Расчет туннельной сушилки типа CER фирмы "Чачак"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения о конструировании деталей и узлов

2. Описание сушильной типа CER

2.1 Общие сведения

2.2 Техническая характеристика сушилки

3. Рассчет туннельной сушилки типа CER фирмы «Чачак»

3.1 Выбор типа сушилки и варианта сушильного процесса

3.2 Рассчет сушильной камеры

3.2.1 Рассчет габаритов сушильной камеры

3.2.2 Рассчет количества испаренной влаги

3.2.3 Выбор конструкции ограждений сушильной камеры и расчет потерь теплоты в окружающую среду

3.2.4 Рассчет потерь теплоты на нагрев материала и транспорта

3.2.5 Построение процесса в I-d диаграмме

3.2.6 Рассчет расхода теплоты и воздуха

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Построение процесса сушки сухарей в I-d диаграмме

Введение

В пищевой промышленности нашли применение различные виды сушилок. Для сушки зернистых продуктов применяют рецеркуляционные, барабанные сушилки. Для тонкодисперсных материалов используют установки с виброкипящим слоем; для порошковых материалов - пневмогазовые сушилки; для сушки жидких продуктов - распылительные установки. конструкция сушильный камера влага

Для сушки кусковых (штучных) продуктов (хлеб, сухари, овощи и т.д) используют туннельные установки с передвижными вагонетками, а так же ленточные сушилки.

Рассмотрим и произведем расчет туннельной сушилки типа CER для сушки яблок. Особенностью сушки яблок является то, что начальная температура сушки ниже, чем конечная. Это обуславливается технологическим процессом.

1. Общие сведения о конструировании деталей и узлов

Машины и аппараты пищевых производств во многом сходны с оборудованием смежных отраслей, например, химической.

Центрифуги, широко известные в сахарной промышленности, используются и в молочном производстве, а так же в химической промышленности. О теплообменных аппаратах можно сказать тоже самое. Пластинчатые теплообменники, используемые в бродильном, молочном, консервном производствах, очень широко применяются в химической промышленности, и им уделяется очень большое внимание в специальной литературе.

Сушильные установки используются для сушки как мучных продуктов (хлеб, макароны, сухари), так и овощей, фруктов. В качестве сушильных камер так же могут использоваться и обычные хлебопекарные печи.

Все пищевое оборудование по характеру воздействия подразделяют на машины и аппараты. В машинах происходят механические процессы, т.е. процессы механического воздействия на материал, изменяющие размер, форму частей материала.

В аппаратах происходят химические, биохимические, тепловые и другие процессы.

Все машины и аппараты можно определить одним понятием «технологическая машина». Под этим термином понимают любое техническое устройство, предназначенное для осуществления технологического процесса.

Одной из главных задач конструктора технологических машин является умелое применение инженерного творчества. Оно дополняет знания, способствуя созданию устройств, которые не были ранее известны.

Изготовлению либо модернизации машин и аппаратов предшествует их конструкторская разработка.

При конструировании машины или аппарат рассматривается как система. При этом обращается внимание на структуру и свойства частей, а особенно на те составные части машины, которые можно усовершенствовать, либо заменить на новые более современные и экономичные.

При конструировании деталей и узлов машины имеют место два процесса. Они протекают последовательно, чередуясь, и зависят один от другого. Это расчет и изображение конструкции аппарата. В зависимости от того, какие будут получены данные при расчете, производится изображение аппарата на листе, либо в электронном варианте. При этом наглядно показываются все важные детали машины и движение продукта.

2. Описание сушильной установки типа CER фирмы «Чачак»

2.1 Общие сведения

Туннельная сушилка типа CER фирмы «Чачак» (Югославия) являются универсальным тепловым аппаратом и предназначены для сушки большого ассортимента овощей и фруктов. Их можно использовать и для сушки виноградных и яблочных выжимок, плодовых косточек, тарной дощечки и упаковочных материалов.

