5.2.2 Тепловой баланс и расчет расхода воздуха для ящичной солодовни

Расчет количества воздуха, необходимого для проветривания ячменя в пневматической солодовне зерна, проводится в соответствии с количеством выделяющейся при проращивании теплоты. Расчет теплового баланса пневматической солодовни может быть представлен следующим образом.

Приход теплоты

Теплота, вносимая с замоченным зерном, Q ₁ = G ₃ · c ₃ · t ₂.

Теплота, выделяемая при солодоращении, Q ₂ = G _я · q · S.

Теплота, выделяемая аппаратом при выгрузке замоченного ячменя, Q ₃

Теплота, вносимая в аппарат с кондиционированным воздухом, Q ₄ = I ₁ · L

Расход теплоты

Теплота, уходящая с солодом при выгрузке, Q ₅ = G _c · c _c · t₃

Теплота, уходящая с отработанным воздухом, Q ₆ = I ₂ · L

Теплота, отдаваемая аппаратом при выгрузке солода, Q ₇

Потери теплоты в окружающую среду, Q ₈ = α · F · ∆t · τ_p .

Так как количество теплоты Q ₇ , отдаваемый аппаратом при выгрузке солода, что отличается по величине от количества теплоты Q ₃ , выделяемой аппаратом при загрузке замоченного ячменя, то уравнение теплового баланса будет иметь такой вид:

Q ₁ + Q ₂ + I ₁ · L = Q ₅ + I ₂ · L + Q _х , (5.19)

Откуда расход воздуха (в кг) на проветривание солода

L = (Q ₁ + Q ₂ - Q ₅ - Q _х)/( I ₂ - I ₁) (5.20)

Удельная теплоемкость замоченного зерна

C ₃ = [C ₀ (100 – w ₃)+(C_в · w ₃)]/100. (5.21)

где C ₀ – удельная теплоемкость сухих веществ ячменя, кДж/(кг·К);

C_в – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К);

w ₃ – влажность замоченного зерна, %.

C ₃ = [1,32 (100 – 43)+(4,19 · 43)]/100 = 2,618 кДж/(кг·К);

Удельная теплоемкость свежепроросшего солода

C _с = [C ₀ (100 – w _с)+(C_в · w _с)]/100. (5.22)

где w _с – влажность свежепроросшего солода

C _с = [1,423 (100 – 42)+(4,19 · 42)]/100 = 2,585 кДж/(кг·К);

Масса замоченного зерна

G ₃ = 1,51 · G _я , (5.23)

где G _я = 16000 кг – масса очищенного ячменя, загружаемого в каждый ящик.

G ₃ = 1,51 16000 = 24160 кг

Теплота, вносимая с замоченным зерном

Q ₁ = G _я · C ₃ · t ₂ , (5.24)

где t ₂ = 11 ̊ С – температура замоченного ячменя при загрузке, что составляет 284 К.

Q ₁ = 24160 · 284 · 2,618 = 17963249,92 кДж

Масса свежепроросшего солода

G _c = 1,42 · G _я . (5.25)

G _c = 1,42 · 16000 = 22720 кг

Теплота, выделяемая при солодоращении

Q ₂ = G _я · q · S , (5.26)

где q – удельное количество теплоты, выделяемой при проращивании зерна на 1 кг потерь сухих веществ, кДж/ кг·К ;

S – потери сухих веществ при солодоращении на 1кг очищенного ячменя.

Q ₂ = 16000 · 17982 · 0,06 = 16973316,8 кДж

Теплота, уходящая с солодом при выгрузке

Q ₅ = G _с · с_с · t ₃ . (5.27)

где t ₃ – температура свежепроросшего солода при выгрузке, 289 К

Q ₅ = 2270 · 2,585 · 289 = 16973316,8 кДж

Из потерь теплоты в окружающую среду учитываются только потери с поверхности солода, так как потери теплоты через стенки ящика из-за малого перепада температур очень малы. Среднюю температуру солода в ящике за все время проращивания принимаем равной

t _c = 15 ̊, а в помещении солодовни t _n = 13 ̊, тогда

Потери теплоты в окружающую среду

Q ₈ = Q ₈ = α · F · ∆t · τ_p , (5.28)

где α – коэффициент теплоотдачи от поверхности солода к окружающему воздуху:

F – площадь поверхности сита в ящике, м² ;

∆t – разность температур между средней температурой и температурой в помещении, ̊С;

τ_p – продолжительность солодоращения

Q ₈ = 25,12 · 117,48 · (15-13) · 120 = 708263 кДж

Удельная энтальпия кондиционированного воздуха

I ₁ = С _возд · t _{1 +} C _n · t ₁ · d ₁ · φ ₁ + r _o · d ₁ · φ ₁ (5.29)

где t ₁ = 12 ̊ С – температура кондиционированного воздуха, 285 К;

d ₁ = 0,0089 – влагосодержание кондиционированного воздуха;

φ ₁ = 98 % - относительная влажность кондиционированного воздуха;

С _возд = 1,005 кДж/(кг·К) – удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха;

C _n = 1,88 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость водяного пара;

r _o = 2500 кДж/кг – удельная теплота испарения воды при 0 ̊ С.

