UNIVERZITA TOMÁŠE ATI VE ZLÍNĚ FAKULTA APLIKOVANÉ INFORMATIKY VYRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 10 Hana Charvátová, Dagmar Janáčová Zlín 2013 Tento studijní materiál vznikl za finanční podpory Evropského sociálního fondu (ESF) a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu:, MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD
2 Obsah... 3 ilance protiproudé ideální sušárny... 3 Řešené příklady... 4 Příklady k procvičení... 8 Použitá literatura... 8 Seznam symbolů... 9
3 STRUČNÝ OSAH CVIČENÍ: ilance protiproudé ideální kontinuální sušárny. MOTIVACE: V tomto cvičení budeme řešit úlohy týkající se technologického procesu sušení, který je dnes využíván v mnoha oblastech průmyslu, jeho průběh může výrazně ovlivnit kvalitu produkovaných výrobků. CÍL: Naučit studenty řešit vybrané úlohy z technické praxe, které jsou spojeny se sušením. ilance protiproudé ideální sušárny Obr. 1 Ideální kontinuální sušárna
4 Obr. 2 Ideální kontinuální sušárna s recyklem Řešené příklady Příklad 1 V ideální kontinuální sušárně se má sušit 480 kg.h -1 materiálu o vlhkosti 79 hm. % předehřátým vzduchem na vlhkost 19 hm. %. Vzduch vstupující do parního kaloriferu má teplotu 20 C a teplotu a parciální tlak vodní páry 1700 Pa. V kaloriferu se ohřívá sytou parou o tlaku 196 kpa. Teplota vzduchu na výtupu z kaloriferu je 75 C. Teplota vzduchu na výstupu ze sušárny je 40 C. Určete: a) stav vzduchu na výstupu z kaloriferu, b) relativní vlhkost vzduchu vystupujícího ze sušárny. c) spotřebu sušicího vzduchu, d) spotřebu tepla v kaloriferu. Řešení: Ze zadání příkladu je dáno: -1 Množství materiálu přiváděného do sušárny me 480 kg.h ; hmotnostní zlomek vlhkosti materiálu přiváděného do sušárny wae 0,79 ; hmotnostní zlomek vlhkosti materiálu odváděného ze sušárny wae 0,19 ; teplota vzduchu na vstupu do kaloriferu to 20 C ; parciíální tlak vodní páry ve vzduchu na vstupu do kaloriferu p 1700 Pa ; tlak syté páry ohřívající vzduch v kaloriferu t 75 C ; teplota vzduchu na výstupu ze sušárny t 40 C. i p 196 kpa ; teplota vzduchu na výstupu z kaloriferu p e Ao
5 Schéma protiproudé sušárny doplněné o vlastnostmi vzduchu a sušeného materiálu je znázorněno na obr. 3. Průběh sušení v Mollierově diagramu je znázorněn na obr. 4. Obr. 3 Příklad 1 schéma protiproudé sušárny
6 Obr. 3 Příklad 1 průběh sušení v Mollierově diagramu vlhkého vzduchu Spotřebu sušicího vzduchu určíme z bilance vlhkosti v sušárně: m m X X Y Y C Ae Ai Ae Ai (1) m -1 0, 028 3, 7619 0, 23457 0,026 0,012 7,055 kg.s (2) Spotřeba tepla v kaloriferu: k i o Q m I I (3) 3 3 Q 7,055 10810 4910 416245 W (4) k Příklad 2 Směs čerstvého vzduchu a vráceného ze sušárny má být použita pro sušení vlhkého materiálu. Přiváděný čerstvý vzduch má teplotu 15 C a relativní vlhkost 45 %. Vrácený vzduch má teplotu 50 C a teplotu vlhkého teploměru 40 C. Na 1 hmotnostní díl suchého čerstvého vzduchu připadají 2 hmotnostní díly suchého vráceného vzduchu. Určete stav vzduchu na vstupu do kaloriferu a po jeho ohřátí v kaloriferu. Řešení: Ze zadání příkladu je dáno: Teplota přiváděného čerstvého vzduchu to 15 C ; relativní vlhkost přiváděného čerstvého vzduchu o 45 % ; teplota vráceného vzduchu te 50 C ; teplota vlhkého teploměru vráceného vzduchu twe 40 C ; hmotnostní podíl vráceného a čerstvého vzduchu Q Q 2. m m Schéma sušárny doplněné o vlastnostmi vzduchu je znázorněno na obr. 4. Průběh sušení v Mollierově diagramu je znázorněn na obr. 5.