Туннельные сушилки изготавливают двух типов - с прямым или калориферным нагревом.

Сушилка (лист 1) представляет собой туннель поз.1 прямоугольного сечения, выполненный из кирпича с бетонной перегородкой поз.2. Нижняя часть поз.3 туннеля является рабочей камерой, где происходит сушка продукта, а верхняя часть поз.4 является каналом для подачи сушильного агента в рабочую камеру поз.3. Равномерное распределение сушильного агента в рабочей камере по высоте обеспечивают направляющие щиты поз.5. В торцовых стенках туннеля имеются двери, передняя поз.6 для загрузки и задняя поз.7 для разгрузки сушилки. В нижней части передней двери поз.6 имеется сетка поз.8 для выхода отработавшего сушильного агента из сушилки. Задняя дверь поз.7 выполнена из двух листов с теплоизоляцией. Впереди сушилки установлена металлическая площадка поз.9 с ограждением и лестница поз.10.

Горелка поз.11 снабжена рабочим соплом, вентилятором с электродвигателем и трансформатором. Топливо подается к горелке поз.11 из бачка поз.12. В сушилках используется дизельное топливо. В канале поз.4 установлена камера сгорания поз.13 дизельного топлива. Корпус камеры цилиндрический диаметром 950 мм длиной 2250 мм изготовлен из листовой стали толщиной 3 мм. Внутри корпус обложен огнеупорным кирпичом марки А.

Калорифер поз.21 расположен после камеры сгорания. Продукты горения из камеры сгорания направляются в калорифер, куда нагнетается рецеркулируемый воздух из сушилки. Нагретый чистый воздух поступает в сушилку.

В передней торцевой стенке камеры поз.13 имеются отверстия: нижнее - для установки горелки поз.11 и верхнее (смотровое) - для наблюдения за процессом горения в камере поз.13. В задней торцевой стенке имеется 28 прямоугольных окон размером 120Ч60 мм. Продукты сгорания из камеры поз.13 через окна поступают в канал поз.4, где продукты сгорания смешиваются со свежим воздухом, который поступает через регулируемые окна поз.14. Образуется сушильный агент, температура которого изменяется в зависимости от вида продукта, подлежащего сушке.

Привод осевого вентилятора поз.15, расположенного в канале поз.4, осуществляется от электродвигателя поз.16. Сушильный агент нагнетается вентилятором поз.15 в нижнюю часть туннеля - рабочую камеру поз.3.

В сушилку может быть установлено 12 вагонеток поз.17, которые перемещаются по специальным рельсам и направляющей планке с помощью лебедки поз.18 и стального троса.

Перед работой сушилка прогревается в течение 45-60 мин. В рабочей камере температуру повышают до 75-80°С.

Две вагонетки, уложенные в один ряд, поступают в сушилку. Через 1,5 ч загружают еще две вагонетки, затем через 1,5 ч еще две. Когда стабилизируется заданный температурный режим и начинается нормальная работа сушилки, в камеру загружают и выгружают из нее по одной вагонетке.

Процесс сушки происходит противотоком. Вагонетки с продуктом продвигаются навстречу сушильному агенту. Температура его при этом снижается, а влажность повышается. Температура продукта, наоборот, повышается, а влажность снижается. Сушильный агент частично идет на рецеркуляцию через задвижку поз.19, а остальной удаляется из сушилки через сетку поз.7 передней двери поз.6. Заданный режим работы горелки и вентиляторов поддерживается автоматикой. Тепловой режим работы сушилки контролируется термометрами поз.20.

2.2 Техническая характеристика сушилки.

