Практическое задание 3

Модуль 1. Массообменные процессы и аппараты для их проведения.

Тема 1.3. Сушка

Используя исходные данные из табл. 1 (номер варианта выбирается по первой букве фамилии студента), решите две задачи своего варианта.

Таблица 1

Рекомендации по выполнению задания

1. Запись должна содержать условие задачи, решение, ответ.

2. Необходимо как можно подробнее записывать решение, приводить формулы, которыми пользуетесь во время расчётов.

3. При выполнении задания используйте дополнительные материалы - учебное пособие «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» под ред. П.Г.Романкова.

Вариант 1.

1. Во сколько раз больше придётся удалить влаги из 1 кг влажного мате­риала при высушивании его от 50 до 25%, чем при высушивании от 2 до 1% влажности (считая на общую массу)?

2. Определить производительность по высушенному материалу, поверхность нагрева калорифера и долю возвращаемого воздуха в теоретической сушилке с рециркуляцией части отработанного воздуха. Расход свежего атмосферного воздуха 6000 кг/ч, его энтальпия 50 кДж/кг, парциальное давление водяного пара в нём 12 мм рт. ст. Начальная влажность материала 40%, конечная 7% (на общую массу). Параметры воздушной смеси на входе в калорифер: x = 0,034; t = 40 ˚C. В калорифере воз­дух нагревается до 88 ˚С. Коэффициент теплопередачи в калорифере 47 Вт/(м²∙К). Давление греющего водяного пара 0,3 МПа.

Вариант 2.

1. Какое количество влаги удаляется из материала в сушилке, если воздух поступает в сушилку в количестве 200 кг/ч (считая на абсолютно сухой воздух) с t₁ = 95 ˚C, φ₁ = 5%, а уходит из сушилки с t₂ = 50 ˚С и φ₂ = 60%? Определить также удельный расход воздуха.

2. Определить расход воздуха, расход греющего пара, требуемое его давление и поверхность калорифера для сушилки, производительность которой равна 600 кг/ч влажного материала с начальной влажностью 50% и конечной 9% (считая на общую массу). Показания психрометра для воздуха, поступающего в калорифер, 10 и 5 ˚С. Воздух на выходе из сушилки имеет t₂ = 50 ˚C, φ₂ = 50%. Температуру греющего водяного пара принять на 15 ˚С выше температуры воздуха на выходе из калорифера. Влажность греющего водяного пара 6%. Расход теплоты на 10% больше расхода теплоты в теоретической сушилке. Коэффициент теплопередачи в калорифере 35 Вт/(м²·К).

Вариант 3.

1. Определить производительность вытяжного вентилятора для сушилки, в которой из высушиваемого материала удаляется 100 кг/ч влаги при следующих условиях: t₀ = 15 ˚C, φ₀ = 0,8, t₂ = 45 ˚C, φ₂ = 0,6, П = 750 мм рт. ст.

2. В теоретической сушилке производительностью 600 кг/ч абсолютно су­хого материала высушивается материал от влажности 35 до 8% (считая на общую массу). Показания психрометра, установленного в помещении, из которого поступает воздух в калорифер: t₀ = 18 ˚C, t_м = 15 ˚C. Вы­ходящий из сушилки воздух имеет t₂ = 40 ˚C и φ₂ = 0,65. Определить расход греющего пара в калорифере и площадь поверхности нагрева, если давление пара 0,2 МПа и коэффициент теплопередачи 33 Вт/(м²·К).

Вариант 4.

1. Определить к.п.д. теоретической сушилки, если состояние воздуха в ней меняется от φ₀ = 0,7 и t₀ = 20 ˚C до φ₂ = 0,6 и t₂ = 50 ˚C. Влага испаряется при температуре мокрого термометра.

2. 1000 кг/ч влажного материала с начальной влажностью 50% высушивается до конечной влажности 8% (считая на общую массу). Высушивание производится: а) в вакуум-сушилке при температуре материала во время сушки 40 ˚С; б) в атмосферной воздушной сушилке при той же темпе­ратуре материала (в первом периоде). Атмосферный воздух имеет t₀ = 20 ˚C, φ₀ = 0,7; уходящий из сушилки воздух имеет t₂ = 55 ˚C. В обоих случаях влажный материал поступает в сушилку при 15 ˚С, а выходит при 40 ˚С. Удельная тепло- ёмкость высушенного материала 1260 Дж/(кг·К). Пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду и на на­грев транспортирующего устройства, определить удельные расходы теп­лоты в обеих сушилках.

Вариант 5.

