- •Міністерство аграрної політики України
- •Розрахунок сушарки з псевдорозріджувальним шаром продукту
- •Гідродинаміка процесів в апаратах з псевдорозріджувальним шаром
- •Розрахунок розпилювальної сушарки
- •Геометричний розрахунок сушильної камери
- •Матеріальний розрахунок
- •Аналітичний розрахунок сушильного процесу в розпилювальній камері
- •Розрахунок циклона
- •Розрахунок калорифера
- •Розрахунок вентилятора
Розрахунок сушарки з псевдорозріджувальним шаром продукту
Для визначення кількості теплоти, що витрачається на сушіння продукту, складається тепловий баланс сушарки, ліва частина якого позначає прихід теплоти в сушарку, а права – витрати її на сушіння продукту.
(9.19)
де – витрати повітря на сушіння продукту, кг;
,– ентальпії відповідно свіжого і відпрацьованого повітря, Дж/кг;
–теплота, отримана повітрям у калорифері, кДж;
–маса продукту, кг;
,– питомі теплоємності продукту і води, кДж/(кг∙К);
, – початкова і кінцева температури продукту, °С;
–маса випареної води з продукту, кг;
–втрати теплоти в навколишнє середовище, кДЖ.
З рівняння теплового балансу визначається ентальпія вологого продукту, що являє собою суму ентальпій висушеного продукту і випареної вологи
Витрати теплоти, отримані повітрям в калорифері, визначаються за рівнянням:
(9.20)
або
де – ентальпія повітря після калорифера,кДж/кг
Зробивши перетворення, з рівняння теплового балансу визначається ентальпія 1 кг повітря при проходженні його через сушарку.
(9.21)
Витрати теплоти на 1 кг вологи, випареної з продукту, визначаються за рівнянням:
кДж/кг (9.22)
Приклад. Розрахувати кількість повітря і теплоти, що витрачаються на випарювання 1кг води при сушінні, якщо відомо: температура повітря, що поступає в калорифер , ;відносна вологість повітря; температура, до якої нагрівається повітря в калорифері;температура відпрацьованого повітря; відносна вологість відпрацьованого повітря
Схема сушильної установки з псевдорозріджувальним шаром показана на рис.9.2
Розв’язання.
Визначаємо вологовміст свіжого повітря перед калорифером:
кг/кг сух. пов.,
де– співвідношення молекулярних мас сухого повітря і водяної пари;
–тиск насиченої пари (пружність) при;
–атмосферний тиск вологого повітря.
Вологовміст повітря калорифера лишається незмінним, тобто:
кг/кг сух. пов.
Визначаємо вологовміст відпрацьованого повітря:
кг/кг сух. пов.
Визначаємо витрати повітря в сушарці на1 кг вологи, випареної з продукту:
кг
Визначаємо ентальпію свіжого повітря:
кДж/ кг сух. пов.
декДж/(кг∙К) – питома теплоємність абсолютного повітря;
кДж/(кг∙К) – питома теплоємність водяної пари;
кДж/кг – теплота випаровування води при 0
Визначаємо ентальпію повітря, нагрітого в калорифері:
кДж/ кг сух. пов.
Визначаємо витрати теплоти на випарювання 1 кг вологи з продукту:
кДж/кг
Гідродинаміка процесів в апаратах з псевдорозріджувальним шаром
Однією з характеристик псевдорозріджувального шару сипкого матеріалу є порозність, яка характеризує відношення об’єму порожнистості до об’єму:
, (9.24)
де – об’єм матеріалу, що знаходиться в шарі, м3;
–маса матеріалу,кг;
–густина матеріалу, кг/ м3.
Нерухомий шар зернистого матеріалу має постійну порозність,яка для більшості сипких матеріалів становить , а порозність псевдорозріджувального шару залежно від швидкості повітря чи газу може змінюватися від до
Швидкість теплоносія у вільному перерізі апарата визначається з графічної залежності, яка представлена на діаграмі ,де:
–критерій Архімеда (9.25)
–критерій Лященка, (9.26)
–еквівалентний діаметр зерна продукту, м;
–густина матеріалу і середовища, кг/ м3;
–в’язкість матеріалу, Н∙с/м2;
–швидкість теплоносія в вільному перерізі апарата, м/с;
–прискорення вільного падіння, м/с2.
Для монодисперсного матеріалу приймається рівним середньому розміру частинок, а для полідисперсного матеріалунеобхідно приймати близьким до максимального. Тоді розрахунок швидкості теплоносія проводиться за мінімальною порозністю в межах
Висота псевдорозріджувального шару пов’язана з його порознстю наступним співвідношенням:
(9.27)
де – висота нерухомого шару продукту
Для підтримання нормального гідродинамічного стану псевдорозріджувального шару в апараті необхідно дотримуватись наступної умови:
де – при незначному розширені шару продукту до
–при значному розширенні шару
–висота гідродинамічної стабілізації газових струмин, що виходять з отворів розподільної решітки, приймається:
де – діаметр отворів в розподільній решітці
Кінетика процесу обробки матеріалу в апаратах з псевдорозріджувальним шаром буде дотримуватись при умові, якщо:
(9.28)
де – маса матеріалу в апараті, кг/год;
–середній час знаходження матеріалу в апараті, год;
–площа перерізу апарату, м3.
Висоту сепараційного простору апарата рекомендується приймати в межах:
Опір апарата з псевдорозріджувальним шаром вираховується за формулою:
(9.29)
де – опір розподільної решітки
–коефіцієнт опору отворів розподільної решітки
–швидкість газу в отворах решітки, м/с;
–опір псевдорозріджувального шару матеріалу:
(9.30)
–втрати тиску від місцевих опорів, Н/м2.
Газорозподільні решітки в апаратах з псевдорозріджувальним шаром виконуються з перфорованих листів або набору колосників товщиною , демм – діаметр отворів. Доля вільного перерізу отворів решітки складаємм і розраховується за формулою:
(9.31)
де – при розміщенні отворів по вершинах рівносторонніх трикутників;
–при розміщенні отворів по вершинах квадратів;
–загальна площа решітки, м2;
–крок розміщення отворів, м.
Приклад. Розрахувати основні розміри і опір апарата з псевдорозріджувальним шаром при наступних вихідних даних: кількість продукту, що поступає в апарат ; відношення витрат газу до витрат матеріалу; середній розмір частинок; густина матеріалу; густина газу; в’язкість газу; середній час знаходження матеріалу в апараті
Розв’язання.
Враховуючи моно дисперсність матеріалу, приймаємо порозність псевдорозріджувального шару
Визначаємо значення критерію Архімеда:
Значення критерію Лященка визначаємо з графіка
Визначаємо швидкість газу у вільному перерізі апарата:
Розраховуємо площу поперечного перерізу апарата:
Для апарата циліндричної форми діаметр вираховується за формулою:
, приймаємо
З умови кінетики процесу визначаємо висоту псевдорозрідженого шару:
Приймаємо розподільну решітку з отворами і вільним перерізом,тоді висота шару складає:,
де – для порозності
Визначаємо висоту сепараційного простору апарата:
Приймаючи висоту під решіткового простору , визначаємо загальну висоту апарата:
Визначаємо опір псевдо розрідженого шару:
Визначаємо опір розподільної решітки:
,
де – швидкість газу в отворах решітки.
Визначаємо опір апарата без урахування втрат тиску на місцеві опори: