- xi — концентрация газовых компонентов в топливе, % по массе;
- Mi- молекулярная масса компонентов топлива;
- k — число компонентов в топливе;
- C, H, S, O, N — соответственно содержание углерода, водорода, % по массе.
Молекулярная масса газовой смеси:
=0,95*16+0,03*30+0,02*44=16,98 г/моль,
где ?i -объемная доля газовых компонентов в топливе;
- Mi — молекулярная масса компонентов топлива.
Массовая концентрация газовых компонентов топлива:
;
Учитывая, что теплота сгорания — свойство аддитивное, то теплота сгорания газообразного топлива
где Qi — теплота сгорания отдельных компонентов топлива;
- xi- массовая доля компонентов в смеси.
Для газового топлива низшая теплота сгорания:
где СН4, С2Н6, С3Н8 — содержание соответствующих компонентов в топливе, % по объему.
Результаты пересчета состава топлива сведены в таблицу 1.
Таблица 1 — Результаты пересчета состава топлива
Компонент |
Плотность, кгм3 |
Молекулярная масса, Мi |
Объемная доля, ?i |
Mi?i |
Массовые проценты |
|
СН4 |
0,72 |
16 |
0,95 |
15,20 |
89,52 |
|
С2Н6 |
1,36 |
30 |
0,03 |
0,90 |
5,30 |
|
С3Н8 |
2,02 |
44 |
0,02 |
0,88 |
5,18 |
|
? |
1,00 |
16,98 |
100 |
|||
Плотность топливного газа:
- где xi — массовые доли компонентов в смеси;
- см ,i — плотность смеси и ее компонентов.
Проверка:
С+Н+О+N+S=100 %
Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания одного килограмма топлива:
Фактический (действительный) расход воздуха:
где — коэффициент избытка воздуха, (для объемного горения газообразного топлива =1,05-1,2).
Объемный действительный расход воздуха:
где в — плотность воздуха, в= 1,293 кг/м3.
Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании одного килограмма топлива:
где Wф — расход форсуночного пара, для газообразного топлива Wф =0.
Количество газов, образующихся при сгорании одного килограмма топлива:
Проверка
2,774+2,194+0,196+13,795=18,959кг/кг ?18,962 кг/кг.
Объемное количество продуктов сгорания на один килограмм топлива (при нормальных условиях):
Суммарный объем продуктов сгорания:
Плотность продуктов сгорания при температуре 273К и давлении 0,1*106Па:
Энтальпия продуктов сгорания на один килограмм топлива при различных температурах от 50 оС до температуры теплоносителя:
qt=(T-273)*( m* С+ m* С+ m* С+ m* С), ,
где T — температура продуктов сгорания, К;
- С,С,С,С- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг*К.
Расчет энтальпии продуктов сгорания при различных температурах сведен в таблицу 2.
Таблица 2 — Энтальпии продуктов сгорания при различных температурах
Температура, о С |
С |
С |
С |
С |
q, |
|
50 |
0,839 |
0,919 |
1,868 |
1,031 |
1041,43 |
|
100 |
0,862 |
0,925 |
1,877 |
1,033 |
2094,09 |
|
150 |
0,885 |
0,931 |
1,886 |
1,034 |
3155,91 |
|
200 |
0,908 |
0,936 |
1,895 |
1,036 |
4230,30 |
|
250 |
0,928 |
0,943 |
1,907 |
1,038 |
5315,57 |
|
300 |
0,946 |
0,950 |
1,921 |
1,041 |
6415,70 |
|
350 |
0,964 |
0,957 |
1,934 |
1,045 |
7532,20 |
|
q50=(323-273)*(2,774*0,839+2,194*1,868+0,196*0,919+13,795*1,031)=1041,43
q100=(373-273)*(2,774*0,862+2,194*1,877+0,196*0,925+13,795*1,033)=2094,09
q150=(423-273)*(2,774*0,885+2,194*1,886+0,196*0,931+13,795*1,034)=3155,91
q200=(473-273)*(2,774*0,908+2,194*1,895+0,196*0,936+13,795*1,036)=4230,30
q250=(523-273)*(2,774*0,928+2,194*1,907+0,196*0,943+13,795*1,038)=5315,57
q300=(573-273)*(2,774*0,946+2,194*1,921+0,196*0,950+13,795*1,041)=6415,70
q350=(623-273)*(2,774*0,964+2,194*1,934+0,196*0,957+13,795*1,045)=7532,20
После определения энтальпии продуктов сгорания при различных температурах строим график зависимости температура — энтальпия (Рисунок 1).
