Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Зерносушение. Учебное пособие
.pdf
21
Скважистость – это отношение объема воздуха, заполняющего межзерновое пространство, ко всему объему зерновой массы. Скважистость зависит от культуры, примесей, способа укладки и влажности зерновой массы. Величина скважистости растет с
повышением влажности зерна, так как при этом увеличивается
объем зерновок, а также коэффициент трения поверхности зерна.
Наличие мелкого сора уменьшает скважистость зерновой массы и
ухудшает условия продувания ее агентом сушки. Подобный эффект достигается при засыпке одной и той же партии зерна с разной высоты. Скважистость зерна влияет на газовое сопротивление зернового слоя, которое учитывается при определении полного сопротивления сушильной и охладительной камер, а также
зерновой насыпи при активном вентилировании в складах, силосах, бункерах.
Сыпучесть зерновой массы. Характеризуется углом естественного откоса, который зависит от величины и формы зерен,
состояния их поверхности, засоренности примесями и влажности
зерновой массы. В высушенном и очищенном зерне сыпучесть
выше, а угол естественного откоса меньше (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Угол естественного откоса зерновых масс
От сыпучести зерна зависит выбор минимальных расстояний между рабочими органами внутри сушильного аппарата,
например, между коробами; углов наклона самотечных труб, выпускных устройств и т. д. В пределах одной культуры влажность
влияет на величину угла естественного откоса (табл. 1.4).
Культура
Угол естественного
откоса, град
Культура
Угол естественного
откоса, град
Пшеница
23...38
Просо
20...27
Рожь
23...38
Горох
24...31
Ячмень
28...45
Кукуруза
30...40
Овес
32...54
Семена
подсолнечника
31...45
Рис
27.. 48
Кормовые бобы
29..35
22
Таблица 1.4
Изменение угла естественного откоса в зависимости от влажности
Скорость витания. Скорость движения сушильного агента,
при которой зерно, помещенное в вертикальную трубу, находится
во взвешенном состоянии, называется скоростью витания. Средние скорости витания (м/с) некоторых культур приведены
в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Скорость витания зерна различных культур
Культура
Скорость
витания, м/с
Культура
Скорость
витания, м/с
Пшеница
9,0…11,5
Рожь
8,5…10,0
Ячмень
8,5…10,5
Овес
8,0…9,0
Сaмосоpтирование зерновой мaссы. Имеет место во время
перемещения и при загрузке бункеров сушильного агрегата. Самосортированию способствуют аэродинамические свойства зерна, то есть тяжелые фракции падают по центру вертикального
зернового потока, a более мягкие отбрасываются к стенкам сушильной камеры. В результате этого местами происходит скопление легких примесей с малой сыпучестью, что приводит к задержке движения зерна, его пересушке, а в неблагоприятных
случаях – к загоранию соломистых частей. Вот почему необходима предварительная очистка зерна перед сушкой в шахтных
зерносушилках.
Культура
Влажность,
%
Угол естественного
откоса, град
Культура
Влажность,
%
Угол естественно-
го откоса, град
Пшеница
15,5
23,1
32,0
35,0
Овес
14,5
21,0
32,0
41,0
Рожь
11,4
18,3
23,0
34.0
Кукуруза
15,2
24,8
30,0
40,0
Ячмень
10,8
17,8
28,0
32,0
Горох
13,4
35,2
27,0
32,0
23
Глава 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ФИЗИЧЕСКИХ
СВОЙСТВАХ ВЛАЖНОГО ГАЗА И ВОЗДУХА
При сушке зерна в качестве сушильного агента применяют
нагретый воздух или смесь его с топочными газами. Наибольшее
распространение получил конвективный способ сушки, который
в шахтных сушилках сочетается с кондуктивным подводом теплоты, когда зерно соприкасается с нагретыми поверхностями
подводящих коробов.
