Тепловые расчеты
.docxТепловые расчеты
Количество тепла , необходимое для производства ДСП, определяем производя тепловые расчеты основного оборудования: Бассейна для ГТО, Сушилки CHU-25? KGCI и пресса Д7446, а также реактора смолы «ЛБС-1».
Тепловые расчеты бассейна
-
Расход тепла на нагревание абсолютно сухой древесины.
Расход тепла на нагревание абсолютно сухой древесины
где – объем сырья, равный 1
- плотность сырья абсолютно сухого, равная 600 ;
- удельная плотность абсолютно сухой древесины,
- средняя температура чурака, °С;
- начальная температура древесины, °С;
где – температура в центре чурака после прогрева, °С;
°С
кДж
-
Потери тепла через стенки и дно бассейна.
,
где Кс - коэффициент теплоотдачи стенок бассейна;
F - площадь стенки и дна бассейна, м2;
t 1 – температура воды в бассейне, °С;
t 2 – начальная температура древесины, °С;
Tнагр – продолжительность оттаивания и нагревания сырья, с.
где коэффициент теплоотдачи от воды к стенке, равный 358-477 Вт/м2·град·с;
коэффициент теплоотдачи от стенки к грунту 2,4-2,9 Вт/м2·град·с;
толщина стенки бассейна, равная 0,025 м;
коэффициент теплопроводности, равный 0,3 Вт/м2·град·с.
F = 1,9·2,5·8 + 2,5·3·8 + 1,9·3·4 =120,8 м2
Q2= 2,13·120,8 (40 –(-10))·33,08·
-
Потери тепла с водой, увлекаемой с отгруженным сырьем:
Q3 = 3 · 4,18 · Fк · t1 ,
где F- общая поверхность, м2
Fк = πdcln
Fк = 3,14 ·0,25·1,6·13 = 16,33 м2
Q3 = 3·4,18·16,33·40 = 8191,13 кДж
-
Расход тепла на нагревание воды после смены ее в бассейне
Q4 =
где Vб - объем бассейна, м3
Vб = 2,5·4·3·1,9·2 = 114 м3
Q4 = 4,18 = 2243,49 кДж
-
Расход тепла на нагрев охлажденных дна и стенок бассейна
Q5 = · ,
где Vм – объем материала стенок и дна бассейна, м3;
Т – период смены воды в бассейны, равные312 ч.;
ρм – плотность материала для железобетона, равная 2400 кг/м3;
См – средняя теплоемкость материала стенок для бассейна равная 0,92 кДж/кг·град;
tox – температура охлаждения воды внутренней поверхности, °С
Q5 =
Полезные затраты тепла на 1 м3 сырья
Qп.з. =Q1 + Q2 + Q3 +Q4 +Q5
Qп.з. = 52724,58 + 8191,13 + 2243,49 + 8,49 =63167,69 кДж
Общий расход тепла на тепловую обработку 1м3 сырья
Q общ =Q1+ Qп.з.
Q общ = 33945,6 + 63167,69 = 97113,29 кДж
Тепловые расчеты сушилки СРГ-25
-
Количество испаряемой влаги
М1м3=ρ0
где ρ0 – плотность абсолютно сухого шпона, кг/м3;
– начальная влажность шпона, %;
– конечная влажность шпона, %;
Ки - коэффициент объемной сушки, равный 0,64
М1м3= 600
-
Определение теплопотерь
Потери тепла с высушенным шпоном.
Qм = Кз ,
где К – коэффициент перехода, равный 4,19 при в кДж
Со – теплоемкость абсолютно сухой древесины, равная 0,38
t2 – температура агента сушки при выходе
=t2 - 20°C = 150-20=130°C
°С
Qм= 4,19 =286,6 кДж
Конструкция ограждений сушилки –щитовая и состоит из рамок, обшитых с внутренней стороны сушилки листовой сталью толщиной δ1=2 мм, а с наружной стороны листовой сталью толщиной δ3=1,5мм с прокладкой между облицовками теплоизоляционным материалом – минеральной ватой с толщиной слоя δ2
λ1 = λ3 = 58 Вт/м°С λ2 =0,07 Вт/м°С = 35°C
Ввиду значительной разницы температур по длине сушилки целесообразно толщину теплоизоляции рассчитать первой ее половины на расчетную максимальную температуру 300°С, а для второй на температуру 200°С. Тогда толщина теплоизоляционного слоя 1-й половины сушилки.
δ2 = λ2( )
δ2 = 0.07=137 мм
Принимаем δ2 = 130мм
Для второй половины
δ2 = 0.07=83мм
Принимаем δ2 = 80мм
Площадь поверхности ограждений F, м2 для каждой половины сушилки
F = ,
где - общая длина сушильных секций, м
– высота сушилки( 2,7м)
− ширина сушилки ( В= lp + 2B1 + 2S1 = 3,9+2·0,2 +2·0,109 = 4,52м)
- толщина дверей равная 130 +2+1,5 = 133,5 и 80+ 2+ 1,5=83,5 ( в среднем 109мм)
- ширина бокового коридора , равная 0,2м
- длина шкафа 2·1,08=2,16 м.
− ширина шкафа подачи (отвода) газов , равная 0,8 м.
F = 10,8·2,7+4,52·2,7+10,8·4,52+4·0,8·2,7+4·0,8·2,16 =105,7 м2
Коэффициент теплопередачи ограждений от агента сушки к окружающей среде для:
Первой половины длины сушилки:
К =
Второй половины длины сушилки
К =
Теплопотери через ограждения ( с учетом коэффициента теплопотерь 1,7 с утечкой газовоздушной смеси)
Qпот. = 1,1·F·K(t1-t0)3,6
Для первой половины сушилки
Qпот. = 1,1·3,6·105,7·0,465·1,7(
Для второй половины сушилки
Qпот.общ = 1,1·3,6·105,7·0,746·1,7(
Общие теплопотери через ограждения с учетом утечки газовоздушной смеси.
Qпот. =
Теплопотери на испарение 1 кг. влаги:
Qпот.вл. =
где М – расчетное часовое количество испаренной влаги, кг/ч
М = Pрасч.· М1м3
М= 3,23·410,96 =1327,40 кг/ч
Qпот.вл.= кДж/кг влаги
Теплопотери с материалом и через ограждения
Qт.п. = Qм + Qпот.вл. = 286,6+119,32 =405,92 кДж/кг влаги
Определение расхода тепла:
Задаемся влагосодержанием поступающего в сушилку агента сушки d1=200 г/кг при t1=300°C/ Удельный объем газовоздушной смеси υ1=2,18 м3/кг сухого воздуха.
Количество подаваемого в сушилку агента сушки
g =
где V1- объем циркулирующего агента сушки.
V1 = 3600Sп.с.·υа.с
где Sп.с –площадь поперечного сечения сушилки, м2
Sп.с= lp·H1
где lp-длина роликов, равная 3,9м
Sп.с = 2,7·3,9 = 10,53 м2
υа.с – скорость агента сушки, равная 2,0 м/с
V1= 3600·10,53·2,0 = 75816 м3/ч
Прирост влагосодержания агента сушки
Δd =d2 – d1=
Влагосодержание отработанного в сушилке агента сушки
d2 =Δd + d1=38,17+200 = 238,17 г/кг воздуха=240 г/кг сухого воздуха
При построении процесса сушки в Id-диаграмме по заданным параметрам находим (·)А с параметрами t0==20°C; влагосодержанием d0=9 г/кг; этальпией I0=41,9 кДж/кг. Находим (·)М с параметрами tс.г. =900°С и dс.г.=127 г/кг. Линия АМ Является линией горения топлива с заданной относительной влажностью W0=45%
Процесс сушки на в Id-диаграмме характеризуется (·)1 с параметрами поступающей в сушилку газовоздушной смеси t1=300°C и d1=200 г/кг сухого воздуха и (·)2 с параметрами отработанными в сушилке газовоздушной смеси t2= 150°C и d2 = 240 г/кг сухого воздуха.
На продолжении линии1-2 до пересечения с линией АМ находим (·)К с параметрами dк=110 г/кг сухого воздуха и tк=750°С, Iк=1250 кДж/кг.
