10. Установим позонные значения температуры зерна.

Примем ₀ = t₀ = 5 С.

Согласно приложению 4 предельная температура нагрева зерна _пред = 65 С.

Примем температуру нагретого (после камеры нагрева) зерна

_н = _пред = 65 С.

На выходе из 1-й зоны сушки ₁ = _пред – (5 … 7) = 65 – 5 = 60 С.

На выходе из зоны окончательного охлаждения

₃ = _н – (1 – 0,003_н)(_н – t₀) = 65 – (1 – 0,00365)(65 – 5) = 16,7 С.

Температура смеси зерна на входе во 2-й контур

_см2 = [_н + (N_2к – 1)₃]/N_2к = [65+ (1,27 – 1)16,7]/1,27 = 54,7 C.

Температура зерна на входе в зону окончательного охлаждения

₂ = _см2 – 4,7 = 54,7 – 4,7 = 50 С.

На выходе из зоны промежуточного охлаждения

_рец = ₁ – (G₂/G₁)(1 – 0,003_н)(_н – t₀),

где t₀ = 0,5(₂ + ₃) – 5 = 0,5(50 + 16,7) – 5 = 28,5 С.

Итак, _рец = 60 – (11,8925/22,12)(1 – 0,00365)(65 – 28,5) = 60 – (0,5376)(0,805)(36,5) = 44,2 С.

Температура смеси зерна, поступающей в 1-й контур рециркуляции

_см1 = [₀ + (N_1к – 1)_рец]/N_1к = [5 + 2,244,2]/3,2 = 32 C.

11. Устанавливаются позонные значения температуры отработанного агента сушки и воздуха.

t₁ = _см1 + 0,2(t₁ – _н) = 32 + 0,2(370 – 65) = 93 С.

t₂ = 0,125(_см2 + ₂ + 2t₂) +5 = 0,125(54,7 + 50 + 2125) + 5 = 49,3 C,

t₂ = 0,125(_н + ₁ + 2t₂) +5 = 0,125(65 + 60 + 2125) + 5 = 51,9 C.

t₀ = 0,5(₂ + ₃) – 5 = 0,5(50 + 16,7) – 5 = 28,4 С;

t₀ = 0,5(₁ + _рец) – 5 = 0,5(60 + 44,2) – 5 = 47,1 С;

12. Произведем аналитический расчет затрат и потерь теплоты.

Вначале определяем затраты теплоты на испарение влаги при предварительном нагреве смеси зерна в камере нагрева

q_и.п.н = (2500 + 1,88t₁) – 4,19_см1 = 2500 + 1,8893 – 4,1932 = 2500 + 174,8 – 134,1 = 2540,7 кДж/кг.

Аналогично,

q_и.1с = (2500 + 1,88t₂) – 4,19_см2 = 2500 + 1,8849,3 – 4,1954,7 = 2500 + 92,7 – 229,2 = 2363,5 кДж/кг.

q_и.2с = (2500 + 1,88t₂) – 4,19_н = 2500 + 1,8851,9 – 4,1965 = 2500 + 97,6 – 272,4 = 2325,2 кДж/кг.

q_и.охл = (2500 + 1,88t₀) – 4,19₂ = 2500 + 1,8828,4 – 4,1950 = 2500 + 53,4 – 209,5 = 2343,9 кДж/кг;

q_{и.пр.охл} = (2500 + 1,88t₀) – 4,19₁ = 2500 + 1,8847,1 – 4,1960 = 2500 + 88,5 – 251,4 = 2337,1 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения удельной теплоемкости смеси зерна, а также на выходе из камеры нагрева, зон сушки и охлаждения.

