Совершенствование конструкции аппарата для сушки пряжи в парковках с целью снижения энергетических затрат тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Солодов, Юрий Владимирович

• Солодов, Юрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Солодов, Юрий Владимирович

Содержание.

Глава 1. Состояние изучаемых вопросов. Обоснование темы и постановка задач исследования--------------------------------------------------------8

1.1. Технический уровень и тенденции развития аппаратов для сушки

пряжи в бобинах-------------------------------------------------------------------8

1. 2. Методы и особенности охлаждения влажного воздуха-------------12

1. 3.Состояние процесса отжима пряжи в бобинах и обоснование применения парового отжима-----------------------------------------------------2

1.4. Обоснование необходимости проведения исследований сушильного аппарата типа СКД--------------------------------------------------------2

1. 5. Выводы------------------------------------------------------------------------3

1.6. Цель я задачи исследований---------------------------------------------32

Глава II. Экспериментальные исследования процесса сушки пряжи в

паковках в аппаратах с избыточным давлением воздуха----------------34

2.1.Производственные испытания сушильной установки СКД 6------34

2.1.1. Методика проведения испытаний------------------------------------3

2.1.2. Результаты испытаний---------------------------------------------------46

2.1.3. Рекомендации по повышению производительности сушильных установок СКД - 6---------------------------------------------------------------5

2.1.4. Выводы---------------------------------------------------------------------60

2.2 Сравнение схем сушильных аппаратов с точки зрения аэродинамического сопротивления движению теплоносителя---------------------62

2.2.1. Общие методические положения--------------------------------------62

2.2.2. Аэродинамический расчет циркуляционного контура сушильной установки СКД - 6----------------------------------------------------------------6

2.2.3. Аэродинамический расчет циркуляционного контура сушильной установки ТИС R-2-1600--------------------------------------------------------7

2.2.4. Анализ результатов аэродинамических расчетов и рекомендаций по циркуляционному контуру сушильной установки СКД - 6----------78

2.2.5. Выводы----------------------------------------------------------------------81

2.3. Экспериментальные исследования на лабораторных стендах-----85

2.3.1. Экспериментальные установки и методики исследований------85

2.3.2. Объект исследований и методика измерений некоторых параметров в эксперименте----------------------------------------------------------9

2.3.3. Выводы----------------------------------------------------------------------98

2.4. Исследование эффективности применения пара в процессе предварительного обезвоживания--------------------------------------------------9

2.4.1. Рекомендации по интенсификации процесса сушки пряжи в аппаратах СКД---------------------------------------------------------------------112

2.4.2. Выводы--------------------------------------------------------------------1

Глава 111. Разработка конструкции охладителя контактного типа—117

3.1. Описание схемы теплообменника-охладителя сушильного аппарата СКД-6—---------------------------------------------------------------------118

3.2. Обоснование применения контактного теплообменника в качестве охладителя в аппарате СКД - 6-----------------------------------------------1

3.3. Выбор конструкции контактного охладителя-----------------------121

3.4. Принцип работы контактного теплообменника-охладителя-----129

3.5. Технологическая схема сушильного аппарата СКД - 6 с новым контактным охладителем------------------------------------------------------1 3 О

3.6. Теплотехнический расчет контактного охладителя воздуха-----133

3.7. Экспериментальные исследования процесса охлаждения влажного воздуха в контактном теплообменнике------------------------------------139

3.8. Выводы—-------------------------------------------------------------------148

Глава IV. Аэродинамический расчет контактного охладителя-------150

Расчет предполагаемого годового эффекта от производства и использования контактного теплообменника охладителя----------------------1

Вторичное использование тепла жидкости сушильного

аппарата СКД--------------------------------------------------------------------1

Общие выводы-------------------------------------------------------------------1

Список литературы-------------------------------------------------------------1

Приложения----------------------------------------------------------------------1

П 1. Тепловой режим установки СКД - 6----------------------------------1

П 2. Таблицы аэродинамического сопротивления контуров СКД - 6 и

ТИС-Е1-2- 1600-------------------------------------------------------------------1

П 3. Расчет тепломассообмена в форсуночных камерах по методике

Е.И. Андреева--------------------------------------------------------------------203

П 4. Теплотехнический расчет контактного охладителя воздуха-----209

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкции аппарата для сушки пряжи в парковках с целью снижения энергетических затрат»

Введение,

Сушка пряжи в бобинах в настоящее время проводится на сушильных установках типа СКД. Параметры этих аппаратов, использующих фильтрацию горячего воздуха через текстильный материал, при имеющейся неравномерной плотности намотки и некачественном формировании столбов паковок не удовлетворяют заказчика.