Скорость сушильного агента в рабочей камере сушилки, м/с…..5

Производительность осевого вентилятора, м³/с (м³/ч)……14 (50000)

Установленная мощность электродвигателя, кВт……………...…18

Габариты вагонетки, мм

длина…………………………………………………………940

ширина………………………………………………………1815

высота……………………………………………………….2000

Габариты сушилки, мм

длина……………………………………………………….14000

ширина………………………………………………………2200

высота……………………………………………………….3600

Показатели работы туннельной сушилки при сушке яблок приведены ниже:

Производительность по сырью, кг/сут 9000

Производительность по готовой продукции, кг/сут 1500-1700

Загрузка вагонеток сырьем, кг 375

Температура в начале сушки, °С -

Температура в конце сушки, °С 85-90

Продолжительность сушки, ч 12

Интервал между загрузками вагонеток, ч 1

Испарительная способность сушилки, кг/сут 7500

Расход дизельного топлива на 1т сухого продукта, л 480

Расход дизельного топлива на 1кг испаренной влаги, л 0,109

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги, ккал 1974

Расход электроэнергии на 1т готовой продукции, кВт/ч 270

3. Расчет туннельной сушилки типа СЕR фирмы «Чачак».

Исходные данные для расчета:

Производительность сушилки - G_суш= 1,5 т яблок в сутки.

Начальная влажность яблок - W₁= 82 %.

Конечная влажность яблок - W₂= 22 %.

Температура воздуха при входе в сушильную камеру - t₁= 75°С.

Температура воздуха при выходе из сушильной камеры -t₂= 85°С.

Влажность этого воздуха - ц₂= 30%.

Продолжительность сушки, включая загрузку и выгрузку - ф=12 ч.

3.1 Выбор типа сушилки и варианта сушильного процесса

Для сушки большого ассортимента овощей и фруктов используют универсальные тепловые аппараты типа CER. Они изготавливаются двух типов - с прямым или калориферным нагревом.

Учитывая значительную длительность сушки яблок и то, что материал, уложенный в кассеты, удобнее транспортировать по цеху вагонетками, выбираем для расчета туннельную установку типа CER c калориферным нагревом (лист 1). Для предотвращения наблюдаемого в туннельных сушилках расслоения горячего воздуха по высоте и длинне вагонетки принимаем скорость воздуха у материала v? 5м/с. Такая скорость может быть получена при сушильном процессе с рецеркуляцией части отработанного воздуха.

Для создания оптимальных условий сушки яблок выбираем направление движения материала и воздуха по принципу противотока. При таком режиме сушеные яблоки получаются лучшего качества, и уменьшается расслоение воздуха, что способствует более равномерной сушке материала во всем объеме сушильной камеры. Проектируем один туннель (N=1); при этом подача воздуха будет прекращаться без остановки вентилятора (для этого используются заслонки).

3.2 Рассчет сушильной камеры

3.2.1 Рассчет габаритов сушильной камеры

Подберем типовую вагонетку для транспортировки ломтиков яблок. Число деревянных решеток равно 25. Габариты вагонетки 0,940Ч1,815Ч2,0.

Тогда вместимость вагонетки составляет g_ваг=85 кг.

Вместимость туннеля можно определить по формуле (3.1):

G_т= G_суш·ф/(N·24), (3.1)

где G_суш - производительность сушилки, кг/сут;

N - количество туннелей;

ф - продолжительность сушки,ч.

G_т= 1500·12/(1·24)=750кг

Число вагонеток в одном туннеле составляет 12 штук.

Ритм загрузки и выгрузки вагонеток зависит от продолжительности сушки, включая загрузку и вугрузку, и от числа вагонеток.

12/12=1 ч (1ч 30 мин если загружаются по две вагонетки сразу).

Длина туннеля L_т зависит от числа вагонеток, а так же от величины свободных пролетов в зоне подачи воздуха (L_о1) и в зоне выхода воздуха (L_о2). Принимаем L_о1=0,6 м, а L_о2=1,2 м.

Тогда длину тоннеля можно определить по формуле (3.3):

L_т=n·L_ваг + L_о1 + L_о2, (3.3)

где n - число вагонеток;

L_ваг - длина вагонетки,м;

L_о1 - расстояние от вагонетки до двери туннеля (свободный пролет) в зоне подачи воздуха, м;

L_о2 - расстояние от вагонетки до двери тоннеля в зоне выхода воздуха, м.

