Эксергетический анализ сушильных установок

Министерство науки и образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Волгоградский государственный технический университет

 

Кафедра «Процессы и аппараты химических производств»

 

 

 

Курсовая работа на тему:

«Эксергетический анализ сушильных установок»

Вариант №18

 

 

 

 

 

 

Выполнила: ст. гр. ХМАМ-1п

Суслова К.О.

Проверил:

Ассистент Васильев П. С.

 

 

 

 

Волгоград 2014г.

 

Аннотация

В курсовой работе проведен эксергетический анализ пневматической сушильной установки, в которой осуществляется процесс сушки дисперсного материала в потоке нагретого греющим паром воздуха. Структура работы представлена введением, двумя разделами, заключением, списком используемых источников. В ведении определена актуальность эксергетического анализа для реальных теплоиспользующих систем.

Курсовая работа содержит 20 страниц машинописного текста, 2 таблицы, 5 библиографических источников.

Графическая часть выполнена на 1 листе формата А4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….…….…3

1 Задание на курсовой  проект……………………………………………… ..….….6

2 Расчетная часть……………………………………………………………. ..……..7

2.1 Материальная баланс  процесса сушки……………………….… ……....7

2.2 Тепловой баланс процесса  сушки……………………………………….7

2.3 Эксергетический баланс  пневматический сушильной установки…..….11

Выводы……………………………………………………………………… ....…..19

Список использованных источников…………………………………………..…20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В химических производствах часто приходится удалять влагу из обрабатываемых материалов – главным образом воду из твердых тел. Влага может быть удалена из материалов с помощью сушки.

Сушка это один из наиболее сложных и энергоемких процессов химической промышленности. По физической сущности сушка является процессом совместного тепломассопереноса и сводится к перераспределению и перемещению влаги под воздействием теплоты из глубины высушиваемого материала к его поверхности и последующему ее испарению[2].Полезным эффектом данного процесса является изменение качества обрабатываемого продукта. Сушильные установки включают в себя значительную часть типового тепломассообменного оборудования ( насосы, компрессоры, теплообменники),в котором осуществляются процессы, связанные с переносом вещества, энергии и количества движения[5].

Реальные системы теплоиспользующих производств далеки от идеальных и используют значительное количество внешней энергии. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасли занимают первое место, а химическая – второе место по потреблению тепла, что составляет соответственно 12,6 и 11,0 процентов от общего потребления тепла[4].

Такие высокие показатели обусловлены низким качеством преобразования

Энергии в теплоиспользующем оборудовании, неправильной организацией процесса, большими потерями энергии и низкой степенью рекуперации вторичных энергоресурсов. В связи с этими все большее внимание уделяется анализу химико-технологических процессов и разработке методов расчета эффективности использования потребляемой в них энергии. Наиболее перспективен эксергетический метод термодинамического анализа реальных теплоиспользующих систем. Достоинство этого метода состоит в том, что он позволяет судить о степени совершенства процессов, протекающих внутри аппарата, по внешней характеристике – разности эксергии на входе и выходе аппарата.

Эффективность работы оценивается с помощью относительной характеристики – эксергетического КПД. Методика осуществления эксергетического анализа промышленных установок основывается на определении потоков всех видов эксергии ,  а также внешних и внутренних эксергетических потерь и мест их проявления[4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Задание на курсовою работу

Выполнить эксергитческий анализ пневматической сушильной установки, в которой осуществляется процесс сушки/досуши дисперсного материала в потоке нагретого греющим паром воздуха по следующим исходным данным:

Производительность по высушенному материалу G2 = 3500 кг/с

Начальная влажность материала w1= 9,0 %

Конечная влажность материала w2= 1,0 %

температура материала на входе в сушилку t0= 18 °С

температура материала на выходе в сушилку t2= 77 °С

влагосодержание воздуха на входе в калорифер Х 0 = 0,010 кг влаги/кг сух. возд

влагосодержание воздуха на выходе в калорифер Х 2 = 0,028 кг влаги/кг сух. возд

Теплоемкость материала см = 3,43 кДж/кг°С

Избытное давление греющего пара Ризб = 0,80 МПа

Гидравлическое сопротивление материала DР = 4200 Па

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчетная часть

 

1. Материальный баланс процесса сушки

 

2.1.2 Количесво удаляемой из материала влаги в процесс сушки

 

 

 

2.1.3 Расход влажного материала на входе в сушилку

 

 

2.1.4 По диаграме опредили относительную

 

2.1.5 Удельный расход абсолютно сухого воздуха

 

 

2.1.5 Массовый расход абсолютно  сухого воздуха

 

 

2.2 Тепловой баланс процесса  сушки

2.2.1 Удельный расход теплоты в калорифере

 

 

     

    

2.2.2 Потери теплоты в окружающую среду

 

 

 

2.2.3 Расход греющего пара  в калорифере

 

 

РабсРизб Р0 ꞊ 0,8 + 0,1013 ꞊ 0,9013 МПа ꞊  9,013 бар

 

2.2.4 Проверочный расчет  удельного расхода теплоты в  калорифере для уточнения расхода греющего пара

 

 

 

т.к более 5-8% следует уточнить теплосодержения

 

 

 

 

2.2.5 Pасход теплоты на испарение влаги из материала

 

t2= 77 °С  Х 2 = 0,028 кг влаги/кг сух. возд 

2.2.6 Pасход теплоты на нагревание материала

 