Основным интенсифицирующим фактором конвективного сушильного процесса наряду с температурой является массовый расход сушильного агента, проходящего через слой материала. Его величина зависит от полного гидравлического сопротивления циркуляционного контура сушильной установки.

Очевидно, что нагнетатель установки имеющий минимальные потери давления в контуре разовьет наибольшую возможную производительность. Это приведет к сокращению срока сушки с соответствующим дополнительным уменьшениям всех энергетических затрат. Поэтому одной задачей работы была разработка аэродинамического совершенствования контура сушильной установки СКД - 6.

Другой задачей работы является определение оптимального варианта использования насыщенного водяного пара в целях интенсификации процесса в сушильных установках СКД.

За последний период времени повысились требования к сушильному оборудованию в части повышения качества и сокращения длительности сушки.

В связи с этим мы предлагаем заменить конструкцию охладителя кожухот-рубного - конвективного на контактный. К недостаткам существующего относится его сравнительно высокая стоимость изготовления, большие габаритные размеры, быстрая засоряемость межтрубного пространства, высокое гидравлическое сопротивление. Экономическая целесообразность контактного теплообменника очевидна из-за низкой стоимости, небольших габаритов, возможности очистки газов, простоты в изготовлении, надежности в работе, малого гидравлического сопротивления. Теплопроизводительность контактного теплообменника выше, вследствие более высокого коэффициента теплопередачи. Кроме того появляется возможность регулирования параметров охлаждаемого воздуха, а следовательно регулирование процесса сушки. Увеличение эффективности массообмена достигается при повышении скорости газа и плотности орошения.

Поэтому задачей данной работы является разработка конструкции и исследование процессов протекающих в контактном теплообменнике. При этом осуществляются теоретические расчеты, экспериментальные исследования на лабораторном стенде, разрабатывается конструкция охладителя и форсунки, позволяющие интесифицировать процесс охлаждения. Кроме того, в работе исследуются некоторые закономерности взаимосвязанного тепломассообмена и разрабатывается критериальное уравнение интенсивности тепломассообмена в для данного теплообменника. Намечены возможные методы экономии тепловой энергии и воды.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Солодов, Юрий Владимирович

Общие выводы.

1 .В результате проведенных исследований, по патентной и научно-технической литературе, выявлены технико-экономические показатели перспективного образца для сушки пряжи в паковках под давлением. Основными тенденциями развития технологии и оборудования для сушки текстильных материалов является повышение экономичности процессов сушки. Решение поставленной задачи идет по следующим направлениям:

- интенсификация процессов сушки и экономия энергии за счет использования прогрессивных способов подвода осушающей среды;

- создание простых, надежных, дешевых и компактных конструкций и снижение расходов на эксплуатацию;

- повышение экономичности и эффективности осушки среды за счет применения новых способов, стимулирующих скорость и степень осушки;

- снижение аэродинамических нагрузок по контуру аппарата.

2.На основании производственных испытаний сушильной установки СКД можно сделать следующие выводы:

- установленная мощность воздуходувки ТВ-125-5,5 является недостаточной вследствие высокого гидравлического сопротивления циркуляционного контура аппарата;

- сокращение времени процесса сушки на установке СКД-6 требует проведения ряда мероприятий, направленных на увеличение массового фильтрационного расхода воздуха, проходящего непосредственно через паковки, в частности путем уменьшения гидравлического сопротивления более рациональным конструированием проточной части и мер по повышению равномерности высушивания паковок на стержнях носителя бобин.

3. Проведенные исследования различных вариантов парового обезвоживания влажной пряжи позволяют сделать следующие выводы:

- паровой отжим в начале сушки позволяет обеспечить высокую равномерность распределения влажности пряжи по высоте стержня бобинодержа-теля. Сокращение времени процесса в результате применения пара составит не менее 60 минут, что обуславливает его высокую экономичность;

- высокие теплообменные свойства насыщенного водяного пара позволяют при пропуске его через влажные паковки, с расходом 10-12 кг/час на бобину, в течение 5 минут снизить влагосодержание материала от любого исходного значения до равновесного парового в 60-80%.