L_т=12·0,94 + 1,2 + 0,8=13,28 ?14м.

Ширина туннеля определяется по формуле (3.4):

В_т=В_ваг + (40-70 мм), (3.4)

где В_ваг - ширина вагонетки, м.

В_т=1,815 + 0,07=1,885?2м.

Высота туннеля зависит от высоты вагонетки. Высота самой сушильной камеры составляет 3,6 м. Высота вагонетки равна 2,0 м. Значит высота туннеля равна ?2,2 м.

3.2.2 Расчет количества испаренной влаги.

Уточним призводительность сушилки в зависимости от рассчитанного числа вагонеток. Производительность определяется по формуле (3.6):

G_суш1=m·g_ваг(24/ф), (3.6)

где m - число вагонеток в обоих туннелях.

G_суш1=12·85(24/12)=2040кг/сут.

Рассчитаем количество испаренной влаги по формуле (3.7):

U=g₁(W₁-W₂)/(100-W₂)=g₂(W₁-W₂)/(100-W₁), (3.7)

где g₁ и g₂ - массы сырого и высушенного материалов, кг; масса высушенного материала g₂ равна производительности сушилки;

W₁ - начальная влажность продукта, %;

W₂ - конечная влажность продукта, %.

U=(2040/24)(82-22)/(100-82)=283,3 кг/ч.

Производительность сушилки по сырым яблокам определяется по формуле (3.8):

G_ябл=(G_суш1/о)(100-W₂)/(100-W₁), (3.8)

где о - коэффициент, учитывающий потери сухих веществ в результате уноса; для яблок он равен 0,8%, т.е. 1-о=0,008, а о=0,992.

G_ябл = (2040/0,992)·(100-22)/(100-82)=8911,29 кг/сут.

3.2.3 Выбор конструкции ограждений сушильной камеры и расчет потерь теплоты в окружающую среду

Потери теплоты ограждениями сушильной камеры можно рассчитать по формуле (3.9):

q_огр= У k·F·?t_ср/U, (3.9)

где F - площадь поверхности участка, м²;

k - общий коэффициент теплопередачи участка ограждения, Вт/(м²·К);

?t_ср - средняя разность температур для участка, К; ?t_ср=t_ср - t_в, где t_ср - средняя температура воздуха (паровоздушной среды) в сушильной камере на участке, К; t_ср=(t₁ + t₂)/2, где t₁ и t₂ - максимальная и минимальная температуры воздуха в сушильной камере на участке, К; t_в - температура воздуха в помещении, К.

U - количество испаренной влаги, найденное по формуле (3.7).

Коэффициент теплопередачи k рассчитывают по формуле (3.10):

k=1/(1/б₁) + Уд/л + 1/б₂], (3.10)

где б₁ - коэффициент теплоотдачи от среды сушильной камеры к внутренней поверхности стенки ограждения, Вт/(м²·К);

б₂ - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки ограждения к окружающему воздуху, Вт/(м²·К);

д - толщина отдельных слоев, из которых состоит ограждение, м;

л - соответствующие коэффициенты теплопроводности, Вт/(м²·К).

Рассчитаем потери теплоты следующими ограждениями: две наружние боковые стенки сушильных туннелей (калорифер будет находиться между туннелями), поток и торцевые стенки туннелей, двери, пол.

Боковые стены.

Конструкционными материалами сушилки являются цементная штукатурка (15 мм), красный кирпич (250 мм), цементная штукатурка (15 мм).

