Контрольная работа на тему «Определить тепловой баланс сушилки гипсовых форм в производстве керамических изделий»является самостоятельной квалификационной работой студента по дисциплине «Основы технологий производств». | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Цель работы – обобщить и закрепить знания и умения студента в оценке составления материальных и энергетических балансов производств. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Исходные данные принять из табл. 1 и приложения А. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последние цифры зачетки | FПОВ, | tПОВ, | UHАЧ, | UКОН, | tНАЧ, | tКОН, | WФ, | Nф, | ||||||||||||||||||||||||||||||
М2 | оС | % | % | оС | оС | кг | шт | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | 2200 | 40 | 38 | 14 | 55 | 180 | 1,2 | 100 | ||||||||||||||||||||||||||||||
Введение | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловые балансы, отражающие равенство прихода тепла в систему с материальными потоками и энергоресурсами и расход теплоты на выходе из системы (с учетом тепловых эффектов, протекающих в системе химических реакций). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловой баланс составляют на основе закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс, равно количеству выделившейся энергии, т. е. приход энергии равен ее расходу. Проведение химико-технологических процессов обычно связано с затратой различных видов энергии механической, электрической и др. Эти процессы часто сопровождаются изменением энтальпии системы, в частности, вследствие изменения агрегатного состояния веществ (испарения, конденсации, плавления и т. д.). В химических процессах очень большое значение может иметь тепловой эффект протекающих реакций. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловой баланс, который в общем виде выражается уравнением: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Qн = Qк + Qп, (1) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
где Qн - подводимое тепло; Qк - отводимое тепло, складывается из тепла, удаляющегося с конечными продуктами и отводимого с теплоносителем (например, с охлаждающим агентом); Qп - потери тепла в окружающую среду. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
При этом подводимое тепло равно: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Qн = Q1 + Q2 + Q3, (2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
где Q1- тепло, вводимое с исходными веществами; Q2 - тепло, подводимое извне, например, с теплоносителем, обогревающим аппарат; Q3 - тепловой эффект физических или химических превращений (если тепло в ходе процесса поглощается, то Q3 входит с отрицательным знаком). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
На основании теплового баланса находят расход водяного пара, воды и других теплоносителей, а по данным энергетического баланса общий расход энергии на осуществление процесса. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Расходная часть теплового баланса включает следующие статьи: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты, необходимой на компенсацию потерь в окружающую среду (Qп) в Мкал/час; | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты, необходимой на нагрев испаряемой воды изформы (QВЛ.Ф)в Мкал; | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты, необходимой на испарение воды из формы (QИСП) в Мкал; | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты, необходимой на нагрев самой формы (QФ) в Мкал. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последовательность расчета | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду (Qп) в Мкал/час рассчитывается по формуле (3); | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты, необходимой на нагрев испаряемой воды изформы (QВЛ.Ф) в Мкал рассчитывается по формуле (4); | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты, необходимой на испарение воды из формы (QИСП) в Мкал рассчитывается по формуле (5); | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- расход теплоты, необходимой на нагрев самой формы(QФ) в Мкал рассчитывается по формуле(6). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рассчитаем расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду (Qп) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Qп= ά1 ·FПОВ · (tПОВ –tВ) (3) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Qп= | 11,14*2200(40-20)= | 490160 | Вт = | 570086 | Ккал/час | * | - | |||||||||||||||||||||||||||||||
+ | / | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
где FПОВ – поверхность сушилки и короба, м2; tПОВ , tВ – температуры поверхности сушилки и окружающего воздуха; tВ = 20 оС; ά1- коэффициент теплоотдачи от отдельно стоящего оборудования, Вт/м2·оС, рассчитывается по формуле (4). | ( | ) | 20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
рассчитаем коэффициент теплоотдачи от отдельно стоящего оборудования | = | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
α1 = 9,74 + 0,07 (tПОВ – tВ) (4) | 9,74 + 0,07 ( | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
α1 = | 9,74 + 0,07 (40-20)= | 11,14 | Вт/мІ·°С | Вт/мІ·°С | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Вычислим количество влаги, удаляемой при сушке одной формы фарфорового изделия | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
WФ := G С.Ф · (UHАЧ – UКОН) (5) | 15 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
WФ := 15*(38-14)= | 3,6 | кг | WФ := | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
QВЛ.Ф := СВ · WФ · (tКОН –tНАЧ) (6) | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
QВЛ.Ф = 1*3,6*(180-55)= | 450 | Ккал | 1 =СЦЕПИТЬ() | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
QИСП:= WФ · rП (7) | QВЛ.Ф = | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
QИСП:= 3,6*280= | 1008 | Ккал | QИСП:= | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
QФ := G С.Ф · СФ · (tКОН –tНАЧ) (8), | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
QФ := | 15*0,215*(180-55)= | 403,13 | Ккал | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
где WФ - количество влаги, удаляемой при сушке одной формы фарфорового изделия в (кг); G С.Ф- вес сухой формы, кг; принять G С.Ф = 15 кг; UHАЧ - начальная влажность формы до сушки, %; UКОН - конечная влажность формы после сушки, %, tНАЧ - начальная и tКОН - конечная температуры в сушилке, оС; СВ - теплоемкость воды, СФ - теплоемкость формы (ккал/кг·оС); rП - удельная теплота испарения воды, ккал/кг. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Расход теплоты на сушку форм рассчитывается по формуле: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Qсуш.ф := | 100*(450+1008+403,125)/1+570086,07= | 756199 | Ккал/час= | 756,199 | Мкал/час | |||||||||||||||||||||||||||||||||
где NФ - количество форм загружаемых за цикл, шт; τСУШ - продолжительность цикла сушки, час, QСУШ.Ф - расход теплоты на сушку форм в час при полной загрузке сушилки с учетом потерь тепла в окружающую среду. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 1 – Исходные данные | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последние цифры зачетки | FПОВ, | tПОВ, | UHАЧ, | UКОН, | tНАЧ, | tКОН, | WФ, | Nф, | ||||||||||||||||||||||||||||||
М2 | оС | % | % | оС | оС | кг | шт | |||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 2000 | 35 | 40 | 15 | 65 | 200 | 1,1 | 120 | ||||||||||||||||||||||||||||||
2 | 2200 | 40 | 38 | 14 | 55 | 180 | 1,2 | 100 | ||||||||||||||||||||||||||||||
3 | 2500 | 36 | 35 | 13 | 90 | 215 | 1,3 | 150 | ||||||||||||||||||||||||||||||
4 | 1800 | 37 | 42 | 16 | 60 | 230 | 1,1 | 200 | ||||||||||||||||||||||||||||||
5 | 2000 | 42 | 38 | 14 | 55 | 240 | 1,2 | 210 | ||||||||||||||||||||||||||||||
6 | 2200 | 45 | 40 | 15 | 70 | 180 | 1,3 | 220 | ||||||||||||||||||||||||||||||
7 | 1700 | 35 | 38 | 13 | 55 | 200 | 1,1 | 160 | ||||||||||||||||||||||||||||||
8 | 2500 | 40 | 35 | 15 | 60 | 230 | 1,2 | 170 | ||||||||||||||||||||||||||||||
9 | 1800 | 42 | 42 | 14 | 55 | 180 | 1,3 | 180 | ||||||||||||||||||||||||||||||
10 | 2000 | 54 | 40 | 16 | 60 | 240 | 1,1 | 190 | ||||||||||||||||||||||||||||||
11 | 1700 | 37 | 40 | 14 | 48 | 120 | 1,2 | 200 | ||||||||||||||||||||||||||||||
12 | 2500 | 33 | 38 | 13 | 70 | 170 | 1,3 | 220 | ||||||||||||||||||||||||||||||