I ₁ = 1,005 · 285 ₊ 1,88 · 285 · 0,0089 · 0,98 + 0,0089 · 0,98 = 312,9 кДж/кг

Удельная энтальпия отработанного воздуха

I ₂ = С _возд · t _{2 +} C _n · t ₂ · d ₂ · φ ₂ + r _o · d ₂ · φ ₂ (5.30)

где t ₁ = 17 ̊ С – температура кондиционированного воздуха, 290 К;

d ₂ = 0,01159 – влагосодержание кондиционированного воздуха;

φ ₁ = 86 % - относительная влажность кондиционированного воздуха;

С _возд = 1,005 кДж/(кг·К) – удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха;

C _n = 1,88 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость водяного пара;

I ₂ = 1,005 · 290 ₊ 1,88 · 290 · 0,01159 · 0,86 +2500 · 0,01159 · 0,86 = 321,8 кДж/кг

Массовый расход воздуха за весь цикл ращения солода

L = (Q ₁ + Q ₂ - Q ₅ - Q _х)/( I ₂ - I ₁) (5.31)

L = (17963249,92 + 17262720 – 16973316,8 - 7082263)/( 321,8 – 312,9) = 1255058,665 кг

Объемный часовой расход воздуха

V _в = L · K /(φ _пр· 24 ρ _в), (5.32)

где К – коэффициент неравномерности (при индивидуальной установке вентилятора на каждом ящике К=2,3, при групповой установке К=1,1);

ρ _в = 1,29 кг/м³ при t ₂ = 12 ̊ С – плотность кондиционированного воздуха:

φ _пр – 6,5 сут – число суток проветривания ячменя.

V _в = 1255058,665 · 1,1 /(6,5· 24·1,29 ) = 6860,29 м³/ч

Удельный расход кондиционированного воздуха на 1 кг перерабатываемого солода

V _уд = V _в / G _я (5.33)

V _уд = 6860,29 / 16000 = 0,429 м³/(кг·ч)

5.3 Расчет сушки

Производительность горизонтальной сушилки (кг/сут):

П = 24 FhρV₂ / V ₁ τ ,т (5.34)

где F – площадь сушильной решетки, м²;

h – высота слоя свежепроросшего солода на верхней решетке, м;

ρ – насыпная плотность высушенного солода, кг/м³;

V ₁ и V ₂ – объем соответственно свежепроросшего и высушенного солода полученного из 1000 кг отсортированного ячменя, м³ (для приближенного расчета принимают) V ₁ = 3,2 м³, V ₂ = 1,42 м³ ;

τ – продолжительность между очередными разгрузками высушенного солода, ч.

П = 24 ·180 · 0,8 · 650 · 1,42/ 3,2 · 24 = 41535 кг/сут

Материальный баланс сушильных аппаратов рассчитывают следующим образом.

Количество испаряемой из солода влаги (кг):

W = M _вл (ω _вл - ω _с)/ (100 - ω _с) = (ω _вл - ω _с)/ (100 - ω _вл). (5.35)

где M _вл , M _с – свежепроросшего и высушенного солода количество,кг;

ω _вл ,ω _с – влажность свежепроросшего и высушенного солода.масс. %.

W = 35077,5 (42 - 3)/ (100 - 3) = 14103,33 кг

Уравнение материального баланса влаги (кг):

W = L · d ₂ - L · d _о , (5.36)

где L – расход воздуха в сушилке, кг;

d ₂ , d _о – влагосодержание свежего и отработанного воздуха, кг/кг,

Расход воздуха в сушильном аппарате (кг):

L = W/(d ₂ - d _о), (5.37)

d _о = 0,005 кг/кг;

d ₂ = 0,062 кг/кг.

L = 14103,33/(0,062 – 0,005) = 247426,84 кг

Тепловой баланс сушилки рассчитывают с учетом следующих соображений.

Основная масса влаги удаляется из солода воздухом, нагретым до 40-50 ̊. В конце сушки температуру воздуха повышают до 85-100 ̊ С (в зависимости от вида получаемого солода). Поэтому сушилки должны работать при переменном количестве воздуха в зонах, то есть калорифер и нижнюю зону аппарата подают ограниченное количество воздуха; в средней и верхней зонах к воздуху, выходящему из нижней зоны, подмешивают холодный воздух в количестве, необходимом для получения смеси требуемой температуры. Сушилки устаревших конструкций работают при одинаковом количестве воздуха во всех зонах.

В сушилках непрерывного действия приток сушильного агента в аждую зону и его температура различны по величине, но постоянны.

Уравнение теплового баланса одноярусной сушилки имеет вид (кДж):

L · I _о + Q _к · M _c · c_c· + W · c_в · tˈ₁ = L · I ₂ + M _c · c_c· tˈ₂ + Q _п , (5.38)

где L – расход воздуха, кг;