При движении воздуха в сушильной камере вдоль плоской шероховатой стенки коэффициент теплоотдачи б₁ рассчитываем по формуле (3.11):

б₁=А(б₁₁ + б₁₂), (3.11)

где А - коэффициент, зависящий от режима движения газа и состояния поверхности стенки; для турбулентного режима и шероховатой стенки А=1,2-1,3;

б₁₁ - коэффициент теплоотдачи при принудительном движении газа, Вт/(м²·К); он определяется из формулы (3.12);

б₁₂ - коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией, Вт/(м²·К).

Nu=f(Re)=б·Н_т/л, (3.12)

где Nu - число Нуссельта;

Re - критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса определяется по формуле (3.13):

Re=v·d_экв/н, (3.13)

где v - скорость движения газа, м/с;

d_экв - эквивалентный диаметр туннеля,м;

н - кинематическая вязкость газа, м²/с.

Эквивалентный диаметр туннеля определяется по формуле (3.14):

d_экв=2В_т·Н_т/(В_т + Н_т) (3.14)

d_экв=2·2·2,2/(2 + 2,2)=2,1 м.

Кинематическуя вязкость воздуха принимается из таблицы[5] при средней его температуре t_ср=(t₁ + t₂)/2=(75+85)/2=80°С

н_80°С=0,217·10^-4 м²/с.

Тогда определим число Рейнольдса по формуле (3.13):

Re=5,0·2,1/0,217·10^-4=483870.

Так как Re>10⁵, то число Нуссельта определяем по формуле (3.12):

Nu=0,032·Re^0,8=0,032·483870^0,8?1130.

Тогда по формуле (3.12) определим б₁₁, в которой л определяется по таблице [5]:

л_80°С=0,0298 Вт/(м²·К)

б₁₁=Nu·л/Н_т=1130·0,0298/2,2=15,31 Вт/(м²·К)

В числе Nu для расчета теплоотдачи боковыми стенками сушильной камеры в качестве определяющего геометрического размера принимается высота туннеля Н_т, рассматривая его как длинный канал.

Коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией б₁₂ определяется при использовании формулы (3.16):

Nu=С(Gr·Pr)ⁿ, (3.16)

где С и n - коэффициенты, учитывающие условия протекания процесса;

Gr - критерий Грасгофа;

Pr - критерий Прандтля.

Критерий Грасгофа определяется по формуле (3.17):

Gr=(g·Н_т³/н²)[(t_ср-t_вн.ст.)/t_ср], (3.17)

где t_вн.ст - температура внутренней поверхности стенки сушилки; принимаем равную 70°С.

Кинематическая вязкость при t=(80+70)/2?75°С составляет 0,2·10^-4 м²/с.

Gr=(9,8·2,2³/(0,2·10^-4)² )[(80-70)/(80+273)]=73,9·10⁸.

Для воздуха критерий Прандтля Pr=0,73. Тогда произведение Gr·Pr=73,9·10⁸·0,73=53,9·10⁸.

Так как GrPr находится в пределах 2·10⁷ч1·10¹³, то по таблице [5] С=0,135, n=1/3.

Определим число Нуссельта по формуле (3.16):

Nu=0,135· ³v53,9·10⁸=193.

Отсюда пользуясь формулой (3.12) определим б₁₂:

б₁₂=Nu·л/Н_т=193·0,0298/2,2=2,61 Вт/(м²·К),

где л воздуха принимается при 80°С и составляет 0,0298 Вт/(м²·К).

По формуле (3.11) можно определить коэффициент теплоотдачи вдоль шероховатой стенки:

б₁=1,2(15,31 + 2,61)=21,5 Вт/(м²·К).

Теперь произведем расчет коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности стенки сушилки б₂ по формуле (3.18):

б₂=б₂₁ + б_2л, (3.18)

где б₂₁ - коэффициент теплоотдачи конвекцией;

б_2л - коэффициент теплоотдачи излучением.

Коэффициент б₂₁ рассчитывают аналогично б₁₂.