1. Найти средний потенциал сушки в теоретической сушилке при t₀ = 20 ˚C, φ₀ = 0,7 и t₂ = 50 ˚C, φ₂ = 0,4. Испарение идёт при температуре мокрого термометра.

2. В сушилке производительностью 500 кг/ч (по высушенному материалу) высушивается материал от 70 до 10% (считая на общую массу). Показания психрометра атмосферного воздуха 15 и 20 ˚С. Из сушилки воздух выходит с температурой 45 ˚С и относительной влажностью 50%. Потери теплоты в сушилке и в калорифере составляют 8% от расхода теплоты в теоретической сушилке. Определить площадь поверхности нагрева калорифера и расход греющего водяного пара, если он имеет давление 0,2 МПа и влажность 5%. Коэффициент теплопередачи в калорифере К = 35 Вт/(м²·К).

Вариант 6.

1. В теоретическую сушилку поступает воздух из калорифера с температурой 85 ˚С, при этом потенциал сушки составляет 43 ˚С. Потенциал сушки воздуха, покидающего сушилку, 8 ˚С. Найти парциальное давление водяного пара в воздухе, уходящем из сушилки, и объёмный процент водяного пара в нём, если давление в сушилке П = 750 мм рт. ст.

2. Расход пара в калорифере сушилки при давлении 0,3 МПа и влажности 10% составляет 200 кг/ч. Расход теплоты на 10% больше расхода теплоты в теоретической сушилке. Площадь поверхности нагрева калорифера 41 м². Атмосферный воздух имеет t₀ = 25 ˚C и точку росы t_р = 10 ˚C. Процесс сушки идёт при I₂ = 100 кДж/кг. Парциальное давление водяного пара в воздухе, покидающем сушилку, 25 мм рт. ст. Определить коэффициент теплопередачи в калорифере и производитель­ность сушилки по влажному материалу, если поступающий в сушилку материал имеет влажность 60%, а выходящий из сушилки 10% (считая на общую массу).

Вариант 7.

1. Влажный материал с начальной влажностью 33%, критической 17% и равновесной 2%, высушивается при постоянных условиях сушки до 9% влажности в течение 8 ч. Определить продолжительность сушки до 3% влажности в тех же условиях. Влажность дана в процентах от массы абсолютно сухого вещества.

2. В теоретическую сушилку, работающую с промежуточным (ступенчатым) подогревом воздуха, поступает 1800 кг/ч влажного материала с на­чальной влажностью 39%. Конечная влажность 8% (считая на общую массу). Воздух на выходе из сушилки имеет температуру 45 ˚С. Тем­пература атмосферного воздуха 20 ˚С. Всего в сушильной установке три калорифера, в каждом из которых воздух нагревается до 70 ˚С. После каждого калорифера воздух в сушилке насыщается водяным паром до φ = 0,7. Определить расход сухого воздуха и греющего пара. Дав­ление греющего пара 0,3 МПа, влажность его 5%. Дать схему процесса на диаграмме Рамзина.

Вариант 8.

1. Определить температуру поступающего в теоретическую сушилку воздуха, если средняя движущая сила сушильного процесса Δх_ср = 0,0136 кг/кг, температура уходящего из сушилки воздуха t₂ = 45 ˚С, а его относительная влажность φ₂ = 60%.

2. Определить поверхность нагрева вальцовой вакуум-сушилки производительностью 200 кг/ч (по высушенному материалу). Начальная влажность 50%, конечная 5% (считая на общую массу). Коэффициент теплопередачи 350 Вт/(м²·К); температура сушки 60 ˚С; удельная теплоёмкость сухого материала 1260 Дж/(кг·К); начальная температура материала 20 ˚С; давление греющего пара 1,5 кгс/см². Потери теплоты составляют 10% от общего количества теплоты, отдаваемого греющим паром.

Вариант 9.

1. Найти температуру влажного материала в теоретической сушилке (в первом периоде сушки), если атмосферный воздух поступает в калорифер при t₀ = 15 ˚C и φ₀ = 0,8 и нагревается в нём до t₁ = 123 ˚С.

2. Определить расход воздуха, расход греющего пара и требуемое его давление для противоточной воздушной сушилки, работающей по нор­мальному сушильному варианту. Производительность сушилки 600 кг/ч влажного материала, начальная влажность которого 50% (считая на общую массу), а конечная 9%. Воздух, поступающий в калорифер, имеет t₀ = 10 ˚C, φ₀ = 80%; воздух, выходящий из сушилки, имеет t₂ = 50 ˚C, φ₂ = 50%. Температуру греющего пара выбрать. Влажность греющего пара 6%. Расчёт произвести: а) для теоретической сушилки, б) для действительной сушилки, принимая в ней температуру материала на входе 16 ˚С, на выходе 55 ˚С. Удельная теплоёмкость высушенного мате­риала 1680 Дж/(кг∙К). Масса транспортного устройства (стальной транспортёр), несущего часовую загрузку сырого материала, 450 кг. Потери теплоты сушилкой в окружающую среду составляют 10% от коли­чества теплоты, передаваемого воздуху в калорифере.

