Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 7
1.1. Основные подходы к энергосбережению в сушке 7
1.2. Существующие методы оценки эффективности энергопотребления в сушильном оборудовании 20
1.3. Программные продукты в области сушки 28
Постановка задачи исследования.. , 34
Глава 2. Упрощенный метод расчёта эффективности энергопотребления сушилок 36
2.1. Алгоритм расчёта энергопотребления сушильного оборудования полочная сушилка.. 42
2.2. Примеры использования упрощенного метода расчета 43
2.2.1. Расчет сушилок с псевдоожиженным слоем 43
2.2.2. Расчет пневматической трубы-сушилки 47
Выводы , 58
Глава 3. Точный метод расчета эффективности сушилок 60
3.1. Метод расчета эффективности сушилок с использованием динамических критериев эффективности 60
3.2. Примеры использования точного метода расчета ,,,. 62
3.2.1. Расчёт эффективности сушки каучука ДССК- 65 в ленточной сушилке в непрерывном режиме 62
3.2.1.1. Модель процесса сушки в ленточной сушилке 64
3.2.1.2. Анализ эффективности процесса сушки по длине аппарата и способы интенсификации процесса 69
3.2.2. Расчёт и анализ эффективности сушки каучука ДССК-65 в периодическом режиме в сушилке фонтанирующего слоя з
3.3. Использование динамических критериев эффективности для сравнения способов сушки 92
3.3.1. Сушка раствора маннитола в сублимационной сушилке 92
3.3.2. Сушка лактозы и сравнение микроволновой вакуумной сушилки и микроволновой сушилки 93
Выводы 100
Глава 4. Примеры повышения эффективности работы сушильного оборудования , 102
4.1. Выбор оптимального типа установки (на примере пигментных красителей) 103
4.2. Сушка каучука ДССК-65 комбинированным способом 105
4.3. Организация производственного процесса с минимальными затратами энергии
4.3.1. Одностадийная схема рекуперации тепла 111
4.3.2. Двухстадийная схема рекуперации тепла 114
Выводы 119
Основные результаты и выводы 120
Список литературы 121
Приложение
- Существующие методы оценки эффективности энергопотребления в сушильном оборудовании
- Примеры использования упрощенного метода расчета
- Примеры использования точного метода расчета
- Сушка каучука ДССК-65 комбинированным способом
Введение к работе
Процесс сушки является одним из наиболее интересных процессов химической технологии. Этот процесс лежит в основе многих современных методов нанесения покрытий, получения композитных материалов и лекарственных препаратов. В свою очередь, сушка — очень энергоемкий процесс. Большое количество энергии расходуется не только на удаление влаги из высушиваемого материала, включающее в себя иногда весьма значительные затраты на подготовку и подачу материала в сушильный аппарат, но и на очистку рабочих сред процесса. Поэтому большое значение имеет разработка оптимальной технологии процесса сушки, что позволит повысить качество продукта, сократить продолжительность процесса, сберечь материальные и энергоресурсы, решить проблемы экологии.
Проблема выбора наименее энергоемкого способа сушки на основании экспериментальных исследований с учетом требований к конечным характеристикам материала, технологии производства, а также вопросов охраны труда и экологической защиты окружающей среды является плохо определенной, трудно поддающейся формализации задачей, связанной во многом не с количественными, а с качественными оценками применения того или иного альтернативного варианта. Большое число фактов, влияющих на выбор способа сушки, и огромное разнообразие использующейся в производстве сушильной техники затрудняют процесс проектирования новых сушильных технологий. В связи с этим возникает проблема разработки эффективных критериев сравнительной оценки энергоемкости альтернативных вариантов как на стадии проектирования аппарата, так и на стадии составления технологической схемы с целью выявления наиболее эффективного способа сушки с точки зрения минимальных энергозатрат.
В связи с вышесказанным актуальной задачей является разработка современного программного обеспечения, позволяющего рассчитать сушильное оборудование, провести анализ эффективности работы аппарата,
5 определить наименее эффективные участки, оценить влияние на процесс сушки режима (температуры, скорости сушильного агента и т.д.), установки дополнительного оборудования и изменения конструкции аппарата (секционирование аппарата, установка ворошителей и т.д.), а также позволяющего при помощи критериев выбрать способ сушки, соответствующий минимальным энергозатратам. Такое программное обеспечение будет способствовать ускорению темпов проектирования технологических процессов, сокращению объемов необходимых экспериментальных исследований и разработке новых экономичных высокоэффективных технологий сушки.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения.
