 |
Вопрос 47 и 48) Графоаналитический метод расчета сушильных установок.Расчет сушилки по I-d диаграмме.
|
|
|
|
При графо-аналитическом расчёте сушилки по I-d диаграмме удельный расход сушильного агента l и тепла в калорифере qк определяют после построения процесса сушки. Для построения теоретического и действительного процессов сушки необходимо знать состояние наружного воздуха (параметры t0 и φ0), температуру газа на входе в сушилку t1 и один из параметров теплоносителя на выходе из сушилки t2 и φ2.
Основные варианты процесса сушки в I-d диаграмме представлены на рисунке 1.
На рисунке 1а приведены схема и теоретический процесс сушки при дополнительном подводе тепла к сушильной камере. Процесс характеризуется ломаной линией АВС (АВ - подогрев воздуха до температуры t1; ВС - процесс сушки). Расход воздуха и тепла в кг на 1 кг влаги в простой калориферной сушилке можно определить по формулам:
| l = 1000/(DC∙Md) | (1) |
и
| qк = qобщ = m∙(AB/DC), | (2) |
где Md - масштаб влагосодержаний;
m - MI/Md - масштаб диаграммы; AB и DC в мм.
При подогреве воздуха до более низкой температуры (сушка с дополнительным подогревом) процесс сушки изображается ломаной АВ'С. Для этого процесса расход воздуха определяют по формуле (1), а расход тепла в ккал на 1 кг влаги в калорифере по уравнению:
| qк = qобщ = m ∙(AB'/DC). | (3) |
Расход дополнительного тепла в сушилке в кг на 1 кг влаги:
| q д = B'В/DC. | (4) |
Общий расход тепла в сушилке рассчитывают по формуле (2).
Процесс сушки дымовыми газами характеризуется только линией сушки ВС, так как период подогрева в этом случае отсутствует.
В сушилке с промежуточным подогревом воздуха (рис. 1б) можно вести процесс при более низкой температуре теплоносителя. Сушилка делится на ряд зон-камер, через которые последовательно проходит материал. В каждой камере происходит обычный процесс сушки, представленный на диаграмме рис. 1а.
|
|
|
|
| Основные варианты сушильного процесса в I-d диаграмме: а - с дополнительным подогревом; б - с промежуточным подогревом; в - с рециркуляцией; 1 - калорифер; 2 - дополнительный подогреватель; 3 - сушилка |
Процесс сушки в такой сушилке по I-d диаграмме изображается ломаной АВ'C1B"C2B'''C (рис. 1б), где отрезки AB', C1B", C2B''' характеризуют процесс подогрева воздуха в промежуточных подогревателях, а отрезки B'C1, B"C2, B'''C процесс сушки в отдельных камерах I, II, III. Для получения таких же параметров воздуха на выходе из сушилки без применения промежуточного подогрева следует подогреть воздух в калориферной сушилке до температуры t1, (линия АВС). Общий расход воздуха в сушилке одинаковый для всех зон сушилки L = l1∙W1 = l2∙W2 =... Удельный расход воздуха находят по формуле (1), а полный расход тепла на сушку - по формуле (2). Расход тепла в ккал на 1 кг влаги в одной зоне определяют, как:
| q з = m∙(AB'/DC). | (5) |
При расчёте сушилок с промежуточным подогревом желательно, чтобы точки В', В'', В''' и С1, С2, С лежали на линиях одинаковых потенциалов сушки.
