Описание модернизируемых машин и аппаратов

2. Описание модернизируемых машин и аппаратов

2.1 Описание конструкции и технические характеристики сушилки периодического действия с вертикальными решетками марки «ТОПФА».

В данной сушилке солод находится между двумя вертикальными решетками, отстоящими одна от другой на расстоянии 0,20 м. Каждая такая секция (шахта) с солодом по вертикали разделена на три зоны, которые соответствуют верхней, средней и нижней решеткам трехъярусной сушилки. Между секциями с солодом находятся воздушные камеры шириной до 80 см.

В глухих перекрытиях между этажами воздушных камер имеются круглые отверстия с клапанами, расположенными в шахматном порядке, благодаря чему воздух проходит в сушилке зигзагообразно. Воздух трижды пересекает слой солода в секциях. В верхней части нижних и средних воздушных камер имеются воздуховоды для подачи холодного воздуха, подмешиваемого по мере надобности к теплому воздуху. Движение воздуха обеспечивается нагнетающими вентиляторами, установленными в нижнем этаже сушилки, и всасывающими вентиляторами, находящимися в верхнем этаже. Нагревание воздуха производится в паровых калориферах. Вертикальная сушилка имеет топку. Свежепроросший солод ковшовым элеватором поднимается на верхний этаж сушилки, затем телескопической трубой направляется в шнековый распределитель, который равномерно распределяет солод по всем секциям. Под каждой секцией установлен шнек для выгрузки солода по окончании цикла сушки.

При работе сушилки через каждые 12 ч сухой солод из нижней зоны удаляется разгрузочными шнеками. Солод из средней зоны спускается в нижнюю зону в, а из верхней — в среднюю. Освободившаяся верхняя зона заполняется свежепроросшим солодом. Общая продолжительность пребывания солода в секциях сушилки при 12-часовом цикле равна 36 ч.

Все операции в вертикальной сушилке механизированы, а сушилка имеют от 3 до 12 секций. Производительность каждой секции за цикл (за каждую выгрузку) 1350 кг сухого солода.

Общим недостатком сушилоки является нарушение режима сушки во время загрузки свежепроросшего солода, перемещения солода с решетки на решетку и выгрузки сухого солода. После каждого простоя сушилки, необходимого для проведения указанных погрузочно-разгрузочных работ, температура в слое солода и скорость сушки резко снижаются, что несомненно, тормозит сложные физико-химические и биохимические процессы в зернах солода. Данная сушилка относится к сушилкам высокой производительности, то есть имеет огромное энергопотребление. Именно в этих сушилках наиболее важным вопросом является вопрос теплоутилизации.

Техническая характеристика сушилки «ТОПФА»

Число ярусов 3

Производительность сушилки:

gо высушенному светлому солоду, т/сут 28

Число шахт 10

Продолжительность сушки, ч

в одной зоне 12

общая 36

Мощность эл.двигателей, кВт 49,6

Размеры, мм:

ширина по фронту 10800

длина(глубина) 6162

высота зон

верхней 2740

средней 2640

нижней 2633

2.2 Описание конструкции и технические характеристики замочного аппарата

Моечный аппарат для зерна состоит из цилиндрического корпуса, моечного устройства, сливной коробки выпускного устройства. Перемешивание зерна в целях его мойки и насыщения кислородом осуществляется с помощью моечного устройства, расположенного в центре аппарата. Для перемещения зерна в моечное устройство подается сжатый воздух, он увлекает за собой зерно с водой и поднимает его вверх. Для спуска замоченного зерна в аппарате для солодоращения в нижней части замочного аппарата находятся вентиль с клапаном и спускной штуцер. В таком аппарате перед замачиванием можно проводить и мойку зерна.

Техническая характеристика замочного аппарата

Вместимость,м³ 52

Масса замачиваемого ячменя, кг 24000

Размеры, мм:

диаметр 4500

высота цилиндрической части 2500

высота конуса 2250

общая высота 6400

Масса, кг 5600

Масса с полной нагрузкой, кг 57600

3. Инженерные расчеты

3.1 Технологический расчет солодосушилки

Произведем тепловой расчет сушилки солода для цеха производительностью 18000 тонн в год по товарному солоду.

Определим суточную производительность солодосушилки П_сут кг/сут, по формуле

П_сут=18000/П_рд, (3.1)

где, П_рд- количество рабочих дней в году,П_рд=330 дней;

П_сут=18000/330=54545 кг/сут. = 2371,5 кг/ч

Количество сырья, полуфабрикатов и продукции по основным стадиям производства помещаем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета, кг

Определим количество влаги удаляемого при сушке солода без учета ростков W₀, кг/сут, по формуле

W₀=П_зел.с- П_св.с; (3.2)

W₀=91854 – 53236= 38618 кг/сут.