В первой главе приведены основные принципы энергосберегающей технологии сушки, способы энергосбережения в сушильных установках в зависимости от способа сушки и свойств высушиваемого материала. Представлен обзор работ в области оценки эффективности энергопотребления в сушильном оборудовании и методов по повышению эффективности сушильного оборудования, приведена классификация способов рекуперации тепла отработанного сушильного агента и программных продуктов в области расчёта, оценки эффективности и моделирования сушильных установок.
В соответствии с целью работы и на основании выводов, сделанных в результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи исследования и намечены этапы её решения.
Вторая глава посвящена методологии приближенного расчёта энергопотребления различных типов сушильного оборудования и разработке единого алгоритма для расчёта энергопотребления различных типов сушилок, включающего в себя блоки расчета материально - теплового балансов, энергозатрат калорифера, гидродинамического сопротивления, энергозатрат вентилятора, энергозатрат дополнительных устройств.
Последовательное соединение блоков позволяет рассчитать общее энергопотребление. В соответствии с алгоритмом разработано программное обеспечение в среде Delphi, реализованы некоторые компоненты системы для расчётов 11-ти типов сушильного оборудования и приведены примеры работы программы.
В третьей главе вводятся динамические критерии эффективности, которые рассчитываются по параметрам, распределенным по времени (для периодической сушки) или в пространстве (для непрерывной сушки), и рассматривается применимость их для оценки эффективности использования энергии в сушильном оборудовании. Для демонстрации работы динамических критериев эффективности приводится ряд примеров: выбор оптимального режима сушки каучука ДССК-65 в многосекционной ленточной сушилке; анализ сушки каучука ДССК-65 в сушилке фонтанирующего слоя; применение динамических критериев на таких современных сушильных установках как сублимационная и микроволновая сушилки.
В четвертой главе рассматривается применение разработанных инструментов для снижения затрат энергии в процессе сушки. При рассмотрении различных вариантов оборудования для сушки химических продуктов предложены оптимальные режимы, установки, комбинации установок с точки зрения минимизации энергозатрат. Также рассмотрены варианты энергосбережения в производстве в целом (на примере рекуперации тепла в производстве каучука).
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Меньшутиной Н.В., профессору Тадеушу Кудре, зав. кафедрой КХТП профессору Гордееву Л.С., доценту Гончаровой СВ., доценту Гусевой Е.В., аспирантке Гордиенко М.Г. за консультации и замечания по диссертации и помощь в работе.
Существующие методы оценки эффективности энергопотребления в сушильном оборудовании
В книгах А. Мужумдара [36, 40, 45] рассмотрено несколько методов по сокращению энергопотребления при сушке, сделан широкий обзор литературы за последние 20 лет, касающийся энергосбережения и оптимизации процессов сушки, и выявлены возможные способы снижения энергозатрат при сушке различных материалов. Кроме того, в работе приведены удельные энергозатраты для различных типов сушилок, обозначены возможности применения того или иного метода энергосбережения в зависимости от типа высушиваемого материала, типа сушилки и условий протекания процесса. Следует отметить, что некоторые из методов применимы к существующим сушильным установкам, другие -предложены для нового оборудования.
На основании анализа энерготехнологических параметров зонной сушильной установки Амин С.А. предложил метод дифференцированного анализа энергетических показателей по этапам сушки, позволяющий разработать энергосберегающий режим работы сушильной установки [55]. Им были разработаны методы оценки энергетических показателей зонной сушильной установки как для установившегося режима, так и для начального и конечного этапов процесса сушки, на базе которых выявлены энергетически оптимальные режимы, способствующие снижению энергозатрат при производстве сушеных фруктов. В качестве объекта исследования при решении поставленной задачи была выбрана наиболее распространенная зонная суншльная установка, принцип работы которой идентичен сушилкам туннельного типа.
Для каждой сушильной установки в зависимости от режима ее работы и технических характеристик может быть разработана соответствующая декомпозиция задач и исследований по разработке рационального режима использования энергоресурсов, позволяющих снизить удельные энергозатраты на выпускаемую продукцию.
