Технічна термодинаміка та теплові процеси технології будівельних матеріалів (стр. 8 из 15)

кг/кг (тут 544 г/кг сухих газів - вологовміст відхідних газів).

Для визначення питомих витрат теплоти на І-d - діаграму наносимо точку А (t₀=-10⁰C, φ₀= 60%).

Для нашого випадку

= 60 (1+0.001.10) =60,01 кг/кг вологи. Питомі витрати теплоти складають:

(2.33)

За побудовою АВ=127мм, тоді

кДж/кг вологи.

ПРИКЛАД 2-12. Побудувати процес сушіння шлікеру у розпилюючій сушарці за наступними вихідними даними: температура теплоносія t₁=1200⁰C, вологовміст d₁=84 г на 1 кг сухих газів (рис.2.6). Температура відпрацьованого теплоносія - t₂=80⁰C; температура зовнішнього повітря t₀=-10⁰C, φ₀= 60%, d_o=5 г/кг сухого повітря. Теплові втрати складають 260 кДж /кг вологи.

На І-d - діаграмі наносимо точку В, яка відповідає t₁=1200^oC і d₁=84 г/кг сухих газів. Із точки В проводимо вниз адіабатний промінь та промінь, паралельний лініям сталого волого вмісту.

На адіабатному промені намітим довільно точку е, з неї опустимо перпендикуляр на промінь, паралельний лініям d=const до точки f. Із т. е проводимо промінь, паралельний d=const і на ньому знайдемо положення т. Е за підрахунком:

мм,

де

- теплові втрати практичного процесу сушіння (

=260 кДж/ кг вол)

m- масштаб діаграми (

де М_і, М_d- масштаб ектальпії і вологовмісту).

Із т. А проводимо вертикальний промінь до перетину з ізотермою t₁ =1200^oC (точка В¹). Довжина відрізку АВ¹ складає 607 мм. Питомі витрати теплоти визначимо за формулою

кДж.

При розрахунку сушарок часто виникає питання визначити необхідний час сушіння матеріалу. Для цього необхідно визначитись із параметрами процесу: швидкість сушіння, критична та вихідна вологість та ін.

ПРИКЛАД 2-13. Визначити тривалість сушіння деревної шпони в роликовій сушарці, якщо відомо:

Початкова вологість шпони W_{поч -}80%,

Перша критична вологість шпони W_кр - 30%,

Кінцева вологість шпони W_кін-6%,

Середня температура гріючого повітря t_c_ер- 190^оС,

Швидкість повітря V = 2.5 м/с,

Товщина шпони S-1.5 мм.

Тривалість сушіння визначається за формулою:

(хв),

де К_n-коефіцієнт, що враховує породу деревини (К_n=0.9…1),

K_у - коефіцієнт, що враховує напрям циркуляції повітря в сушарці (К_у= =1…1.5).

N- коефіцієнт швидкості сушіння в першому періоді при поперечній циркуляції повітря:

;

К - коефіцієнт швидкості сушіння в другому періоді:

Після підстановки значень параметрів отримаємо:

;

Тоді

хв.

2.5 Фізичні властивості водяної пари

Насичена пара перебуває у рівновазі із рідиною, з якої вона утворюється. Температура насиченої пари є однозначною функцією її тиску і навпаки. Насичена пара може бути сухою і вологою.

Суха насичена пара не містить рідини, а волога являє собою суміш пари і дрібних крапель рідини, рівномірно зважених в об’ємі пари. Об’єм і температура сухої насиченої пари є функцією тільки тиску. Тому стан сухої насиченої пари визначається тільки одним параметром - тиском або температурою. Параметри сухої насиченої пари (t, ^оС; р, бар (МПа); V - питомий об’єм, м³/кг; і - тепловміст, кДж/кг; r - прихована теплота випаровування, кДж/кг) табульовані (табл. Д.8, Д.9).

Стан вологої насиченої пари визначається двома параметрами: тиском або температурою і ступенем сухості. Ступінь сухості Х - це масова частка сухої пари в суміші. Масова частка рідини позначається через у. Звичайно, що у = 1-х.

Для сухої пари х = 1, а у = 0. У стані кипіння х = 0. При тиску до 2МПа густина сухої насиченої пари становить приблизно

. Також для вологої насиченої пари

(V_х - питомий об’єм)

(2.35)

де V^'' - питомий об’єм сухої насиченої пари.

Тепловміст насиченої пари складається із тепла нагріву рідини до температури випаровування та прихованого тепла пароутворення. Значення цих теплот за даним тиском пари є сталим. Тепловміст пари підвищується при зростанні температури, а прихована теплота випаровування зменшується. При досягненні критичного стану (t = 374⁰С, Р = 22 МПа, V = 0,00326 м³/кг) прихована теплота пароутворення дорівнює нулю і вода миттєво перетворюється на пару без додаткових втрат тепла.

