Теплопостачання сільськогосподарського об’єкту

У верхню частину сушильної камери подається М₁ кг/год вологого зерна з температурою θ₁ і вологістю ω₁. У процесі сушіння температура зерна підвищується до температури θ₂, а вологість знижується до ω₂. Параметри сушильного агента на виході із першої зони сушильної камери становитимуть t₂, φ₂, d₂,, Н₂.

У процесі сушіння в першій зоні частина вологи виноситься сушильним  агентом, температура зерна зростає  і в другу зону сушильної камери надходить менша маса зерна М₂  з температурою θ₂ і вологістю ω₂.  Параметри сушильного агента на вході в другу зону сушильної камери становлять t′₁, φ′₁, d′₁, Н′₁, а на виході з неї t′₂, φ′₂, d′₂, Н′₂. Параметри зерна на виході з другої зони сушильної камери М′₂, ω′₂, θ′_2.

Після сушильної камери зерно спрямовується  в охолоджувальна камеру, де продувається холодним повітрям з параметрами t₀, φ₀, d₀, і Н₀. У процесі охолодження із зерна випаровується частина вологи і після охолодження маса зерна дорівнює М₃, а вологість ω₃. Параметри сушильного агента на виході із зони охолодження становитимуть t₃, φ₃, d₃ ,Н₃.

Рис.2.3. Розрахункова схема зерносушарки.

1 – топка; 2 – змішуючи камера; 3,4 – перша та друга зони  сушильної камери; 5 – камера охолодження.

2.3. Матеріальний баланс  сушарки.

Випарувана з матеріалу  волога W_с рівна різниці між масою матеріалу М₁ до маси М₂ після сущіння.

      W_c=M₁ – M₂ = W₁ – W₂ =

      W_c=24000 – 21911,8=  = 2088,2кг.

 

де W₁ і W₂ – відповідно маси вологи в зерні до і після сушіння (в сушильній камері).

В процесі сушіння  маса сухої речовини зерна М_с незмінна, тому рівняння балансу сухої речовини зерна можна записати у вигляді:

      М_с =

      М_с =

      М_с = 19392 кг

звідки:

     

     

Після підстановки М₁ і М₂ в рівняння отримаємо рівняння матеріального балансу:

     

     

     

Зменшення маси зерна в процесі  сушіння визначається за формулою:

     

     

     

       U > (ω₁-ω₂) ;        8,7>7,7 умова виконується

Величина U завжди більша за пониження вологості (ω₁-ω₂), так як початкова вологість визначається за відношенням до початкової маси зерна (до сушіння), а для висушеного – за відношенням до кінцевої маси (після сушіння), яка менша початкової.

2.4. Визначення  параметрів сушильного агента.

2.4.1.Сушильний агент  складається з повітря і продуктів згоряння палива. В залежності від кількості холодного повітря, що змішується з топковими газами, змінюється температура сушильного агента (регулюється його температура на вході в сушильну камеру). Зерно кожної культури сушиться при відповідних температурних умовах. Ці умови змінюються в залежності від початкової вологості і призначення зерна (Фуражне, посівне і ін.).

2.4.2. В якості палива в топках  сушильних установок використовується, як правила, рідке палива або  газ. Але дані вказівки складені з таким розрахунком, щоб у випадку використання твердого палива можна було виконати розрахунок сушіння. По складу палива, яке береться із відповідних таблиць довідникової літератури, визначають вищу теплоту згоряння палива

     

Нижню теплоту згоряння палива: твердих і рідких палив визначають за формулою Д.І.Менделєєва:

      

де  - складові робочого палива відповідно вуглець, водень, кисень, сірка летюча і волога, виражені в процентах.

2.4.3. Теоретична кількість сухого  повітря L_о (кг), необхідного для повного згоряння 1 кг твердого і рідкого палива, визначається за формулою:

       

2.4.4. Ентальпія зовнішнього повітря Н_о (кДж/кг) , що поступає в топку і змішувальну камеру визначається за формулою:

        

де С_сп – теплоємність сухого повітря   С_сп=1    [3];

    t_о – температура зовнішнього повітря,  t_о = 16^оС;

    d_о – вологовміст атмосферного повітря, якщо  φ_о=65%   то 

   .