Вариант 10.

1. Воздух с t = 60 ˚C и φ = 0,2 охлаждается холодной водой в трубчатом противоточном теплообменнике до точки росы. Охлаждающая вода нагревается от 15 до 25 ˚С. Определить расход охлаждаемого воздуха, парциальное давление водяного пара и его объёмный процент в воздухе, а также расход охлаждающей воды, если поверхность теплообмена 15 м², а коэффициент теплопередачи 46 Вт/(м²·К).

2. В сушилке производительностью 500 кг/ч (по абсолютно сухому продукту) высушивается материал от 42 до 9% влажности (на абсолютно сухое вещество). Температура воздуха, поступающего в калорифер, t₀ = 20 ˚C, а его точка росы t_р = 8 ˚C. Процесс сушки в теоретической сушилке шёл бы при I = 125 кДж/кг. Температура воздуха на выходе из сушилки t₂ = 45 ˚C. Нормальный сушильный вариант. Определить расход греющего пара и поверхность нагрева калорифера, если давление греющего пара 0,2 МПа и влажность 5%, а коэффициент теплопередачи К = 32 Вт/(м²·К). Сумма всех потерь теплоты составляет 15% от расхода теплоты в теоретической сушилке.

Вариант 11.

1. Найти температуру и влагосодержание воздуха, уходящего из теоретической сушилки, если средний потенциал сушки χ_ср = 41 ˚С. Воздух поступает в калорифер при t₀ = 15 ˚С и φ = 70%. Энтальпия воздуха, поступающего из калорифера в сушилку, I = 144,2 кДж/кг. Определить также температуру влажного материала (в первом периоде сушки).

2. В сушилке производительностью 1 т/ч (по влажному материалу) высушивается материал от 55 до 8% влажности (на общую массу). Атмосферный воздух имеет параметры t₀ = 20 ˚C, φ₀ = 0,75 и нагревается в калорифере до t₁ = 110 ˚C. Потенциал сушки на выходе из сушилки χ₂ = 10 ˚С. Определить расход воздуха и греющего пара, если давление пара 0,25 МПа, а степень сухости его 95%.

Вариант 12.

1. Определить к.п.д. теоретической сушилки, если состояние воздуха в ней меняется от φ₀ = 0,7 и t₀ = 20 ˚C до φ₂ = 0,6 и t₂ = 50 ˚C. Влага испаряется при температуре мокрого термометра.

2. В сушилке производительностью 500 кг/ч (по высушенному материалу) высушивается материал от 70 до 10% (считая на общую массу). Показания психрометра атмосферного воздуха 15 и 20 ˚С. Из сушилки воздух выходит с температурой 45 ˚С и относительной влажностью 50%. Потери теплоты в сушилке и в калорифере составляют 8% от расхода теплоты в теоретической сушилке. Определить площадь поверхности нагрева калорифера и расход греющего водяного пара, если он имеет давление 0,2 МПа и влажность 5%. Коэффициент теплопередачи в калорифере К = 35 Вт/(м²∙К).

Вариант 13.

1. Найти средний потенциал сушки в теоретической сушилке при t₀ = 20 ˚C, φ₀ = 0,7 и t₂ = 50 ˚C, φ₂ = 0,4. Испарение идёт при температуре мокрого термометра.

2. В сушилке производительностью 500 кг/ч (по абсолютно сухому продукту) высушивается материал от 42 до 9% влажности (на абсолютно сухое вещество). Температура воздуха, поступающего в калорифер, t₀ = 20 ˚C, а его точка росы t_р = 8 ˚C. Процесс сушки в теоретической сушилке шёл бы при I = 125 кДж/кг. Температура воздуха на выходе из сушилки t₂ = 45 ˚C. Нормальный сушильный вариант. Определить расход греющего пара и поверхность нагрева калорифера, если давление грею­щего пара 0,2 МПа и влажность 5%, а коэффициент теплопередачи К = 32 Вт/(м²·К). Сумма всех потерь теплоты составляет 15% от расхода теплоты в теоретической сушилке.

Вариант 14.