Для того чтобы получить сушильный агент, его необходимо нагреть в теплообменнике: топке или калорифере. В теплообменник теплота вносится горячими топочными газами, водой,
паром или электронагревателем. В некоторых случаях нагрев сушильного агента осуществляют с помощью солнечной энергии.
В современных зерносушилках в основном применяют
агент сушки, представляющий собой смесь воздуха с топочными
газами (теплоносителем), однако объемная доля их не превышает
5 % в шахтных сушилках и 1 – 2 % в камерных для сушки кукурузы в початках. Практически в зимний период это соотношение
составляет 1:20, в летний – 1:30. Тем не менее, агент сушки по
химическому составу отличается от атмосферного повышенным
содержанием углекислого газа, окиси углерода, углеводородов и
др. Учитывая такое весьма незначительное содержание теплоносителя в сушильном агенте, допускают, что влажный воздух или
смесь его с топочными газами с допустимой для технических
расчетов точностью подчиняются законам идеальных газов и газовых смесей Дальтона, Бойля – Мариотта и Гей – Люссака.
2.1. Влажный воздух (газ)
Атмосферный воздух представляет смесь сухого воздуха и
водяного пара и поэтому называется влажным воздухом. По закону Дальтона полное давление влажного воздуха (Р, Па) слага-
ется из парциального (частичного) давления сухого воздуха (Рс) и
парциального давления водяных паров:
Р = Рс+ Рп. (5)
24
С увеличением влажности воздуха парциальное давление
водяных паров увеличивается. Влага из зерна удаляется в виде
пара, который перемещается из области большего давления в область меньшего давления. Отсюда следует, что для успешного
развития процесса сушки важно, чтобы парциальное давление
паров, выделяющихся с поверхности материала (Рм), было больше парциального давления паров в воздухе (Рв), то есть Рм> Рв.
Кроме этого, интенсивность сушки зависит также от влагопоглотительной способности воздуха, что определяется температурой,
влажностью и давлением воздуха.
Абсолютная и относительная влажность воздуха (газа).
Состояние воздуха по влажности характеризуют абсолютной и
относительной влажностью.
Абсолютная влажность – это масса водяного пара (в граммах), содержащегося в 1 м3воздуха. Предельная величина абсолютной влажности зависит от температуры и давления воздуха.
Относительная влажность (φ, %) – это отношение массы
водяного пара, находящегося в данном объеме воздуха, к массе
водяного пара, который при той же температуре и давлении полностью насыщает воздух. С другой стороны, φ определяют как
отношение парциального давления ненасыщенных водяных паров (Рп) к парциальному давлению водяных паров в насыщенном
воздухе (Рн) при той температуре воздуха (не выше 100 °С):
100
н
п
P
P
.
При превышении температуры воздуха 100 °С пользуются
формулой:
100
п
P
P
,
где Р – барометрическое давление воздуха, Па.
С увеличением относительной влажности воздуха при заданной температуре повышается плотность водяного пара, а значит, и его парциальное давление.
25
Нагревание влажного воздуха увеличивает его влагоемкость. Снижение температуры влажного воздуха приводит к увеличению его относительной влажности, которая может достигнуть 100 %. Такой воздух называется насыщенным, то есть не
может больше поглощать водяных паров, а температуру, при которой достигается это состояние, называют точкой росы.
Влагосодержание воздуха (газа). Сушильные процессы характеризуются постоянным изменением количества и объема пара, а также объема воздуха. По этой причине для расчетов характеристики абсолютной и относительной влажности не применяются. Рекомендуется прибегать к понятию влагосодержания - это
отношение массы водяного пара (в граммах) в данном объеме
влажного воздуха к 1 кг сухого воздуха в том же объеме (d, г/кг
или %):
c
п
c
п
10001000
G
G
d
, (6)
где Gп– масса водяного пара, г;
Gc– масса сухого воздуха, кг;
ρп– плотность водяного пара, кг/м
3
ρс– плотность сухого воздуха, кг/м3.
