Определение параметров теплоносителя

В качестве теплоносителя, т.е. сушильного агента, чаще всего используется воздух. Рассмотрим подробнее его главные показатели и определение параметров теплоносителя.

При выполнении расчётов сушилок требуется точно знать состояние атмосферного воздуха в конкретном районе, то есть такие параметры теплоносителя как температура t в °С и относительная влажность φ₀  в %. Данные показатели можно найти в соответствующих таблицах. Относительная влажность воздуха рассчитывается по следующим формулам:
при t<100 °С

(1)

при t>100°С

(2)

где γ_П и γ_Н - удельный вес водяного пара, соответственно, в конкретных условиях и в состоянии насыщения;
ρ_П и ρ_Н - частичное давление водяного пара, соответственно, в конкретных условиях и в состоянии насыщения;
В - барометрическое давление.

Удельный вес влажного воздуха, который представляет собой смесь воздуха и водяного пара,

(3)

где γ_В.В - выражается в кгс/м³;
Т - абсолютная температура, К.

Согласно данной формуле, удельный вес влажного воздуха меньше удельного веса сухого воздуха.

Содержание влаги в воздухе, то есть то количество водяного пара в граммах, которое приходится на 1 кг абсолютно сухого воздуха можно определить по формуле:

(4)

при температуре выше 100°С, когда ρ_Н=В,

(5)

Давление насыщенного водяного пара ρ_Н вычисляется по термодинамическим таблицам.

Теплосодержание влажного воздуха в ккал на 1 кг сухого воздуха:

(6)

где t - температура воздуха, °С;
d - влагосодержание, г/кг.

Для определения параметров состояния влажного воздуха необходимо знать температуру влажного термометра и точки росы. Температура мокрого термометра представляет собой ту температуру, которой достигает выпариваемая в воздух влага на последней стадии процесса испарения. Данный показатель вычисляют с помощью специального прибора, который носит название психрометр. Зная температуру мокрого термометра и при помощи психрометрических таблиц, можно установить относительную влажность воздуха. Относительная влажность воздуха также определяется и по температуре точки росы, при которой, в случае охлаждения воздуха при неизменном содержании тепла, воздух становится насыщенным, а водяной пар выпадает в виде росы. Температура точки росы устанавливается при помощи таблиц либо по I-d диаграмме.

Имея показатели температуры воздуха и относительной влажности воздуха, при помощи таблиц можно установить содержание жидкости и теплоты в воздухе. Удельный объём влажного воздуха определяется также по таблицам, в зависимости от его температуры t и влагосодержания φ.

В том случае, когда в качестве сушильного агента выступают дымовые газы, полученные при сжигании твёрдого топлива, возникает необходимость не только определить параметры теплоносителя, но и знать состав данного топлива, от которого, в свою очередь, зависят количество и качество дымовых газов. Информация о составе топлива содержится в специальных справочниках. Если возникает необходимость пересчёта состава топлива из одной массы в другую - органическую, рабочую, горючую либо сухую, то следует использовать коэффициенты пересчёта, представленные в таблице 1.

Рассчитать наивысшую проводимость тепла, выраженную в ккал на 1 кг твёрдого или жидкого топлива можно, используя формулу Менделеева:

(7)

где С^Р, Н^Р, О^Р, S^P - состав топлива, выраженный в % масс.

Низшая теплотворность 1 кг топлива в ккал:

(8)

(9)

(10)

Исходная  масса для пересчёта	Коэффициент для пересчёта на массу
	рабочую	органическую	сухую	горючую
Рабочая	1
Органическая		1
Сухая			1
Горючая				1
Примечание.SK, A, W - количество серы, золы и влаги соответственно, %; p, c, r - индексы, относящиеся к рабочей, сухой и горячей массе топлива соответственно.

Теплотворность газообразного топлива, как правило, определяют по справочным таблицам. Если же данные отсутствуют, теплотворность 1 м³ газа в ккал исчисляется по следующей формуле:

(11)

где H₂S, С_хН_у, СО — содержание отдельных газов в смеси, выраженное в % об.

Высшая теплотворность в ккал/кг:

(12)

где х и у соответствуют индексам при С и Н (как, например, для СН₄ : х = 1, y = 4).

Теоретический расход в кг воздуха, необходимого для сжигания 1 кг твердого топлива устанавливают, учитывая реакции процесса горения, по следующей формуле:

(13)

Расход в кг воздуха для сжигания 1 кг сухого газообразного топлива:

(14)

где СО, Н₂, H₂S, С_хН_у, О₂ - количество составляющих газообразного топлива в % масс.

Фактический расход воздуха

(15)

здесь α - коэффициент избытка воздуха (отношение количества воздуха, фактически поданного в топку, к теоретически требуемому количеству).

Влагосодержание, выраженное в г на 1 кг сухих дымовых газов:

(16)

где G_B.П - количество водяных паров, поступающих в сушилку в кг на 1 кг топлива;
      G_С.Г - количество сухих газов в кг на 1 кг топлива.

(17)

здесь W_T - количество водяного пара, используемого для дутья. При сжигании газообразного топлива количество водяных паров на 1 кг сухих газов:

(18)

Количество сухих газов в кг, получаемых при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива:

(19)

при сжигании газообразного топлива:

(20)

В этих формулах С_хН_у - количество составляющих газа в % масс.

Если записать выражение теплового баланса на 1 кг топлива для состояния дымовых газов перед их поступлением в сушилку, то, после некоторых преобразований, получим уравнение для коэффициента избытка воздуха:
для твердого и жидкого топлива:

(21)

для газообразного топлива:

(22)

здесь с_T - удельная теплоемкость топлива, ккал/(кг∙°С);
          t_T - температура топлива, °С;
          η_Т - КПД топки;
          i_П - теплосодержание пара при температуре сухих газов t_Г, ккал/кг;
          I₀ - теплосодержание атмосферного воздуха, ккал/кг;
          i^'_П - начальное теплосодержание дутьевого пара, ккал/кг;
          с_С.Г - удельная теплоемкость сухих газов, ккал/(кг∙°С);
          d₀ - влагосодержание атмосферного воздуха в г на 1 кг сухого воздуха.

(23)

здесь с_СО2, c_SO2 - удельные теплоемкости составляющих газов;
G_С.Г - масса сухих газов (см. формулы (19) и (20));
G_CО2, G_SO2 — количество компонентов сухих газов.

Количество компонентов в кг на 1 кг топлива исчисляют по следующим формулам:
для твердого и жидкого топлива:

(24)

(25)

(26)

(27)

для газообразного топлива:

(28)

(29)

(30)

Здесь количества составляющих твердого и газообразного топлива выражается в % масс.

Теплосодержание дымовых газов в ккал на 1 кг сухих газов:

(31)

Определение основных параметров теплоносителя (дымовых газов) при выходе из сушилки производится по формулам (4) и (6).

Материал подготовлен по книге "ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СУШКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ", О.В. Чагин, Н.Р. Кокина, В.В. Пастин : Иван. хим. - технол. ун-т.:Иваново. 2007. 138 с.