Определение теплового баланса сушилки гипсовых форм в производстве керамических изделий - контрольная работа
Контрольная работа на тему «
Определить тепловой баланс сушилки гипсовых форм в производстве керамических изделий»является самостоятельной квалификационной работой студента по дисциплине «Основы технологий производств».
Цель работы – обобщить и закрепить знания и умения студента в оценке составления материальных и энергетических балансов производств.
Исходные данные принять из табл. 1 и приложения А.
Последние цифры зачетки
FПОВ,
tПОВ,
UHАЧ,
UКОН,
tНАЧ,
tКОН,
WФ,
Nф
,
М2
о
С
%
%
о
С
о
С
кг
шт
2
2200
40
38
14
55
180
1,2
100
Введение
Тепловые балансы, отражающие равенство прихода тепла в систему с материальными потоками и энергоресурсами и расход теплоты на выходе из системы (с учетом тепловых эффектов, протекающих в системе химических реакций).
Тепловой баланс составляют на основе закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс, равно количеству выделившейся энергии, т. е. приход энергии равен ее расходу. Проведение химико-технологических процессов обычно связано с затратой различных видов энергии механической, электрической и др. Эти процессы часто сопровождаются изменением энтальпии системы, в частности, вследствие изменения агрегатного состояния веществ (испарения, конденсации, плавления и т. д.). В химических процессах очень большое значение может иметь тепловой эффект протекающих реакций.
Тепловой баланс, который в общем виде выражается уравнением:
Qн = Qк + Qп, (1)
где Qн - подводимое тепло; Qк - отводимое тепло, складывается из тепла, удаляющегося с конечными продуктами и отводимого с теплоносителем (например, с охлаждающим агентом); Qп - потери тепла в окружающую среду.
При этом подводимое тепло равно:
Qн = Q1
+ Q2
+ Q3
, (2)
где Q1
- тепло, вводимое с исходными веществами; Q2
- тепло, подводимое извне, например, с теплоносителем, обогревающим аппарат; Q3
- тепловой эффект физических или химических превращений (если тепло в ходе процесса поглощается, то Q3
входит с отрицательным знаком).
На основании теплового баланса находят расход водяного пара, воды и других теплоносителей, а по данным энергетического баланса общий расход энергии на осуществление процесса.
Расходная часть теплового баланса включает следующие статьи:
- расход теплоты, необходимой на компенсацию потерь в окружающую среду (Qп
) в Мкал/час;
- расход теплоты, необходимой на нагрев испаряемой воды изформы (QВЛ.Ф
)в Мкал;
- расход теплоты, необходимой на испарение воды из формы (QИСП
) в Мкал;
- расход теплоты, необходимой на нагрев самой формы (QФ
) в Мкал.
Последовательность расчета
- расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду (Qп
) в Мкал/час рассчитывается по формуле (3);
- расход теплоты, необходимой на нагрев испаряемой воды изформы (QВЛ.Ф
) в Мкал рассчитывается по формуле (4);
- расход теплоты, необходимой на испарение воды из формы (QИСП
) в Мкал рассчитывается по формуле (5);
- расход теплоты, необходимой на нагрев самой формы(QФ
) в Мкал рассчитывается по формуле(6).
Рассчитаем расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду (Qп)
Qп
= ά1
·FПОВ
· (tПОВ
–tВ
)
(3)
Qп=
11,14*2200(40-20)=
490160
Вт =
570086
Ккал/час
*
-
+
/
где FПОВ
–
поверхность сушилки и короба, м2
; tПОВ
, tВ
–
температуры поверхности сушилки и окружающего воздуха; tВ
=
20 о
С; ά1
- коэффициент теплоотдачи от отдельно стоящего оборудования, Вт/м2
·о
С, рассчитывается по формуле(4).