Количество циркулирующей в сушилке газовоздушной смеси, кг/кг влаги.
lц =
lц =
Количество газов выбрасываемых из сушилки отработанных газовоздушных смесей в атмосферу, кг/кг влаги
lк = = кг/кг влаги
Расход тепла на испарение 1 кг влаги.
Qисп = = = 9293 кДж/кг влаги
Общий расход тепла
Qобщ = Qт.п+ Qисп = 405,92+9293 =9698,9 кДж/кг влаги
Тепловые расчеты линии пропитки и сушки шпона ЛПСШ
Расход пара определяется по тепловому балансу, кДж
Qобщ = Qшп + Qc +
Расход тепла на нагрев шпона, кДж
Qшп = q1·c1(tк-tн) ,
где с1 – теплоемкость шпона , равная 2,52 кДж/кг· К
tк,tн – конечная и начальная температура шпона (tк=90°С, tн=25°С)
Площадь одного листа шпона
F=1,6·1,6 =2,56 м2
Скорость сушки V=35 м/мин = 0,58м/с
Количество вещества
q1= 0,58·2,4·2 = 2,7 м2/с
Qшп = 2,7·2,52 (90-25) =442,3 кДж
Расход тепла на нагрев смолы
Qc= qc·c1(tк-tн)
Содержание смолы
qc=0,5· q1 -0,5·2,7 = 1,3 кг·м2/с
Теплоемкость смолы Ссм= 2,65 кДж/кгК
Qc=1,3·2,65(90-50) = 137,8 кДж
Расход тепла на нагрев растворителя
Qр= 0,5qc·cр(tк-tн)
где cр – теплоемкость спирта, равная 4,15 кДж/кг·К
qc- содержание смолы, равное 1,3 кг·м2/с
Qр= 0,5·1,3·4,15(90-50) = 107,9 кДж
Расход тепла на испарение растворителя
,
где r =830 кДж/кг – теплота парообразования спирта;
- содержание смолы
Общие затраты тепла
Qобщ = 442,3+137,8+107,9+539,5 =1227,5 кДж
Тепловые расчеты пресса Д7446
Расход тепла на нагрев плит пресса Q1
Размер плит пресса 1,67×1,67×0,065 м
Объем плит пресса Vn = 1,67·1,67·0.065 = 0.179м3
Расстояние между каналами для пара =0,06 м
Диаметр канала 0,026м
Расстояние от канала до края плиты 0,1м
Количество каналов в плите n = 1,67/(0,026+0,06) = 19
Длина канала l = 1,65 –(0,1·2) = 27.6 м
Объем занимаемый каналами в плите
V= π r2 l,
где r – радиус, м
V=3,14·0,132·27,6 = 0,015 м3
Удельный вес стали 7850 кг/м3
Объем металла в одной плите
Vм = Vn –V = 0,179 – 0,015 = 0.164 м3
Вес одной плиты пресса
М = Vм·7850 =1,164·7850 = 1288 кг
Расход тепла на нагрев плит пресса
Q1 = n· М· С1 (t2 – t1)
где n- число рабочих промежутков;
М – вес одной плиты пресса, кг
С1-теплоемкость стали , равная 0,5 кДж/кг· град
t2 , t1 – конечная и начальные температуры, °С
Q1 = 10·1288·0,5(150-40) = 708400 кДж
Расход тепла на нагрев прокладочных листов «Q2»
Размер прокладочных листов 1,65×1,74×0,005 м
Объем прокладочных листов Vп.л. = 1,65·1,74·0,005 = 0,014 м3
Удельный вес прокладочных листов 7900 кг/м3
Вес одного листа:
М= Vп.л.·7900 = 0,14·7900 = 110кг
Q2=M·n·C2(t2 – t1)
где n- количество прокладочных листов;
С2-теплоемкость стали , равная 0,5 кДж/кг· град
t2 , t1 – конечная и начальные температуры, °С
Q2=110·0,5·40(150-40) =242000 кДж
Расход тепла на нагрев сухой массы пластика «Q3»
Q3 =
Размер пластика 1,6×1,6×0,01 м
Объем пластика Vпл. = 1,6·1,6·0,01 = 0,026 м3
Плотность пластика 1200 кг/м3
Вес одного пластика:
где Сn – теплоемкость пластика, равная 2,62 кДж/кг·ч;
n –число этажей пресса;
конечная и начальная температуры;
– влажность пакета,%
Q3 =
Расход тепла на нагрев влаги, оставшейся в пластике после прессования «Q4»
Количество воды, оставшейся в пластике.