 

 

2.2.7 Pасход теплоты на нагревание влаги в материале

 

 

 

 

2.2.8 Pасход теплоты на перегрев паров

 

 

 

2.2.9 Потери теплоты, связанные  с политропностью процесса 

 

 Где,      

 

2.2.10 Потери теплоты с отходящими газами

 

 

2.2.11 Таблица теплового  баланса процесса сушки

№ п/п	Затраты Теплоты	qт кДж/кг влаги	Доля %
1	Испарение влаги из материала	= 2411	21,6
2	Нагрение материала	= 2085,8	18,6
3	Нагрение влаги в материале	=109,59	0,982
4	Перегрев паров	= 76,83	0,688
5	Потери в окружающую среду	= 316,75	2,83
6	Потери из-за политропности процесса	= 269,89	2,42
7	Потери с отходящими газами	= 5888,3	52,7
	ИТОГО	11158,76	100

 

 

 

 

 

 

 

3. Эксергетический баланс пневматической сушильной установки
1. Расчет полной удельной эксергии греющего пара

2.3.1.1 Полная эксергия греющего пара

 

 

Где,

       

 

2.3.1.2 Полная удельная эксергия  греющего пара, отнесенная к 1 кг   удаленной влаги

 

 

2.3.2 Расчет удельной эксергии сушильного агента на входе в трубу сушилки

2.3.2.1 Удельная эксергия  влажного воздуха после калорифера

 

 

 

2.3.2.2 Общая эксергия сушильного агента на входе в трубу сушилки

 

 

 

 

2.3.2.3 удельная эксергия  сушильного агента на входе  в трубу сушилки, отнесенная к 1 кг   удаленной влаги

 

 

2.3.3 Расчет удельной эксергии  сушильного агента на выходе  в трубы сушилки без учета  испаряемой влаги

2.3.3.1 Удельная эксергия  влажного воздуха на выходе  из трубы сушилки

 

 

 

2.3.3.2 Обшая эксергия сушильного агента на выходе из трубу сушилки без учета испаряемой влаги

 

 

2.3.3.3 Удельная эксергия  сушильного агента на выходе  из трубу сушилки без учета  испаряемой влаги, отнесенная к 1 кг   удаленной влаги

 

 

2.3.4 Расчет эксергии, отданной сушильным агентом в процесс сушки

2.3.4.1 Эксергия, отданная сушилным  агентом

 

 

2.3.4.2 Удельная эксергия  отданная сушилным агентом и  отнесенная к 1 кг   удаленной  влаги

 

 

2.3.5 Расчет потерь эксергии  в калорифере

 

2.3.6 Расчет эксергетического  КПД калорифера

 

2.3.7 Расчет затрат эксергии  на испарение влаги из материала

 

 

 

2.3.8 Расчет удельных затрат  эксергии на нагревание материала

2.3.8.1 Затраты эксергии нагрение материала

 

 

 

2.3.8.2 Удельные затраты эксергии на нагреваниение материала, отнесенные к 1 кг   удаленной влаги

 

 

 

 

2.3.9 Расчет потерь эксергии в окружающую среду

 

 

2.3.10 Расчет потерь эксергии  вследствие гидравлического сопротивления, создаваемого материалом в трубе сушилки

 

 

 

2.3.11 Расчет потерь эксергии, обусловленных смесиванием паров влаги с сушильным агентом

2.3.11.1 Изменение энтропии  при смешивании паров влаги  с сушильным агентом

 

 

2.3.11.2 Мольная доля влаги  в сушильном агенте, поступающим в сушилку

 

 

 

2.3.11.3 Изменение влагосодержания  водяного пара

 

 

 

2.3.11.4 Молярная масса сушильного  агента, поступающего в сушилку

 

 

 

2.3.11.5 Мольная доля испаренной влаги в конечной смеси 2

 

 

 

2.3.11.6 Мольная доля смеси 1 в конечной смеси 2

 

 

2.3.11.7 Изменение энтропии при смешивании влажного воздуха (смеси 1) и водяного (смеси 2)

 

 

2.3.11.8 Изменение энтропии при смешивании влажного воздуха и водяного отнесенной к массе сушильного агента на выходе из сушилки

 

 

 

2.3.11.9 Изменение эксергии  при смешивании сушильного агента  на входе из сушилку, с удаляемой  в процессу сушки влагой

 

 

 

2.3.11.10 Удельные затраты  при смешивании, отнесенные к  количеству удаленной влаги

 

 

2.3.12 Расчет потерь эксергии вследствие неравномерного внутреннего и внешнего теплообмена

 

 

 

 

2.3.13 Расчет эксергетического  КПД  сушильной установки

 

 

2.3.14 Таблица эксергетического  баланса пневматической сушильной  установки

 

№ п/п		Затраты эксергии		кДж/кг уд.влаги		Доля %
1		Испарение влаги из материала				2,5
2		Нагревание материала				3,5
3		Эксергия отданная сушильным агентом				43,8
4		Потери в калорифире				12,4
5		Потери в окружающую среду				1,7
6		Потери вследствие гидравлического сопротивления				3,8
7		Потери при смешивании паров влаги с сушильным агентом				12,1
8		Потери вследствие неравномерного внутреннего и внешнего теплообмена				20,1
	ИТОГО		5062,68		100