1. Во сколько раз больше придётся удалить влаги из 1 кг влажного мате­риала при высушивании его от 50 до 25%, чем при высушивании от 2 до 1% влажности (считая на общую массу)?

2. В теоретической сушилке производительностью 600 кг/ч абсолютно сухого материала высушивается материал от влажности 35 до 8% (считая на общую массу). Показания психрометра, установленного в помещении, из которого поступает воздух в калорифер: t₀ = 18 ˚C, t_м = 15 ˚C. Вы­ходящий из сушилки воздух имеет t₂ = 40 ˚C и φ₂ = 0,65. Определить расход греющего пара в калорифере и площадь поверхности нагрева, если давление пара 0,2 МПа и коэффициент теплопередачи 33 Вт/(м²·К).

Вариант 15.

1. Какое количество влаги удаляется из материала в сушилке, если воздух поступает в сушилку в количестве 200 кг/ч (считая на абсолютно сухой воздух) с t₁ = 95 ˚C, φ₁ = 5%, а уходит из сушилки с t₂ = 50 ˚С и φ₂ = 60%? Определить также удельный расход воздуха.

2. В теоретическую сушилку, работающую с промежуточным (ступенчатым) подогревом воздуха, поступает 1800 кг/ч влажного материала с на­чальной влажностью 39%. Конечная влажность 8% (считая на общую массу). Воздух на выходе из сушилки имеет температуру 45 ˚С. Тем­пература атмосферного воздуха 20 ˚С. Всего в сушильной установке три калорифера, в каждом из которых воздух нагревается до 70 ˚С. После каждого калорифера воздух в сушилке насыщается водяным паром до φ = 0,7. Определить расход сухого воздуха и греющего пара. Дав­ление греющего пара 0,3 МПа, влажность его 5%. Дать схему процесса на диаграмме Рамзина.

Вариант 16.

1. В теоретическую сушилку поступает воздух из калорифера с температурой 85 ˚С, при этом потенциал сушки составляет 43 ˚С. Потенциал сушки воздуха, покидающего сушилку, 8 ˚С. Найти парциальное давление водяного пара в воздухе, уходящем из сушилки, и объёмный процент водяного пара в нём, если давление в сушилке П = 750 мм рт. ст.

2. Определить производительность по высушенному материалу, поверхность нагрева калорифера и долю возвращаемого воздуха в теоретической сушилке с рециркуляцией части отработанного воздуха. Расход свежего атмосферного воздуха 6000 кг/ч, его энтальпия 50 кДж/кг, парциальное давление водяного пара в нём 12 мм рт. ст. Начальная влажность материала 40%, конечная 7% (на общую массу). Параметры воздушной смеси на входе в калорифер: x = 0,034; t = 40 ˚C. В калорифере воз­дух нагревается до 88 ˚С. Коэффициент теплопередачи в калорифере 47 Вт/(м²·К). Давление греющего водяного пара 0,3 МПа.

Вариант 17.

1. Влажный материал с начальной влажностью 33%, критической 17% и равновесной 2%, высушивается при постоянных условиях сушки до 9% влажности в течение 8 ч. Определить продолжительность сушки до 3% влажности в тех же условиях. Влажность дана в процентах от массы абсолютно сухого вещества.

2. Определить расход воздуха, расход греющего пара, требуемое его давление и поверхность калорифера для сушилки, производительность которой равна 600 кг/ч влажного материала с начальной влажностью 50% и конечной 9% (считая на общую массу). Показания психрометра для воздуха, поступающего в калорифер, 10 и 5 ˚С. Воздух на выходе из сушилки имеет t₂ = 50 ˚C, φ₂ = 50%. Температуру греющего водяного пара принять на 15 ˚С выше температуры воздуха на выходе из калорифера. Влажность греющего водяного пара 6%. Расход теплоты на 10% больше расхода теплоты в теоретической сушилке. Коэффициент теплопередачи в калорифере 35 Вт/(м²·К).

Вариант 18.

1. Определить производительность вытяжного вентилятора для сушилки, в которой из высушиваемого материала удаляется 100 кг/ч влаги при следующих условиях: t₀ = 15 ˚C, φ₀ = 0,8, t₂ = 45 ˚C, φ₂ = 0,6, П = 750 мм рт. ст.