Рисунок 1 — График зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры
2. Материальный баланс сушки
Содержание сухих веществ в высушиваемом растворе не изменяется, если нет уноса или других потерь
, кг/ч,
гдеG1, G2, GC — количество раствора до и после сушки и абсолютно сухого вещества, кг/ч;
- ?1, ?2 — влажность раствора до и после сушки, %.
Производительность сушилок по испаряемой влаге:
Количество получаемых сухих дрожжей после сушки:
Технические характеристики распылительной сушилки
Тип сушилки |
СРЦ-12,5/1100 НК |
||
Производительность по испаряемой влаге, кг/ч |
10000 |
||
Температура теплоносителя, оС |
Поступающего |
300 |
|
отходящего |
90 |
||
Мощность двигателя распыливающего механизма, кВт |
100 |
||
Габариты сушилки |
диаметр |
14500 |
|
высота |
21640 |
||
Масса сушилки |
60360 |
||
Количество распылительных сушилок, необходимое для испарения влаги:
шт,
принимаю n=3штуки,
где WC — производительность одной сушилки по испаряемой влаге, кг/ч.
3. Тепловой баланс сушки
При сушке в распылительных установках тепло передается от нагретого газа или воздуха и расходуется на нагрев высушенного материала, испарение влаги, потери в окружающую среду.
Подвод тепла:
тепло, вносимое дрожжевой суспензией:
- где Gc — массовый расход дрожжевой суспензии, кг/ч;
- ic — энтальпия дрожжевой суспензии при температуре поступления ее в сушильную камеру;
- кДж/кг;
- Сс — теплоемкость дрожжевой суспензии;
- ? — температура поступления дрожжевой суспензии в сушилку, обычно составляет 40…60 ?С.
?=50оС,
Сс=3,52 кДж/(кг*град), Gc=38000 .
Qс=38000*3,52*50=6688000.
2) тепло, подводимое теплоносителем (сушильным агентом):
Qc.a.= Gc.a Jн ,
где Gc.a — количество теплоносителя (сушильного агента), кг/ч;
- Jн- энтальпия сушильного агента при начальной температуре tн теплоносителя, кДж/кг. Определяется по графику зависимости температура-энтальпия продуктов сгорания.
при t=349оС Jн=7530
Расход тепла:
1) тепло, уносимое сухими дрожжами:
Qд.= Gz Jд=G2Cд ? z,
где G2 — количество дрожжей после сушки, кг/ч;
- Jд — энтальпия сухих дрожжей при температуре выхода дрожжей из сушилки, кДж/кг;
- Cд — теплоемкость сухих дрожжей ;
- ? 2 — температура высушенных дрожжей;
- ? 2=89оС, Cд=2,93 кДж/(кг град)[2], G2=9668,15 .
Qд=9668,15*2,93*89=2521163,48
2) тепло, уносимое теплоносителем (сушильным агентом):
Qc.a.= Gc.a Jк ,
где Gc.a — количество теплоносителя (сушильного агента), кг/ч
Jк — энтальпия сушильного агента при температуре выхода сушильного агента из сушилки, кДж/кг.
при t=87оС Jк =1780,
3) тепло, уносимое испаряемой влагой:
Qw=W Jw ,
где W — количество испаряемой влаги, кг/ч;
- Jw — энтальпия водяного пара при температуре выхода водяного пара из сушилки, кДж/кг.
Jw =2700 при t=87оС , W=28331,85,
Qw=2700*28331,85=76509017,71.
4) потери тепла в окружающую среду.
Для определения габаритов сушилки приближенно можно принимать удельные потери тепла в окружающую среду в зависимости от начальной влажности материала q =(125?250) кДж/кг [6]:
Qп=q W,
q= 125 ,
Qп=125*28331,85=3542084,15 .
Потери тепла в окружающую среду обычно составляют 3?8? от общего количества тепла.
Количество теплоносителя (сушильного агента) определяется после преобразования теплового баланса процесса сушки по следующей формуле:
Проверяется тепловой баланс процесса сушки. Согласно закону сохранения энергии:
Qприх.=Qрасх. ,
где Qприх.,Qрасх. — соответственно статьи прихода и расхода тепла.
Qприх.=6688000+13197*7530=106061410 ,
Qрасх=2521163,48+76509017,71+3542084,15-13197*1780=106062925
Ошибка расчета должна быть не более 1 ?.
0,0014%<1%.
Часовой расход топлива:
B= ,
где Qc.a — тепло, подводимое теплоносителем (сушильным агентом), кДж/ч;
- Q- низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;
- ? — коэффициент полезного действия печи (?=0,8-0,95), ?=0,9.
Объемный расход топливного газа равен:
В’=,
где ?г — плотность топливного газа, кг/м3.
Удельный расход тепла в сушилке определяется
где Qс.а — тепло, подводимое теплоносителем (сушильным агентом), кДж/ч;
- W — количество испаряемой влаги кг/ч.
Тепловой к.п.д. сушилки:
где r — удельная теплота парообразования воды, определяемая по температуре материала при сушке, кДж/кг, при 89оС
r=2295,7,
q — удельный расход тепла в сушилке, кДж/кг.
Теплопроизводительность:
Выбор типоразмера печи определяется по каталогу [7] в зависимости от ее назначения, теплопроизводительности, вида топлива.
Типоразмер печи
Тип печи |
БКГ2 |
|
теплопроизводительность |
17,8 МВт/м2 |
|
Выбираю 2 печи типа БКГ2, предназначенных для беспламенного сжигания газообразного топлива.
4. Расчет габаритов распылительной сушилки
Целью расчета является определение диаметра сушильной камеры и ее рабочего объема.
Из всего разнообразия приводимых в литературе формул для определения диаметра распыливающих капель можно использовать наиболее простую (6):
- где R — наружный радиус диска, м;
- ? — угловая скорость диска, м/с;
- ? — плотность суспензии, кг/м3;
- ? — поверхностное натяжение суспензии, H/м, ?=73,8*10-3 Н/м.
?=135 м/с,
?=2?Rn
R=?/ (2?n)=(135 м/с) / (2*?134.167c-1)=0,160 м
dд=2R=0,32м
При расчете среднего диаметра капель можно принять С=2, для максимального размера капель С=4,6.
Размеры капель зависят от окружной скорости диска, производительности по суспензии, физических свойств суспензии. Основные характеристики центробежных распылителей приведены в таблице 3.
Таблица 3 — Основные характеристики центробежных распылителей
Технические данные |
Тип распылителя ЦРМ 18/100-8000 |
|
Производительность, т/ч |
18 |
|
Давление, МПа: |
||
в трубках подачи воздуха |
0,01-0,08 |
|
в трубках подачи воды |
0,2 |
|
Мощность электродвигателя, кВт |
100 |
|
Скорость вращения диска, об/мин |
8050 |
|
Угловая скорость диска, м/с |
131-139 |
|
Смазка |
Масло индустриальное И-12 |
|
Разовая заливка масла, л |
30 |
|
Габаритные размеры, мм: |
||
длина |
960 |
|
ширина |
700 |
|
высота |
2805 |
|
Радиус факела распыления вычисляется по формуле:
- где ?, ?2 — плотность суспензии и сушильного агента;
Re — критерий Рейнольдса:
Re=
где ?- угловая скорость распыливающего диска, м/с;
- d — диаметр капли, м;
- ?- кинематическая вязкость газа, м2/с;
Динамическая вязкость продуктов сгорания при
=0,017мПа*с
=0,03 мПа*с
=0,025 мПа*с
=0,026 мПа*с
Re=.