Определим количество свежевысушенных ростков П_сух.р ,кг/сут по формуле

П_сух.р=  (3.3)

где W₅- конечная влажность ростков, % , W₅=3 %;

П_сух.р= кг/сут. = 112 кг/ч

Определим количество влажных ростков П_вл,р ,кг/сут, по формуле

П_вл.р= , (3.4)

где,

W₁-начальная влажность ростков, % , W₁=4.3%

П_вл.р кг/сут.

Определим количество влаги удаляемой из ростков в процессе сушки W_p,кг/сут , по формуле

W_p=П_вл.р-П_сух.р , (3.5)

W_p=4076-2581= кг/сут.

Определим общее количество влаги W, кг/сут удаляемой в процессе сушки по формуле

W=W₀+W_p , (3.6)

W=38618+1495=40113 кг/сут;

Определим общее количество свежевысушенного солода и ростков g₁, по формуле

g₁=П_св.с+П_сух.р , (3.7)

g₁=2314,6+112,2=2426,8 кг/ч.

Определим общее количество зеленого солода с ростками G₁, кг/сут, загружаемого в сушилку по формуле

G₁=П_зел.с+П_вл.р (3.8)

G₁=91854+4076=95930 кг/сут.

Определим вес солода g₂, кг/ч, поступающего в i-ю зону по формуле

g₁=g_1, (3.9)

где W_i– влажность солода в i- ой зоне, %;

g₂=2426,8 кг/ч.

g₃= кг/сут.

g₄= кг/сут.

Определяем количество удаляемой воды W_i, кг/ч по зонам в соответствии с формулой

W_i=g_i-g_i+1, (3.10)

где, g_i- количество солода поступающего в i-ую зону, кг/ч;

g_i+1- количество солода поступающего в i+1-ую зону, кг/ч;

W₁=4107.9-3181=989.9 кг/ч.

W₂=3181-2675=506 кг/ч.

W₃=2675-2504.3=170.7 кг/ч.

W₄=2504.3-2426.8=77.5 кг/ч.

Таблица.3.2 - Расчетный режим сушилки

Определим общий расход воздуха L, кг/ч по формуле

L =, (3.11)

где d₂ – влагосодержание воздуха , выходящего из солодосушилки, г/кг;

d₀ – влагосодержание воздуха , входящего в солодосушилку, г/кг,

d₀=10,2 г/кг;

Для летних условий параметры свежего воздуха определим из I-d диаграммы

t₀ – температура окружающего воздуха,^оС, t₀=20^оС;

φ_о – относительная влажность,%, φ_о=70 %;

I₀ – энтальпия воздуха, кДж/кг, I₀=46,5 кДж/кг;

Параметры отработанного воздуха

t₀ = 30⁰C; φ₀ =80%; I₀=20.6 кДж/кг; d₀=22,0 г/кг;

Определим массовый расход воздуха для летних условий по формуле

L = кг/ч.

Для зимних условий параметры свежего воздуха определены по I-x диаграмме:

t₀=-20^оС; φ₀=80%; d₀=0,7 г/кг; I₀=-19,7 кДж/кг;

Параметры отработанного воздуха определяем по таблице:

t₂=27^оС; φ₀=70%; d₂=16,2 г/кг; I₂=68,3 кДж/кг;

Определим массовый расход воздуха для зимних условий по формуле

L = кг/ч.

Составим тепловой баланс

Расход тепла на подогрев солода при температурах (начальная температура солода 16⁰С) определяем по формуле

после 1-ой зоны 35^оС;

после 2-ой зоны 50 ^оС;

после 3-й зоны 65 ^оС;

после 4-й зоны 80 ^оС;

Q_Ci=g_i+1Δt_CiC_i, (3.12)

где g_i+1 - масса солода находящегося в (i+1)-й зоне, кг;

Δt_C– арифметическая разность температур между (i+1)-й и i зоной,^оС;

C_i- теплоемкость солода в i зоне , кДж/(кг·^оС), по формуле

C_i= , (3.13)

где, W_i+1- влажность солода в (i+1)-й зоне;

Определим расход тепла Q_Ci, кДж/кг, по формуле (3.12) предварительно определив значение C_i в данной зоне по формуле (3.13)

С₁= кДж/(кг·^оС).

Q_C1=3181 кДж/ч.

для второй зоны

С₂= кДж/(кг·^оС).

Q_C2=кДж/ч.

для третей зоны

С₃= кДж/(кг·^оС).

Q_C3= кДж/ч.

для четвертой зоны

С₄= кДж/(кг·^оС).

Q_C4=кДж/кг,

Конструктивная толщина стенок сушильной камеры 142 мм – листовая сталь 2 мм, два слоя пенобетона по 30 мм и слой полиуритана 80 мм.

Определим общий коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К), стенок камеры по формуле

К = , (3.14)

где ά₁- коэффициент теплопередачи от теплоносителя к стенке, кДж/(м²·К);

ά₁=5000 кДж/(м²·К);

- сумма термических сопротивлений стенки , (м² ·К)/кДж;

ά₂-коэффициент теплопередачи от стенки в окружающую среду кДж/(м²·К);

ά₂=5000 кДж/(м²·К);

К =  кДж/(м²·К).

