Читайте также:
|
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить алгоритм составления теплового баланса технологических процессов.
Оборудование: экструдер, термометр ртутный, пирометр, мерный стакан, весы аналитические, секундомер.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Под технологическим балансом понимают результаты расчетов, выраженные в виде уравнений, таблиц или диаграмм, отражающих количество введенных и полученных в производственном процессе материалов и энергии (их приход и расход).
В основе составления энергетических балансов лежат законы сохранения энергии. В каждом тепловом балансе должны быть равны количества введенной тепловой или элект ческой энергии и количества выведенной с продуктами и отходами энергии. Энергетические балансы имеют большое; значение для анализа и оценки правильности и целесообразна осуществления производственного процесса в условиях промышленности. С их помощью устанавливают удельное значение выходов продукции, расходов и потерь сырья: топлива и других материалов, коэффициентов полезного действия энергии. Балансы используют для определения размеров аппаратуры, ее мощности и производительности, интенсивности процессов. Балансы отражают условия эксплуатации и степень совершенства соответствующих процессов — размеры потерь или количества неиспользуемых материалов и энергии.
Балансы весьма важны для составления рациональных схем производства и установления оптимальных размеров аппаратуры — при проектировании новых и улучшении работы существующих предприятий.
Энергетический или тепловой баланс может быть в общем виде выражен уравнением:
Qф + Qэ + Qв = Qф΄ + Qп,
где Qф — физическое тепло, введенное в процесс с исходными веществами; Qэ — тепло экзотермических реакций и физических превращений, выделяемое в процессе (если теплота реакции отрицательная — реакция эндотермична, то ее помещают в расходной части баланса); Qв — тепло, введенное в процесс извне, не принимающее участия в химических реакциях (например, с горючими газами, с топливом, с нагретой водой и т. п.); Qф ΄— физическое тепло, выведенное из процесса с продуктами реакции; Qп — потери тепла в окружающую среду.
Ту составную часть баланса, которую нельзя или трудно вычислить, определяют, как неизвестное из уравнения энергетического баланса.
В общей форме, составляющие теплового баланса могут быть рассчитаны следующим образом.
Физическое тепло Qф, введенное с исходными веществами или выведенное с продуктами реакции, рассчитывается по формуле:
где т. — количество исходных веществ (кг, м3 или моль); с - средняя теплоемкость исходных веществ при температуре их поступления; t — температура исходных веществ.
Тепло экзотермических реакций и физических превращений исходных веществ из одного агрегатного состояния в другое как при плавлении или возгонке твердого тела, так и при испарении жидкости и т. п., или при процессах растворения и кристаллизации, берется из экспериментальных данных, помещенных в литературе, или оно определяется путем термохимического расчета (на основе закона Гесса).
Тепло, введенное в аппарат извне QB, не принимающее участия в химических реакциях, рассчитывается по теплосодержанию газообразного, жидкого или твердого теплоносителя аналогично Qф и Qф ΄, т. е. как произведение cmt.
Потери тепла в окружающую среду Qn, обусловленные теплопроводностью наружных стенок аппарата, излучением и конвекцией, рассчитывают на основе законов теплопередачи или берут на основе практических данных.
Как видно из схемы теплового баланса, для его составления, надо предварительно получить ясное представление обо всех химических и физических процессах, происходящих в производстве, а также иметь все материальные показатели процесса, входящие в состав материального баланса.
Потери тепла аппаратом в окружающую среду путем излучения, конвекции и др. рассчитывают либо по законам теплоизлучения и теплопроводности, либо определяют по практическим данным, а если это невозможно, то по разности между суммой приходных и расходных статей.
При расчете теплоизлучения пользуются законом Стефана Больцмана, согласно которому количество тепла Q, излучаемое в единицу времени, пропорционально поверхности излучаемого тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т:
где 
— постоянная излучения, а ε— коэффициент черноты.
При расчете тепла, теряемого через стенку аппаратуры, пользуются законом Фурье, согласно которому количество тепла, передаваемого через стенку посредством теплопроводности, пропорционально.поверхности стенки F, разности температур между поверхностями стенки t1—t2, времени τ и обратно пропорционально толщине стенки δ.
где λ — коэффициент теплопроводности, зависящий от свойств материала стенки и ее температуры.