2. 1000 кг/ч влажного материала с начальной влажностью 50% высушивает­ся до конечной влажности 8% (считая на общую массу). Высушивание производится: а) в вакуум-сушилке при температуре материала во время сушки 40 ˚С; б) в атмосферной воздушной сушилке при той же температуре материала (в первом периоде). Атмосферный воздух имеет t₀ = 20 ˚C, φ₀ = 0,7; уходящий из сушилки воздух имеет t₂ = 55 ˚C. В обоих случаях влажный материал поступает в сушилку при 15 ˚С, а выходит при 40 ˚С. Удельная тепло-ёмкость высушенного материала 1260 Дж/(кг·К). Пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду и на нагрев транспортирующего устройства, определить удельные расходы теплоты в обеих сушилках.

Вариант 19.

1. Определить температуру поступающего в теоретическую сушилку воздуха, если средняя движущая сила сушильного процесса Δх_ср = 0,0136 кг/кг, температура уходящего из сушилки воздуха t₂ = 45 ˚С, а его относительная влажность φ₂ = 60%.

2. Определить расход воздуха, расход греющего пара и требуемое его давление для противоточной воздушной сушилки, работающей по нормальному сушильному варианту. Производительность сушилки 600 кг/ч влажного материала, начальная влажность которого 50% (считая на общую массу), а конечная 9%. Воздух, поступающий в калорифер, имеет t₀ = 10 ˚C, φ₀ = 80%; воздух, выходящий из сушилки, имеет t₂ = 50 ˚C, φ₂ = 50%. Температуру греющего пара выбрать. Влажность греющего пара 6%. Расчёт произвести: а) для теоретической сушилки, б) для действительной сушилки, принимая в ней температуру материала на входе 16 ˚С, на выходе 55 ˚С. Удельная теплоёмкость высушенного материала 1680 Дж/(кг·К). Масса транспортного устройства (стальной транспортёр), несущего часовую загрузку сырого материала, 450 кг. Потери теплоты сушилкой в окружающую среду составляют 10% от коли­чества теплоты, передаваемого воздуху в калорифере.

Вариант 20.

1. Найти температуру влажного материала в теоретической сушилке (в первом периоде сушки), если атмосферный воздух поступает в калорифер при t₀ = 15 ˚C и φ₀ = 0,8 и нагревается в нём до t₁ = 123 ˚С.

2. Расход пара в калорифере сушилки при давлении 0,3 МПа и влажности 10% составляет 200 кг/ч. Расход теплоты на 10% больше расхода теплоты в теоретической сушилке. Площадь поверхности нагрева калорифера 41 м². Атмосферный воздух имеет t₀ = 25 ˚C и точку росы t_р = 10 ˚C. Процесс сушки идёт при I₂ = 100 кДж/кг. Парциальное давление водяного пара в воздухе, покидающем сушилку, 25 мм рт. ст. Определить коэффициент теплопередачи в калорифере и производительность сушилки по влажному материалу, если поступающий в сушилку ма­териал имеет влажность 60%, а выходящий из сушилки 10% (считая на общую массу).

Вариант 21.

1. Найти температуру и влагосодержание воздуха, уходящего из теоретической сушилки, если средний потенциал сушки χ_ср = 41 ˚С. Воздух поступает в калорифер при t₀ = 15 ˚С и φ = 70%. Энтальпия воздуха, поступающего из калорифера в сушилку, I = 144,2 кДж/кг. Определить также температуру влажного материала (в первом периоде сушки).

2. Определить поверхность нагрева вальцовой вакуум-сушилки производительностью 200 кг/ч (по высушенному материалу). Начальная влажность 50%, конечная 5% (считая на общую массу). Коэффициент теплопередачи 350 Вт/(м²·К); температура сушки 60 ˚С; удельная теплоёмкость сухого материала 1260 Дж/(кг·К); начальная температура материала 20 ˚С; давление греющего пара 1,5 кгс/см². Потери теплоты составляют 10% от общего количества теплоты, отдаваемого греющим паром.

Вариант 22.

1. Воздух с t = 60 ˚C и φ = 0,2 охлаждается холодной водой в трубчатом противоточном теплообменнике до точки росы. Охлаждающая вода нагревается от 15 до 25 ˚С. Определить расход охлаждаемого воздуха, парциальное давление водяного пара и его объёмный процент в возду­хе, а также расход охлаждающей воды, если поверхность теплообмена 15 м², а коэффициент теплопередачи 46 Вт/(м²·К).

2. В сушилке производительностью 1 т/ч (по влажному материалу) высушивается материал от 55 до 8% влажности (на общую массу). Атмосферный воздух имеет параметры t₀ = 20 ˚C, φ₀ = 0,75 и нагревается в калорифере до t₁ = 110 ˚C. Потенциал сушки на выходе из сушилки χ₂ = 10 ˚С. Определить расход воздуха и греющего пара, если давление пара 0,25 МПа, а степень сухости его 95%.