2.4.5. Ентальпія водяної  пари (кДж/кг) при температурі агента, поступаючого в сушилку, де t₁=70^оС  [3]:

         

2.4.6. Коефіцієнт надлишку повітря                    

        

       

де η_т – коефіцієнт корисної дії топки (для топок, які працюють на твердому паливі):   η_т = 085-0,9    [3] ;

     С_т,t_т  – відповідна теплоємність і температура палива,

                 С_т = 2,1            t_т  = t_о  = 16 ^оС    

     С_а.с. – теплоємність агента сушіння, С_а.с.=С_сп.=1

2.4.7. Вологовміст агента сушіння  :

         

Ентальпію агента сушіння і його відносну вологу визначають по Н-d-діаграмі за значенням t₁  і знайденою величиною d₁.

 

2.5. Розрахунок  процесу сушіння.

В дійсній сушарці все тепло  агента сушіння витрачається на нагрівання сушильного матеріалу (зерна) , на випаровування вологи, на компенсацію втрат теплоти в навколишнє середовище і на нагрівання транспортних засобів.

2.5.1. Витрати теплоти на нагрівання  зерна:

          Q_м = М₂·С₂·( )

          Q_м = 21911,8·1,85·(40-5) = 1418789 кДж

де  відповідно температури зерна на вході в сушильну камеру і на виході із неї,  =5^оС,  =40^оС  [3];

     С₂ – теплоємність зерна на виході із зони сушки:

           

         

де С_с - теплоємність сухої речовини зерна,  С_с = 1,55 ;

 

     С_w – теплоємність води,  С_w = 4,19 .

Питомі витрати теплоти на випаровування 1 кг вологи:

          

 

2.5.2. Втрати теплоти в навколишнє  середовище через стінки сушильної  камери :

         

Питомі втрати теплоти в навколишнє середовище :

         

де k – коефіцієнт теплопередачі;

     SF – зовнішня поверхня розрахункової зони сушіння, через чку проходять втрати теплоти: SF = 18,24  м²    [3];

     t_ср – середня температура в сушарці (зоні сушіння):

     t₁ = 70^oC   [3]

         

     t_н – температура навколишнього середовища (для сушарок відкритого типу  t_н = t_о = 16^оС.

Значення SF визначають за відомою аналогічною конструкцією зерносушарки,  SF = 18,24  м².

Коефіцієнт теплопередачі  дорівнює:

         

         

де α₁ і α₂ – коефіцієнти тепловіддачі відповідно від агента сушіння до внутрішньої поверхні стіни сушильної шахти і від зовнішньої її поверхні до навколишнього середовища.

Оскільки V < 5 м/с, то:

          α₁ = С+Д·V₁ = 6,16+4,19·0,3 = 7,42

          α₂ = С+Д·V₂ = 6,16+4,19·0,1 = 6,58 

де А, С і Д –  коефіцієнти, які вибирають в  залежності від стану поверхні матеріалу. Оскільки в нас залізобетонні  стіни, то А = 7,55, С = 6,16  і  Д = 4,19.

    δ₁, δ₂, ... δ_n – товщина шару ізоляції матеріалів, δ = 0,1 м;

    λ₁, λ₂, ... λ_n – коефіцієнти теплопровідності ізоляційних матеріалів, для залізобетонної стінки λ = 1,54 Вт/м·К.

Швидкість повітряного потоку V₁ = 0,3 м, V₂ = 0,1 м.

Температуру відпрацьованого  агента сушіння після зони сушіння  визначають за формулою:

         

2.5.3. Втрати теплоти  на нагрівання транспортних засобів.

Дійсний аналітичний  розрахунок втрати теплоти на нагрівання транспортних засобів (у випадку  послідовного пропуску висушеного зерна  через шахти сушарки) дуже складний, тому користуються спрощеною формулою:

           

                       

Різниця поданої, і втраченої  теплоти, в сушильній шахті буде:

          DС = С_w· ₁ – (g_м + g_н.с. + g_тр)

          DС = 4,19·5 – ( 679,4+1,69 + 0) = -660,14 кДж/кг

 

де С_w·Q₁ – теплота вологи, введена в сушарку з висушуваним зерном.

          g_тр = 0.

2.6. Визначення  витрат теплоти, агента сушіння  і повітря.

З H-d діаграми нам відомо:

           d_o=4,0 ; d₁=6,7 ; d₂=15 ;

           H_o=26,1 ; H₁=78 ; H₂=65 ;

           ef=28 мм ; СD=42 мм ;

           m_d=0,36 ; m_i=0,77.

