Самые популярные статьи







Расчет сушильной установки

В данной статье будет рассмотрен аналитический метод расчёта сушильной установки. Его выполняют с помощью уравнений материального и теплового балансов (см. Материальный баланс сушилки), что позволяет определить количество удаляемой влаги W  и количество сухого продукта G2, расход воздуха (сушильного агента) L и тепла Q, затрачиваемых на сушку. Расчёт сушильной установки выполняется по следующему алгоритму: 1) выбор схемы сушильного процесса; 2) выбор типа сушилки; 3) определение основных расчётных параметров t0, t1, φ0, d2 и параметров на выходе из сушилки; 4) составление материального баланса сушильной установки; 5) определение размеров установки по формулам (1) и (2) :

AV = W/(τ∙V) (1)
AF = W/(τ∙F) (2)

где AV - напряжение объёма сушилки по влаге, кг/(м3∙ч); AF - напряжение поверхности нагрева по влаге (для контактных сушилок), кг/(м3∙ч); V - объём сушилки, м3; F - площадь поверхности нагрева, м2; τ - время сушки, ч; W - общее количество влаги в материале, кг.

После этого составляется тепловой баланс сушилки для летнего и зимнего периода.

Если не удаётся свести тепловой баланс, то необходимо задаваться новыми значениями t2, φ2. Удобнее применять графоаналитический метод расчёта по I-d диаграмме, при котором задаются только одним параметром, в следствии чего нет необходимости использовать метод последовательных приближений.

Рассмотрим составление теплового баланса для 1 кг удаляемой влаги.

Приход тепла в ккал/кг:
1) с сушильным агентом l∙I0;
2) с влагой материала сВЛ∙υ 1;
3) с материалом (G2/W)∙cм"∙υ1;
4) с транспортными устройствами (GТР/ W) ∙сТР∙ tТР' ;
5) от источника тепла в калорифере qк;
6) от дополнительных источников тепла qд.

Расход тепла в ккал/кг:
1) с уходящим воздухом l∙I 2;
2) с высушенным материалом (G2/W)∙cм"∙υ2;
3) с транспортными устройствами (GТР/ W) ∙сТР∙ tТР" ;
4) потери тепла в окружающую среду qп.

При сушке дымовыми газами исключается пункт 5) прихода.

Тепло, которое расходуется на нагрев материала, в ккал/кг:

qп = (G2/W)∙cм"∙ (υ2 1 ) (3)

где cм" - удельная теплоёмкость высушенного материала в ккал/(кг∙ °С).

Теплоёмкость влажного материала:

смсух∙(100-ω)/100+ω/100 (4)

где ссух - удельная теплоёмкость сухого материала в ккал/(кг∙ °С), определяемая из справочных данных;
      ω - влажность материала в %.

Тепло, расходуемое на нагрев транспортных устройств, в ккал/кг:

qтр = (Gтр/W)∙cтр∙(tтр2 -t тр1 ) (5)

где Gтр - масса транспортных устройств в кг/ч;
      cтр - средняя теплоёмкость материала транспортных устройств в ккал/кг;
      tтр1 - начальная температура транспорта, равная температуре в цехе, в °С;
      tтр2 - конечная температура, близкая к температуре воздуха в конце сушки, в °С.

Если транспортное устройство движется только внутри сушилки, то tтр1=tтр2 и qтр=0.

Для определения потерь тепла в окружающую среду (в ккал/кг) используют основное уравнение теплообмена:

qтр = K∙F∙∆tср/ W (6)

где F - площадь наружной поверхности сушилки, м2;
      ∆tср - средняя разность температур сушильного агента и окружающей среды, °С;
      K - коэффициент теплопередачи, ккал/(м2∙ч∙°С);
      W - количество испаряемой влаги, кг/ч.

Коэффициент теплопередачи K рассчитывают по формуле:

alt (7)


Коэффициент теплоотдачи в ккал/(м2∙ч∙°С) от воздуха к стенке сушилки можно определить по формуле И.М. Федорова:

α1 = k∙(α1'+α1") (8)

где k = 1,2 ÷ 1,3 - поправочный коэффициент, учитывающий турбулизацию потока;
      α1' и α1" - коэффициенты теплоотдачи от воздуха к стенке за счёт соответственно вынужденной и естественной конвекции.

Коэффициент теплоотдачи α1' определяют по формулам:

при турбулентном режиме ( Ref >104)

Nuf = 0,018∙Ref0,8∙ε1 (9)


при ламинарном режиме ( Ref <2∙103)

Nuf = 0,13∙Ref0,8∙Gr0,1 (10)

где ε1 - поправочный коэффициент, зависящий от Re и отношения Lc/D , т.е. длины сушилки к её диаметру.

При проведении расчётов сушилки по данным формулам все параметры берут при средней температуре воздуха в сушилке tf=(t1+t2)/2 . В качестве определяющего параметра принят диаметр канала D. В формулах (9) и (10) Nuf=α∙D/λ - критерий Нуссельта (λ - коэффициент тепловодности воздуха в ккал/(м∙ч∙°С) ; Ref = ω∙D/ν - критерий Рейнольдса; Gr =g∙D3∙∆t/( ν2∙T) - критерий Грасгофа (∆t = tпот - tст - размерность средней температуры потока и стенки сушилки в °С ; Т = 273 + tf ).

Для переходного режима Ref <2∙103 ÷ 104 .

Значения коэффициента теплоотдачи α1' , можно также приближённо найти из следующих формул:
при Re < 16200

alt (11)


при Re > 16200

alt (12)


При воздуха вдоль плоской стенки коэффициент теплоотдачи α1' можно определить из выражений:
при Re < 16000

alt (13)


при Re > 16000

alt (14)


В формулах (11) - (14) за определяющую температуру принята начальная температура воздуха, а за определяющий размер - теплоотдающая длина плиты по направлению потока.

Коэффициент теплоотдачи α1" от воздуха к стенке за счёт естественной конвекции определяют по формуле:

alt (15)

Здесь физические параметры воздуха берут при средней температуре воздуха tf.

С большей точностью значения α1" можно найти по формуле:
                                  alt


Коэффициент теплоотдачи α2 от наружной поверхности сушилки в окружающую среду:

α2 = α1 ' + α2" (16)

где α1' - коэффициент теплоотдачи за счёт естественной конвекции;
      α2" - коэффициент теплоотдачи за счёт лучеиспускания.

alt (17)

где ε - степень черноты наружной поверхности сушилки, определяемая по справочным данным;
      С0 = 4,96 ккал/(м2∙ч∙К4) - коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрного тела;
      Тст и Тср - абсолютная температура стенки и окружающей среды соответственно, К.

При расчёте тепловых потерь надо стремиться к тому, чтобы получить значение коэффициента теплопередачи не более 1,0...1,5 ккал/(м2∙ч∙°С ), что достигается соответствующим выбором изоляции стенок. Значение средней разности температур ∆tср сушильного агента и окружающей среды можно найти по уравнению:
                                  alt





где ∆tб = t1 - tср - разность температур на входе воздуха в сушильную установку и окружающей среды, °С;
      ∆tм = t2 - tср - разность температур на выходе воздуха из сушилки и окружающей среды.



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.



Нашли ошибку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter. Будем благодарны за помощь.