Gu — критерий Гухмана:
- где t1 — температура агента перед сушкой, 0С;
- t2 — температура сушильного агента после сушки, °С;
- tм — температура мокрого термометра, tм=40-60оС, tм=50оС; Ко- критерий Коссевича:
- где r1 -скрытая теплота парообразования при температуре мокрого термометра, кДж/кг;
- С2 — удельная теплоемкость сушильного агента, кДж/кг град;
- влажность суспензии при входе в сушилку и конечного сухого продукта, %.
Удельная теплоемкость:
газов N2, О2, СО2 =29,77,
Н2О=36,30
С2=,
Диаметр сушильной камеры определяется:
D=2,4*Rф=2,4*3,6594=8,78 м.
Рабочий объем сушилки определяется по формуле:
V=
где W- производительность сушилки по испаряемой влаге, кг/ч;
- n — количество сушилок, шт.;
- А — производительность 1 м3 рабочего объема камеры по испаряемой влаге, кг/м3*ч. Величина А выбирается по графику A=f(?T), где заштрихованная область соответствует начальным режимам работы сушилки.
?T=,
где t1 — температура агента перед сушкой, оС;
- t2 — температура сушильного агента после сушки, °С;
- tм — температура мокрого термометра, °С.
Рабочая высота сушильной камеры равна
Вычисленные величины диаметра и высоты сушильной камеры сравниваются с габаритами выбранного типа сушилки.
Габариты сушилки, мм |
теоретически |
практически |
||
диаметр |
12500 |
8780 |
||
высота |
21640 |
18360 |
||
Рассчитанные параметры сушилки не превышают параметры выбранного типа сушилки, значит, выбранный тип сушилки подходит для данного расчета.
5. Расчет циклонов
Расчет циклонов сводятся к определению их количества, гидравлического сопротивления и эффективности улавливания выли.
Объемный расход сушильного агента:
V=.
Основной характеристики циклона является диаметр его корпуса. Диаметр цилиндрической части циклона определяется:
- где V — объемный расход газа (сушильного агента), м3/ч;
- Wr — скорость газа в цилиндрической части циклона, м/с;
- П — количество циклонов.
где ?Р — сопротивление циклона, Па;
- ? — коэффициент гидравлического сопротивления циклона;
- ?=245;
- ?r — плотность газа, кг/м3;
500-750 ; 625;
- D=1,3м < Dмакс=1,8м
Вычислив диаметр циклона, определяем основные размеры циклонов:
Тип циклона |
ЦН-11 |
|
Максимальный диаметр, м |
1,8 |
|
Диаметр выхлопной трубы, м |
0,6 |
|
Диаметр пылевыпускающего отверстия, м |
0,3-0,4 |
|
Ширина входного патрубка, м |
0,26 |
|
Высота водного патрубка, м |
0,48 |
|
Высота выхлопной трубы, м |
1,56 |
|
Высота выхлопного патрубка, м |
0,3 |
|
Высота цилиндрической части, м |
2,08 |
|
Высота конической части, м |
2,00 |
|
Общая высота циклона, м |
4,38 |
|
Коэффициент гидравлического сопротивления |
245 |
|
6 Расчет скрубберов Вентури
Скрубберы Вентури используются в качестве второй ступени пылеулавливания на установках с большим расходом запыленного газа.
Расход воды, подаваемой в трубу Вентури, находится из уравнения теплового баланса:
- гдеqmr — массовый секундный расход газа, кг/с;
- qmг=13197 кг/ч=3,666 кг/с;
- Сг — удельная теплоемкость газа, кДж/кг*град;
- Сж — удельная теплоемкость жидкости, кДж/кг*град; Cж=4,19 кДж/кг*град.
t1, t2 — начальная температура газа, поступающего в скруббер Вентури, на выходе из него, оС; t1=87oC, t2=45oC.
?2, ?1 — температура воды на выходе из скруббера Вентури и на выходе из него. Температура выходящей воды не должна превышать 40-45оС,
? 2=45oC ?1=20oC.
Концентрация пыли в воде:
где Хг — начальная концентрация пыли в газе, поступающем в скруббер Вентури,
;
qг — объемный расход газа, м3/с,
qг=Vс.а./3600=10659,9/3600=2,961м3/с.