4.По результатам проведенных исследований, направленных на создание охладителя влажного воздуха в сушильных аппаратах, можно сделать следующие выводы:

-экспериментальные исследования на лабораторной установке показали высокую эффективность контактного теплообмена между теплоносителями;

- определяющими факторами интенсификации процессов тепломассообмена в охладителе является высокая относительная скорость влажного воздуха, развитая поверхность контакта, снижение уноса мелкодисперсных капель;

- применение контактного охладителя с форсунками новой конструкции позволяет снизить энергоемкость сушильного аппарата, улучшить компановку циркуляционного контура машины и повысить качество сушки материала за счет более интенсивного охлаждения, осушения и очищения влажного воздуха;

- в результате экспериментальных исследований и обработки опытных данных было выведено критериальное уравнение К = 8,5 Яе 032 Вт/0'18 , которое может применяться для теплотехнических расчетов подобных конструкций;

- проведенный теплотехнический расчет контактного охладителя с исходными данными для аппарата СКД-6 показал существенное увеличение значения теплового потока между теплоносителями по сравнению с действующим в СКД-6 поверхностным охладителем;

- разработанная конструкция охладителя контактного типа с изменением схемы циркуляционного контура позволит снизить приблизительно на 10% площадь, занимаемую аппаратом;

- тепловая производительность контактного охладителя может быть дополнительно повышена за счет изменения направления факелов распыла форсунки по направлению движения газа, а также закручивания воздушного потока в охладителе, что увеличит его время пребывания б нем.

5. Анализ результатов аэродинамических расчетов циркуляционного контура сушильной установки позволил сделать следующие выводы:

- сушильная установка СКД-6 имеет неудачную с аэродинамической точки зрения конструкцию.

- новая конструкция охладителя совместно с сепаратором показала уменьшение гидравлического сопротивления в 6,5 раз по сравнению с существующей конструкцией охладителя в аппарате СКД-6;

- сопротивление установки СКД-6 в 1,5 раза превышает сопротивление установки с контактным охладителем. При этом степень совершенства конструкции СКД-6 на 18% ниже.

6.Цена контактного теплообменника-охладителя с сепаратором рассчитана ориентировочно, с учетом небольших габаритов, простоты в изготовлении и составляет 20-25% от цены теплообменника, применяемого в сушильном аппарате СКД-6.

7. Полный технико-экономический эффект получается за счет увеличения производительности аппарата с контактным теплообменником, при сокращении удельных расходов пара, воды, электроэнергии, низкой цены в целом за цикл сушки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Солодов, Юрий Владимирович, 1999 год

Список литературы.

1. Андреев Е.И. Расчет тепло- и массообмена в контактных аппаратах. - Д.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Егоров H.H. Охлаждение газа в скруберах. - М.: Госэнергоиздат, 1954.

3. Бакластов A.M. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользую-щих установок.: - Учебное пособие. - М: Энергия, 1970.

4. Голубков Б.Н. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий. -М.: Энергия, 1979.

5. Лурье М.Ю. Сушильное дело. - М.: Энергия, 1948.

6. Данилова Г.Н. Теплообменные аппараты холодильных установок. - М.: Машиностроение, 1986.

7. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975.

8. Каравайков В.М. Исследование процессов предварительного обезвоживания льняной пряжи в бобинах и последующей сушки ее в аппаратах с избыточным давлением воздуха. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. г Кострома, КТИ, 1377.

9. Долгов В.В., Абрамов А.Е., Яковлев Г.П. Способ конвективной сушки волокнистых материалов. А.с.№ 370424 от 7.05.1971. кл.26б.

Ю.Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Госэнергоиздат, 1963.

11.Воронец Д., Козич Д. Влажный воздух. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

12.Справочник по гидравлическим расчетам под редакцией П.Г. Киселева. -М.: Энергия, 1972.

1 З.Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. - М.: Гос-энергоиздат, 1963.

14.Гинзбург A.C. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1973.

15.Левин Б.И., Шубин Е.П. Теплообменные аппараты систем теплоснабжения. - М.: Энергия, 1965.

16.Язычков М.Ф. Сушка пряжи в бобинах нагретым воздухом под давлением. Текстильная промышленность № 3, 1964.

П.Альтшуль А.Д., Киселев Н.Г. Гидравлика и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1975.

18.Морозов Г.Н. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Кострома, КТИ, 1967.

19.Теплотехнический и гидравлический расчет машины СКД - 6. - М.: МЭИ, 1982.

20.Павлов К.Ф. Романков П.Г. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - М.: Химия, 1964.

21 .Варгафтик И.В. Справочник по теллофизическим свойствам газов и жидкостей. -М.: Ф.МЛ. 1963.

22.Язычков В.Н. Теоретические основы проектирования судовых систем кондиционирования воздуха. -Л.: Судостроение, 1967.

23.Андросов В.Ф. и другие. Крашение пряжи в паковках. - М.: Легкая индустрия, 1974.

24. Альперт JI.3. Основы проектирования химических установок. - М.: Высшая школа, 1976.

25.Аронов И.З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. -Л.: Недра, 1990.

26.Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скруберов химической промышленности. - М.: Машиностроение, 1967.

27.Под общей редакцией д-ра техн. наук Ганина Е.А. Теплоисользующие установки в текстильной промышленности. - М.: Легпромиздат, 1989.

