Основные параметры влажного материала

конечная влажность

Uк=100 - Xк=100 - 96=4%

начальная влажность

Uн=100 – Xн=100 - 49=51%

Материальный баланс по твердому материалу

Производительность по готовому продукту (кг/ч):

а) W=Gн*(Uн – Uк/100 – Uк) → Gн=W*(100 – Uк/ Uн – Uк)

Gн=3676 кг/ч

б) W=Gк*(Uн – Uк/100 – Uн) → Gк= W*(100 – Uн/ Uн – Uк)

Gк=1876, 6 кг/ч

Производительность по абсолютно сухому исходному материалу:

Gc=(100 – Uн/100)*Gн

Gc=(100 – 49/100)*3676=1874, 76 кг/ч

Удельная масса влаги, удаленная из 1кг готового продукта:

Wуд=W/Gк

Wуд=1800/1876, 6=0, 96 кг влаги/кг продукта

Материальный баланс по сушильному агенту

Влагосодержание воздуха, кг влаги/кг абсолютно сухого воздуха

Xо=0, 622*(φ _0*P_н/П-φ _0*P_н),

где φ ₀– относительная влажность воздуха;

P_н=2 кПа–давление насыщенного пара при температуре сушильного агента t₀;

П=99, 1 кПа – барометрическое давление;

При t=23, 1°С и p=2 кПа

Xо=0, 622*(0.885/97.68)=0.0091 кг/кг

Тепловой баланс

Энтальпия воздуха, i, кДж/кг абсолютно сухого воздуха:

i=(Cв + Cп*x)*t + r₀*x

где Cв=1, 01 кДж/кг*К – средняя удельная теплоемкость водяного пара;

x – влагосодержание воздуха, кг влаги/кг абсолютно сухого воздуха;

t – температура воздуха ( по сухому термометру) С;

r₀= 2493 кДж/кг*К – удельная теплота парообразования воды при 0 С

а) энтальпия воздуха, поступающего в калорифер:

i₀=(1, 01 + 1, 97x₀)*t₀+ 2493x₀;

i₀=(1, 01 + 1, 97*0, 0091)*17, 6 + 2493*0, 0091=40, 78 кДж/кг

б) энтальпия воздуха, выходящего из калорифера:

i₁=(1, 01 + 1, 97x₀)*t₁+ 2493x₀;

i₁=(1, 01 + 1, 97*0, 0091)*175 + 2493*0, 0091=202.57 кДж/кг

Расход теплоты на нагревание материала:

q_m=(Gк*Cк*(θ ₂-θ ₁))/W – C_воды*θ ₁

где Cн, Cк, C_воды – удельные теплоемкости исходного материала, высушенного продукта, воды, кДж/кг*К;

θ ₂, θ ₁– начальная и конечная температуры материала.

| q_m |=|-141, 1 кДж/кг|=141, 1 кДж/кг

Потери теплоты в окружающую среду можно принять равными 10% от расхода теплоты на нагрев высушенного материала до конечной температуры материала и на испарение влаги:

q´ _пот=0, 1(q´ _m + q_исп), где

q´ _m= (Gк*Cк*(θ ₂-θ ₁))/W = 27, 73 кДж/кг

q_исп= r_θ₁+ Cп*(t₂ – θ ₁) = 2431, 18 кДж/кг

r_θ₁– удельная теплота парообразования

Cп=1, 97 кДж/кг – средняя удельная теплоемкость водяного пара

q´ _пот=0, 1*(28, 64 + 2563, 9)= 245, 9 кДж/кг

Разность удельных расходов теплоты в действительной и теоретической сушилке:

Δ =Σ Q/W= q_пот+ q_m, где

q_пот, q_m – расходы теплоты на нагрев материала, потери в окружающую среду кДж/кг испаренной влаги.

Δ = 144, 1 + 245, 9=390 кДж/кг

Влагосодержание на выходе из сушилки:

x₂=(i₁ + x₀*Δ – t₂*1, 01)/(1, 97*t₂ + Δ + 2493)=0, 041кг/кг

Энтальпия воздуха на выходе из сушилки кДж/кг

i₂=(1, 01 + 1, 97*x₂)*t₂+ 2493*x₂;

i₂= 189, 5 кДж/кг

Баланс влаги в сушильной установке

L*x₂=L*x₀ + W, где L – расход абсолютно сухого воздуха, кг/ч; x₂– влагосодержание сушильного агента на выходе

Расход абсолютно сухого воздуха, кг/ч:

L=W/(x₂-x₀)=56426, 33 кг/ч

Удельный расход воздуха, кг абсолютно сухого воздуха/кг испаренной влаги

l=L/W=1/( x₂-x₀) =31, 3 кг/кг

Относительная влажность уходящего воздуха в процентах:

φ ₂=x₂*П*100/Pн(x₂ + 0, 622), где Pн – давление насыщенного пара при температуре уходящего сушильного агента t₂, кПа

