Основні теоретичні положення

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБОТ

З ДИСЦИПЛІНИ «ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА УСТАНОВКИ»

для студентівза напрямом 6.050601 «Теплоенергетика»

Затверджено редакційно-видавничою

секцією науково-методичної ради ДДТУ

______ 2010 р., протокол № ____ від ____

Дніпродзержинськ

Методичні вказівки до лабораторних робот з дисципліни «Теплотехнологічні процеси та установки» для студентівза напрямом 6.050601 «Теплоенергетика»/ Укл. Долгополов I.C / Дніпродзержинськ, 2010. - 32с.

Відповідальний за випуск: Яловий M.I.,проф., д.т.н.

Рецензент: Количєв С.В., доцент, к.т.н.

Затверджено на засіданні кафедри теплоенергетики

/протокол № ____ від _____ 2010 р./.

ЗМІСТ

Стор.

Лабораторна робота №1 «Дослідження кінетики сушіння матеріалів»……..4

Лабораторна робота №2 «Дослідження енергетичної ефективності

сушарок»………………………………………….14

Лабораторна робота №3 «Дослідження гідравліки зваженого шару»……...19

Лабораторна робота №4 «Дослідження роботи теплообмінників»………...24

Перелік посилань……………………………………………………………....32

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

"ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ СУШІННЯ МАТЕРІАЛІВ"

Мета лабораторної роботи:

1. Вивчити процес конвективного сушіння матеріалу.

2. Побудувати криві сушіння та швидкості сушіння.

3. Розрахувати необхідний час сушіння при заданому кінцевому вологовмісті матеріалу, спів ставити розрахункову і експериментальну тривалість сушіння.

4. Визначити показники витрат енергії на сушіння матеріалу у сушарці.

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Конвективне сушіння матеріалів здійснюється шляхом безпосереднього контакту матеріалу, що висушується, з сушильним агентом, у якості якого найчастіше використовується нагріте в калорифері атмосферне повітря (або топкові гази в суміші з повітрям).

Сушильний агент відіграє роль тепло- і вологоносія, передаючи матеріалові теплоту та приймаючи від нього вологу Висушування (зневоднювання) матеріалу складається з трьох основних етапів:

1) пароутворення на поверхні матеріалу під впливом теплоти принесеної сушильним агентом;

2) переміщення водяної пари від поверхні матеріалу в навколишнє середовище під дією рушійної сили,яка дорівнює різниці парціальних тисків водяної пари в примежовому повітряно-паровому шарі (на поверхні матеріалу) і в навколишньому повітряному середовищу, де знаходиться матеріал;

3) переміщення вологи з середини матеріалу, що висушується, у напрямку до його поверхні, відбувається під впливом рушійної сили, якою є різниця концентрацій вологи в різних місцях об’єму матеріалу.

Швидкість сушіння матеріалу визначається зменшенням вологості матеріалу dw⁰ за нескінченно малий проміжок часу dt, тобто:

(1)

і залежить від форми зв'язку вологи з матеріалом та механізму переміщення вологи у матеріалі. Зміна в часі вологи матеріалу, віднесеної до кількості абсолютно сухих речовин (вологовміст w^с) ілюструється звичайно кривою сушіння, яку будують на основі експериментальних даних (рис. 1). Як видно з цього рисунка, після невеликого проміжку часу t₀ – періоду підігріву матеріалу, протягом якого вологовміст практично не змінюється, настає період постійної швидкості сушіння 1(1-й період). Вологовміст матеріалу зменшується досить інтенсивно за прямолінійним законом до досягнення першого критичного вологовмісту до w^c_к (критична точка К), після чого починається період спадної швидкості сушіння, обумовлений часом t₂ (2-й період). Наприкінці другого періоду вологовміст матеріалу асимптотично наближається до рівноважного w_р^с.

У перший період сушіння фактори, шо визначають швидкість сушіння, - це параметри сушильного агенту (температура, швидкість). У другому періоді швидкість сушіння визначається швидкістю переміщення вологи із середині матеріалу до його поверхні і залежить, в основному, від вологопроводимості матеріалу, його вологовмісту та геометричної форми.

Звичайно швидкість сушіння в кожному періоді визначається методом графічного диференціювання кривої сушіння. Якщо на цій кривій (рис. 1) вимірити кути нахилу дотичних до неї, проведених у різних точках кривої, то значення tg z будуть дорівнюють похідним , тобто швидкостям процесу сушіння в даних точках. Відклавши на вісі ординат значення _, а на вісі абсцис - відповідні значення вологовмісту w_i^с, у місцях перетинання відповідних значень абсцис та ординат одержимо низьку точок. Лінія, що проходить через ці точки, називається кривою швидкості сушіння (рис. 2). У періоді постійної швидкості сушіння ця лінія буде горизонтальною. У другому періоді вид кривих швидкості сушіння буде різним у залежності від матеріалу та форм зв'язку вологи в ньому.

Величини тривалості сушіння в першому і другому періодах визначаються за допомогою різних методів і рівнянь у залежності від структури, фізико-хімічних і теплофізичних властивостей матеріалу.

Розглянемо один з методів визначення тривалості сушіння матеріалу, запропонований О.В. Ликовим. Згідно з цим методом криву швидкості сушіння в другому періоді замінюють прямою, яка проводиться з точки w_р^с таким чином, щоб вона відтинула рівновеликі (заштриховані) площі з обох сторін основної кривої сушіння до перетину з лінією N=const. є точкою приведеного критичного вологовмісту матеріалу . В залежності від виду кривої швидкості сушіння у другому періоді сушіння точка перетину К_п може знаходитися вліво або вправо від критичної точки К, яку отримано в експерименті.

Тривалість сушіння в періоді постійної швидкості сушіння визначається за рівнянням

, (2)

де , – початковий і приведений критичний вологовміст матеріалу, %;

N – швидкість сушіння в першому періоді, % за хвилину; визначається за допомогою рис. 2.

в)

б)

а)

Рис.1 Крива сушіння а), лінія зміни температури матеріалу під час сушіння б) та крива швидкості сушіння в)

Тривалість сушіння в періоді спадної швидкості сушіння визначається за рівнянням

, (3)

де – заданий кінцевий вологовміст матеріалу, %;

– рівноважний вологовміст матеріалу, %.

Рис 2а. Криві швидкості сушіння у другому періоді сушіння

Рис 2а. Приклади визначення приведеної критичної швидкості сушіння у другому періоді сушіння

Відносна вологість сушильного агенту (повітря) у сушильній камері визначається по психрометричним таблицям для середніх значень температур сухого t_c і мокрого термометрів t_м при відомих значеннях швидкості руху сушильного агента в сушильній камері. У психрометричних таблицях відносна вологість повітря є функцією його температури t_c та психрометричної різниці температури t_c – t_м.