Тепловміст насиченої пари при температурі t_н може бути підрахованим за формулою:

І_н = r + C_pt_н, кДж/кг (2.36)

де r - теплота пароутворення, С_р - теплоємність.

Перегріта пара має температуру більш високу, ніж температура насиченої пари при тому ж самому тиску. У перегрітої пари відсутні певна залежність між температурою і тиском. Її стан характеризується двома параметрами (t, p). Різниця температур перегрітої та насиченої пари (при однаковому тиску) має назву перегріву t_n - t_н. Тепловміст перегрітої пари являє суму теплот насиченої пари та теплоти перегріву. Оскільки теплоємність перегрітої пари близька до теплоємності насиченої пари (1,97 Дж/кгК), то

І_н = r + C_pt_n, кДж/кг (2.37)

Ентропія водяної пари відраховується від умовного нуля (де ентропія води при0,01⁰С, р = 0,0006108 МПа). Ентропія рідини

, кДж/кг*К, де Т_Н - температура насичення.

Ентропія сухої насиченої пари

, (2.38)

де r - теплота пароутворення.

Ентропія вологої насиченої пари

або S_X = S'+ (S"-S') X (2.39)

Значення ентальпії і ентропії водяної пари можна визначити за параметрами S - діаграми (рис.2.7).

Приклад 2-13. Манометр парового котла показує тиск 0,2МПа. Барометричний тиск 0,103 МПа (776 мм рт. ст). Вважаючи пару сухою насиченою, визначити її температуру, питомий об’єм і ентальпію.

Абсолютний тиск в котлі р = 0,2 + 0,103 = 0,303 МПа.

З табл. Д.13 при р = 0,31 МПа t_н = 134,66⁰С,

при р = 0,3 МПа t_н = 133,54⁰С.

Для р = 0,303 МПа отримаємо інтерполяцію t_н = 133,54 + 0,112*3 = = 133,88⁰С.

Аналогічно V" = 0,5928 м³/кг; i" = 2725,6 кДж/кг.

Приклад 2-14. Визначити стан водяної пари, якщо тиск її р = 0,5МПа, температура 172⁰С.

Тиску 0,5 МПа відповідає температура насиченої пари t_н=151,8⁰С (табл. Д.13). Тому пара є перегрітою, величина перегріву складає t - t_н = 172 - 151,8 = 20, 20С.

Приклад 2-15. Визначити стан водяної пари, якщо тиск її р = 0,6 МПа, а питомий об’єм 0,3м³/кг, тобто пара є вологою.

Ступінь сухості

Приклад 2-16. Визначити масу, внутрішню енергію, ентальпію та ентропію 6м³ насиченої водяної пари при тиску р = 1,2 МПа і сухості пари Х = 0,9.

Питомий об’єм сухої насиченої пари складає 0,1633 м³/кг (табл. Д.9).

Тоді питомий об’єм вологої пари

V_х = 0,1633 * 0,9 = 0,147 м³/кг.

Маса пари

кг.

Внутрішня енергія пари

. Е

ентальпія пари

І_Х = Мі_Х.

і_Х = rx + i' = 1987 * 0.9 + 798.3 = 2586.3 кДж/кг (табл. Д.9).

І_Х = 40,8 * 2586,3 = 105521 кДж.

Тому

кДж.

Ентропія пари

Приклад 2-17. Визначити параметри вологої насиченої пари при Х = 0,55, р = 5 бар.

Із табл. Д.13 знайдемо: t= 151,850С, V" = 0,374 м³/кг. Густина пари

кг/м³.

Ентальпію пари визначаємо за рівнянням

і_Х = rx + i' = 2108,4*0,95 + 640,1 = 2643 Дж/кг (табл. Д.13).

Приклад 2-18. Волога насичена пара Х = 0,98, р₁=13 бар дросельована до р₂ = 4 бар. Необхідно визначити параметри пари перед дроселем і після нього. При дроселюванні і₁ = і₂.

Із табл. Д.13 параметри пари перед дроселем: t₁ = 191,6⁰С, V"=0,151 м³/кг, і' = 814,7 кДж/кг, r₁ = 1971,3 кДж/кг.

Визначимо ентальпію пари: і_Х = 1971,3*0,98 + 814,7 = 2643 кДж/кг

Температура насиченої пари при р₂ = 4 бар складає 143,62⁰С, ентальпія сухої пари і" = 2738,5 кДж/кг. Враховуючи, що і₂>і"₂, то після дроселювання пара стає перегрітою. Величину перегріву можна визначити із діаграми. В даному випадку величина перегріву незначна і складає 4⁰С.