φ ₂=0, 041*99, 1*100/47.4*(0, 045 + 0, 622)=12.9%

Объем влажного воздуха на выходе из сушилки, м³/ч:

V= (L*Rг*(273 +t₂))/100000*(1 - φ ₂)

V= 65655 м³/ч;

где t₂ – температура уходящего сушильного агента

Rг – газовая постоянная для воздуха, равная 287 Дж/кг*К

Удельный расход теплоты в теоретической сушилке при том же конечном состоянии воздуха, что и в действительной:

q_т=(i₂ – i₀)/(x₂ – x₀)= 4662 Дж/кг

Разность удельных расходов теплоты в действительной и теоретической сушилке:

q - q_т=(i₂ – i₁)/(x₂ – x₀)=Δ

Удельный расход теплоты в действительной сушилке, кДж/кг испаренной влаги

q=Q/W==(i₁ – i₀)/(x₂ – x₀)=l*( i₁ – i₀)=5064 Дж/кг

Δ =402

Тепловой коэффициент полезного действия сушилки: η =r/q, где r – удельная теплота парообразования воды, определяемая по температуре материала при сушке (температура мокрого термометра), кДж/кг; удельный расход теплоты в действительной сушилке, кДж/кг испаренной влаги.

θ _н=41 C; r=2405, 7 кДж/кг

η =(2405, 7/5064)*100=0, 475*100=47, 5%

Расчет распылительной сушильной установки

Рабочий объем сушильной камеры V, м³

Vp=W/A,

где W- производительность по испаренной влаге, кг/ч

А – влагосъем с 1м³ рабочего объема камеры, кг/м³*ч

Значение А определяем по графику, указанному на рис.5 в «Методических указаниях по курсовому проектированию конвективной сушильной установки» как функцию разности температур, Δ Т[3];

V=1800/3.6=500м³А=3.6

Средний объемно-поверхностный диаметр капель при диспергировании центробежными дисковыми распылителями:

d₀=0, 24*(1/n)^{0, 6}*(1/ρ )^{0, 3}*(Gн*υ /Dд)^{0, 2}*(σ /y)^{0, 1},

где d₀– средний объемно-поверхностный диаметр капли, м

n – частота вращения распыливающего диска, 800 с^-1;

Dд – диаметр распыливающего диска, 0.12м;

y – смоченный периметр распыливающего диска, 0, 04м;

Gн – массовый расход исходного материала, 0, 03кг/с;

ρ – плотность исходного материала, 800кг/м³;

υ – кинематическая вязкость материала, 0.4*10^-6м²/с;

σ – коэффициент поверхностного натяжения исходного материала, 6*10^-2Н/м.

d₀=0, 24*(1/800)^{0, 6}*(1/800)^{0, 3}*(0, 03*0.4*10^-6/0, 12)^{0, 2}*(6*10^-2/0, 04)^{0, 1}= 4, 91*10^-5м

Радиус факела распыления Rф, м:

Rф=0, 33* d₀*(ρ /ρ _г)*Re^{0, 35}*Gu^{-0, 4}*Ko^{-0, 2},

Re=u₀*d₀/υ _г=98, 2

Gu=(0, 5*(t₁ + t₂) – t_м)/(273 + t₁) =0.19

Ko=((273 + 0, 5*(t₁ + t₂))*Cг)/r*(Uн – Uк)=0.697

где Re, Gu, Ko – соответственно критерии Рейнольдса, Гухмана, Косовича.

ρ – плотность материала

ρ _г – плотность сушильного агента

u₀ – окружная скорость распыливающего диска

υ _г– кинематическая вязкость сушильного агента

t₁, t₂– температуры сушильного агента на входе и выходе сушилки;

t_м – температура мокрого термометра, °С;

Cг – теплоемкость сушильного агента,

r – теплота парообразования при t_м,

Uн, Uк – влажность исходного материала и готового продукта, кг/кг;

Rф=0, 33*0, 0000023*2000*3.37*1.96*1.066= 0.23м

D=2, 5*Rф=2, 5*0, 23= 0, 529м

По полученному объему и ГОСТу определяем тип и размер сушильной камеры, ее диаметр D, тип РФ 6.5-600, внутренний диаметр сушильной камеры равен 6500мм, высота цилиндрической части сушильной камеры равна 18000мм, рабочий объем сушильной камеры 600м³, производительность по испаренной влаге равна 1200-21000кг/ч.

Расчет калорифера

При теплоносителе паре рекомендуется применять одноходовые калориферы. При теплоносителе паре (перегретом или насыщенном) расчет следует производить на разность между температурами насыщения пара и средней температурой воздуха.

Расчет площади поверхности нагрева калорифера, систем вентиляции и кондиционирования воздуха, совмещенных с воздушным отоплением и запрограммированным для подачи наружного воздуха в количествах, необходимых для вентиляции в течении холодного периода года в пределах, ограниченных расчетными параметрами А, рекомендуется производить:

При теплоносителе паре – по суммарной потребности в тепле на отопление (при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года, соответствующей расчетным параметрам Б) и на вентиляцию (при наружной температуре, соответствующей расчетным параметрам А).

