится в парообразном состоянии при температуре 20° С. Поэтому вместо энтальпии Iнач, фактически соответствующей точке В, следует учесть энтальпию Iнач (см. рис. 11), соответствующую точке В", характеризующейся энтальпией тех же газов, при той же температуре Tнач, но при влагосодержаний, соответствующем 20°С (т. е. практически dвоз).
Тогда
q=lдейств (I’нач-Iвоз)-сТМнач кДж/кг исп. вл. (12)
Здесь с учетом масштаба энтальпии Мr разности (I’нач-Iвоз) соответствует отрезок АВ".
Расход тепла за цикл сушки находят по формуле (9). Далее, зная величину низшей теплоты сгорания топлива, можно легко найти количество топлива, которое надо сжечь в сушиле за 1 цикл сушки:
Вцикл=Qцикл/Qрн кг (м3). (13)
Среднечасовой расход топлива
b= Вцикл /t кг/ч (м3/ч), (14)
где t— время работы топки сушила, ч.
Заключение
В современных плавильных цехах высушивание различных материалов и изделий играет весьма важную роль, так как от него в значительной мере зависит качество металла или получаемых отливок. Это обусловлено тем, что сталеразливочные ковши, их стопорные устройства, литейные формы и стержни подвергаются сушке с целью удаления влаги, вводимой при их изготовлении вместе со связующими растворами и материалами. Кроме того, исходные сыпучие материалы для изготовления огнеупоров, литейных форм и стержней также предварительно высушивают.
Широкий ассортимент материалов, подвергаемых сушке, и изделии из них предопределяет большое разнообразие сушильных установок, которые выполняются работающими как непрерывно, так и периодически, топливными и энергетическими и т.д. Все эти совершенно различные в конструктивном отношении установки объединяются общностью осуществляемого с их помощью технологического процесса сушки.
Список использованных источников
1 Лыков А. В. Тепло- и массообмен в процессах сушки. М., Госэнергоиздат, 1956, 464 с. с ил.
2 Мастрюков Б. С. Теплотехнические расчеты промышленных печей. М., «Металлургия», 1972, 367 с. с ил.
