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, ?0, d2 и параметров на выходе из сушилки; 4) составление материального баланса сушильной установки; 5) определение размеров установки по формулам (1) и (2) :

    AV = W/(??V) (1)
    AF = W/(??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; ? - 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,?2. 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?? 1;
    3) с материалом (G2/W)?cм"??1;
    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"??2;
    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"? (?2 -? 1 ) (3)

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

    Теплоёмкость влажного материала:

    смсух?(100-?)/100+?/100 (4)

    где ссух - удельная теплоёмкость сухого материала в ккал/(кг? °С), определяемая из справочных данных;
          ? - 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:

    ?1 = k?(?1'+?1") (8)

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

    Коэффициент теплоотдачи ?1' определяют по формулам:

    при турбулентном режиме ( Ref >104)

    Nuf = 0,018?Ref0,8??1 (9)


    при ламинарном режиме ( Ref <2?103)

    Nuf = 0,13?Ref0,8?Gr0,1 (10)

    где ?1 - 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=??D/? - критерий Нуссельта (? - коэффициент тепловодности воздуха в ккал/(м?ч?°С) ; Ref = ??D/? - критерий Рейнольдса; Gr =g?D3??t/( ?2?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 ?1' , можно также приближённо найти из следующих формул:
    при Re < 16200

    alt (11)


    при Re > 16200

    alt (12)


    При воздуха вдоль плоской стенки коэффициент теплоотдачи ?1' 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 ?1" 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 ?1" можно найти по формуле:
                                      alt


    Коэффициент теплоотдачи ?2 от наружной поверхности сушилки в окружающую среду:

    ?2 = ?1 ' + ?2" (16)

    где ?1' - коэффициент теплоотдачи за счёт естественной конвекции;
          ?2" - коэффициент теплоотдачи за счёт лучеиспускания.

    alt (17)

    где ? - 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.


    Обсудить на форуме