Процесс сушки с возвратом части отработанного воздуха (рециркуляцией) характеризуется ломаной АМВ'С (рис. 1в). В этих сушилках температура процесса ниже, чем в обычной калориферной сушилке, а влажность воздуха в сушильной камере можно регулировать. Процесс сушки легко простроить в I-d диаграмме по трём заданным точкам А, М и С, которые должны лежать на одной прямой. На диаграмме линия АМ соответствует процессу смещения отработанного воздуха (параметры - см. точку С) со свежим воздухом (параметры - см. точку А), линия МВ' - процессу подогрева смеси в калорифере и линия В'С - процессу сушки. Расход воздуха в такой сушилке рассчитывают по формуле (1), а расход тепла, зависящий только от начальных и конечных параметров воздуха, по формуле (2).
|
|
|
Расход циркулирующего воздуха в кг на 1 кг влаги:
| q з = 1000/(D'C∙Md). | (6) |
и
| l ц = l/(l + n). | (7) |
где n - коэффициент рециркуляции, который соответствует количеству килограммов отработанного воздуха, добавляемого на 1 кг свежего воздуха:
| n = AM/MC = DD'/D'C. |
На рисунке 1 изображён теоретический процесс сушки, который иллюстрирует расчет сушилки по I-d-диаграмме.
Вопрос 49) Классификацию многочисленных конструкций печей целесообразно проводить по тому признаку, от которого она (конструкция) зависят в наибольшей мере. Таким признаком является способ выделения тепла в рабочем пространстве печи (или в отдельном отопительном устройстве). Исходя из этого, различают две большие группы печей: топливные и электрические.
В топливных печах химическая энергия топлива (твердого, жидкого или газообразного) при его сжигании превращается в тепло. Сжигание топлива осуществляется с помощью топливосжигающих устройств, конструкции которых являются общими для различных топливных печей и рассмотрены поэтому в отдельной главе (гл. VI). Топливные печи, применяющиеся в машиностроении, относятся к печам-теплообменникам. Тепло, выделяющееся при сжигании топлива, тем или иным образом передается к поверхности нагреваемого материала. В зависимости от способа передачи тепла в топливных печах может осуществляться преимущественно радиационный или конвективный режим.
Так, если преобладает передача тепла излучением, то режим работы печей будет радиационным. К печам с радиационным режимом работы относятся практически все плавильные топливные печи (мартеновская печь, печи для плавки чугуна и цветных металлов), а также большая часть нагревательных печей, используемых для нагрева черных металлов перед обработкой давлением и термической обработкой.
Если преобладает передача тепла конвекцией, то режим работы печей соответствует конвективному. К печам с конвективным режимом относятся некоторые нагревательные печи (для нагрева цветных металлов и сплавов), все сушильные установки, где в качестве сушильного агента используются дымовые газы и воздух, а также ванные печи.
В электрических печах электроэнергия превращается в тепло, которое передается нагреваемому материалу. Известен ряд методов превращения электроэнергии в тепловую энергию, существенно различающихся между собой и накладывающих отпечаток на конструкцию печей и режим теплообмена в их рабочем пространстве. Устройства для превращения электрической энергии в тепло тесно связаны с конструкцией печи и являются обычно ее неотъемлемой частью. Поэтому они рассматриваются в разделах, посвященных описанию конструкций соответствующих электрических печей. Различают электронно-лучевые печи, дуговые печи, индукционные печи и печи сопротивления.
|
|
|
В электронно-лучевых печах электрическая энергия превращается в тепловую за счет столкновения электронного потока, ускоренного в вакууме, с поверхностью твердого тела. Эти печи применяются в основном для плавления особо чистых тугоплавких металлов.
В дуговых печах электрическая энергия превращается в тепло в дуге, горящей в газовой среде или в вакууме. Дуговой разряд в печах прямого действия (с зависимой дугой) протекает между электродами и самим нагреваемым металлом. Эти печи используются для выплавки и расплавления стали и чугуна. В печах косвенного действия (с независимой дугой) разряд протекает между электродами на некотором расстоянии от металла и тепло передается к его поверхности за счет излучения. Печи этого типа применяются в основном для плавления цветных металлов. В дуговых печах преобладает передача тепла излучением расплавляемому материалу от дуги. Эти печи относятся к печам-теплообменникам с радиационным режимом тепловой работы.