Температуру в помещении принимаем равной 16 ^оС.

Определим поверхность теплообмена F, м² по зонам в соответствии с формулой

F_I= , (3.15)

где h_I- высота i-ой зоны, м;

b- ширина продуктовой шахты,м; ( b=0,2 м);

F₁= м².

F₂= м².

F₃= м².

F₄= м².

Определим потери тепла по зонам в соответствии с формулой

Q_I=F_I·K·Δt_I ; (3.16)

где Δt_I- средняя разность температур определяемая по формуле,^оС,

Δt_I=, (3.17)

где t_Bi+1- температура воздуха в (i+1) зоне, ^оС;

t_Bi- температура воздуха в i-ой зоне, ^оС;

Определим потерю тепла в первой зоне предварительно определив разность температур по формуле (3.17)

Δt₁= ^оС.

тогда Q₁= кДж/кг.

для второй зоны

Δt₂= ^оС.

Q₂=  кДж/кг.

для третей зоны

Δt₃= ^оС.

Q₃= кДж/кг.

для четвертой зоны

Δt₄= ^оС.

Q₄= кДж/кг.

Величиной потерь тепла с воздухом, уходящим через неплотности воздуховодов и разгрузочные отверстия шахт, пренебрегаем в связи с установкой нагнетательного вентилятора непосредственно у сушилки и засосом части воздуха из помещения для пользования при сушке.

Определим величины потерь тепла Δ_i , кДж/ч, по зонам в соответствии с формулой

Δ_i=W_it_i-Q_Ci-Q_i (3.18)

Δ₁=  кДж/ч.

Δ₂= кДж/ч.

Δ₃= кДж/ч.

Δ₄= кДж/ч.

Определим общую величину потерь по формуле

Δ=, (3.19)

Δ= кДж/ч.

Все необходимое для сушки тепло в сушилку подводится при помощи нагретого в калорифере воздуха.

Определим массовый расход воздуха L_K проходящего через калорифер по формуле

L_K= (3.20)

Из диаграммы влажного воздуха для летних условий определяем параметры:

I₁=113.1 кДж/кг; t₁ = 85^оС; d_о=10,2 г/кг;

тогда

L_K=кг/ч.

Для достижения предписанного температурного режима во второй и третей зоне к нагретому воздуху добавляется наружный воздух, количество которого определяется при помощи I-d диаграммы.

Через четвертую зону сушилки проходит воздух, нагретый в калорифере. Количество воды удаляемой в третей и четвертой зоне составляет 248,2 кг/ч,

Влагосодержание воздуха при выходе из третей зоны определим по формуле

d₃=d₀+, (3.21)

d₃= г/кг.

Из диаграммы видно, что при выходе из третей зоны воздух имеет температуру 75 ⁰С и влажность около 5 %. Чтобы снизить температуру до 67 ⁰С приходится добавлять свежий приточный воздух, количество которого определим из соотношения

L₁=L_K (3.22)

L₁= кг/ч.

Определим влагосодержание воздуха после второй зоны по формуле

d₂=d₃+, (3.23)

d₂= кг/ч.

При выходе из второй зоны воздух имеет температуру 54 ^оС.

Расчет при помощи I-d диаграммы показывает , что необходима добавка свежего воздуха в таком количестве, чтобы температура смеси составляла 47 ^оС.

Определим количество добавочного воздуха L₂, кг/чза второй зоной из соотношения

L₂= (3.24)

L₂= кг/ч.

Находим общий массовый расход воздуха L^! кг/ч, в летний период по формуле

L^!=L_K+L₁+L₂ , (3.25)

L^!=92461+20546,9+36944,9=148952,8 кг/ч.

Разница между массовыми расходами воздуха составляет 1156,2 кг/ч или 0,7 %.

Определим количество нагреваемого в калорифере воздуха в зимний период по формуле (3.20)

L_K=кг/ч.

Проверку параметров воздуха и определение количества воздуха, подводимого в отдельные зоны, проводим по I-d диаграмме.

Определяем влагосодержание воздуха при выходе из третей зоны по формуле( 3.21)

d₃= г/кг.

Массовый расход добавочного воздуха при входе во вторую зону в зимний период равен по формуле(3.22)

L₁= кг/ч.

Определим влагосодержание воздуха после второй зоны по формуле (3.23)

d₂= кг/ч.

Определим массовый расход добавочного воздуха при входе в первую зону по формуле (3.24)

L₂=(94109,4+10587,3) кг/ч.

Находим общий массовый расход воздуха в зимний период времени по формуле (3.25)

L^!=94109,4+10587,3+7755,3=112452 кг/ч.

Разница между массовыми расходам L и L^! составляет 1369,2 кг/ч, что равно 1,2 %, что допустимо.

Определим расход тепла на сушку в зимний период времени по формуле

Q₃=L_K(I₁-I₂) (3.26)

Q₃=кДж/ч.

Определим расход тепла на сушку влетний период времени по формуле (3.26)

Q₃= кДж/ч.