Содержание
Введение
1 Расчет процесса горения
2 Материальный баланс сушки
3 Тепловой баланс сушки
4 Расчет габаритов распылительной сушилки
5 Расчет циклонов
6 Расчет скрубберов Вентури
Список использованной литературы
Приложение
Введение
Сушка в основном применяется, если необходимо испарить растворитель и получить из высушиваемого материала порошкообразный или гранулированный сухой продукт. Сушка представляет собой весьма энергоемкий, сложный, взаимообусловленный комплекс химических, тепловых и диффузионных процессов. В настоящее время из известных сушилок, разработанных для микробиологии, нашли применение распылительные сушилки с дисковым и форсуночным распылением, вальцовые сушилки (в гидролизной промышленности) и сублимационные сушилки (в производстве бактериальных препаратов, ферментов). Методы сушки и конструкции сушилок в значительной степени определяются режимами сушки для конкретного материала, обеспечивающими высокое качество сухого продукта при наименьших капиталовложениях и энергозатратах. Это особенно характерно для продуктов микробного синтеза, оптимальные режимы и методы сушки которых могут быть определены после изучения не только физико-химических и теплофизических характеристик, но и биологических свойств. Специфика сушки связана со сравнительно низкой термоустойчивостью и требованиями максимально возможной сохраняемости целевых продуктов биосинтеза в конечных препаратах.
В микробиологической промышленности в основном используются распылительные сушилки с дисковым распылением. В качестве топлива в зависимости от технологических требований используется природный газ или мазут.
1. Расчет процесса горения
Целью этого этапа расчета является расчет низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, энтальпии продуктов сгорания.
Низшая теплотворная способность топлива - количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы топлива, но в предположении, что влага остается в продуктах горения в парообразном состоянии. В трубчатых печах дымовые газы выводятся через дымовую трубу при таких температурах, при которых водяные пары, находящиеся в продуктах сгорания, не могут сконденсироваться, следовательно, тепло конденсации водяного пара не используется. Поэтому для практических расчетов процесса горения пользуются низшей теплотворной способностью топлива.
Низшая теплотворная способность топлива по формуле Д.И.Менделеева [4]:
,
,
где C, H, S, O, W - соответственно содержание углерода, водорода, серы, кислорода, влаги, % по массе.
Элементарный состава газового топлива:
I) содержание углерода
;
2) содержание водорода
;
где nCi, nHi– соответственно число атомов углерода, водорода, серы, кислорода, азота в молекулах газовых компонентов топлива;
xi - концентрация газовых компонентов в топливе, % по массе;
Mi- молекулярная масса компонентов топлива;
k - число компонентов в топливе;
C, H, S, O, N - соответственно содержание углерода, водорода, % по массе.
Молекулярная масса газовой смеси:
=0,95*16+0,03*30+0,02*44=16,98 г/моль,
где ωi –объемная доля газовых компонентов в топливе;
Mi – молекулярная масса компонентов топлива.
Массовая концентрация газовых компонентов топлива:
;
,
.
Учитывая, что теплота сгорания - свойство аддитивное, то теплота сгорания газообразного топлива
,
где Qi - теплота сгорания отдельных компонентов топлива;
xi- массовая доля компонентов в смеси.
Для газового топлива низшая теплота сгорания:
,
где СН4, С2Н6, С3Н8 - содержание соответствующих компонентов в топливе, % по объему.
Результаты пересчета состава топлива сведены в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты пересчета состава топлива
Компонент Плотность, кг/м3 Молекулярная масса, Мi Объемная доля, ωi Miωi
Массовые проценты
СН4 0,72 16 0,95 15,20 89,52 С2Н6 1,36 30 0,03 0,90 5,30 С3Н8 2,02 44 0,02 0,88 5,18 ∑ 1,00 16,98 100
Плотность топливного газа:
,
где xi - массовые доли компонентов в смеси;
rсм ,ri - плотность смеси и ее компонентов.
,
Проверка:
С+Н+О+N+S=100 %
Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания одного килограмма топлива:
,
Фактический (действительный) расход воздуха:
,
где a - коэффициент избытка воздуха, (для объемного горения газообразного топлива a=1,05-1,2).
Объемный действительный расход воздуха:
,
где rв - плотность воздуха, rв= 1,293 кг/м3.
Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании одного килограмма топлива:
,
где Wф - расход форсуночного пара, для газообразного топлива Wф =0.
Количество газов, образующихся при сгорании одного килограмма топлива:
,
,
,
.
Проверка
,
2,774+2,194+0,196+13,795=18,959кг/кг ≈18,962 кг/кг.
Объемное количество продуктов сгорания на один килограмм топлива (при нормальных условиях):
,
,
,
.
Суммарный объем продуктов сгорания:
.
Плотность продуктов сгорания при температуре 273К и давлении 0,1*106Па:
.
Энтальпия продуктов сгорания на один килограмм топлива при различных температурах от 50 оС до температуры теплоносителя:
qt=(T-273)*( m* С+ m* С+ m* С+ m* С), ,
где T – температура продуктов сгорания, К;
С,С,С,С- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг*К.
Расчет энтальпии продуктов сгорания при различных температурах сведен в таблицу 2.
Таблица 2 – Энтальпии продуктов сгорания при различных температурах
Температура, оС
С
С
С
С
q,
50 0,839 0,919 1,868 1,031 1041,43 100 0,862 0,925 1,877 1,033 2094,09 150 0,885 0,931 1,886 1,034 3155,91 200 0,908 0,936 1,895 1,036 4230,30 250 0,928 0,943 1,907 1,038 5315,57 300 0,946 0,950 1,921 1,041 6415,70 350 0,964 0,957 1,934 1,045 7532,20
q50=(323-273)*(2,774*0,839+2,194*1,868+0,196*0,919+13,795*1,031)=1041,43
q100=(373-273)*(2,774*0,862+2,194*1,877+0,196*0,925+13,795*1,033)=2094,09
q150=(423-273)*(2,774*0,885+2,194*1,886+0,196*0,931+13,795*1,034)=3155,91
q200=(473-273)*(2,774*0,908+2,194*1,895+0,196*0,936+13,795*1,036)=4230,30
q250=(523-273)*(2,774*0,928+2,194*1,907+0,196*0,943+13,795*1,038)=5315,57
q300=(573-273)*(2,774*0,946+2,194*1,921+0,196*0,950+13,795*1,041)=6415,70
q350=(623-273)*(2,774*0,964+2,194*1,934+0,196*0,957+13,795*1,045)=7532,20
После определения энтальпии продуктов сгорания при различных температурах строим график зависимости температура – энтальпия (Рисунок 1).
Рисунок 1 – График зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры
2. ............