Мв =Мn·Wпл.·n = 31,2·0,08·10 = 25 кг
Q4 = Mв·Св( = 25·4,18(150-40) = 11495 кДж
Расход тепла на выпаривание избыточной влаги «Q5»
Q5 = d(i2-i1)
d =
i2-i1 = r при 150 °С ·к = 2120 кДж/кг
Q5 =6,8·2120 = 14416 кДж
Тепловые потери от верхней части и нижней плиты, за счет теплопроводности «Q6»
Q6= F
где F – поверхность пластика, м2
λ – коэффициент теплопроводности плиты, равный 46,5 Вт/м·К;
толщина плиты, м;
цикл прессования, равный 170 м.
Q6=1,6·1,6·
Расход тепла за один цикл прессования «Qц»
Qц = Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 = 708400+242000+83257.8+11523+14416+3705.7=1063302.50 кДж
Расход тепла за 1 час
Qч =
За одну упрессовку 1,6·1,6·1200·0,01·10·3 = 921,6 кг пластика
За одну тонну пластика
Q1т.пл. = =1153757,05 кДж
Тепловой расчет реактора ЛБС-1
На одну загрузку смолы необходимо тепловой энергии:
QƩ = Q1 +Q2+Q3
Определение затрат тепловой энергии на нагрев компонентов:
Q1 = Ссм · mсм·Δt ,
где Ссм - теплоемкость смеси компонентов, кДж/кг·град;
mсм – масса смеси, кг;
Δt - температурный интервал от начальной температуры загрузки компонентов ( 20°С) до температуры синтеза (98°С).
Теплоемкость смеси выражается формулой:
Ссм = Ʃ Сi · xi
где Ʃ Сi - Сумма удельных теплоемкостей, входящих в состав реакционной смеси, кДж/кг·К;
xi – массовая доля компонентов смеси, %;
Ссм = Сформ · xформ + Сам.вод· xам.вод + Сфенола · xфенола + Сспирта · xспирта
Масса реакционной смеси:
mсм = 148,6 + 5 + 100 + 125 = 378,6
Рецептура спирторастворимой смолы 50%-й концентрации (50% сухих веществ, 50% растворителей (H2O + C2H5OH), % по массе:
Формалин (37 %) = 39,25
Аммиачная вода (25 %)
Фенол
Спирт
________________________________________________________
Всего: 100
Определяем теплоемкость компонентов при :
tср = = = 57°С
Таким образом, удельная теплоемкость веществ, входящих в состав реакционной смеси [X], кДж/кг·град
Формалин (37 %) 3,24
Аммиачная вода (25 %) 4
Фенол
Спирт 2,5
Ссм =
Q1 =
Определение затрат тепловой энергии на нагрев реактора:
Q2 = Сст · mр·Δt ,
где Сст - теплоемкость стали, кДж/кг·град;
mр – масса реактора, кг;
Δt - разность температур от ( 20°С) до температуры синтеза (94°С).
Q2 =
Потери при нагревании реактора и компонентов принимаем 10%.
Q3 = 0,1(Q1 + Q2) = 0,1(
QƩ = = 34488,288
Расход греющего пара
Gгр.пара =
где r –удельная теплота парообразования про температуре 140°С (2150 кДж/кг);
х – степень сухости пара (0,9).
Gгр.пара = = 17,82 кг
Таким образом, на одну варку смолы потребуется 17,82 кг греющего пара. Во время синтеза смолы нагрев реактора до температуры 98°С осуществляется за 40 минут, соответствено расход пара на стадии нагрева реакционной смеси составит, кг/час:
Расход греющего пара в сутки составит, кг
= 71,28