Макиенко Л.И.

номер 020266 трхз-022

223723, Минская обл., Солигорский район, г.п. Красная слобода, ул. Советская д.39б, кв.23

тел. 3021582

Тема: Рассчитать установку для сушки сахара

производительность по готовому продукту кг/час - 1200

тип сушилки барабанная

температура сушильного агента на входе 155

температура сушильного агента на выходе 63

температура продукта на выходе 41

на входе 21

давление греющего пара МПа 8,5

влажность пара % 4

продукта начальная 12

конечная 2,2

параметры окружающей среды принять для города Сочи условия зимние

2. Технические описания и расчёты.

2.1. Описание принципа работы технологической схемы.

Исходный продукт – сахар, диаметром 0.6 мм с содержанием влаги W_н=12% и температурой θ₁=21°С, из бункера Б₁ подается в барабанную сушилку БС. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ. Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t₀=5,1°С и относительную влажность φ₀=76 %. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t₁=155°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 299,4 при давлении 8,5 МПа. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t₂=63°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон СК-ЦН-34 и далее выбрасывается в атмосферу.

Сухой продукт с содержанием сухих веществ 97,8% и имеющий температуру θ₂=41°С из нижней части сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б₂ и далее на ленточный транспортёр, а из циклона СК-ЦН-34 – прямо на ленточный транспортёр.

2.2. Описание принципа работы проектируемого аппарата.

Барабанная сушилка предназначена для сушки пищевых продуктов.

Сахар поступает в сушилку с начальными параметрами W_н=12% и температурой θ₁=21°С.

Продукт в сушильную камеру загружается дозировано из бункера, через патрубок 1.

Снизу, через патрубок 2 во вращающийся сушильный барабан поступает воздух с t₁=155°С, где и идёт процесс сушки. Частицы мясокостной муки попадая в сушильную камеру встречаются с нагретым воздухом, средняя температура которого t_ср=109°С и с этого начинается процесс сушки.

Высушенный продукт отводится из сушилки через патрубок 4 с конечной влажностью W_к =2,2% и температурой θ₂=41°С.

Воздух из сушилки отводится через патрубок 3 с температурой t₂=63°С. Вместе с воздухом вылетают частички мясокостной муки, которые осаждаются в циклоне при очистке воздуха.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу.

2.3. Материальный расчёт установки.

Из уравнения материального баланса сушильной установки определим расход влаги W, удаляемый из высушиваемого материала:

G_к =1200 кг/ч =1200/3600=0,333 кг/с,

кг/с,

где G_к – производительность установки по сухому веществу, кг/с

W_н – начальная влажность продукта, %

W_к – конечная влажность продукта, %.

W_н=12%,

W_к=2,2%.

2.4. Тепловой расчёт установки.

Определение основных параметров влажного воздуха.

К основным параметрам влажного воздуха относятся:

1. температура t,°С

2. относительная влажность воздуха φ,%

3. удельное влагосодержание х, кг/кг

4. энтальпия I, кДж/кг

Температуру и относительную влажность воздуха на входе в калорифер определяем по климатическим таблицам, для г. Сочи на январь месяц:

1. температура t₀=-3°С,

2. относительная влажность φ₀=76%.

Удельное влагосодержание воздуха рассчитаем по формуле:

,

где 0,622 – отношение мольных масс водяного пара и воздуха,

Р_н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Р_н=475,42 Па при t₀=-3°С.

В – барометрическое давление воздуха, Па. (Для Европейской части СНГ принимается 745 мм рт. ст. = 99100 Па.)

Удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер:

, кг/кг

Т.к. подогрев воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер тоже, что и на входе в сушилку:

, кг/кг

Энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

,

где С_с.в. – средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха, (при t<200°С С_с.в.=1,004 кДж/(кг^.К)),

t – температура влажного воздуха, °С,

х – удельное влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.,

i_n – удельная энтальпия перегретого пера, кДж/кг,

,

где r₀ – удельная теплота парообразования воды, (при 0°С r₀=2500 кДж/кг),

c_n – средняя удельная теплоёмкость водяного пара, c_n=1,842 кДж/(кг^.К).

Энтальпия воздуха на входе в калорифер:

Рисунок 4 – Процесс сушки в I–x диаграмме

, кДж/кг

Энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку):

, кДж/кг

Для наглядности строим процесс сушки в I-x диаграмме, которая приведена на рисунке 4. По состоянию наружного воздуха t₀ и φ₀ на диаграмме находим точку А, по следующим параметрам t₀= -3С и ₀= 76 %, и соответствующие ей теплосодержание I₀ и влагосодержание х₀. Нагревание воздуха в калорифере происходит при постоянном влагосодержании (х₀=0,0023 кг/кг) до температуры t₁ (точка В, со следующей температурой t₁=155С и влагосодержанием ₂≈0,13%, энтальпия I₁=162 кДж/кг). По температуре воздуха на выходе из сушилки t₂ находим точку С окончания теоретического сушильного процесса и значение х₂=0,03756=0,038 кг/кг с температурой t₁=63С и влагосодержанием ₂≈26,01 % (соответственно определенные по диаграмме).

При дальнейших расчетах используем значения и параметры найденные расчетным путем.

Тепловой расчёт сушилки.

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

,

где – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

– теплоемкость влаги во влажном материале при температуре θ₁=21°С, кДж/(кг^.К);

=4,19 кДж/(кг^.К);

q_{доп. –} удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп.=0;

q_т. – удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае q_т.=0;

q_м. – удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

с_м - теплоемкость высушенного материала:

, кДж/(кг^.К),

с_с - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг^.К);

с_с=1,22 кДж/(кг^.К);

q_п. - удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги,

l – удельный расход абсолютно сухого воздуха:

, кг возд./кг влаги,

I₂ – энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг,

х₂ – удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в..

Значение х₂ находим по I-х диаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему рассчитываем значение I₂.

Теплоемкость высушенного материала:

, кДж/кг влаги

Удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

Удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги

Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

, кДж/кг влаги

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

,

или

,

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-х необходимо знать координаты (I и х) минимум двух точек. Координаты одной точки известны:

I₁=162 кДж/кг,

х₁=0,0023 кг/кг,

Для нахождения координат второй точки, зададимся произвольным значением х, и определим соответствующее ему значение I. Пусть х=0.02 кг влаги/кг с.в., тогда:

, кДж/кг

Через две точки на диаграмме I-х с координатами I₁, х₁ и I, х поводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t₂=63°С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t₂=63°С находим параметры воздуха: х₂=0,038 кг/кг с.в..

Энтальпию воздуха рассчитываем по формуле:

, кДж/кг

Расход воздуха на сушку:

, кг/с

Средняя температура воздуха в сушилке:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

, кг/кг

Средняя плотность воздуха:

, кг/м³

Средняя плотность водяных паров:

, кг/м³

Средняя объемная производительность по воздуху:

, м³/с

Расход тепла на сушку:

, кВт