Bilans cieplny suszarni teoretycznej Termodynamika Techniczna materiały dla studentów

Transkrypt

1 Bilans cieplny suszarni teoretycznej Termodynamika Techniczna materiały dla studentó K. Kyzioł, J. Szczerba

2 Bilans cieplny suszarni teoretycznej Na rysunku 1 przedstaiono przykładoy schemat suszarni jednostopnioej raz z zaznaczonym przebiegiem suszenia z podgrzeaczem zenętrznym. Rys. 1. Schemat suszarni jednostopnioej z ykresem i-d (po stronie praej). W suszarni teoretycznej całe dostarczone ciepło zużyane jest na odparoanie ody. Przebieg procesu podgrzeania i suszenia przedstaia ykres i d (rys. 1). Stan początkoy poietrza reprezentuje na ykresie punkt A. Ponieaż podczas nagrzeania zaartość ilgoci pozostaje stała, to proces ten na ykresie reprezentuje prosta AB - prostopadła do osi odciętych. Poietrze chodzące do suszarni ma parametry określone położeniem punktu B. Proces suszenia materiału, a tym samym nailżania się poietrza, reprezentuje na ykresie linia prosta BC biegnąca rónolegle do linii stałych entalpii. Poietrze opuszczające ma parametry odpoiadające punktoi C.

3 Bilans cieplny suszarni teoretycznej - obliczenia Zgodnie z praem zachoania energii, ilość ciepła proadzonego do suszarki musi być róna ilości ciepła, które jest z suszarki ynoszone. Pozycje bilansu ciepła takiej suszarni obejmują: ciepło dostarczone z poietrzem zenętrznym tłoczonym do nagrzenicy: Q 1 = i o, kj ciepło pobrane z nagrzenicy dla nagrzania poietrza zenętrznego do temperatury t 1 : Q 2 = (i 1 i o ), kj ciepło noszone do poietrza z ilgocią odparoaną podczas suszenia: Q 3 = C t, kj ciepło zaarte poietrzu opuszczającym suszarkę: Q 4 = i 2, kj Rónanie bilansu cieplnego suszarni teoretycznej przyjmuje postać: Q 1 + Q 2 +Q 3 = Q 4 Podstaiając odpoiednie yrażenia otrzymujemy: i o + (i 1 i o ) + C t = i 2 gdzie: ilość poietrza suchego dostarczanego do suszarni, t temperatura chodzącego do suszarni materiału ilgotnego (i ody nim zaartej), masa odparoanej ilgoci.

4 Bilans cieplny suszarni teoretycznej obliczenia Rónanie bilansu służy najczęściej dla określenia ilości ciepła, które musi być dostarczone do poietrza nagrzenicy, óczas: (i 1 - i 0 ) = Q 2 = (i 2 i o ) - C t Jeżeli obie strony podzielimy przez ilość odparoanej ody to otrzymamy: lub q Q 2 2 i io C t, [kj/kg] q = ps (i 2 i o ) - C t = ps (i 1 i o ), [kj/kg] gdzie: q = Q 2 / ps d 2 1 d 1 - zużycie ciepła na odparoanie 1 kg ody, - ilość poietrza suchego potrzebnego do odparoania 1 kg ody. Jeżeli temperatura suszonego materiału t = 0 C, to z rónań ynika, że i 2 = i 1, czyli podczas suszenia teoretycznego entalpia poietrza nie zmienia się. Ciepło oddane przez poietrze na odparoanie ody zostaje mu procesie suszenia zrócone postaci pary odnej zaierającej sobie ciepło potrzebne do jej ytorzenia. Dlatego na ykresie i d przebieg suszenia reprezentuje linia rónoległa do linii stałych entalpii.

5 Bilans cieplny suszarni teoretycznej przykład Do suszarni jednostopnioej podaane jest poietrze atmosferyczne o temperaturze 20 C i zaartości ilgoci d = 11 g/kg suchego poietrza, które podgrzeaczu zostaje podgrzane do temperatury 85 C, a następnie proadzone do suszarni. Poietrze odlotoe z suszarni ma zaartość ilgoci d = 24 g/kg przy temperaturze 50 C. Do suszarni, ilości 1000 kg/godz., podaany jest materiał, którego ilgotność bezzględna ynosi 8%. W suszarni materiał ten ysuszony jest do ilgotności bezzględnej 0,5%. Ciepło łaście ody C = 4,2119 kj/(kg K). Przy założeniu teoretycznego przebiegu przeproadzić należy graficzną analizę procesu oraz określić zapotrzeboanie poietrza atmosferycznego oraz ciepła na odparoanie 1 kg ilgoci.

6 Bilans cieplny suszarni teoretycznej przykład graficzna analiza procesu Parametry poietrza początkoe, punkt A: i A =48 kj/kg; A =70%, Parametry poietrza podgrzanego, punkt B: d A =d B =11g/kg; i B =115 kj/kg; B 3%, Ilość ciepła zużyta na podgrzanie poietrza nagrzenicy (róna różnicy końcoej i początkoej pojemności ciepła): i B -i A =67kJ/kg, Parametry poietrza opuszczającego suszarnię, punkt C (leżący na tej samej linii pojemności ciepła i B - suszenie teoretyczne): C =30%.

7 Bilans cieplny suszarni teoretycznej przykład określenie zapotrzeboania na poietrze atmosferyczne potrzebne do odparoania 1 kg ilgoci Ilość odparoanej suszarni ilgoci, przypadającej na 1 kg poietrza suchego, róna jest oczyiście ilości ilgoci, o którą poietrze się zbogaciło, a ięc: d C d B = d C d A = = 13 g/kg suchego poietrza. Strumień suchego sadu ynosi: G s 100G 100 W , kg/h Strumień odparoanej ilgoci ynosi: G s W W , , kg/h Zapotrzeboanie na suche poietrze suszenia: ps d C 1000 d B , kg/h Stąd ilość suchego poietrza potrzebna na odparoanie 1 kg ilgoci: ps ps 5308 d d C A , kg/kg ilgoci odpoiadającą ilości poietrza atmosferycznego rónej: a 1000 d d d C A A , , kg/kg ilgoci

8 Bilans cieplny suszarni teoretycznej przykład określenie zapotrzeboania na ciepło potrzebne do odparoania 1 kg ilgoci Ogólne zapotrzeboanie na ciepło ynosi: Q2 ps( ic ia) C t , , kj/h Zużycie ciepła przypadające na odparoanie 1 kg ilgoci yznacza na ykresie poproadzona z punktu zeroego linia prosta rónoległa do odcinka łączącego punkty A i C, tj. punkty początkoego i końcoego stanu poietrza. Z ykresu odczytujemy, że na odparoanie 1 kg ilgoci zużyane jest 4980 kj ciepła. Z rónania na zużycie ciepła na odparoanie 1 kg ody yliczymy, że q Q ,07,J/kg odparoanej ody iteratura: J.Piech: Operacja suszenia i suszarnie przemyśle ceramicznym; Uczelniane Wydanicta Naukoo-Dydaktyczne, Krakó, 2003 r dr inż. Karol Kyzioł Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisłaa Staszica Krakoie Wydział Inżynierii ateriałoej i Ceramiki Katedra Fizykochemii i odeloania Procesó al. A. ickieicza 30, Krakó kyziol@agh.edu.pl