Содержание пыли в оборотной воде,гарантирующее надежную работу форсунок, не должно превышать 0,5 кг/м3: 0,246<0,5.
Диаметр горловины трубы скруббера Вентури:
- где Wг1 — скорость газа в горловине трубы, м/с; Wг1=100м/с.
Диаметр конфузора и диффузора:
гдеWг2 — скорость газа на входе в конфузор и на выходе из диффузора, Wг2=20м/с.
Длина конфузора трубы:
где2?к=28о.
Длина диффузора трубы:
где2?д=6о.
Длина горловины трубы:
Гидравлическое сопротивление трубы:
где
Удельная энергия, вводимая в трубу с газом и водой:
- где ?Р — гидравлическое сопротивление трубы, Па;
- ?Рф — гидравлическое сопротивление форсунок, 3*103Па;
- qг — объемный расход газа, м3/с.
Средний диаметр конфузора и диффузора трубы:
Скорость газа в среднем сечении трубы:
Параметр А:
- где dг — размер улавливаемых частиц, dг=10мкм;
- ? — поверхностное натяжение воды, Н/м; ?=72,8*1_? -3 Н/м
? — среднее время пребывания газа в трубе, с,
где Vтр — рабочий объем трубы, рассчитанный по размерам конфузора и диффузора, м3.
Эффективность пылеулавливания:
На практике эффективность пылеулавливания составляет не более 96%.
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/raschet-raspyilitelnoy-sushilki/
1. Бортников И.И., Босенко А.М. Машины и аппараты микробиологических производств. — Минск : Высшая школа, 1982.
2. Быков В.А., Винаров А.Ю., Шерстобитов В.В. Расчет процессов микробиологических производств. — Киев : Техника, 1985.
3. Вукалович М.П., Киримник В.А., Ремизов С.Н. Термодинамические свойства газов. — М.: Машгиз, 1953.
4. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчет процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. — Л.: Химия, 1972.
5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — Л.: Химия,1986.
6. Соколова В.И., Яблокова М.А. Аппаратура микробиологической промышленности. — Л.: Машиностроение, 1988.
7. Трубчатые печи. Каталог/ Под ред. В.Е.Бакшалова и др..-М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.
8. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Очистка промышленных газов от пыли. — М.:Химия, 1981.
Приложение
Программа расчета энтальпии сгорания топлива на языке программирования Turbo Pascal
program sushka;
— uses crt;
— const a=1.05;
— Rv=1.238;
var q50,q100,q150,q200,q250,q300,q350,
q1,q2,q3,Q,s,x1,x2,x3,c,h,z,L0,L9,V9,G,
m1,m2,m3,m4,m,v1,v2,v3,v4,v,R1,R2:real;
begin
clrscr;
— writeln(‘введите состав топливного газа в % по объему’);
— write(‘метан=’);
— readln(f1);
— write(‘этан=’);
— readln(f2);
— write(‘пропан=’);
— readln(f3);
— Q:=360.33*q1+631.8*q2+913.8*q3;
— s:=(q1*16.043+q2*30.07+q3*44.1);
— x1:=q1*16.043*100/s;
— x2:=q2*30.07*100/s;
— x3:=q3*44.1*100/s;
— c:=12*(x1/16.043+2*x2/30.07+3*x3/44.1);
— h:=4*x1/16.043+6*x2/30.07+8*x3/44.1;
— r1:=1/(x1/(100*0.72)+x2/(100*1.36)+x3/(100*2.02));
— z:=c+h;
— if abs(z-100)<=0.1 then
begin
L0:=0.0115*c+0.345*h;
— L9:=L0*a;