7 Obr. 3 Příklad 2 schéma protiproudé sušárny s recyklem Měrná vlhkost vzduchu na vstupu do kaloriferu: Y AM YAo RY 1 R Ae (5)
8 Y AM 0,006 20,046 0,033 kg.kg 1 2-1 (6) Měrná entalpie vzduchu na vstupu do kaloriferu: I M I M Io RI 1 R e 29 2166 120,33 kj.kg -1 1 2 (7) (8) Příklady k procvičení Příklad 3 V ideální kontinuální sušárně se má sušit 150 kg/h látky o vlhkosti 70 hm. % předehřátým vzduchem. Usušená látka má mít vlhkost 15 hm. %. Vzduch vstupující do parního kaloriferu má teplotu 10 C a relativní vlhkost 65 %. V kaloriferu se ohřívá sytou parou o teplotě 150 C. Teplota vlhkého teploměru vystupujícího sušicího vzduchu ze sušárny je 38 C a jeho parciální tlak vodní páry je 6000 Pa. Určete: a) relativní vlhkost vzduchu vystupujícího ze sušárny, b) teplotu ohřátého vzduchu vystupujícího z kaloriferu, c) spotřebu sušicího vzduchu. [Výsledek: a) e 52 %, b) ti 139 C, c) -1 m 0,78 kg.s ] Úlohy se vztahují k této otázce: Průběh procesu ohřevu, chlazení a vlhčení vzduchu v i-x diagramu. Určení stavu míchaného čerstvého a vráceného vzduchu. Použitá literatura [1] Kolomazník, K.: Teorie technologických procesů III, VUT rno, FT Zlín, 1978 [2] Kolomazník, K.: Modelování zpracovatelských procesů, VUT rno, FT Zlín, 1990 [3] Míka, V. a kol: Chemicko-inženýrské výpočty I, II, VŠCHT Praha, III. vydání, 1996 [4] Kolat, P.: Přenos tepla a hmoty, FS, VŠ-TU Ostrava, 2001 [5] Janotková, E., Pavelek, M.: Termomechanika, FSI VUT rno, 2003 [6] Drábek, D., Klepáč, J.: Procesné strojníctvo II, STU ratislava, 2000
9 Seznam symbolů I - měrná entalpie, [kj.kg -1 ] m - hmotnost, [kg] p - tlak, [Pa] p A - parciální tlak vodní páry ve vzduchu, [Pa] m - hmotnostní průtok čerstvého vzduchu, [kg.s -1 ] m - hmotnostní průtok recyklovného vzduchu, [kg.s -1 ] V - objemový průtok, [m 3.s -1 ] R - poměr recyklovaného a čerstvého vzduchu, [1] t - teplota, [ C] t r - teplota rosného bodu, [ C] t w - teplota vlhkého teploměru, [ C] w - hmotnostní zlomek, [1] Y A - měrná vlhkost [1] - relativní vlhkost, [1] Q - tepelný tok, [W] Význam indexů: o M i e A C - čerstvý vzduch - směs čerstvého a recyklovaného vzduchu na vstupu do kaloriferu - vzduch na vstupu do sušárny, sušený materiál na výstupu ze sušárny - vzduch na výstupu ze sušárny, sušený materiál na vstupu do sušárny - vlhkost - suchý vzduch - sušina materiálu