3.3.5 Расчет сушилок для солода
Определение производительности. Производительность сушилки периодического действия с горизонтальными решетками (кг/сутки) находится в прямой зависимости от площади основания решеток и высоты слоя солода на решетках, в обратной зависимости от продолжительности пребывания солода на каждой решетке. В зависимости от указанных факторов производительность может быть определена по формуле
,
(3.104)
где – высота слоя сырого солода на верхней решетке, м;
– объемы сырого и сухого солода,
получаемые из 1 т
зерна, м3
(
;
);
– насыпная плотность сухого солода,
кг/м3;
– продолжительность пребывания солода на каждой решетке, ч;
– площадь сушильной решетки, м2.
Производительность вертикальной сушилки периодического действия (кг/сутки) можно вычислить в зависимости от объема солода, находящегося в нижней зоне, и от продолжительности цикла сушки:
,
(3.105)
где
– соответственно длина, ширина и высота
сушильной шахты нижней зоны сушилки
(все размеры внутренние), м;
– объемная масса сухого солода, кг/м3;
– число сушильных шахт;
– коэффициент усадки солода при сушке
в нижней зоне (
);
– продолжительность цикла сушки, ч.
Производительность сушилки непрерывного действия (кг/сутки) можно рассчитать как произведение количества солода, находящегося в сушилке на частоту смен его в сушилке:
,
(3.106)
где
– внутренний объем сушильных шахт, м3;
– объемная масса сухого солода, кг/м3;
– коэффициент усадки солода за весь
период сушки (
);
– продолжительность сушки при непрерывном процессе, ч.
Материальный баланс сушилки. Количество испаряемой из солода влаги (кг)
,
(3.107)
где , – количество свежепроросшего и высушенного солода, кг;
,
– влажность свежепроросшего и высушенного
солода, %;
Уравнение материального баланса влаги:
,
(3.108)
где – расход воздуха в сушильном аппарате, кг/с.
– влагосодержание свежего и отработанного возду- ха, кг/кг.
Расход воздуха в сушильном аппарате
.
(3.109)
Материальный баланс двухстадийной
сушилки. С учетом количества ростков
к массе очищенного сухого солода, равным
,
количество неочищенного солода,
получаемого в час при конечной влажности
:
,
(3.110)
где
– количество сухого очищенного от
ростков солода, кг/с, (уравнение
(3.63)).
Количество сухих веществ солода
.
(3.111)
Количество сырого солода, поступающего в сушилку:
.
(3.112)
Количество удаляемой из солода влаги:
в верхней зоне сушилки:
,
(3.113)
в нижней зоне сушилки:
,
(3.114)
где
– влажность солода на входе в сушилку,
между зонами и на выходе из сушилки, %.
Общее количество влаги, удаляемой из солода за время сушки:
.
Общий расход воздуха на проведение процесса сушки вычисляется по уравнению (3.109).
Тепловой баланс сушилки. Большая часть влаги удаляется из солода в сушилке при относительно низких температурах. Для этой цели в начальный период сушки солод интенсивно проветривается воздухом, нагретым до 40–50 °С. В конечный период сушки количество удаляемой влаги невелико, но для тепловой обработки солода температура воздуха повышается до 75–105 °С (в зависимости от типа вырабатываемого солода). Поэтому рационально построенные сушилки для солода должны работать с переменным количеством воздуха в зонах: в калорифер и в нижнюю зону (нижнюю решетку) подается
ограниченное количество воздуха, а в средней и в верхней зонах к воздуху, выходящему из нижней зоны, подмешивается холодный воздух в таком количестве, чтобы получить смесь требуемой температуры.
Сушилка с постоянным количеством воздуха. Тепловой баланс сушилки, работающей с постоянным количеством воздуха во всех зонах, можно рассмотреть на примере работы двухъярусной сушилки без учета дополнительного подвода свежего воздуха под верхнюю решетку.
Тепловой баланс двухъярусной сушилки согласно схеме, приведенной на рисунке 3.27.
Приход тепла в сушилку складывается:
– из тепла, вносимого с сухим солодом,
;
– тепла, вносимого с влагой,
;
– тепла, вносимого с воздухом,
;
– тепла, вносимого калорифером,
.
Расход тепла из сушилки складывается:
– из отвода с сухим солодом
;
– отвода с отработанным воздухом
;
– потерь тепла в окружающую среду
.
Уравнение теплового баланса солодосушильного аппарата:
,
(3.115)
где – масса сухого солода с ростками, кг;
– удельные теплоемкости сухого солода
и воды, Дж/(кг.К);
– количество испаряемой из солода
влаги, кг;
– расход воздуха на сушку солода, кг;
– энтальпия свежего и отработанного
воздуха, Дж/кг;
– тепло, сообщаемое воздуху в калорифере, Дж;
– потери тепла в окружающую среду, Дж;
– начальная и конечная температуры солода, °С.
Теплосодержание сырого солода в уравнении
(3.115) выражено суммой теплосодержания
высушенного солода
и теплосодержания испаряемой воды
.
Удельная теплоемкость солода
при влажности
:
,
(3.116)
где
– удельная теплоемкость сухих веществ
солода (
кДж/(кг К)).
Количество испаряемой воды из солода определяется согласно уравнению (3.107).
Энтальпия влажного воздуха (кДж/кг) определяется по диаграмме Рамзина или рассчитывается по формуле Молье:
,
(3.117)
где – температура воздуха, °С;
– удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха, кДж/(кг К);
– влагосодержание воздуха, насыщенного паром (находится при помощи диаграммы состояния влажного воздуха), кг/кг;
– удельная теплоемкость водяного пара, кДж/(кг К);
– теплота испарения воды при 0 °С, кДж/кг.