Весьма часто при расчете потерь тепла через плоскую или цилиндрическую стенку пользуются уравнением теплопередачи:
Q = KFΔtcpτ,
где К — коэффициент теплопередачи; Δtcp— средняя разность температур теплоносителей по обе стороны стенки.
На основании энергетических расчетов составляются таблица баланса, а при желании более наглядно показа статьи, составляющие приход и расход (введенные, полученные и потерянные) количества энергии, результаты расчете изображают в виде диаграмм.
В некоторых случаях удобнее тепловой расчет вести в единицах мощности. Целью расчета является определение мощности нагревателей.
Тепловой баланс экструдера: 
, где Nмех – тепловыделение за счет механической работы червяка, Вт; Nнагр – мощность нагревателей на материальном цилиндре, Вт; NG – мощность, требуемая для нагревания полимера в цилиндре, Вт; Nпот – тепловые потери с поверхности цилиндра в окружающую среду, Вт; Nохл – мощность расходуемая на нагрев охлаждающей воды во внутреннем канале червяка и в загрузочной зоне материального цилиндра, Вт.
Каждая составляющая материального баланса определяется по следующим зависимостям.
, где W –производительность экструдера, кг/ч; сП – удельная теплоемкость перерабатываемого материала, Дж/(кг∙К); Т1 и Т2 – температуры перерабатываемого материала в зоне загрузки и зоне дозирования соответственно, К.
, 
, где F – площадь наружной поверхности цилиндра (теплоизоляции), м2; ΔТ – разность температур наружной поверхности цилиндра и окружающей средой, α – коэффициент теплоотдачи, Дж/(м2∙ч∙К).
, где GВ – расход охлаждающей воды, кг/с; сВ – теплоемкость воды, Дж/(кг∙К); ΔТВ – разность между конечной и начальной температурой охлождающей воды, К. 
, где f – площадь сечения подводящих трубок, м2; v – скорость течения воды, м/с (принимают 0,1-0,8 м/с); ρ – плотность воды, кг/м3.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Составить уравнение теплового баланса.
2. Рассчитать количество подведенного и отведенного от объекта тепла.
3. Определить мощность нагревателей и сравнить с паспортными значениями.
Порядок выполнения работы.
1. Изучить технологический процесс производства изделий экструзионным способом.
2. Изобразить технологическую схему производства изделия.
3. Измерить температуру окружающей среды, температуру сырья на входе в технологический процесс.
4. Включить экструдер. Прогреть до температуры переработки материала. Засыпать материал в бункер экструдера.
5. По датчикам температуры зафиксировать температуру перерабатываемого материала в зоне загрузки и зоне дозирования.
6. С помощью секундомера и аналитических весов определить производительность экструдера.
7. Измерить с помощью мерного стакана расход охлаждающей воды.
8. Измерить температуру воды на входе и выходе из технологического процесса.
9. С помощью пирометра измерить температуру на поверхности теплоизоляции экструдера и температуру изделия на выходе.
10. Замерить вощьность электродвигателя эктрудера в процессе переработки материала при помощи ваттметра.
11. Выключить экструдер.
12. Все полученные значения записать в таблицу.
13. Составить тепловой баланс технологического процесса.
14. Рассчитать мощность нагревателей экструдера.
15. Сравнить полученное значение с паспортными величинами.
| № п/п | Обозначение измеряемого параметра | Величина измеряемого параметра | Единица измерения |
| Тсреды | оС | ||
| Т сырья | оС | ||
| Тизд. | оС | ||
| Тзона загрузки | оС | ||
| Тзона дозир. | оС | ||
| W | кг/ч | ||
| GВ | кг/с | ||
| Т воды вход | оС | ||
| Т воды выход | оС | ||
| Тповерхности | оС | ||
| Dэкстр. внешний | мм | ||
| Nмощьность экструдера | Вт |
Содержание отчета
1. Название и цель работы, порядок выполнения работы.
2. Технологическая схема процесса с обозначением тепловых потоков процесса.
3. Таблица экспериментальных данных.
4. Уравнение теплового баланса процесса.
5. Расчет мощности нагревателей.
6. Сравнение расчетной мощности с экспериментальной.
7. Выводы по работе.
Контрольные вопросы.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 781 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Экспериментальная часть | | | Визначення перекисного числа жиру |