CC BY
28
9
С 11 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 11 (116)
УДК 66.047
М.К. Кошелева, А.П. Кереметина, М.В. Томилин
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Средняя общеобразовательная школа №1145 им. Фритьофа Нансена, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА
МНОГОСЕКЦИОННОЙ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ
The purpose of work is development of algorithm and the program of calculation of processes multisection convection drying of textile materials and high-temperature drying fibre-forming polymers. Calculation of process of drying fibre-forming polymers was spent on the basis of decisions of the non-stationary equation of heat conductivity for particles of the various form. Calculation of process of drying in tray drier installation with hashing and counterflow movement granulate and drying medium is lead.
Целью работы является разработка алгоритма и программы расчета процессов многосекционной конвективной сушки текстильных материалов и высокотемпературной сушки волокнообразующих полимеров. Расчет процесса сушки волокнообразующих полимеров проводился на основе решений нестационарного уравнения теплопроводности для частиц различной формы. Проведен расчет процесса сушки в полочной сушильной установке с перемешиванием и противоточным движением гранулята и сушильного агента.
При расчете материального и теплового балансов кроме известных уравнений для определения значений энтальпий в зависимости от температуры, относительной влажности и влагосодержания воздуха, использовались расчетные уравнения, полученные путем аппроксимации табличных данных свойств водяного пара по методу наименьших квадратов в диапазоне давления и температуры, применяемых при сушке.
Расчет процесса многосекционной сушки любого материала включает два блока - блок расчета материального и теплового балансов, целью которого является определение удельного и общего расхода воздуха, расхода греющего пара и параметров воздуха на выходе из сушилки и блок расчета кинетики процесса, в результате которого определяется необходимая продолжительность процесса сушки и габаритные размеры сушилки в зависимости от задаваемой производительности аппарата.
Особые трудности вызывает расчет кинетики процесса высокотемпературной (при t=170-200°C) сушки полимерных материалов, поскольку наиболее известный зональный метод расчета процесса сушки полимерных материалов с использованием коэффициентов массопроводности применительно к высокотемпературной сушке дает значительную ошибку (расчетное время превышает реальное в 20 раз).
При разработке алгоритма расчета кинетики высокотемпературной сушки полимерных материалов было принято допущение о том, что скорость сушки определяется не массопроводностью, а теплопроводностью. Расчет кинетики сушки проводится на основе решений нестационарного уравнения теплопроводности для частиц различной формы [3].
Проведен расчет процесса высокотемпературной сушки волокнообра-зующего полимера, гранулы которого рассматривались как неограниченные пластины, в полочной сушильной установке с мешалкой и противоточным движением объекта сушки и сушильного агента.
9
С 11 6 X Uz в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nu 11 (116)
Алгоритм расчета процесса сушки волокнообразующего полимера включает два блока:
- блок расчета материального и теплового балансов;
- блок расчета кинетики процесса сушки.
Целью первого блока является определение удельного и общего расхода воздуха, расхода греющего пара и параметров воздуха на выходе из сушилки.
Цель второго блока - расчета необходимой продолжительности процесса сушки и размеров сушилки в зависимости от задаваемой производительности аппарата.
Из литературных данных наиболее известным является зональный метод расчета на основе теории нестационарной массопроводности [1]. Использование этого метода для расчета высокотемпературной сушки волок-нообразующих полимеров может давать значительную ошибку при определении необходимого времени сушки.
При разработке алгоритма расчета кинетики процесса высокотемпературной сушки волокнообразующих полимеров было принято допущение о том, что скорость процесса сушки определяется не массопроводностью, а теплопроводностью полимера.
В основу расчета положено полученное A.B. Лыковым [2] решение нестационарного уравнения теплопроводности для неограниченной пластины (размеры гранул полимера позволяют приблизительно рассматривать их как такие пластины).
в = t{X;T):h = 1 -¿4 cosL — ехр(- ju;F0)} (1)
t0 и=1
где
2 sin fj,n , 2 Вфг+Li;
An --:-- l" 4 —T—,-—-n. (2)
¡li„ + sin ¡li„ eos ¡li„ ¡Lin [Bi ~ +Bi +
0 - относительная температура; t(x, т) - температура на расстоянии х от поверхности пластины в момент времени т; to - начальная температура пластины; tc - температура сушильного агента, предполагаемая постоянной в течение нагрева; [л„ - корни характеристического уравнения
ctgM = £ (3)
Bi
*= f (4)
Bi - критерий Био; R - половина толщины пластины; а - коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к поверхности пластины; X - коэффициент теплопроводности; Fo - критерий Фурье
F (5)
0 R2
а - коэффициент теплопроводности
а = — (6)
9
С 1h 6 X Uz в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 11 (116)
Число необходимых для расчета членов бесконечного ряда зависит от численного значения критерия Фурье, определяющего продолжительность прогрева гранул на полках сушилки. Расчет критерия Фурье.
Коэффициент теплопроводности рассчитали по уравнению (7)
а = —^^— = 3,0616 • 1(Г4 m2/v (7)
1,553-1060
Продолжительность нагрева гранул в одной зоне принимаем 5 минут (5/60) часа
3,6061-10" -5
1 о /
60 • (1,5 • 10 J J
Так как Fo>l, то режим нагрева гранул можно считать регулярным, и в решении уравнения нестационарной теплопроводности можно ограничиться первым членом ряда, т.е. значениями^; и¡.ц.
При заданном значении критерия Фурье по величине относительной температуры рассчитывалась температура на поверхности и в центре гранулы и изменение этих температур на полках аппарата.
При этом заранее были рассчитаны средние температуры теплоносителя на полках по уравнению
т т ^ 180-100
T„+\ = TQ+n---, (8)
где п - номер полки; То - температура теплоносителя на выходе из сушилки.
Параметры уравнения (2) А„ и и„ определяются в зависимости от критерия Bi.
Библиографические ссылки
1. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980. 248 с.
2. Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1968, 470 с.
3. Сажин Б.С. Исследование гидродинамики и процесса сушки дисперсных материалов в аппаратах с активными гидродинамическими режимами. Докторская диссертация, М., 1972.
УДК 677.074
М.К. Кошелева, А.В. Ямышев, Д.О. Павлова
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Средняя общеобразовательная школа №1145 им. Фритьофа Нансена, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО РЕЖИМА ПРОМЫВКИ ПЛОТНЫХ ШЕРСТЯНЫХ ТКАНЕЙ
The purpose of work is development of the technique, allowing to define a rational mode of process of periodic washing in a plait of dense woolen fabrics and definition without carrying out of labour-consuming experiment of parameters of quality of washing of fabrics. On the basis