Метод дифференцированного анализа и расчета энергетических показателей предусматривает разделение всего расхода электроэнергии, состоящего из расхода на установившийся режим, начальный и конечный этап, на отдельные блоки, характеризующие долю расхода электроэнергии в общем объеме энергопотребления. Еоб( = ЕИІ + Еуі + ЕКІ , (1.3) где - общий расход электроэнергии і-го блока, кВт ч; Епь Екь Eyt -расход электроэнергии на начальный, конечный и установившийся этапы работы і-го блока соответственно, кВт ч.
Таким образом, было выявлено, что для рационального использования электроэнергии и выбора оптимального режима, необходима оценка расхода электрической энергии по каждой зоне для каждого этапа процесса сушки. Оценка энергетических параметров процесса сушки в каждой зоне осуществлялась с помощью диаграммы Рамзина.
В работах [20, 21] Данилова О.Л. рассматриваются общие принципы экономии энергии при сушке, приведена методика оценки энергетического совершенства сушильных установок, использующая энергетические балансы (позволяют количественно оценить долю полезно израсходованной энергии и ее потери, коэффициент полезного действия и другие показатели экономичности СУ). Таким образом, конкретный поиск энергосберегающих решений основан на использовании энергетического баланса изучаемой СУ.
Показатель энергетического совершенства СУ при конвективном подводе теплоты имеет особую специфику. Сушка относится к числу тепломассообменных процессов, поэтому температура сушильного агента, соприкасающегося с влажным материалом, теоретически не может быть ниже предела охлаждения - температуры мокрого термометра / Последнее означает, что для непрерывно действующей сушилки, в которой сумма удельных теплопотерь qnom (на нагрев материала, транспортных устройств, в окружающую среду и др.) равна сумме удельных теплопритоков q (с физической теплотой материала, входящего в сушилку, за счет дополнительных тепловыделений в сушилке и т.д.), наибольшая используемая разность температур сушильного агента может равняться t{ —tM, где /,- температура сушильного агента на входе в сушилку.
Наглядной характеристикой энергетической эффективности СУ является удельный расход теплоты q. Анализ зависимостей для д применительно к действующей сушилке [32], (в которой имеют место потери теплоты, возможность дополнительного подвода теплоты), показал, что на удельный расход теплоты, как и на максимальный КПД, влияют начальная // и конечная І2 температуры сушильного агента, параметры окружающей среды, внутренний тепловой баланс камеры сушки, коэффициенты рециркуляции в различных зонах многозонной сушилки, число зон промежуточного подогрева сушильного агента и т.д. Процесс сушки в общем случае состоит из периода подогрева, 1-го и 2-го периодов сушки, интенсивность удаления влаги в которых зависит от различных факторов. В первом периоде интенсивность сушки определяется скоростью подвода теплоты к высушиваемому материалу и отвода влаги с его поверхности в окружающую среду дм.вчеш (внешняя задача сушки), во втором периоде - скоростью передачи теплоты вглубь материала и подвода влаги из внутренних слоев материала в зону испарения qM.euymp (внутренняя задача сушки).
Рассмотренные выше показатели эффективности (КПД, удельные затраты тепла) неполно характеризуют процесс, поэтому Сажиным Б.С. был предложен эксергетический метод анализа эффективности [32, 56, 57]. При анализе, основанном на уравнениях теплового и материального балансов, все виды вещества и энергии обычно рассматриваются вне зависимости от их качества. Так, например, теплота греющего пара и энергия, теряемая в окружающую среду, в уравнении теплового баланса не различаются, однако, возможность практического использования их явно неодинакова. Вместе с тем качество теплоты или энергии в другой форме характеризуется коэффициентом работоспособности, позволяющим оценить, в какой степени она может быть использована или превращена в другие виды энергии. В частности, важно знать разность температур источника теплоты и окружающей среды. Меру ресурсов превратимой энергии системы называют эксергией системы [56]. При разработке новых перспективных технологий необходимо использовать резервы экономии, имеющиеся в применяемых технологиях.
Поскольку обобщений результатов исследований сушильной техники пока недостаточно [40, 58, 62], очевидно, что наиболее эффективно задачи совершенствования этой техники, в том числе связанные с проблемой экономии энергии, могут и должны решаться с применением методов математического моделирования и компьютерных программ.
