§ 6. Методика аналитического расчета расхода воздуха и теплоты
Для расчета процесса сушки задаются следующими параметрами: температурой и относительной влажностью наружного воздуха и ; температурой агента сушки, поступающего в сушильную камеру и уходящего из нее, и . На основании расчета должны быть определены величины удельного расхода наружного воздуха и теплоты.
Сначала определяют влагосодержание воздуха по формуле
При нагреве воздуха в калорифере , а при нагреве его в смесительной камере топки влагосодержание рассчитывают по уравнению (зная элементарный состав топлива)
.
Энтальпию агента сушки, поступающего в сушильную камеру, находят по выражению
.
Разность между добавлением и затратой теплоты в сушильной камере, отнесенная к 1 кг испарившейся влаги, будет:
.
Влагосодержание отработавшего агента сушки определяют путем совместного решения двух уравнений:
;
,
откуда
;
.
Тогда
.
Зная , определяют удельный расход воздуха:
.
Удельный расход теплоты будет:
.
7. Методы расчета продолжительности сушки
Изложенная в § 1…6 методика теплового расчета зерносушилки основана на материальном и тепловом балансах сушильной и охладительной камер. Расчет проводят, исходя из предположения, что зерно отдает столько влаги, сколько может поглотить ее воздух с определенными параметрами. В этом смысле расчет носит статический характер и будет приближенным. Конечный результат расчета в значительной мере зависит от численных значений параметров, которыми задаются в расчете: температуры и влажности зерна, температуры и влажности отработавшего агента сушки и наружного воздуха.
Статический расчет ведут, исходя из средней скорости сушки и вне связи со скоростью нагрева зерна. Между тем сушка зерна – это типичный нестационарный процесс, скорость которого лимитируется внутренним переносом влаги. В большинстве случаев сушка зерна протекает с убывающей скоростью испарения. Процессы испарения влаги и нагрева зерна, будучи взаимосвязанными, протекают с разной скоростью. Зерно, как правило, быстро нагревается и медленно отдает влагу. В связи с этим продолжительность сушки и возможное снижение влажности зерна ограничиваются достижением предельно допустимой температуры зерна.
Все это требует применения кинетических методов расчета зерносушилок, увязанных с действительной скоростью нагрева и сушки зерна. Необходимость в таких методах расчета очевидна в связи с внедрением новых интенсифицированных способов сушки зерна.
Для увязки статического расчета зерносушилки с кинетикой процесса сушки нужно знать кривые сушки. На их основе сушильная камера может быть разбита на зоны и расчет проводят по зонам. Продолжительность сушки зерна до заданной влажности также рассчитывают по зонам.
Проведение экспериментов, необходимых для построения кривых сушки зерна при разных режимах, является трудоемкой операцией. Поэтому в инженерных расчетах все более широкое применение получают методы определения продолжительности сушки по уравнениям, полученным в результате обработки экспериментальных данных. Каждое из таких уравнений описывает процесс сушки какой-либо группы однородных материалов.
Г.К. Филоненко
предложил проводить расчет продолжительности
процесса по приведенной скорости сушки,
представляющей собой отношение скорости
сушки в любой данный момент
к скорости сушки в первый период
,
т. е.
.
Приведенную скорость сушки определяют по формуле
,
где
- влажность материала в любой момент
сушки;
- равновесная влажность материала для
заданного режима сушки.
Показатель степени
определяется характером связи влаги
со скелетом вещества. Значения
коэффициентов
и
зависят от толщины материала; их находят
опытным путем.
Широкое применение
для расчета продолжительности сушки
пищевых продуктов получил метод А.В.
Лыкова с использованием коэффициента
сушки, который позволяет найти
продолжительность сушки материала от
любой начальной влажности
до заданной конечной
в период убывающей скорости сушки. Для
расчета продолжительности сушки во
втором периоде используют уравнение
,
где
– коэффициент сушки, определяемый
экспериментальным путем;
- влажность материала в критической
точке;
– равновесная влажность материала для
заданного режима сушки.
Общую продолжительность сушки от влажности до влажности находят:
. (108)
Ограниченность
метода расчета по коэффициенту сушки
обусловлена допущением постоянства
коэффициентов влагопереноса, которые
в действительности изменяются со
снижением влажности и повышением
температуры материала. В связи с этим
для повышения точности расчета
рекомендуется разбивать сушильную
камеру на зоны, используя средние
значения коэффициентов влагопереноса
для соответствующей зоны. Применительно
к сушке зерна в шахтных сушилках с
толщиной продуваемого слоя 100…250 мм при
режимах, рекомендованных для
продовольственной пшеницы, значения
коэффициентов сушки находятся в пределах
.
Для расчета продолжительности сушки зерна в шахтных сушилках предложено следующее уравнение:
,
(109)
где значения
коэффициентов
и
различны для разных культур.
Так, для мягкой
пшеницы
.
Значение
принято равным 10%. Величину
определяют по формуле
.
Парциальное
давление насыщенного пара
будет:
.
Удельную поверхность
испарения
рассчитывают по поверхности зерна и
массе сухого вещества. Для пшеницы
.
Предложен также метод расчета продолжительности сушки зерна, увязанный с кинетикой его нагрева. В основу решения задачи положено интегрирование уравнения теплового баланса для сушильной камеры. Применительно к сушке зерна в псевдоожиженном слое уравнение для расчета продолжительности процесса имеет вид:
,
(110)
где
– удельная теплоемкость зерна при
,
;
– удельная теплоемкость воды,
;
– скорость сушки;
и
– коэффициенты зависящие от режима
сушки и начальной влажности зерна;
– температура зерна в момент времени
;
– начальная температура зерна.
Скорость сушки и коэффициенты и находят по следующим формулам:
;
(111)
;
,
где
– температура агента сушки при входе
в слой зерна;
– коэффициент, зависящий от температуры
;
– массовая скорость агента сушки,
;
– толщина зернового слоя, м;
– насыпная масса зерна, кг/м3;
– удельная теплоемкость воздуха,
;
–удельные потери теплоты в окружающую
среду через стенки сушильной камеры,
.
Уравнение (110) позволяет рассчитать продолжительность процесса сушки зерна в псевдоожиженном слое до достижения зерном предельно допустимой температуры.