В индукционных печах электрическая энергия превращается в тепло в твердых или жидких телах, помещенных в переменное магнитное поле, за счет возникновения в них вихревых токов (в металлах) или за счет диэлектрических потерь. Индукционные печи и установки высокой частоты без сердечника применяются для плавления стали, чугуна и цветных металлов, для поверхностной термической обработки стальных изделий, а также для нагрева диэлектриков (сушка т. в. ч.). Индукционные печи промышленной частоты со стальным сердечником используются для плавления цветных металлов и нагрева изделий кольцеобразной формы. В этих печах тепло выделяется в самом обрабатываемом материале, и они относятся к печам-теплогенераторам.
|
|
|
В печах сопротивления электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через проводники, непосредственно включенные в электрическую цепь. Эти печи делятся на две группы.
Печи прямого действия, где само нагреваемое изделие служит сопротивлением, включающимся в электрическую цепь, и нагревается протекающим через него током. Эти печи являются печами-теплогенераторами, и внешний теплообмен в них практически отсутствует.
Печи косвенного действия — это печи, где тепло выделяется в специальных нагревательных элементах и от них передается нагреваемому материалу излучением или конвекцией. Эти печи являются печами-теплообменниками.
В соответствии с этим печи сопротивления косвенного действия могут быть разделены на печи с преимущественно радиационным или конвективным режимом тепловой работы.
К печам, в которых осуществляется преимущественно радиационный режим теплообмена, относятся печи для плавления легких металлов и сплавов и нагревательные печи, используемые для самых различных целей при нагреве обрабатываемого материала до температуры свыше 900—1000° К.
К этой группе печей могут быть отнесены также сушильные установки с инфракрасными излучателями (лампами накаливания).
К печам с преимущественно конвективным режимом работы относятся низкотемпературные нагревательные печи (с рабочей температурой до 800—900° К), где доля лучистого теплообмена невелика, а также ванные печи.
В топливных и в электрических печах температура может изменяться не только во времени, но и по длине печи. Печи, температура которых не изменяется во времени, получили название печей непрерывного действия, а печи с изменяющейся во времени температурой называются печами периодического действия. В печах периодического действия нагрев материала происходит одновременно с разогревом футеровки, которая аккумулирует тепло. В этом случае требуется дополнительное количество тепла на нагрев кладки по сравнению с печами непрерывного действия. Печи периодического действия имеют обычно более или менее постоянную температуру по всему объему рабочего пространства и называются часто камерными печами.
Камерный принцип используется также и в некоторых печах непрерывного действия: температура печей остается неизменной не только по длине рабочего пространства, но и во времени.
Температура печи непрерывного действия, не изменяясь с течением времени в каждой ее точке, может изменяться по длине печи. При этом обрабатываемые изделия, перемещаясь по поду печи, попадают в зоны с различной температурой. Такие печи получили название методических печей.
|
|
|
В зависимости от проводимого технологического процесса в печах непрерывного действия осуществляется либо нагрев изделий до заданной температуры, либо нагрев и выдержка при этой температуре, а иногда и замедленное остывание. Поэтому, как правило, эти печи состоят из нескольких тепловых зон. Длина зоны выдержки зависит от продолжительности выдержки. В закалочных печах зона выдержки невелика, так как она служит только для выравнивания температуры по сечению нагреваемых изделий. При отжиге, требующем определенной длительности выдержки и медленного охлаждения металла, за зоной выдержки следует зона замедленного охлаждения. В зависимости от допустимой скорости охлаждения она выполняется либо теплоизолированной, либо водоохлаждаемой.
Особое место занимают шахтные (плавильные) печи, в которых осуществляется слоевой режим теплообмена. Кусковые материалы в этих печах располагаются по всему объему рабочего пространства плотным слоем и перемещаются под действием силы тяжести. Газы движутся навстречу твердому материалу — снизу вверх. К шахтным печам такого типа относится вагранка, конструкция и работа которой рассмотрены в отдельной главе.
|
|
|