с_см = [с_вw_см1 + с_с.в(100 – w_см1)]/100 = [4,1916,01 + 1,55(100 – 16,01]/100 = [67,08 + 130,18]/100 = 1,97 кДж/(кгК);

с_н = [с_вw_н + с_с.в(100 – w_н)]/100 = [4,1915,455 + 1,55(100 – 15,455]/100 = [64,76 + 131,04]/100 = 1,96 кДж/(кгК);

с₁ = [с_вw₁ + с_с.в(100 – w₁)]/100 = [4,1914,65 + 1,55(100 – 14,65]/100 = [61,38 + 132,29]/100 = 1,94 кДж/(кгК);

с₂ = [с_вw₂ + с_с.в(100 – w₂)]/100 = [4,1914,38 + 1,55(100 – 14,38]/100 = [60,12 + 132,76]/100 = 1,93 кДж/(кгК);

с_рец = [с_вw_рец + с_с.в(100 – w_рец)]/100 = [4,1914,2 + 1,55(100 – 14,2]/100 = [59,5 + 133]/100 = 1,92 кДж/(кгК);

с₃ = [с_вw₃ + с_с.в(100 – w₃)]/100 = [4,1914 + 1,55(100 – 14]/100 = [58,66 + 133,3]/100 = 1,92 кДж/(кгК);

Далее рассчитываем значения удельных расходов теплоты на нагрев зерна в зоне нагрева и зонах сушки.

q_м.пн = [G_нс_н(_н – _см1)]/W_п.н = [31,791,96(65 – 32)]/0,21 = 9791,3 кДж/кг;

q_м.1с = [G₁с₁(₁ – _н)]/W_1с = [22,121,94(60 – 65)]/0,21 = – 1021,7 кДж/кг;

q_м.2с = [G₂с₂(₂ – _см2)]/W_2с = [11,89251,93(50 – 54,7)]/0,1075 = – 1003,5 кДж/кг;

Рассчитываем средние значения температуры агента сушки (в зоне нагрева и 1-й — 2-й зонах сушки) и воздуха (в зонах охлаждения).

t_ср.п.н = 0,5(t₁ + t₁) = 0,5(370 + 93) = 231,5 С;

t_ср.1с = 0,5(t₂ + t₂) = 0,5(125 + 51,9) = 88,4 С;

t_ср.2с = 0,5(t₂ + t₂) = 0,5(125 + 49,3) = 87,2 С;

t_ср.охл = 0,5(t₀ + t₀) = 0,5(5 + 28,4) = 16,7 C.

t_{ср.пр.охл} = 0,5(t₀ + t₀) = 0,5(16,7 + 47,1) = 31,9 C.

Затем рассчитываем коэффициенты теплопередачи для зоны нагрева, зон сушки и охлаждения. Для этого вначале определим значения коэффициентов тепловосприятия (теплоотдачи).

Камера нагрева:

_1(п.н) = С + Dv = 5,58 + 3,95(0,510) = 25,33 Вт/(м²К);

_2(п.н) = С + Dv = 5,81 + 3,955 = 25,56 Вт/(м²К).

Зоны охлаждения:

_{1(1с +2с+охл+пр.охл)} = С + Dv = 6,16 + 4,190,3 = 7,42 Вт/(м²К);

_{2(1с+2с+охл+пр.охл)} = С + Dv = 6,16 + 4,195 = 27,11 Вт/(м²К).

Для стальной стенки коэффициент теплопроводности _{1, 3} = 46 Вт/(мК), для теплоизоляции (минеральная вата) ₂ = 0,056 Вт/(мК); для железобетонной стенки  = 1,54 Вт/(мК).

Для камеры нагрева примем: толщину конструктивной стальной стенки ₁ = 0,002 м, для минеральной ваты ₂ = 0,05 м, для наружного защитного слоя ₃ = 0,001 м; для железобетонной стенки  = 0,1 м.

Коэффициенты теплопередачи будут иметь следующие значения:

К_п.н = 1/[1/_1(кн) + ₁/₁ + ₁/₁ + ₁/₁ + 1/₂] = 1/[1/25,33 + 0,002/46 + 0,05/0,056 + 0,001/46 + 1/25,56] = 1/[0,03948 + 0,000043 + 0,893 + 0,000022 + 0,0391] = 1/0,9716 = 1,03 Вт/(м²К);

к_1с = к_2с = к_охл = к_пр.охл = 1/[1/_{1(охл+пр.охл)} + / + 1/_{2(охл+пр.охл)}] = 1/[1/7,42 + 0,1/1,54 + 1/27,11] = 1/[0,1348 + 0,0649 + 0,0369] = 1/0,2366 = 4,23 Вт/(м²К).

Площадь поверхности теплоотдачи составляет:

F_п.н = [примем произвольно] = 40 м²;

F_1с = 21,5230,2 = 13,8 м²;

F_2с = 21,5230,2 = 13,8 м²;

F_охл = 21,5320,2 = 19,2 м²;

F_пр.охл = 21,5320,2 = 19,2 м²;

Удельные потери теплоты в окружающую среду:

q_о.с.пн = 0,001F_п.нк_п.н(t_ср.пн – t₀)/W_пн = 0,001401,03(231,5 – 5)/0,21 = 44,44 кДж/кг;

q_о.с.1c = = 0,001F_1cк_1c(t_ср.1c – t₀)/W_1c = 0,00113,84,23(88,4 – 5)/0,21 = 23,18 кДж/кг;

q_о.с.2c = = 0,001F_2cк_2c(t_ср.2c – t₀)/W_2c = 0,00113,84,23(87,2 – 5)/0,1075 = 44,64 кДж/кг;

q_о.с.охл = = 0,001F_охлк_охл(t_ср.охл – t₀)/W_охл = 0,00119,24,23(16,7 – 5)/0,0525 = 18,1 кДж/кг;

q_{о.с.пр.охл} = = 0,001F_пр.охлк_пр.охл(t_{ср.пр.охл} – t₀)/W_пр.охл = 0,00119,24,23(31,9 – 5)/0,12 = 18,21 кДж/кг.

Далее рассчитываем разность сообщений и потерь теплоты (угловой коэффициент сушки) для зон предварительного нагрева, сушки и охлаждения.

_п.н = с_в_см1 – q_м.п.н – q_о.с.п.н = 4,1932 – 9791,3 – 44,44 = – 9701,7 кДж/кг;

_1с = с_в_н – q_м.1с – q_о.с.1с = 4,1965 – (– 1021,7) – 23,18 = 1270,9 кДж/кг;

_2с = с_в_см2 – q_м.2с – q_о.с.2с = 4,1954,7 – (– 1003,5) – 44,64 = 1188 кДж/кг;

_охл = с_в₂ – q_м.охл – q_о.с.охл = 4,1950 + [(G_рец2c₃)/W_охл](₂ – ₃) – 17,9 = 209,5 + [(11,841,92)/0,0525](50 – 16,7) – 17,9 = 209,5 + 14419,1 – 17,9 = 14610,7 кДж/кг;

_пр.охл = с_в₁ – q_{м.пр.охл} – q_{о.с.пр.охл} = 4,1960 + [(G_рец1c_рец)/W_пр.охл](₁ – _рец) – 15,58 = 251,4 + [(221,92)/0,12](65 – 58,6) – 15,58 = 251,4 + 2252,8 – 15,58 = 2488,6 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения влагосодержания отработанного агента сушки и воздуха:

d₁ = [1000(1,004t₁ – H₁) + _п.нd₁]/[_п.н – (2500 + 1,88t₁)] = [1000(1,00493 – 450,8) + (– 9701,7)24,82]/[– 9701,7 – (2500 + 1,8893)] = [– 357428 – 240796,2]/[– 12376,5] = 48,34 г/кг;

d₂ = [1000(1,004t₂ – H₂) + _2cd₂]/[_2c – (2500 + 1,88t₂)] = [1000(1,00449,3 – 159,9) + 118812,58]/[1188 – (2500 + 1,8849,3)] = [– 110402,8 + 14945]/[– 1404,7] = 67,96 г/кг;

d₂ = [1000(1,004t₂ – H₂) + _1cd₂]/[_1c – (2500 + 1,88t₂)] = [1000(1,00451,9 – 159,9) + 1270,912,58]/[1270,9 – (2500 + 1,8851,9)] = [– 107792,4 + 15987,9]/[– 1326,7] = 69,2 г/кг;

d₀ = [1000(1,004t₀ – H₀) + _охлd₀]/[_охл – (2500 + 1,88t₀)] = [1000(1,00428,4 – 18,84) + 14610,75,51]/[14610,7 – (2500 + 1,8828,4)] = [9673,6 + 80505]/12057,3= 7,48 г/кг;

d₀ = d₀ + W_пр.охл(1000/L^р_охл) = 7,48 + 0,12(1000/26,65) = 11,98 г/кг.