Основным методом расчета сложных процессов химической технологии на современном уровне стал метод математического моделирования, реализующий расчеты на ЭВМ и позволяющий отыскивать оптимальные режимы проведения процессов и условия управления ими.
В настоящее время в решении задач моделирования и оптимизации процесса сушки все шире используется один из мощных методических приемов системного анализа - энтропийные методы неравновесной термодинамики [13,15].
В работе [60] Майков В.П. предложил подход к моделированию технологических процессов, объединяющий в себе приемы и основные принципы теоретического описания в форме статистического вывода. В основе такого описания лежит информационный принцип максимального правдоподобия. Этот принцип позволяет рассчитывать неравновесные состояния как наиболее вероятные. В качестве критерия правдоподобия используется информационная энтропия - максимуму энтропии отвечает наиболее правдоподобный (достоверный) ответ на поставленную задачу. Результаты, получаемые на основе информационного подхода, следует рассматривать лишь как наиболее беспристрастные выводы, которые можно сделать на основе имеющейся достоверной, но неполной информации.
Примеры использования упрощенного метода расчета
Сушилки с псевдоожиженным слоем (рис. 2.4) получили широкое распространение благодаря следующим специфическим особенностям: во-первых, этим методом можно высушивать зернистые, сыпучие, пастообразные и жидкие материалы; во-вторых, процесс протекает очень интенсивно в силу значительного увеличения поверхности контакта между частицами материала и сушильным агентом.
Наиболее простыми пневмосушилками являются пневмотрубы, в которых материал вместе с потоком транспортирующего газа движется прямолинейно, чаще всего, снизу вверх. Поток газовзвеси перемещается в режиме, близком к режиму идеального вытеснения. Пребывание материала в зоне сушки кратковременно, обычно не более нескольких секунд. Количество одновременно находящегося в системе материала невелико. Эти особенности позволяют использовать пневмотрубы для сушки широкой группы дисперсных материалов химической промышленности (порошкообразные, зернистые, гранулированные и т. д.), в том числе и взрывоопасных. На рисунке 2.8 представлена схема пневматической трубы-сушилки ТС-1-3 75 конструкции НИИхиммаша.
Влажный материал из бункера 2 с ворошителем и двухшнековым питателем 1 подается в нижнюю часть трубы-сушилки 3, где подхватывается воздухом, подогретым в калорифере 8, и транспортируется вверх. В процессе транспортирования материал высушивается, а воздух насыщается влагой и охлаждается. В циклоне 4 и батарейном циклоне 5 продукт выделяется из воздуха, а отработанный очищенный воздух отсасывается вентилятором 6 в атмосферу. Расчет материальных потоков
Расчет параметров парогазовой пленки, включающий расчет энтальпии в начале и конце процесса, конечного влагосодержания воздуха, равновесной относительной влажности и давления насыщенного пара Расчет температуры воздуха на выходе из калорифера по диаграмме 1-Х, включающий расчет плотности и влажности воздуха Расчет параметров движения частиц при средних параметрах газа, включающий расчет критериев Архимеда и Рейнольдса, средних скоростей частиц Расчет диаметра аппарата
В главе были приняты следующие условные обозначения и индексы: а - коэффициент температуропроводности, м2/с; С - влагосодержание материала, кг/кг; с - удельная теплоемкость, кДж/(кг-К); D - диаметр, м; d - диаметр частицы, м; f - фактор формы (коэффициент несферичности); G - расход, кг/ч; g - ускорение свободного падения, м/с2; Н - высота, м; I - удельная энтальпия, кДж/кг; і - коэффициент скольжения; к - коэффициент; L - расход сухого газа, кг/ч; М - мольная масса, кг/кмоль; mt - число единиц переноса; Р - общее давление сушильного агента (парогазовой смеси), Па; р - парциальное давление, Па; Q - расход тепла, Дж/ч; q - удельный расход тепла, Дж/кг; S - площадь поверхности, м2; sy - удельная поверхность материала, м"1; Т - абсолютная температура, К; t - температура газа, парогазовой смеси, С; и - относительная скорость, м/с; ив - скорость витания, м/с; V - объемный