Расход воздуха на сушку определяется по уравнению (3.109).
Из уравнения теплового баланса количество тепла, сообщаемое воздуху в калорифере:
.
(3.118)
Тепло, затрачиваемое в сушилке на нагрев солода, равно:
.
(3.119)
Тогда уравнение баланса (3.80) определяется
.
(3.120)
Все тепло, расходуемое в калорифере,
получает воздух, теплосодержание
которого с
повышается до
.
Следовательно:
.
(3.121)
Из уравнений (3.120) и (3.121) после преобразований
.
(3.122)
Уравнение (3.122) представляет собой изменение теплосодержания 1 кг воздуха при прохождении его через сушильные камеры.
Сушилка с переменным количеством воздуха. Баланс тепла для двухзонной сушилки составляется с расчетом, чтобы на основании его можно было найти расход воздуха по зонам. Рассмотрим расчет на примере работы сушилки непрерывного действия ЛСХА.
Сушилка солода непрерывного действия (рисунок 3.28) сухого очищенного от ростков солода работает с паровым калорифером при переменном количестве воздуха по зонам; в верхних зонах сушилки к теплому воздуху подмешивается холодный воздух для обеспечения высушивания солода, имеющего высокую влажность при умеренной температуре, и предотвращения образования недоброкачественного стекловидного солода.
К
онструктивно
сушилка разделена на четыре зоны I,
II, III и IV
по высоте, в каждой зоне поток воздуха
проходит сквозь слой солода. Холодный
воздух следует подмешивать к теплому
воздуху между второй и третьей зонами,
т.е. посередине сушилки.
Общий расход воздуха в сушилку определяется по уравнению (3.109).
В теоретической сушилке сушка происходит
при постоянной температуре, высушиваемый
продукт и элементы сушилки не нагреваются,
потерь тепла и прихода тепла извне в
сушильные камеры нет. Поэтому процесс
сушки на диаграмме
изображается линией постоянного
теплосодержания (изоэнтальпой). В
действительной сушилке теплосодержание
сушильного агента снижается за счет
нагревания солода,
за счет неизбежных потерь тепла и
несколько увеличивается за счет
теплосодержания влаги, испаряемой из
солода.
Чтобы определить отклонение действительного процесса сушки от теоретического, необходимо найти все эти составляющие.
Расход тепла (Вт) на нагревание солода в верхних зонах
,
(3.123)
где
– теплоемкость солода в верхней части
при влажности
,
Дж/кг;
– количество солода, переходящего из
второй в третью зону при влажности
,
кг/с;
– температура солода в средней части
сушилки и при загрузке, °С.
Количество солода, переходящего из второй в третью зону:
,
(3.124)
где
– количество сырого солода, поступающего
в сушилку, кг/с;
Расход тепла (Вт) на нагревание солода в нижних зонах сушилки
,
(3.125)
где
– теплоемкость солода в нижней части
при влажности
,
Дж/кг;
– количество солода, перемещающегося
в нижней зоне, при влажности
,
кг/с.
Удельная теплоемкость солода (Дж/(кг.К)) при влажности :
,
(3.126)
где
– удельная теплоемкость сухих веществ
солода
(
Дж/кг.К);
– теплоемкость влаги в солоде, Дж/кг;
– температура солода в средней части
сушилки и на выходе, °С.
Количество солода, перемещающегося в нижней зоне:
.
(3.127)
Количество тепла (Вт), расходуемого на нагрев влаги, находящейся во влажном солоде:
в верхней зоне сушилки:
,
(3.128)
где
– начальная температура солода в верхней
части сушилки,°С;
– удельная теплоемкость воды при
температуре
,
Дж/кг.К;
в нижней зоне сушилки:
,
(3.129)
где
– начальная температура солода в нижней
части сушилки,°С;
– удельная теплоемкость воды при
температуре
,
Дж/кг.К.
Потери тепла в окружающее пространство составляют:
в верхней части сушилки:
,
(3.130)
в нижней части сушилки:
,
(3.131)
где – потери тепла в окружающую среду.
Разница в расходе тепла (Вт) в теоретической и действительной сушилках (поправка на действительный процесс) будет равна:
в верхней части:
,
(3.132)
в нижней части:
.
(3.133)
Общая разность расхода тепла
.
(3.134)
Количество воздуха, нагреваемого в калорифере. Уравнение баланса тепла сушилки:
Приход тепла Расход тепла
,
(3.135)
где
– соответственно количество воздуха,
нагреваемого в калорифере (поступающего
в нижнюю часть), поступающего в верхнюю
часть сушилки (минуя калорифер), и общее
количество воздуха, кг/с;
– соответственно энтальпия воздуха:
свежего, после калорифера и отработанного,
Дж/кг.
Величину
можно выразить через разность
,
тогда из уравнения теплового баланса
определится расход воздуха, нагреваемого
в калорифере:
.
(3.136)
Полученное уравнение позволяет рассчитать количество воздуха, нагреваемого в калорифере, а следовательно, и количество добавочного воздуха.
Количество добавочного холодного воздуха
.
(3.137)
Полученное уравнение показывает, что температуру сушки в нижней зоне можно регулировать изменением расхода воздуха L1, нагретого в калорифере, не оказывая влияния на общий расход теплоты.
Тепловая нагрузка на калорифер (Вт)
,
(3.138)
или
.
(3.139)
Общий расход тепла в сушилке с учетом потерь тепла при сжигании топлива и с отработанными газами
,
(3.140)
где
– потери тепла.
На каждые 100 кг высушенного солода расход тепла (Дж) составляет:
.
(3.141)