13 | 2200 | 45 | 35 | 15 | 76 | 200 | 1,1 | 220 | ||||||||||||||||||||||||||||||
14 | 1700 | 35 | 34 | 13 | 90 | 180 | 1,2 | 250 | ||||||||||||||||||||||||||||||
15 | 2000 | 40 | 42 | 14 | 67 | 240 | 1,3 | 260 | ||||||||||||||||||||||||||||||
16 | 1800 | 34 | 40 | 13 | 45 | 200 | 1,1 | 265 | ||||||||||||||||||||||||||||||
17 | 1700 | 33 | 37 | 16 | 80 | 240 | 1,2 | 255 | ||||||||||||||||||||||||||||||
18 | 2200 | 37 | 38 | 13 | 70 | 230 | 1,3 | 270 | ||||||||||||||||||||||||||||||
19 | 1800 | 65 | 35 | 15 | 85 | 200 | 1,1 | 280 | ||||||||||||||||||||||||||||||
20 | 2000 | 29 | 38 | 13 | 70 | 210 | 1,2 | 100 | ||||||||||||||||||||||||||||||
21 | 2500 | 35 | 42 | 14 | 70 | 210 | 1,3 | 110 | ||||||||||||||||||||||||||||||
22 | 1800 | 40 | 40 | 13 | 85 | 240 | 1,1 | 120 | ||||||||||||||||||||||||||||||
23 | 2200 | 32 | 38 | 16 | 90 | 200 | 1,2 | 130 | ||||||||||||||||||||||||||||||
24 | 1700 | 37 | 42 | 13 | 60 | 200 | 1,3 | 140 | ||||||||||||||||||||||||||||||
25 | 2000 | 40 | 35 | 14 | 75 | 190 | 1,1 | 150 | ||||||||||||||||||||||||||||||
26 | 1800 | 28 | 38 | 15 | 70 | 180 | 1,2 | 160 | ||||||||||||||||||||||||||||||
27 | 2500 | 40 | 40 | 16 | 60 | 170 | 1,3 | 170 | ||||||||||||||||||||||||||||||
28 | 2200 | 35 | 35 | 13 | 85 | 170 | 1,1 | 180 | ||||||||||||||||||||||||||||||
29 | 1800 | 37 | 42 | 14 | 70 | 280 | 1,2 | 190 | ||||||||||||||||||||||||||||||
30 | 2100 | 40 | 40 | 15 | 65 | 290 | 1,3 | 200 | ||||||||||||||||||||||||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ А | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
№/№ | Наименование | размерность | значение | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | Плотность древесины | кг/м3 | 450 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Теплоемкость абсолютно сухой древесины | ккал/кг·оС | 0,38 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Удельная теплоемкость влажной древесины; | ккал/кг·оС | 0,68 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | Удельная теплоемкость пара при100оС и 1 атм | ккал/кг·оС | 0,471 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 | Удельная теплоемкость воздуха и других 2-ух атомных газов при 20 оС и 1атм | ккал/кг·оС | 0,239 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
6 | Удельная теплоемкость материала гипсолитейных форм | ккал/кг·оС | 0,215 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
7 | Скрытая теплота парообразования | ккал/кг | 540 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 | Удельная теплоемкость дымовых газов | ккал/кг·оС | 0,25 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
9 | Удельная теплоемкость раствора МЭА | ккал/кг·оС | 0,894 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
10 | Удельная теплоемкость пластмассы | ккал/кг·оС | 0,42 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
11 | Удельная теплоемкость сливочного масла | ккал/кг·оС | 0,931 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
12 | Удельная теплоемкость краски | ккал/кг·оС | 0,45 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
13 | Удельная теплоемкость гальванического раствора | ккал/кг·оС | 0,99 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
14 | Средняя скорость ветра по данным строительной климатологии | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
за январь | м/с | 6,4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
за июль | м/с | 4,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
15 | Удельная теплота, выделяющаяся при поглощении СО2 раствором МЭА (справочник) | кДж/кг | 1463 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
16 | Плотность раствора МЭА, 10% | кг/м3 | 988 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
17 | Удельная плотность стали | кг/м3 | 7800 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
18 | Плотность воздуха при норм условиях | кг/м3 | 1,295 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
19 | Мольная масса воздуха | кг/Кмоль | 28,84 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
20 | Удельная теплота испарения воды | ккал/кг | 280 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
21 | Удельная теплота испарения растворителя | ккал/кг | 150 |
5