расход, м /с; Уел - объем псевдоожижжеиного слоя, м ; W - расход испаряемой влаги, кг/ч; w - скорость газа, м/с; X - влагосодержание газа, кг/кг; X - равновесное влагосодержание воздуха, кг/кг; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); ots - коэффициент теплоотдачи, отнесенный к единице поверхности, Вт/К; Д - движущая сила процесса сутки; Др - гидравлическое сопротивление, Па; е - порозность слоя; 9 - температура материала, С; % - относительный коэффициент сушки; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); Хтр - коэффициент трения газового потока, б/р; v - кинематический коэффициент вязкости, м2/с; и - абсолютная скорость, м/с; р - плотность, кг/м ; а - удельный расход сухого газа, кг/кг; т - время, с; ф - относительная влажность газа; \у - фактор формы (коэффициент сферичности); Аг -критерий Архимеда; Nu - критерий Нусельта; Рг - критерий Пранделя; Re - критерий Рейнольдса; Fr - критерий Фруда. АП - аппарат; в — воздух; г - газовая фаза; ж - жидкая фаза; 0 - начальное состояние; к - конечное состояние; кл - калорифер; кр — критический; м - материал; шах -максимальное значение; мг —максимальный гигроскопический; мт - мокрого термометра; н -насыщенный; ос — условия окружающей среды; п — паровая фаза; р -равновесное значение; см - смесь; ст — стабилизированное движение; т — твердая фаза; у - удельное значение; ( ) — к парогазовой смеси, находящейся в контакте с поверхностью материала.
1. В данной главе рассмотрен упрощенный метод расчета энергопотребления сушильного оборудования.
2. Разработан единый алгоритм для расчёта энергопотребления различных типов сушилок, включающий блоки материального и теплового балансов, расчет энергозатрат калорифера, который связан со справочником (БД) потерь энергии, блока расчёта гидродинамического сопротивления, энергозатрат вентилятора и энергозатрат дополнительных устройств. 3. На основании разработанного алгоритма создано программное обеспечение для расчета энергопотребления, основных размеров и параметров различных типов сушилок.
4. Приведены примеры упрощенного метода расчета, а также сравнение расчетных данных с экспериментально полученными значениями.
Примеры использования точного метода расчета
Рассмотрим использование предлагаемого метода оценки эффективности энергопотребления на примере сушки каучука. Производство синтетического каучука требует больших производственных мощностей. Выпуск синтетического каучука в России составляет 2,9 млн.т/год, а в мире - более 19 млн.т/год, поэтому рекомендации по рациональному использованию энергии имеют большое значение, так как их применение позволит сэкономить миллионы рублей.
Растворные бутадиен-стирольные каучуки (ДССК) получают методами анионной сополимеризации в растворах с применением литий-органических инициаторов. Они прочно завоевали свое место среди каучуков общего назначения и все более конкурируют с эмульсионными БСК [119, 120, 121]. Методы анионной полимеризации и сополимеризации мономеров в растворе позволяют в широких пределах варьировать состав и структуру получаемых эластомеров и, таким образом, "конструировать" эластомеры заданной структуры и с заданным комплексом свойств.
Рост производства растворных БСК обусловлен чрезвычайной многогранностью процессов полимеризации, легкостью управления микро-и макроструктурой полимеров, возможностью получения материалов, пригодных для изготовления шин, резинотехнических, резиновых и пластмассовых изделий.
Промышленное производство бутадиен-стирольных каучуков в растворе в присутствии литий-органических инициаторов началось в 1966 году. Фирмы Phillips Petroleum Со. (США) и Firestone Tire & Rubber Co. (США) выпустили каучуки под торговыми марками солпрен и стереон соответственно. В настоящее время растворные БСК за рубежом выпускаются 13 фирмами в 11 странах.
В нашей стране разработан большой ассортимент растворных БСК. Ассортимент ДССК, производимых мировой промышленностью, также достаточно велик. Производство растворных БСК многотоннажно, поэтому оптимальная технология обезвоживания материала позволяет не только снизить затраты ресурсов и энергии, но и решить проблемы экологии.