Затем рассчитываем величины удельных расходов l (кг/кг) сухого агента сушки (для камеры нагрева, 1-й и 2-й зон сушки) и воздуха (для зон окончательного и промежуточного охлаждения).

l_п.н = 1000/(d₁ – d₁) = 1000/(48,34 – 24,82) = 42,52 кг/кг;

l_1с= 1000/(d₂ – d₂) = 1000/(69,2 – 12,58) = 17,66 кг/кг;

l_2с = 1000/(d₂ – d₂) = 1000/(67,96 – 12,58) = 18,06 кг/кг;

l_охл = 1000/(d₀ – d₀) = 1000/(7,48 – 5,51) = 507,6 кг/кг.

l_пр.охл = 1000/(d₀ – d₀) = 1000/(11,98 – 7,48) = 222,2 кг/кг.

Далее рассчитаем суммарный (с учетом затрат и потерь) удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги в камере нагрева, 1-й и 2-й зонах сушки.

q_п.н = l_п.н(H₁ – H₀) = 42,52(450,8 – 18,84) = 18366,9 кДж/кг;

q_1с = l_1с(H₂ – H₀) = 17,66(159,9 – 18,84) = 2491,1 кДж/кг;

q_2с = l_2с(H₂ – H₀) = 18,06(159,9 – 18,84) = 2547,5 кДж/кг.

Суммарный (с учетом затрат и потерь) расход теплоты составляет:

Q^р_п.н = q_п.нW^р_п.н = 18366,90,21 = 3857 кВт;

Q^р_1с = q_1сW^р_1с = 2491,10,21 = 523,1 кВт;

Q^р_2с = q_2сW^р_2с = 2547,50,1075 = 273,8 кВт.

Далее рассчитаем значения массовых расходов агента сушки (в камере нагрева) и воздуха (в зонах охлаждения).

L^p_п.н = l_п.нW^р_п.н = 42,520,21 = 8,93 кг/с;

L^p_1с = l_1сW^р_1с = 17,660,21 = 3,71 кг/с;

L^p_2с = l_2сW^р_2с = 18,060,1075 = 1,9 кг/с;

L^p_охл = l_охлW^р_охл = 507,60,0525 = 26,65 кг/с;

L^p_пр.охл = l_пр.охлW^р_пр.охл = 222,20,12 = 26,66 кг/с.

Объемные расходы агента сушки и воздуха составят:

V^p_п.н = L^p_п.н_о.п.н[293/(273 + t₁)] = 8,931,86[293/(273 + 370)] = 7,57 м³/с;

V^p_1c= L^p_1c_о.1c[293/(273 + t₂)] = 3,711,15[293/(273 + 125)] = 3,14 м³/с;

V^p_2c = L^p_2c_о.2c[293/(273 + t₂)] = 1,91,15[293/(273 + 125)] = 1,61 м³/с;

V^р_охл = L^p_охл_о.охл[293/(273 + t₀)] = 26,650,81[293/(273 + 5)] = 22,75 м³/с;

V^р_пр.охл = L^p_пр.охл_{о.пр.охл}[293/(273 + t₀)] = 26,660,88[293/(273 + 28,4)] = 22,81 м³/с.

13. Произведем расчет основных конструктивных размеров устройства для предварительного нагрева зерна в камере нагрева.

Рабочая высота (т.е. в зоне воздействия на зерно агента сушки)

h^p = (v_вит – v_а.с)к_т = 3(10 – 0,510)0,3 = 4,5 м.

Площадь поперечного (живого) сечения рабочей зоны нагрева

f_p = V^p_п.н/v_а.с = 7,57/5 = 1,514 м².

Общая внутренняя площадь поперечного сечения рабочей зоны нагрева с учетом доли тормозных элементов составит: f_п.н = f_p/(1 – ) = 1,514/(1 – 0,4) = 0,91 м².

Длину а и ширину б каскадного подогревателя определяем из соотношения: а/б = 1,2:

а = 1,2 б; (1,2 б)б = f_п.н; 1,2б² = 0,91. б = 0,758 = 0,87 м; а = 1,20,87 = 1,04 м.

Размер поверхности каскадного подогревателя, через которую происходят потери теплоты в окружающую среду F^р_п.н = h^p2(а + б) = 4,52(1,04 + 0,87) = 17,2 м².