Расчёт вальцовой сушилки

Вальцовые сушилки применяются для высушивания пастообразных, тестообразных масс и жидких суспензий, которые не способны выдержать продолжительного процесса сушки. Сушка здесь происходит на внешней поверхности вращающихся барабанов.

Этот вид сушилок состоит из одного или двух барабанов (вальцов), которые имеют небольшую скорость вращения и прогреваются изнутри паром. Барабан оказывается не полностью погружен в высушиваемую массу, которая постоянно к нему поступает или может орошаться ею. Когда барабан вращается, то на нем остается тонкий слой продукта, который успевает высохнуть за ? - 7/8 оборота. Толщина этого слоя составляет максимум 1 мм, а скорость вращения может быть от 2 до 8 об/мин.

Для тех случаев, когда продукция должна быть высушена в очень короткий срок и нельзя применять высокие температуры, используются вальцовые вакуум-сушилки непрерывного действия. Их отличие от обычных вальцовых сушилок заключается в том, что вальцы находятся внутри герметичного кожуха, в котором создано разрежение. Они тоже бывают как одно-, так и двухвальцовыми. Высыхание продукта происходит за один оборот барабана.

Производительность вальцовой сушилки описывается количеством испарившейся с 1 м² поверхности барабана в час влаги. Другими словами производительность характеризуется напряжением поверхности нагрева. Эта величина может составлять от 30 до 75 кгс/м²·ч, давление пара, которое прогревает вальцы, составляет при этом 3-4 атм. Если давление будет ниже, только 1-2 атм., тогда этот показатель составит от 15 до 35 кгс/м²·ч. Для одновальцовых сушилок напряжение поверхности нагрева будет чуть выше, в отличие от двухвальцовых.

Процесс переноса тепла от вальца к высушиваемому продукту достаточно сложный. Расчет вальцовой сушилки ведется по методике, основанной на уравнении теплового баланса для сушильной установки.

Уравнение теплового баланса для расчёта вальцовой сушилки имеет следующий вид:

Q_пар = Q_исп + Q_н + Q_п + Q_в,

где Q_пар – тепло от пара, которым обогревается барабан изнутри;

Q_исп = W_r – то количество тепла, которое израсходовалось на испарение влаги из материала, r – скрытая теплота парообразования, в ккал/кг;

Q_н – то количество тепла, которое израсходовалось на нагревание продукта:

;

Q_п – потери тепла в окружающую среду, ккал/ч;

Q_в – потери тепла с уходящим воздухом, ккал/ч:

.

То тепло, которое отдается паром, можно рассчитать по формуле:

,     (ккал/ч),

где D – расход пара, кг/ч,

D = (Q_исп + Q_н + Q_п + Q_в)/r ;

i_п – теплосодержание греющего пара, ккал/ч;

i_к – теплосодержание конденсата, ккал/ч.

Для расчета площади поверхности барабана (вальца) в м² пользуются формулой:

,

где   – это коэффициент, степень взаимодействия между барабаном и высушиваемым продуктом;

К – коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к воздуху,

  ,

здесь – коэффициент теплоотдачи от воздуха к испаряющейся влаге, в ккал/(м²?ч),

,

 к – является коэффициентом, учитывающий турбулизацию потока;

– коэффициент теплоотдачи от воздуха к испаряющейся влаге за счет вынужденной конвекции;

– коэффициент теплоотдачи от воздуха к испаряющейся влаге за счет естественной конвекции.

В зависимости от значения Re, можно по-разному найти Nu, из которого потом находится (, здесь D – диаметр барабана, — коэффициент теплопроводности воздуха в ккал/(м?ч?°С))

Если Re < 16200, то .

Если Re > 16200, то .

находится исходя из:  .

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.  и другим источникам.