Процесс полного обезвоживания синтетического каучука проводится в 3 стадии [120, 121]: 1) концентрирование или выделение крошки полимера из пульпы в специальных водоотделительных устройствах; 2) предварительное механическое обезвоживание выделенной крошки в червячных машинах; 3) окончательная сушка каучука, как правило, в ленточной сушилке. Далее рассмотрим третью стадию обезвоживания материала (сушку каучука в ленточной сушилке), так как она является самой энергоемкой.
В связи с недостаточным количеством экспериментальных данных для демонстрации работы динамических критериев эффективности используем математическую модель сушки каучука ДССК-65 разработанную в МХТИ им. Д. И. Менделеева [119]. Рассмотрим работу данной модели более подробно.
Математическая модель процесса сушки материала в ленточной сушилке должна учитывать следующие основные моменты: каждый слой движущегося дисперсного материала взаимодействует с фильтрующим потоком сушильного агента; существует механический унос влаги; распределения температурного поля материала по длине и по высоте слоя имеют конкретный и сложный вид; по мере прохождения теплоносителя по аппарату его влагосодержание непрерывно изменяется в сторону достижения равновесия, поэтому в процессе массопередачи в один и тот же момент времени каждый слой материала контактирует со средой теплоносителя различной концентрации, и, по этой причине, процесс является нестационарным по отношению к отдельным сечениям аппарата.
Модель сушки базируется на следующих допущениях: 1. усадкой крошки материала в процессе сушки можно пренебречь; 2. теплопроводностью между частицами материала можно пренебречь; 3. поток воздуха через слой материала является однородным; 4. температурными градиентами внутри каждой частицы можно пренебречь; 5. теплоемкости сухого воздуха, материала, водяного пара и воды являются величинами постоянными; 6. предполагается, что на испарение воды расходуется тепло из материала, испаряющаяся вода входит в поток воздуха как водяной пар при температуре материала.
Моделирование перекрестного потока с использованием принципов прямотока сухого материала и коэффициентов тепло- и массообмена в период постоянной скорости сушки. Следующий блок — расчет приращения времени сушки через шаг N, удельного расхода воздуха через j-ю ячейку и массы материала в і-й ячейке. После задания шага в каждой ячейке следует блок расчета равновесных влагосодержаний воздуха и материала.
Далее переходим к расчету влагосодержания и температуры материала в каждой і, j-ой ячейке. При выполнении условия Wij WKp расчет ведется для периода прогрева и постоянной скорости сушки, в противном случае - для периода падающей скорости сушки. Далее переходим к блокам расчета параметров материала на входе в (І, j+І) ячейку и воздуха на входе в (i+1, j) ячейку. Расчет повторяется до тех пор, пока конечное влагосодержание материала на выходе из последней секции сушилки не достигнет заданного значения.
На основании данных, рассчитанных по описанной выше математической модели ленточной сушилки, рассмотрим использование динамических критериев эффективности при выборе способов интенсификации процесса сушки и снижения энергозатрат. Исходные данные для расчета четырехсекционной ленточной сушилки: производительность сушилки по влажному материалу 1245 кг/ч длина сушилки 8 м длина секции сушилки 2м ширина ленты транспортера 1,5 м скорость движения ленты 12 м/час высота слоя материала 0,10 м плотность частиц каучука 930 кг/м3 насыпная плотность 664 кг/м3 пороз ность 28,61% расход сушильного агента в каждой секции сушилки 50 кг/мин В таблице 3.1 представлены исходные данные и результаты моделирования процесса сушки каучука ДССК-65 в четырехсекционной ленточной сушилке. В данном примере температура поступающего в аппарат сушильного агента принималась равной 100 С для каждой секции сушилки.
Анализируя полученные результаты, приходим к выводу о низкой эффективности процесса сушки в 2, 3, 4 секциях сушильной установки. Рассмотрим процесс сушки в 2, 3, 4 секциях сушильной установки более подробно. Из рисунка 3.5 видно, что в течение сушки возникает значительный градиент влагосодержания по слою материала (уже во второй секции в нижней части слоя удаляется капиллярно- связанная влага, а в верхней части - все еще испаряется свободная влага).