(
)
20
рассчитаем коэффициент теплоотдачи от отдельно стоящего оборудования
=
α1
= 9,74 + 0,07 (tПОВ
– tВ
)
(4)
9,74 + 0,07 (
α1 =
9,74 + 0,07 (40-20)=
11,14
Вт/м²·°С
Вт/м²·°С
Вычислим количество влаги, удаляемой при сушке одной формы фарфорового изделия
WФ
:= G С.Ф
· (UHАЧ
– UКОН
)
(5)
15
WФ := 15*(38-14)=
3,6
кг
WФ
:=
QВЛ.Ф
:= СВ
· WФ
· (tКОН
–tНАЧ
)
(6)
1
QВЛ.Ф = 1*3,6*(180-55)=
450
Ккал
1 =СЦЕПИТЬ()
QИСП
:= WФ
· rП
(7)
QВЛ.Ф
=
QИСП:= 3,6*280=
1008
Ккал
QИСП
:=
QФ
:= G С.Ф
·
СФ
· (tКОН
–tНАЧ
)
(8),
QФ
:=
15*0,215*(180-55)=
403,13
Ккал
где WФ
-
количество влаги, удаляемой при сушке одной формы фарфорового изделия в (кг); G С.Ф
-
вес сухой формы, кг; принять G С.Ф
= 15 кг; UHАЧ
- начальная влажность формы до сушки, %; UКОН
- конечная влажность формы после сушки, %, tНАЧ
- начальная и tКОН
- конечная температуры в сушилке, о
С; СВ
- теплоемкость воды, СФ
- теплоемкость формы (ккал/кг·о
С); rП
-удельная теплота испарения воды, ккал/кг.
Расход теплоты на сушку форм рассчитывается по формуле:
Qсуш.ф :=
100*(450+1008+403,125)/1+570086,07=
756199
Ккал/час=
756,199
Мкал/час
где NФ
- количество форм загружаемых за цикл, шт; τСУШ
- продолжительность цикла сушки, час, QСУШ.Ф
- расход теплоты на сушку форм в час при полной загрузке сушилки с учетом потерь тепла в окружающую среду.
Таблица 1 – Исходные данные
Последние цифры зачетки
FПОВ,
tПОВ,
UHАЧ,
UКОН,
tНАЧ,
tКОН,
WФ,
Nф
,
М2
о
С
%
%
о
С
о
С
кг
шт
1
2000
35
40
15
65
200
1,1
120
2
2200
40
38
14
55
180
1,2
100
3
2500
36
35
13
90
215
1,3
150
4
1800
37
42
16
60
230
1,1
200
5
2000
42
38
14
55
240
1,2
210
6
2200
45
40
15
70
180
1,3
220
7
1700
35
38
13
55
200
1,1
160
8
2500
40
35
15
60
230
1,2
170
9
1800
42
42
14
55
180
1,3
180
10
2000
54
40
16
60
240
1,1
190
11
1700
37
40
14
48
120
1,2
200
12
2500
33
38
13
70
170
1,3
220
13
2200
45
35
15
76
200
1,1
220
14
1700
35
34
13
90
180
1,2
250
15
2000
40
42
14
67
240
1,3
260
16
1800
34
40
13
45
200
1,1
265
17
1700
33
37
16
80
240
1,2
255
18
2200
37
38
13
70
230
1,3
270
19
1800
65
35
15
85
200
1,1
280
20
2000
29
38
13
70
210
1,2
100
21
2500
35
42
14
70
210
1,3
110
22
1800
40
40
13
85
240
1,1
120
23
2200
32
38
16
90
200
1,2
130
24
1700
37
42
13
60
200
1,3
140
25
2000
40
35
14
75
190
1,1
150
26
1800
28
38
15
70
180
1,2
160
27
2500
40
40
16
60
170
1,3
170
28
2200
35
35
13
85
170
1,1
180
29
1800
37
42
14
70
280
1,2
190
30
2100
40
40
15
65
290
1,3
200
ПРИЛОЖЕНИЕ А
№/№
Наименование
размерность
значение
1
Плотность древесины
кг/м3
450
2
Теплоемкость абсолютно сухой древесины
ккал/кг·о
С
0,38
3
Удельная теплоемкость влажной древесины;
ккал/кг·о
С
0,68
4
Удельная теплоемкость пара при100о
С и 1 атм
ккал/кг·о
С
0,471
5
Удельная теплоемкость воздуха и других 2-ух атомных газов при 20 о
С и 1атм
ккал/кг·о
С
0,239
6
Удельная теплоемкость материала гипсолитейных форм
ккал/кг·о
С
0,215
7
Скрытая теплота парообразования
ккал/кг
540
8
Удельная теплоемкость дымовых газов
ккал/кг·о
С
0,25
9
Удельная теплоемкость раствора МЭА
ккал/кг·о
С
0,894
10
Удельная теплоемкость пластмассы
ккал/кг·о
С
0,42
11
Удельная теплоемкость сливочного масла
ккал/кг·о
С
0,931
12
Удельная теплоемкость краски
ккал/кг·о
С
0,45
13
Удельная теплоемкость гальванического раствора
ккал/кг·о
С
0,99
14
Средняя скорость ветра по данным строительной климатологии
за январь
м/с
6,4
за июль
м/с
4,5
15
Удельная теплота, выделяющаяся при поглощении СО2
раствором МЭА (справочник)