28.Отчет о патентных исследованиях. Алма-атинский филиал всесоюзного центра патентных услуг, 1990.

29.Взоров Н.И., Анциферова А.И., Дымков В.Е. и др. Теплоэнергетические установки и системы энергоснабжения в текстильной промышленности. - М.: Л егпромбытиздат, 1991.

30.Герасимов М.Н., Телегин Ф.Ю., Мельников Б.Н. Применение паровой обработки для интенсификации процессов текстильного производства. - М.:

Л егпромбытиздат, 1993.

31.Голубков Б.Н., Романова Т.М. Гусев В.А. Проектирование и эксплуатация установок кондиционирования воздуха и отопления. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

32.Кокорин О.Я. Установки кондиционирования воздуха. - М.: Машиностроение, 1978.

33.Справочник по монтажу теплотехнического оборудования. Под общей редакцией Зайделя В.А. - М.: Госэнергоиздат, 1960.

34. Данилов O.JI., Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

35.Гухман A.A. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена. - М.:-Высшая школа, 1967.

36.Сидельковский JI.H. Котлы утилизаторы и энерготехнологические агрегаты. -М.: Энергоатомиздат,1989.

37. Лыков М.В., Леончик Б.И. Распылительные сушилки. - М.: Машиностроение, 1966-

38.Броунштейн Б.И., Щеголев В.В. Гидродинамика, массоитеплообмен в колонных аппаратах. - Л.: Химия, 1988.

39.Бородин В.А., Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Ягодкин В,И. Распыливание жидкостей. - М.: Машиностроение, 1967.

40.Шевяков A.A., Яковлева Р.В. Инженерные методы расчета динамики тепло-обменных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1968.

41.Участкин П.В. Вентиляция, кондиционирование воздуха и отопление на предприятиях легкой промышленности. - М.: Легкая индустрия, 1980.

42.Нестеренко A.B. Основы термодинамических расчетов вентиляции и конденсирования воздуха. - М.: Высшая школа, 1962.

43.Кутепов A.M., Стерман JI.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. - М.: Высшая школа, 1986.

44.Тепломассообмен и теплотехнический эксперимент. Справочник. Под общей редакцией Григорьева В.А. и Зорина В.М., Энергоиздат ,1982г.

45.Александров A.A., Ривкин С.Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М.: Энергия, 1980г.

46.Рамм В. М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976.

47.Полый скоростной скруббер АКПР Промышленная и санитарная очистка газов. №2.1981.

48. Teuer A. L.Glass. Industry. 1976. №2.

49. Интенсивные колонные аппараты для обработки газов жидкостями//Под ред. Э. Я. Тарата. Л.: ЛГУ. 1976.

50. Пажи Д. Г., Галстуков В. С. Распылители жидкостей. М.: Химия 1979.

51. Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности. М.: Химия, 1967.

52. Каравайков В.М., Солодов Ю.В. "Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности",- 1995, N5.

53. Каравайков В.М.,Солодов Ю.В."Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности". - 1997, N1.

54. Даракчиев Р.Д., Колев Н. Н., Паскалев Г. П и др. Исследование возможности интенсификации контактных экономайзеров при помощи новых высокоэффективных насадок. — М.: Теплоэнергетика, 1985, №3,

55.Кафаров В. В. Основы массопередачи,- М., Высшая школа, 1972.

56.Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты,- М.:

Химия, 197 L

57.Головачевский Ю. А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности. -М.: Машиностроение, 1974.

58. А. с. 987352 СССР, МКИ Г 28 СЗ/08. Контактный теплообменник/Л. Г. Се-менюк, Г. А. Пресич, В. И. Моисеев и др. (СССР).—№3315036/24-06; Заяв. 13.07.81, Бюл. №1, с. 369.

59.А. с. 1223008 СССР, МКИ F 28 СЗ/06, F 24 Н1/10. Контактный теплообменник/Л. Г. Семенюк, Г. А. Пресич, В. И. Моисеев (СССР).—№3817997/24-06; Заяв. 30.11.94, Опубл. 07.04.86, Бюл. №13, с. 163.

60.Рамм В. М., Фурман А. И. Исследование брызгоуноса в насадочных башнях.— Л.: Химия, 1967.

Burkholz А. Tropfenabscheider.—Chemi Ingenieur—Technik, 1982, 54, №10.

61.Семенюк Л. Г., Пресич Г. А. Определение потери тепла с уходящими газами.—Газ. пром-сть, 1980, №6.

62.Кафаров В. В. Основы массопередачи. -М., Высшая школа, 1972.

63 .Головачевский Ю. А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности,- М.: Машиностроение, 1974

64. Рамм В. М. Абсорбция газов,- М.: Химия, 1976.

65. Лыков A.B. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968.