Міністерство освіти і науки України Національний університет “Львівська політехніка” Кафедра "Процеси і апарати хімічної технології" Лабораторна робота ТУ № 6 "Експериментальне визначення матеріального і теплового балансів" Перевірила: Львів 2009 МЕТА РОБОТИ Вивчити процес сушки в радіаційно-конвективній сушарці і структуру матеріального й теплового балансів; скласти матеріальний і тепловий баланси радіаційно-конвективної сушарки. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Радіаційно-конвективний метод сушіння з допомогою електровипромінювачв (інфрачервоними променями) є найбільш ефективним для сушіння тонкостінних виробів з кераміки. Він забезпечує рівномірність і велику інтенсивність сушіння порівняно з конвективним методом і до того ж періодична радіація дає найкращі результати. Матеріальний баланс сушарки складається для визначення кількості виділеної вологи з матеріалу і повітря (теплоносія), здатного поглинути цю вологу при заданому режимі. Маса виділеної за час досліду вологи знаходиться за різницею між масами вологого G1 і висушеного G2 матеріалів, кг:
, (1) Абсолютна волога визначається як відношення маси вологи, що знаходиться в матеріалі, до маси абсолютно сухого матеріалу:
, (2) З умов матеріального балансу по волозі:
, кг, звідки
, кг, (3) де LM – кількість повітря, здатного поглинути W кг вологи при вологовмісті повітря при вході в сушарку d0 і виході із неї d2
. Подана вентилятором кількість повітря визначається залежно від напруги, що подається на електродвигун, з допомогою вольтметра і перевідного графіка. Витрата сухого повітря на 1 кг випаруваної вологи, кг:
, (4) Тепловий баланс складається з витрат теплоти на випаровуванні вологи, витрати теплоносія, теплового ККД сушарки. Тепловий баланс зрівноважує кількість підведеної до сушарки теплоти і затраченої на випаровування вологи і компенсує витрати. Рівняння теплового балансу даної сушарки, приведене до часу досліду, має вигляд:
, (5) З рівняння (5) можна визначити QН – кількість теплоти, яка повинна бути виділена нагрівачами (лампами) сушарки:
, (6) Після перетворення (3):
, (7) Позначення й методи знаходження величин у рівняннях (5)-(7):
( теплота винесена теплоносієм з сушарки, визначається як різниця її тепловмістів при вході в сушарку і виході з неї; Lg ( витрати повітря за час досліду, кг. Тепловміст атмосферного повітря, кДж/кгсух. пов.,
, (8) або знаходиться за діаграмою I-d при відомих t0 і ( (відносна вологість повітря на вході й виході з сушарки);
( теплота, витрачена на випаровування W вологи з матеріалу; W – розраховується за формулою (1); і = 2493 – прихована теплота пароутворення, кДж/кг вологи; Свол = 4,2 – теплоємність води, кДж/кг при температурі матеріалу, що надходить у сушарку;
( теплота, витрачена на підігрівання вологого матеріалу; G1 і G2 – маса матеріалу, що надійшов, і висушеного, кг; СМ', СМ'' ( теплоємність вологого матеріалу при температурі на вході в сушарку t1 і виході з сушарки t2 , кДж/(кг(°С),
, (9) Сс – теплоємність абсолютно сухого матеріалу. Для керамічної плитки Сс = 0,84 кДж/(кг(°С), Wa – абсолютна вологість матеріалу, визначається за (2);
( теплота, витрачена на нагрівання транспортної сітки, Gm = 0,25 кг на погонний метр маси транспортної сітки, Cm = 0,452 кДж/(кг(°С)при t < 100°С, t1', t2' – температура сітки на вході й виході із сушарки;
( втрати теплоти в навколишнє середовище; (заг = 8,4 + 0,06(t, Вт/(м2(°С) – коефіцієнт загальної тепловіддачі від зовнішньої поверхні у повітря; F – площа поверхні стінок сушарки із запасом 20 %, F = 1,9 м2; tст, tпов – середня температура відповідно стінки і повітря навколишнього середовища. Загальні витрати теплоти нагрівачами з урахуванням ефективності їхньої роботи, кДж:
, (10) де QH – теплота нагрівачів, розрахована за (6), а – коефіцієнт багаторазового відбиття ламп (а = 1,08), (1 ( енергетичний ККД лампи ((1 = 0,8), (2 =0,75 – коефіцієнт ефективності ламп. Потрібні витрати електроенергії нагрівачів, кВт(год:
, (11) Фактична витрата енергії розраховується показниками лічильника за час досліду:
, (12) Nкін, Nпоч – кінцевий і початковий показ лічильника. Питомі витрати енергії на випаровування 1 кг вологи з урахуванням витрат потужності вентилятором, кДж:
, (13) Енергетичний ККД сушарки:
, (14) ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ Ознайомитися з обладнанням і роботою експериментальної установки, перевірити її справність і правильність підключення. Установка складається із сітчастого конвеєра з привідним і натяжним барабанами, редуктора і електродвигуна. Конвеєр поміщений в робочій камері 9 сушарки. Для підводу повітря під сітку вмонтований вентилятор 7 з розподільчим обладнанням 8. Над сіткою встановлено електричні нагрівачі-лампи інфрачервоного світла 11. Для відведення повітря з камери вмонтований патрубок, в якому знаходиться датчик 15 для вимірювання температури, останній з'єднаний з МСРІ-0117. Над патрубком встановлений психрометр 13 для вимірювання відносної вологи. Для вимірювання швидкості може бути використана трубка Піто з мікроманометром або вольтметром 5. Температуру корпуса, сітки й плитки вимірюють приладами 19 і 20 з термопарами. Для вимірювання витрати енергії встановлений електролічильник (рис.1).
Рис.1 За п'ять хвилин до початку досліду ввімкнути у мережу нагрівачі (лампи) і привід вентилятора. Зважити заздалегідь підготовлені зразки сирих керамічних плиток. Одну частину плиток вмістити в сушильну шафу для визначення початкової абсолютної вологи плитки висушуванням до постійної маси, 2-3 плитки вмістити на конвеєр-сітку перед сушильною камерою. Водночас увімкнути привід конвеєра і прилад МРСІ для вимірювання температури вихідного повітря приладами 19, 20 для вимірювання температури поверхні сушарки й сітки. Через задані проміжки часу фіксувати покази: температура вихідного повітря, сітки, корпуса, покази лічильника, психрометра й анемометра. Як тільки плитки 10 підійдуть до виходу з камери 9, вимкнути нагрівачі (лампи), привід вентилятора і конвеєра. Виміряти температуру плитки на виході t° і записати кінцеві покази приладів, після чого вимкнути їх, Зважити плитки після 5...7 хв. охолодження. Усі результати вимірів занести до табл.1, 2. Зробити розрахунки по матеріальному й тепловому балансах за формулами 1-14. Результати занести до табл.1 і зробити висновки. Таблиця 1 Вологість матеріалу, % Маса матеріалу, кг Час досліду, год. Швидкість повітря, м/с W, кг  Wп Wк G1 G2 Gc               Кількість повітря, кг Відносна вологість, %  LM Lg (0 (2        Температура матеріалу, (С Теплота нагрівачів, кДж Вологовміст, г/кг сух. пов. Енергія, кВт(год q, кДж/кг (e  t1 t2 QH QHзаг d0 d2 Eп Eф                Таблиця 2 Температура, (С Номер лічильника, кВт  Повітря t2 Камери tпов Сітки t2'' Nпоч Nкін