2.2. Сушка зерна и подбор машин

2.2.1. Исходные данные

Расчет производительности сушилки проводят с учетом ее пас­портной производительности, обрабатываемой культуры, ее влаж­ности и режима сушки. Наибольшее распространение получили шахтные зерносушилки, поэтому основы теплового и аэродинами­ческого расчета рассмотрим на примере. Исходные данные для рас­чета берутся из таблиц 1, 6, 16 приложения.

2.2.2. Тепловой расчёт сушилки

Тепловой расчет сушилки необходимо производить с целью определения часового расхода воздуха и топлива. Вид топлива берет­ся согласно последней цифре номера варианта из таблицы 16 при­ложения; режим сушки и ее параметры (исходная влажность зерна W₁; температура исходного воздуха t₁; температура нагретого воз­духа t₃; относительная влажность исходного воздуха φ₁) - из табли­цы 6. Результаты расчета процессов нагрева воздуха и испарения влаги зерна следует изобразить на схеме (рис. 1) с использованием J-d - диаграммы (рис. 7 приложения). Показатели расчета основных параметров сушилки сводятся в таблице (подобная таблица 15 при­ложения).

Процесс нагрева воздуха в топке сушилки можно осуществлять без смешивания с топочными газами (выполняют студенты заочно­го отделения) или путем смешивания с топочными газами (выпол­няют студенты очного отделения). Расчет первого варианта нагрева воздуха не вызывает затруднений, поэтому, рассмотрим процесс нагрева воздуха путем смешивания с топочными газами.

В соответствии с заданной температурой и относительной влажностью исходного воздуха при помощи J-d - диаграммы нужно оп­ределить его энтальпию и влагосодержание. Параметры исходного воздуха заносятся в таблицу (см. таблицу 15 приложения).

Рис. 1. Схема процесса нагрева воздуха и испарения влаги

Для теплового расчета сушилки воспользуемся J-d - диаграммой (рис. 7 приложения). По исходным данным находим точку 1 на ней по параметрам t_l и φ₁. Наносим ее на схеме (рис. 1) и параметры за­носим в таблицу 15 приложения.

По точке 1 на J-d - диаграмме находим энтальпию J и влагосодержание d исходного воздуха, числовые значения которых помещаем в таблицу 15 приложения.

Поскольку нагрев воздуха сопровождается его смешиванием с топочными газами, влага, находящаяся в топливе, переходит к агенту сушки. В результате этого нагрев воздуха происходит при d ≠ const.

Параметры воздуха при нагреве изменяются по некоторой ли­нии, которую можно нанести на J-d - диаграмме (условно прямой). Поскольку нагрев воздуха происходит от t₁ до t₃, линия должна свя­зывать эти две температуры на схеме. Поскольку нагрев происхо­дит со смешиванием воздуха с топочными газами, то прямая не вертикальна, а наклонена вправо. Каков ее наклон, можно выяс­нить, рассчитав пробную точку 2. Для расчета ее координат (J₂, d₂) необходимо знать, какое количество влаги добавится в исходный воздух при его нагреве.

При сгорании топлива в воздух добавляется влага, г:

Р = Р₁+Р₂, (4)

где Р₁ - количество влаги, которое выделится за счет относитель­ной влажности топлива, г;

Р₂ - количество влаги, которое выделится за счет сгорания во­дорода топлива в кислороде воздуха, г.

(5)

где W_T - относительная влажность топлива, % (находится по табли­це 16 приложения);

G_T - масса 1 кг влажного топлива (1000 г), г.

6)

где М_н - масса водорода в 1 кг рабочего топлива, г.

(7)

где Н_Р - процентное содержание водорода в рабочем (сухом) топ­ливе, %.

(8)

где Н_с - содержание водорода в сухом топливе, г (находят по таб­лице 16 приложения).

Рассчитываем пробную точку 2 J-d - диаграммы.

Приращение влагосодержания воздуха:

(9)

где М_B - масса воздуха, необходимая для сгорания 1 кг топлива, кг/кг (находится по таблице 16 приложения).

Приращение энтальпии:

(10)

г де - удельная теплота сгораний топлива, кДж/кг.