— V9:=L0/Rv;
— G:=1+L9;
— m1:=0.0367*c;
— m2:=0.09*h;
— m3:=0.23*L0*(a-1);
— m4:=0.768*a*L0;
— m:=m1+m2+m3+m4;
end
else
begin
writeln(‘ошибка’);
— halt;
— end;
— if abs(m-g)<=0.01 then
begin
v1:=m1*22.4/44.1;
— v2:=m2*22.4/18.015;
— v3:=m3*22.4/31.999;
— v4:=m4*22.4/28.013;
— v:=v1+v2+v3+v4;
— r2:=m/v;
end
else
begin
writeln(‘ошибка’);
— halt;
— end;
— writeln(‘низшая теплотворная способность топлива Q=’,q:10:3,’кДж/куб.м’);
— writeln(‘содержание углерода в топливе=’,c:6:3,’в % по массе’);
— writeln(‘содержание водорода в топливе=’, h:6:3,’в % по массе’);
— writeln(‘плотность топливного газа=’,r1:6:3,’кг/куб.м’);
— writeln(‘теоретический расход воздуха=’,L0:6:3,’кг/кг’);
— writeln(‘фактический расход воздуха=’,L9:6:3,’кг/кг’);
— writeln(‘количество продуктов сгорания=’,G:6:3,’кг/кг’);
— writeln(‘объемный расход воздуха=’,V9:6:3,’куб.м/кг’);
— writeln(‘количество образующихся газов:’);
— writeln(‘СО2=’,m1:6:3,’кг/кг’);
— writeln(‘Н2О=’,m2:6:3,’кг/кг’);
— writeln(‘О2=’,m3:6:3,’кг/кг’);
— writeln(‘N2′,m4:6:3,’кг/кг’);
— writeln(‘объемное количество газов:’);
— writeln(‘СО2=’,v1:6:3,’куб.м/кг’);
— writeln(‘H2O=’,v2:6:3,’куб.м/кг’);
— writeln(‘О2=’,v3:6:3,’куб.м/кг’);
— writeln(‘N2=’,v4:6:3,’куб.м/кг’);
— writeln(‘плотность продуктов сгорания=’,r2:6:3,’куб.м/кг’);
— readln;
— q50:=50*(m1*0.839+m2*1.868+m3*0.919+m4*1.031);
— q100:=100*(m1*0.862+m2*1.877+m3*0.925+m4*1.033);
— q150:=150*(m1*0.885+m2*1.886+m3*0.931+m4*1.034);
— q200:=200*(m1*0.908+m2*1.895+m3*0.936+m4*1.036);
— q250:=250*(m1*0.928+m2*1.907+m3*0.943+m4*1.038);
— q300:=300*(m1*0.946+m2*1.921+m3*0.950+m4*1.041);
— q350:=350*(m1*0.964+m2*1.934+m3*0.957+m4*1.045);
— writeln(‘энтальпия продуктов сгорания:’);
— writeln(‘q50=’,q50:10:3,’кДж/кг’);
— writeln(‘q100=’,q100:10:3,’кДж/кг’);
— writeln(‘q150=’,q150:10:3,’кДж/кг’);
— writeln(‘q200=’,q200:10:3,’кДж/кг’);
— writeln(‘q250=’,q250:10:3,’кДж/кг’);
— writeln(‘q300=’,q300:10:3,’кДж/кг’);
— writeln(‘q350=’,q350:10:3,’кДж/кг’);
— end.
Результаты расчета
введите состав топливного газа в % по объему
метан=95
этан=3
пропан=2
низшая теплотворная способность топлива Q=37953.29 кДж/куб.м
содержание углерода в топливе=75.610 в % по массе
содержание водорода в топливе=24.490 в % по массе
плотность топливного газа=0.739 кг/куб.м
теоретический расход воздуха=17.105 кг/кг
фактический расход воздуха=17.961 кг/кг
количество продуктов сгорания=18.961 кг/кг
объемный расход воздуха=13.894 куб.м/кг
количество образующихся газов:
СО2=2.773 кг/кг
Н2О=2.195 кг/кг
О2=0.196 кг/кг
N2=13.796 кг/кг
объемное количество газов:
СО2=1.411 куб.м/кг
H2O=2.732 куб.м/кг
О2=0.138 куб.м/кг
N2=11.035 куб.м/кг
плотность продуктов сгорания=1.238 куб.м/кг
энтальпия продуктов сгорания:
q50=1041.439 кДж/кг
q100=2094.097 кДж/кг
q150=3155.913 кДж/кг
q200=4230.307 кДж/кг
q250=5316.560 кДж/кг
q300=6418.746 кДж/кг
q350=7532.253 кДж/кг