Контрольная работа: Определение теплового баланса сушилки гипсовых форм в производстве керамических изделий

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 F_ПОВ, t_ПОВ, U_HАЧ, U_КОН, t_НАЧ, t_КОН, W_Ф, N_ф , М^{2 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 (Q_п ) в Мкал/час; - расход теплоты, необходимой на нагрев испаряемой воды изформы (Q_ВЛ.Ф )в Мкал; - расход теплоты, необходимой на испарение воды из формы (Q_ИСП ) в Мкал; - расход теплоты, необходимой на нагрев самой формы (Q_Ф ) в Мкал. Последовательность расчета - расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду (Q_п ) в Мкал/час рассчитывается по формуле (3); - расход теплоты, необходимой на нагрев испаряемой воды изформы (Q_ВЛ.Ф ) в Мкал рассчитывается по формуле (4); - расход теплоты, необходимой на испарение воды из формы (Q_ИСП ) в Мкал рассчитывается по формуле (5); - расход теплоты, необходимой на нагрев самой формы(Q_Ф ) в Мкал рассчитывается по формуле(6). Рассчитаем расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду (Qп) Q_п = ά₁ ·F_ПОВ · (t_ПОВ –t_В ) (3) Q_п = 11,14*2200(40-20)= 490160 Вт = 570086 Ккал/час * - + / где F_ПОВ – поверхность сушилки и короба, м² ; t_ПОВ , t_В – температуры поверхности сушилки и окружающего воздуха; t_В = 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 (t_ПОВ – t_В ) (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 W_Ф := G _С.Ф · (U_HАЧ – U_КОН ) (5) 15 WФ := 15*(38-14)= 3,6 кг W_Ф := Q_ВЛ.Ф := С_В · W_Ф · (t_КОН –t_НАЧ ) (6) 1 QВЛ.Ф = 1*3,6*(180-55)= 450 Ккал 1 =СЦЕПИТЬ() Q_ИСП := W_Ф · r_П (7) Q_ВЛ.Ф = QИСП:= 3,6*280= 1008 Ккал Q_ИСП := Q_Ф := G _С.Ф · С_Ф · (t_КОН –t_НАЧ ) (8), Q_Ф := 15*0,215*(180-55)= 403,13 Ккал где W_Ф - количество влаги, удаляемой при сушке одной формы фарфорового изделия в (кг); G _С.Ф - вес сухой формы, кг; принять G _С.Ф = 15 кг; U_HАЧ - начальная влажность формы до сушки, %; U_КОН - конечная влажность формы после сушки, %, t_НАЧ - начальная и t_КОН - конечная температуры в сушилке, ^о С; С_В - теплоемкость воды, С_Ф - теплоемкость формы (ккал/кг·^о С); r_П -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 N_Ф - количество форм загружаемых за цикл, шт; τ_СУШ - продолжительность цикла сушки, час, Q_СУШ.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 F_ПОВ, t_ПОВ, U_HАЧ, U_КОН, t_НАЧ, t_КОН, W_Ф, N_ф , М^{2 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 при100^о 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) кДж/кг 1463 16 Плотность раствора МЭА, 10% кг/м3 988 17 Удельная плотность стали кг/м³ 7800 18 Плотность воздуха при норм условиях кг/м³ 1,295 19 Мольная масса воздуха кг/Кмоль 28,84 20 Удельная теплота испарения воды ккал/кг 280 21 Удельная теплота испарения растворителя ккал/кг 150