Результаты и заносим в таблицу 15 приложения, а так­же отмечаем на схеме (рис. 1) по соответствующим осям. Получены координаты точки 2 (проба) -d₂ и J₂, которые заносим в таблицу 15 приложения. На схеме (рис. 1) проводим прямую, проходящую че­рез точки 1 и 2. Полученная линия 1-2 отображает процесс нагре­ва воздуха путем смешивания с топочными газами.

Линию 1-2 проводим до пересечения с линией t₃ (рис. 1). Точ­ка их пересечения 3 (до шахты) характеризует состояние агента сушки при входе в сушильное отделение.

По J-d - диаграмме находим энтальпию J₃ и влагосодержание d₃ и заносим в таблицу 15 приложения.

Следующий процесс - сушка зерна, в результате которого дос­тигается равновесное состояние между влажностью агента сушки и влажностью зерна. Однако до этого состояния работу сушилки до­водить не следует, так как процесс сушки значительно замедляется. Поэтому конечная влажность зерна принимается на 5...8% больше равновесной.

Время нахождения зерна в шахтной сушилке - до 40 минут, в барабанной - до 20 минут. За это время между влажностью зерна и агента сушки происходит влагообмен.

Условно принято, что процесс сушки зерна проходит при посто­янной энтальпии до определенной величины конечной относитель­ной влажности выходящего воздуха. Для ее определения находим среднюю влажность зерна в сушилке, %:

, (11)

По величине W_cp с помощью графика равновесной влажности (рис. 6 приложения) находим влажность воздуха, φ_равн , находящую­ся в равновесии с усредненной влажностью зерна.

Находим конечную относительную влажность воздуха, %:

, (12)

Из точки 3 J-d - диаграммы проводим линию J₃ = const до пере­сечения с линией φ_K. Точка пересечения этих линий 4 характеризу­ет параметры теплоносителя при выходе из сушилки: J₄ , t₄ , d₄ , φ₄ ,которые заносятся в таблицу 15 приложения.

По полученным точкам на J-d - диаграмме находим:

Повышение энтальпии воздуха при прохождении его через топку:

, (13)

Повышение влагосодержания теплоносителя при его прохожде­нии через сушилку:

, , (14)

Эти параметры ( , ) потребуются в дальнейшем для рас­чета расхода воздуха и топлива за 1 час работы сушилки.

В случае, если нагрев воздуха происходит без смешивания с то­почными газами, процесс нагрева проходит при d₁ = const до t₃ (ли­ния t₁-t₃ вертикальна), а далее, как в предыдущем случае. Величина Р = 0.

Расчет параметров сушки производится по анализу процессов на J-d - диаграмме, выполненному ранее. Для этого должны быть из­вестны величины и .

Часовой съем влаги при работе сушилки, г:

(15)

где q₀ - пропускная способность сушилки, т/ч.

Часовой расход воздуха, кг/ч:

, (16)

Производительность вентилятора зерносушилки, м³/с:

, (17)

где - плотность воздуха, кг/м³.

Часовой расход тепла, кДж:

, (18)

Часовой расход топлива, кг/ч:

, (19)

где - КПД топки, η_Т = 0,6.

Номинальная пропускная способность сушилки - масса высу­шенного продовольственного зерна (в тоннах) пшеницы с влажно­сти 20% до 14% за один час работы.

Номинальная пропускная способность сушилки указывается в марке сушилки, например СЗШ-16А обеспечивает q_н⁼ 16 т/ч - но­минальная.

Пропускная способность сушилки - это масса (в тоннах) высу­шенного зерна от влажности W₁ до влажности W₂ за один час рабо­ты.

Эта величина будет зависеть от разности W₁ - W₂. Пропускная способность на продовольственном зерне, т/ч:

(20)

г де - номинальная пропускная способность, т/ч;

K_i - коэффициент, зависящий от культуры (пшеница – К_i = 1;

рожь - K_i = 1,1; просо - K_i = 0,8 и т.д.)

K_w - коэффициент, зависящий от начальной влажности зерна (определяется по таблице 17 приложения).

Пропускная способность сушилки при сушке семян принимает­ся меньше по сравнению с продовольственным:

,т/ч (21)