Из уравнений идеального газа
TR
P
TR
P
μ
сс
с
μ
пп
п
и
, (7)
где μпи μп– молярные массы водяного пара (18,016) и сухого
воздуха (28,96 г/моль);
R
μ
– универсальная газовая постоянная, равная
8,314 Дж/(моль∙К);
Т – абсолютная температура, К.
Подставив соотношения (7) в формулу (6), получим:
c
п
c
п
1000
P
P
d
.
26
Зная численные значения μ, и заменив в формуле (5) Р на
барометрическое давление В, найдем:
п
п
622
PB
P
d
.
Энтальпия (теплосодержание) влажного воздуха (газа). Количество теплоты, необходимое для нагрева 1 кг материала от
0 °С до заданной температуры t °С при постоянном давлении,
называется энтальпией.
Энтальпия (I, кДж/кг с.в.) воздуха равна сумме энтальпий
1 кг сухого воздуха (Iс) и d/1000 кг водяного пара:
пc
1000
I
d
II
.
Теплосодержание сухого воздуха Ic=1,01·t кДж/кг с.в. Теплосодержание водяного пара смеси при данных температуре и
давлении равна:
Iп= Iн+(t + tн)·сп, (8)
где Iп– теплосодержание насыщенного пара, кДж / кг с.в.;
tн– температура насыщения. °С.
сп– средняя удельная изобарная теплоемкость водяного пара
в интервале температур от 0 до t °C, равна 1,97 кДж/кг·°С.
Теплосодержание насыщенного пара находят по формуле
Л. К. Рамзина
Iп= 597 + 1,97∙tн, (9)
где 597 – скрытая теплота парообразования при 0 °С. Подставляя
соотношение (9) в формулу (8) находим, что
Iп= 597 + 1,97·t, то есть теплосодержание ненасыщенного пара
приближенно равно теплосодержанию насыщенного пара при той
же температуре. В конечном итоге получаем:
t
d
tI 97,1507
1000
01,1
.
27
2.2. Характеристика смеси топочных газов с воздухом
В современных зерносушилках в качестве агента сушки используют, главным образом, смесь наружного воздуха с продуктами сгорания топлива, причем нагрев воздуха производится непосредственно в топке.
В состав рабочей массы топлива входят: углерод (Ср), водород (Нр), кислород (Ор), азот (Np), сера (Sp), зола (Ар) и вода
(Wp). Два последних элемента составляют балласт топлива. Углерод, водород и сера составляют горючую часть топлива, причем
сера относится к вредным примесям, так как при ее сгорании выделяется сернистый газ, который может сорбировать зерно. Азот
является нейтральным газом, кислород поддерживает горение.
Топливо характеризуется теплотворной способностью - это
количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 кг топлива. Различают высшую и низшую теплотворную способность.
Высшая теплотворная способность
р
в
Q
, кДж/кг, определяется по
формуле Д.М. Менделеева:
ррррр
в
SО26Н300С81 Q
.
Поскольку при сгорании топлива водяные пары улетучиваются вместе с продуктами сгорания, не выделяя скрытой теплоты парообразования, то необходимо знать низшую теплотвор-
ную способность
р
н
Q
кДж/кг,
100
WН9
600
pр
р
в
р
н
QQ
.
Так как в состав топлива входят водород и вода, то при его
сгорании образуется водяной пар, и тогда влагосодержание смеси
воздуха с топочными газами повышается. В этом случае влагосодержание определяют как отношение массы всех водяных паров,
содержащихся в смеси, к общей массе их сухой составляющей,
которую находят из уравнения теплового баланса топки. При
этом допускают, что потери от химической и механической не-
28
полноты сгорания топлива отсутствуют. Итак, рассмотрим источники прихода и расхода теплоты.
Приход теплоты:
– теплота вносится топливом cT, tT(теплоемкость и температура топлива);
– теплота вносится наружным воздухом, LT∙, I0, (масса сухой части воздуха и его энтальпия);
– теплота выделяется при полном сгорании 1 кг топлива,
р
в
Q
.
