Технические описания и расчёты

2. Технические описания и расчёты.

2.1. Описание принципа работы технологической схемы.

Исходный продукт – яблоки, с содержанием влаги ω_н=85% и температурой θ₁=17,5°С, из бункера Б₁ подается в шкафную сушилку ШС. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ. Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t₀=21,6°С и относительную влажность φ₀=62 %. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t₁=130°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 160°С при давлении 0,618 МПа. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t₂=49°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон СК-ЦН-34 и далее выбрасывается в атмосферу. Сухой продукт с содержанием сухих веществ 92% и имеющий температуру θ₂=40°С из нижней части сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б₂ и далее на ленточный транспортёр, а из циклона СК-ЦН-34 – прямо на ленточный транспортёр.

 

2.2 Материальный расчёт установки.

Из уравнения материального баланса сушильной установки определим расход влаги W, удаляемый из высушиваемого материала:

G_к =100 кг/ч =100/3600=0,028 кг/с,

 кг/с,

где G_к – производительность установки по сухому веществу, кг/с

ω_н– начальная влажность продукта, %

ω_к – конечная влажность продукта, %.

ω_н=85%,

ω_к=12%.

2.3 Тепловой расчёт установки.

 

Определение основных параметров влажного воздуха.

 

К основным параметрам влажного воздуха относятся:

1.  температура t,°С

2.  относительная влажность воздуха φ,%

3.  удельное влагосодержание х, кг/кг

4.  энтальпия I, кДж/кг

Температуру и относительную влажность воздуха на входе в калорифер определяем по климатическим таблицам, для г. Минск летние условия /10/:

1.  температура t₀=17,5°С,

2.  относительная влажность φ₀=78%.

Удельное влагосодержание воздуха рассчитаем по формуле:

,

где 0,622 – отношение мольных масс водяного пара и воздуха,

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Р_н=1999,5 Па при t₀=17,5°С.

В – барометрическое давление воздуха, Па. (Для Европейской части СНГ принимается 745 мм рт. ст. = 99100 Па.)

Удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер:

, кг/кг

Т.к. подогрев воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер тоже, что и на входе в сушилку:

, кг/кг

Энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

,

где С_с.в.– средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха, (при t<200°С С_с.в.=1,004 кДж/(кг^.К)),

t – температура влажного воздуха, °С,

х – удельное влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.,

i_n – удельная энтальпия перегретого пара, кДж/кг,

,

где r₀ – удельная теплота парообразования воды, (при 0°С r₀=2500 кДж/кг),

c_n – средняя удельная теплоёмкость водяного пара, c_n=1,842 кДж/(кг^.К).

Рисунок 4 – Процесс сушки в I–x диаграмме

Энтальпия воздуха на входе в калорифер:

, кДж/кг

Энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку):

, кДж/кг

Удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки:

Энтальпия воздуха на выходе из сушилки:

, кДж/кг

Для наглядности строим процесс сушки в I-x диаграмме, которая приведена на рисунке 4. По состоянию наружного воздуха t₀ и φ₀ на диаграмме находим точку А, по следующим параметрам t₀= 17,5°С и j₀= 78 %, и соответствующие ей теплосодержание I₀ и влагосодержание х₀. Нагревание воздуха в калорифере происходит при постоянном влагосодержании (х₀=0,0099 кг/кг) до температуры t₁ (точка В, со следующей температурой t₁=81°С и влагосодержанием j₁≈0,6%, энтальпия I₁=107,55 кДж/кг). По температуре воздуха на выходе из сушилки t₂ находим точку С окончания теоретического сушильного процесса и значение х₂=0,027 кг/кг с температурой t₁=37°С и влагосодержанием j₂≈54% (соответственно определенные по диаграмме).

При дальнейших расчетах используем значения и параметры, найденные расчетным путем.

Тепловой расчёт сушилки.

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

,

где  – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

– теплоемкость влаги во влажном материале при температуре θ₁=17,5°С, кДж/(кг^.К);

=4,19кДж/(кг^.К);

 

q_{доп. –} удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп.=0;

q_т. – удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае q_т.=0;

q_м. – удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

 

с_м - теплоемкость высушенного материала:

, кДж/(кг^.К),

 

с_с - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг^.К);

с_с=0,86·4,190=3,603 кДж/(кг^.К);

q_п. - удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги,

l – удельный расход абсолютно сухого воздуха:

, кг возд./кг влаги,

I₂ – энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг,

х₂ – удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в.. Значение х₂ находим по I-хдиаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему рассчитываем значение I₂.

Теплоемкость высушенного материала:

, кДж/кг влаги

Удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

Удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги

Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

, кДж/кг влаги

Расход воздуха на сушку:

, кг/с

Средняя температура воздуха в сушилке:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

, кг/кг

Средняя плотность воздуха:

, кг/м³

Средняя плотность водяных паров:

, кг/м³

Средняя объемная производительность по воздуху:

, м³/с

Удельный объем влажного воздуха:

, м³/кг

, м³/кг

Объемный расход влажного воздуха:

 м³/с

 м³/с

Расход тепла на сушку:

, кВт