Действительное количество тепла, подводимого к калориферу, следует определять по сумме расходов тепла на отопление (соответствующих расходу при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года по расчетным параметрам Б) и на вентиляцию (по расчетным параметрам А). Количество теплоносителя нужно определять с учетом условной потребности тепла.

1) задаваясь массовой скоростью воздуха υ γ, кг/м²*ч, определяем необходимую площадь фронтального сечение, м², калориферов по воздуху:

f₁=G/3600* υ γ, где G – расход нагревающего воздуха, кг/ч,

принимаем υ γ =14 кг/м²*с

f₁=28213/3600*14=0, 55м²

2) пользуясь техническими данными и исходя из необходимой f₁, выбираем калорифер марки КВБ-10

3) объемный расход теплоты на нагревание воздуха:

Q=q*W=5064*1800= 9115200 Вт

Коэффициент теплопередачи калорифера К=37, 8 Вт/м²*с

4) необходимая площадь поверхности нагрева, м²:

F´ _y=Q/K*(Tср – ((t_н – t_в)/2))=2170285/34.2*(180 –((175 + 80)/2))= 1068, 85м²

5) общее число установленных калориферов:

n´ = F´ _y/ 4*F_к; n´ = 6

где F_к– площадь поверхности нагрева одного калорифера.

6) действительная площадь поверхности нагрева установки: F_y= F_к*n=1147, 2

8) аэродинамическое сопротивление калориферной установки:

Hв=7.5 кг/м²

H^восств= Hв*n=7.5*7=52.5 кг/м²

Расчет и подбор вспомогательного оборудования

Расчет циклонов

Зная расход абсолютно сухого воздуха L=15, 67кг/с, задаваясь скоростью цилиндрических циклов 3, 5 м/с:

L=w*S=w*(π *d²/4)= → d=0, 59м

Выбираем одиночный циклон ЦН-11, D=0, 49м, в количестве 3х штук.

Определяем гидравлическое сопротивление циклонов:

Δ p=ε *ρ *w²/2

Δ p=68Па

Гидравлическое сопротивление всей линии на выходе из сушилки с учетом пневмотранспортной, сопротивления трубопровода и разгрузочного циклона, принимаем:

Δ p_уст= Δ p_общ+ H^восств + 10=52.5+60+10=170.4кг*с/м²

Выбор вентиляторов

По заданным значениям производительности и давлению выбираем вентилятор типа Ц4-70, марки Б16-7 с числом оборотов n_в=650 об/мин, электродвигателем N=22кВт и η =77%.

9.Выбор точек контроля и управления работой установки[3].

№ п/п	Обозначение	Прибор
		Прибор для измерения давления
		Прибор для измерения температуры
		Прибор для измерения уровня

Вывод

Был выполнен проектный расчет сушильной установки, исходя из заданной производительности установки по испаренной влаге W=1800 кг/ч.

Основные показатели режима сушки, осуществляемой в сушильной установке: температура воздуха на входе в сушильную камеру t₁=175°С, на выходе из сушильной камеры t₂=80°С. Данная установка предназначена для сушки обезжиренного молока с начальной температурой θ _н=54°, и конечной температурой θ _к=65°. Содержание сухих веществ в исходном продукте Xн=54%, в конечном – 95%. Так как продукт является высоко влажным, была выбрана и спроектирована распылительная сушилка с коническим дном. Сушильная установка состоит из сушильной камеры, распылителя, воздухораспределительного устройства, вытяжного вентилятора, разгрузочного циклона, пневмотранспортной линии, вибролотка, парового калорифера, насоса, бака, а также устройств, измеряющих температуру на входе и выходе из сушильной камеры, уровень в баке, давление в насосе. Все вспомогательные приборы были выбраны в соответствии с заданными параметрами.

Список используемой литературы

1. Н.Н. Липатов, В.Д. Харитонов «Сухое молоко» Н: Легкая и пищевая промышленность, 1981

2. ГОСТ 18906-80 Сушилки распылительные. Типы, основные параметры и размеры. М: Госком СССР по стандартам.

3. К.М. Федоров «Процессы и аппараты пищевых производств» Методические указания по курсовому проектированию для студентов всех специальностей всех форм обучения. Ч.2 – СПб: СПбГУНиПТ, 2008

4. Справочник проектировщика. Ч.2 (под редакцией И.Г. Староверова-М: Стройиздат, 1978)

5. К.М. Федоров, Н.И. Лукин, В.Б. Тишин, А.Н. Жариков, А.Г. Новоселов, М.М. Беззубцева «Процессы и аппараты пищевых производств. Методические указания к лабораторным работам для всех специальностей» - СПб: СПбГУНиПТ, 2001