Сушка каучука ДССК-65 комбинированным способом
В главе была рассмотрена сушка каучука ДССК-65 в ленточной четырехсекционной сушилке. Был произведен сравнительный расчет изменения энергетической эффективности по длине сушилки для трех случаев: 1) температура входящего сушильного агента во всех секциях постоянна, материал не перемешивается; 2) температура входящего сушильного агента во всех секциях постоянна, материал перемешивается на входе в 2, 3,4 секции сушилки; 3) температура входящего сушильного агента в последних двух секциях снижена, материал перемешивается на входе в 2, 3, 4 секции сушилки.
Это подтверждает многолетние наблюдения и выводы по теории сушки: для первого периода сушки приемлемы высокая температура сушильного агента и активная гидродинамика системы «газ - твердое», в то время как для второго периода сушки более уместна умеренная температура газа и "спокойная" гидродинамическая обстановка [32].
Рассмотренные выше методы энергосбережения предусматривают сохранение энергии внутри производственного процесса. Но в некоторых случаях, когда выбраны все возможные методы энергосбережения внутри производственного процесса, следует обратить внимание на энергосбережение производства в целом. Проанализируем возможность использования энергии отработанного сушильного агента для подогрева воздуха в производственных помещениях.
Проанализируем полученные результаты. Использование энергии отработанного сушильного агента меняется от 39% одностадийная схема до 63% при использовании двухстадийной схемы рекуперации тепла. Подогрев в одностадийном процессе вентиляционного воздуха приводит к 58%-му сокращению потребления энергии, затрачиваемой на его нагрев. В двухстадийном процессе подогрев сушильного агента приводит к сбережению 21% энергии (затрачиваемой на нагрев сушильного агента), а энергосбережение при подогреве вентиляционного воздуха составит 51%. Можно сделать вывод, что использование в процессах сушки энергии отработанного сушильного агента приводит к экономии миллионов рублей для производства в целом.
В главе были приняты следующие условные обозначения и индексы: с - удельная теплоемкость, Дж/(кг-К); Е - экономия энергии на нагрев вентиляционного воздуха, %; ЕЕ - общая энергетическая эффективность, б/р, %\ ED - общая эффективность сушки, б/р, %; L - расход воздуха, кг/с; п - количество часов; Q - расход энергии, кДж/ч; QM - расход энергии на подогрев воздуха в месяц, кДж/ч; QM - расход энергии на подогрев воздуха после рекуператора в месяц, кДж/ч; q - удельная экономия энергии, Дж/(кг-ч); г - удельная теплота парообразования, Дж/кг; еЕ -динамическая энергетическая эффективность, б/р, %; Єо - динамическая эффективность сушки, б/р, %; л - коэффициент полезного действия - КПД; т - время, с. а - условия окружающей среды; вх. - условия входа; вых. — условия выхода; вл. — испаряемая влага; воз. — воздух; М - ; м — условия мокрого термометра; ос — условия окружающей среды; са — сушильный агент; v — условия вентиляционной системы.
1. Проиллюстрировано соединение предложенного во второй главе алгоритма и программы и динамических критериев эффективности предложенных в третьей главе.
2. Показан выбор аппаратов и создание технологических схем производств. Тем самым развиты теоретические основы химической технологии энергосбережения сушильных процессов.
1. Для оценки эффективности энергопотребления сушильного оборудования предложены динамические критерии, позволяющие с высокой точностью определять оптимальность энергопотребления в любой точке аппарата во времени или пространстве.
2. Развит интегральный подход к построению математических моделей, базирующихся на соединении математического описания, баз данных и экспертных систем, на основе которого были созданы алгоритмы и комплекс программ расчета различных типов сушильного оборудования.
3. Создана методика оценки эффективности энергопотребления сушильного оборудования, соединяющая в себе упрощенный расчёт на основе графического метода определения параметров сушильного агента и точный расчёт на основе динамических критериев энергетической эффективности.
4. Проведён анализ эффективности энергопотребления сушки каучука ДССК-65 (многотоннажное производство) и сделаны рекомендации по оптимизации параметров ведения процесса, конструкционным особенностям, по утилизации и рекуперации тепла, предложена организация схем сушки с использованием различного оборудования.
5. Показана пригодность динамических критериев для выбора сушильного оборудования на примере анализа сушки маннитола и некоторых типов пигментных красителей.
6. Разработанные модели могут быть включены в качестве расчётного блока в сложные программные продукты и интеллектуально-информационные системы, такие как DRYINF, ChemCad, Aspen.