Щоб знайти проміжну точку  Е, для побудови лінії ВС, необхідно  на лінії ВС_о намітити точку е, виміряти відрізок ef в мм, а дальше з точки е відкласти вниз по вертикалі відрізок, величина якого визначається за формулою:

         

Лінія, що з’єднує точку  В з точкою Е, продовжена до точки  перетину (в точці С) з лінією заданою  φ₂ (або t₂) , зображає процес в сушильній камері дійсної сушарки.

Перпендикуляр CD, опущений з точки С на лінію d=const рівний 120 мм.

Для сушарки, яка працює на суміші топкових газів з повітрям:

         

Для визначення питомої  теплоти використовуємо рівняння:

         

Якщо провести через  точки А і В лінії Н=const , вони відсічуть на осі ординат відрізок, який є графічною різницею ентальпій Н₁ і Н_о . Отриманий відрізок рівний відрізку ef.

          ef·m_i = H ₁ - H_o

          28·0,77 = 75-26,1

          22 ≤ 48,9

Підставивши значення для (Н₁ – Н_о) отримаємо:

         

Годинні витрати теплоти Q  (кДж/год) на сушіння в сушильній камері визначають за формулою:

          Q = g · W_c = 1425,1 · 2088,2 = 2975,92 кДж/год.

Годинний розхід L (кг/год) сухого агента сушилки в сушильній камері буде:            L = e · W_c = 66,1 · 2088,2 =138030 кг/год

Об’єм вологого агента сушіння V при вході в сушильну камеру дорівнює

          

де V_o – об’єм вологого повітря, V_o = 1,12

2.7. Розрахунок  процесу охолодження зерна.

Процес охолодження супроводжується  додатковим випаровуванням деякої кількості  вологи з зерна.

Розрахунок охолоджувальної  камери в більшості випадків аналогічний розрахунку сушильної камери і також оснований на рівнянні балансу. Якщо позначити через М₃ масу зерна, яке вивантажується з охолоджувальної камери, в кг/год., а через ω₃ – вологість цього зерна в процентах, та рівняння балансу сухої речовини зерна в процесі охолодження можна подати в такому вигляді:

      М_с =

Кількість вологи, яка  випарувалась з зерна в охолоджувальній  камері, приймають в межах від 0,5 до 1%, тобто ω₃ = ω₂ – 1 = 11,5 – 1 = 10,5%.

На основі цього рівняння визначають масу зерна після охолоджувальної  камери :

            

           

            

Кількість вологи, яка випарувалась в охолоджувальній камері, визначають за рівнянням:

           W^х = М₂ – М₃ = 21911,8 – 21666,9 = 244,9 кг/год

Годинні втрати сухого повітря  для охолоджувальної камери дорівнюватиме:

          L^х =

          L^х =

         

Кількість теплоти, яку віддає зерно, віднесена до 1 кг випарованої вологи

         

де С₃ – теплоємність зерна, яка визначається за формулою:

           

           

     - температура зерна при виході з охолоджувальної камери, =15^оС;

      g_о.ср. – витрати теплоти в навколишнє середовище через поверхню стінок охолоджувальної камери, g_о.ср. = 0.  

Дальший розрахунок проводиться  графічно, d₃ = 17,5, е₁f₁=16мм, C₁D₁=32мм.

         

Питомий розхід повітря  на охолодження визначають за формулою:

         

         

Годинні втрати сухого повітря  в охолоджувальній камері рівні:

          L^x = e^x·W^x

                L^x = 86,8·224,9 = 19521,3 кг/год;

Об’єм вологого повітря при вході  в охолоджувальну камеру:

         

Об’єм вологого повітря  при виході з охолоджувальної  камери:

         

де  і – об’єм вологого повітря, = 0,86

    =0,82 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.4. Діаграма залежності вологовмісту від питомої ентальпії.

 

 

3. РОЗРАХУНОК ОПАЛЕННЯ  СПОРУД 

ЗАХИЩЕНОГО  ГРУНТУ.

Для опалення теплиць  і парників в якості теплоносія можуть використовуватися  пара або гаряча вода. Водяна теплова мережа простіша паропроводів, розхід  металу менший. Крім того, при водяному обігріві покращуються умови регулювання температурного режиму в теплицях і спрощується будова та експлуатація котельної.

В даному випадку пропонується слідуюча будова теплової мережі теплиці.

Система опалення двохтрубна з верхнім розливом води. Циркуляція води забезпечується насосом.

В якості нагрівних приладів встановлюються гладкі труби.

В теплиці монтується поливний водопровід. Витрати води приймаються 10л на 1 м² площі підлоги за добу. Поливання проводиться підігрітою водою.