Расход топлива:
– теплота уносится сухой газовой смесью,
1
р.см
pp
Т
100
WH9
1 tсL
,
где
р.см
с
– средняя удельная изобарная теплоемкость сухой газо-
вой смеси;
– теплота уносится водяным паром,
п1
0
Т
1000100
9
i
d
L
WH
pp
,
где
п1
i
– удельная энтальпия водяного пара при температуре га-
зовой смеси t1;
– теплота уносится через стены топки, Q5.
Составив уравнение теплового баланса топки, определяем
количество сухого воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива по формуле
0п1
0
1
рсм
51
рсм
1
рсм
pp
п1
pp
р
в
Т
1000
100
WH9
100
WH9
Т
Т
Ii
d
tc
QtctctciQ
L
.
29
Влагосодержание сушильного агента d1, %. при сжигании
жидкого топлива можно определить по формуле
100
WH9
1
WH910
pp
Т
0Т
pp
1
L
dL
d
.
Влагосодержание сушильного агента при сжигании газообразного топлива определяют по формуле
100
W
12
09,0
1
100
W
12
09,0
1000
p
Т
0Т
p
nm
nm
HC
nm
n
L
dLHC
nm
n
d
,
где СmHn– массовая доля компонентов топлива, %.
Например, для метана СН4– m=l, n=4.
Коэффициент избытка воздуха. Это отношение действительно израсходованного количества воздуха при сжигании 1 кг
топлива к теоретически необходимому.
0
Т
Т
L
L
.
Теоретически необходимое количество сухого воздуха для
полного сгорания 1 кг твердого (или жидкого) топлива рассчитывается по формуле:
pррр0
Т
SО043,0Н345,0С115,0 L
.
Для газообразного топлива по формуле
222
0
Т
12
4/
44,0248,00179,038,1 OHC
nm
nm
SННСОL
nm
.
30
2.3 I-d-диаграмма влажного воздуха
При сушке зерна для удаления паров влаги используется
воздух или смесь его с топочными газами, причем процесс сушки
характеризуется непрерывным изменением параметров и свойств
воздуха. Значения параметров воздуха можно определить аналитическим путем, основанным на соотношениях, полученных из
уравнений термодинамики влажного воздуха, материального и
теплового балансов. Они отличаются относительно высокой точностью расчетов.
Например, при тепловом расчете сушилки обычно известны четыре основные величины: температура (t0) и относительная
влажность (φ0) наружного воздуха, температура воздуха (t1) перед
входом в сушилку и относительная влажность (φ2) отработавшего
в сушилке воздуха. Требуется найти три величины: температуру
(t2) отработавшего воздуха, расходы сухого воздуха (I) и теплоты
(q) на 1 кг испаренной влаги. Для решения такой задачи одну из
неизвестных приходится предварительно принять, например t2, a
затем из известных уравнений определить I и q. Чтобы получить
удовлетворительное решение, задачу решают несколько раз, подбирая иные значения t2. Отсюда следует, что решение подобной
задачи – процесс трудоемкий и длительный.
В 1918 г. профессор Л.К. Рамзин разработал I-d-диаграмму
влажного воздуха, а в 1928 г. М.Ю. Лурье дополнил ее для возможности расчета сушильного процесса смесью воздуха с топочными газами.
I-d-диаграмма позволяет наглядно представить процесс
сушки и контролировать влияние на результат расчета отдельных
параметров процесса, устраняет недостатки, присущие аналитическому расчету.
I-d-диаграмма (рис. 2.1) построена в косоугольной системе
координат с углом между осями 135°. По оси абсцисс отложено
влагосодержание (d), а по оси ординат теплосодержание (I) влаж-
ного воздуха на 1 кг сухого воздуха. На этой же оси отложена
температура воздуха. Линии d=const идут параллельно оси ординат, линии I=const - параллельно оси абсцисс.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]