Контрольная задача № 3

Расчёт распылительной сушилки для молока

Задание. Определите производительность сушилки по исходному концентрату G_1ч, кг/с, кг/ч; объём V_к, м³, диаметр D_к, м, и высоту H, м, сушильной камеры; массовый L, кг/с, и объёмный L_о, м³/с, расход воздуха на сушку; расход греющего пара D, кг/с, и мощность на привод распылительного диска N_пр, кВт.

Исходные данные: теоретическая производительность распылительной сушилки по испарённой воде W_ч, кг/ч; влажность исходного концентрата W₁, %; влажность сухого продукта W₂, %; температура сушильного агента на входе в сушильную камеру t_1в, °С; радиус распылительного диска R, м; окружная скорость периферийной части распылительного диска , м/с; температура t₀, °C, и относительная влажность , %, наружного воздуха; температура отработавшего сушильного агента на выходе из сушилки t_2в, °С; давление греющего пара Р, МПа, (табл. 5).

Методика расчета

Теоретическая производительность сушилки по исходному концентрату , кг/ч, и сухому молоку , кг/ч, рассчитывается из уравнения материального баланса [2, 4].

Действительная производительность сушилки по сухому продукту с учётом потерь , кг/ч:

,

где Р – потери сухого продукта, %; Р = 5 %.

Объём сушильной камеры V_к, м³:

,

где А – нормативная влагонапряжённость сушильной камеры по испаренной воде, кг/(м³·ч). Зависит от температуры сушильного агента t_1в, °С, и определяется по табл. 4.

Таблица 4

Значения влагонапряженности сушильной камеры

t1в, °С	150	160	170	180	190	200
А, кг/(м3·ч)	4,8	5,0	5,3	5,5	5,7	5,9

При двухстадийной сушке первая стадия осуществляется в вертикальной сушильной камере до влажности 5,5…10 %; вторая – до конечной влажности 2…4 % – в аппаратах с виброаэрокипящим слоем продукта. Начальную температуру сушильного агента можно повысить до 200...220 °С без ухудшения качества продукта. Примите влажность продукта на выходе из сушильной камеры W_2к = 8 % и температуру сушильного агента 200 °С. Влагонапряженность А_d, кг/(м³·с), сушильной камеры при двухстадийной сушке рассчитывается по формуле:

= 1,22А.

Рассчитайте производительность сушильной камеры при двухстадийной сушке по испаренной воде , кг/с, и исходному концентрату , кг/с, и сравните с аналогичными показателями при одностадийной сушке.

Средний диаметр капель распыленного концентрата d_ср, м:

,

где – угловая скорость вращения диска, рад/с; – поверхностное натяжение концентрата, Н/м. [ = 0,05 Н/м]; – плотность концентрата, кг/м³; R – радиус диска распылителя по заданию, м; g – ускорение свободного падения, м/с².

Угловая скорость вращения распылительного диска , рад/с:

,

где – окружная скорость распылительного диска, м/с.

Дальность полета частицы распыленного продукта , м, рассчитывается по формуле [2]:

,

где – средняя плотность частицы молока в полете, кг/м³, [2]; – плотность воздуха в сушильной камере, кг/м³; – начальная и конечная скорости частицы, м/с. [ , м/с; м/с]; = 0,44 – расчетный коэффициент.

Постройте теоретический цикл работы распылительной сушилки на диаграмме состояния влажного воздуха (рисунок 1).

Определите влагосодержания наружного , кг/кг, и отработавшего воздуха , кг/кг; энтальпии наружного , кДж/кг, горячего , кДж/кг, и отработавшего , кДж/кг, воздуха.

Плотность воздуха в сушильной камере , кг/м³, рассчитываем по формуле:

,

где Т_в – абсолютная температура воздуха в сушильной камере, К.

Для технических расчётов:

Т=273 + t_2в + (15…20),

где t_2в – температура воздуха на выходе из сушилки по заданию, °С.

Диаметр сушильной камеры .

Рассчитайте диаметр сушильной камеры , м, по формуле:

.

Сравните и . Примите для дальнейших расчётов большее значение, округлив его до 0,5 м.

Высота сушильной камеры Н, м:

.

Переведите производительности по испаренной воде , исходному концентрату и сухому молоку в размерность кг/с.

Расход воздуха в теоретической сушилке , кг/с:

,

где – производительность сушилки по испаренной влаге, кг/с.

В действительной сушилке энтальпия и влагосодержание воздуха на выходе из сушилки меньше, чем в теоретической.

Расход воздуха в действительной сушилке , кг/с:

.

Тепловая мощность калорифера для нагрева воздуха , кВт:

Расход греющего пара в калорифере D, кг/с, [2, 4]:

где – энтальпия греющего пара, кДж/кг; – удельная теплоемкость конденсата греющего пара, кДж/(кг·К); – температура конденсата греющего пара, °С. Примите на 3…5 °С меньше температуры греющего пара [2].

Объёмный расход воздуха перед калорифером L_о, м³/c:

,

где – плотность наружного воздуха, кг/м³; =1,18 кг/м³ .

Мощность, затрачиваемая на привод диска , кВт:

,

где – коэффициент полезного действия привода; =0,9.

Контрольные вопросы к задаче

1. Классификация распылительных сушилок.

2. Достоинства и недостатки распылительных сушилок. Преимущества многоступенчатых распылительных сушилок и их причины?

3. От каких параметров зависит размер частиц продукта?

4. Постройте цикл работы распылительной сушилки на диаграмме состояния влажного воздуха Способы уменьшения расхода воздуха и сушествующие ограничения.

5. Устройство и принцип работы одноступенчатой распылительной сушилки с инстантайзером.

Таблица 5

Индивидуальные задания для расчёта

Обозначение величины и ед. измерения	Последняя цифра номера зачетной книжки
	1		2		3		4		5	6	7		8		9		0
, кг/ч	100		100		100		500		500	500	500		1000		1000		1000
, °С	180		175		180		185		165	170	175		180		180		185
, °С	80		82		85		88		70	75	80		85		88		90
, м/с	113		120		125		125		130	130	130		140		140		140
, м	0,06		0,06		0,06		0,09		0,09	0,09	0,09		0,11		0,11		0,11
, МПа	1,65		1,60		1,75		1,80		1,80	1,70	1,70		1,75		1,80		1,90
	Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
	1	2		3		4		5		6		7		8		9		0
, °С	20	22		24		25		28		22		22		24		25		28
, %	50	55		60		65		50		55		60		65		60		65
, %	50	55		58		62		60		54		57		59		56		53
, %	4,5	4,0		5,0		4,2		4,3		4,4		4,5		4,6		4,7		4,8

Рисунок. 1. диаграмма состояния влажного воздуха

Таблица 6