Определим критерий Грасгофа по формуле (3.17). При этом вместо температуры внутренней поверхности стенки используется температура наружней стенки, а вместо t_ср используем t_возд. Принимаем t_н.ст.=20°С, а температуру воздуха помещения t_в=15°С, считаем, что такую же температуру будет иметь стена цеха, противоположная стене сушилки, т.е. t_ст=15°С.

Кинематическая вязкость при температуре t=(20+15)/2=17,5°С будет равна 0,15·10^-4 м²/с.

Gr=(9,8·2,2³/(0,15·10^-4)²)[(20-15_.)/(273+15)]=80,5·10⁸.

Так как GrPr=80,5·10⁸·0,73=58,76·10⁸ больше 2·10⁷, то Nu определим по формуле (3.16):

Nu=0,135· ³v58,76·10⁸=264.

Отсюда пользуясь формулой (3.12) определим б₂₁:

б₂₁=Nu·л/Н_т=264·0,025/2,2=3,0 Вт/(м²·К),

где л воздуха принимается при 17,5°С и составляет 0,025 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи излучением рассчитываем по формуле (3.19):

б_2л=С_1-2[(T_н.ст./100)⁴ - (Т_ст/100)⁴]/(t_н.ст.-t_в), (3.19)

где С_1-2 - приведенный коэффициент излучения, Вт/(м²·К⁴);

t_н.ст. и Т_н.ст. - температура наружной поверхности стенки сушильной камеры, °С и К;

Т_ст. - температура тепловоспринимающей стенки, К;

t_в - температура воздуха помещения, °С.

Коэффициент излучения С_1-2 можно определить по формуле (3.20):

С_1-2?С₁·С₂/5,8, (3.20)

где С₁ и С₂ - коэффициенты излучения теплоотдающей и тепловоспринимающей поверхности; определяются по таблице [5].

Коэффициент для стенки сушилки (окрашенная масляной краской) С₁=4,5 Вт/(м²·К⁴), для стенки цеха (штукатурка) С₂=5,33 Вт/(м²·К⁴).

По формуле (3.20):

С_1-2?4,5·5,33/5,8=4,15 Вт/(м²·К⁴).

Таким образом, по формуле (3.19):

б_2л=4,15[(293_./100)⁴ - (288/100)⁴]/(20-15)?4,07 Вт/(м²·К⁴).

Теперь можно определить коэффициент теплоотдачи от наружной стенки сушилки по формуле (3.18):

б₂=3,0 + 4,07=7,07 Вт/(м²·К⁴).

Теперь произведем рассчет общего коэффициента теплопередачи для боковой стенки сушильной камеры в соответствии с конструкционными материалами сушилки по формуле (1.10). Коэффициент теплопроводности материала ограждения берется из таблиц; для цементной строительной штукатурки л=0,44 Вт/(м·К); для кладки из красного кирпича л=0,75 Вт/(м·К).

1/k=1/21,5 + 0,015/0,44 + 0,25/0,75 + 0,015/0,44 + 1/7,07=0,59

k=1,7 Вт/(м²·К).

Проверим принятые температуры внутренней и наружной поверхности стенки по формулам (3.21) и (3.22):

t_н.ст.=t_в + k(t_ср -t_в)/б₂, (3.21)

t_в.ст.=t_ср - k(t_ср -t_в)/б₁, (3.22)

где t_в - температура воздуха, равная 15°С;

t_ср - средняя температура, равная 80°С.

t_н.ст.=15 + 1,7(80 -15)/7,07=30,6°С

t_в.ст.=80 - 1,7(80 -15)/21,5=74,8°С.

Площадь поверхности теплоотдачи стенки определяется по формуле (3.23):

F=2L_TH, (3.23)

где L_Т - найденная по формуле (1.3) длина туннетя, м;

Н - высота сушилки; складывается из высоты туннеля(2,2 м) и высоты ограждения потолка (0,4 м).

F=2·14,0·2,6=72,8 м²

Рассчитаем потерю теплоты боковыми стенками сушильной камеры по формуле (3.9):

q_бок.ст.= 1,7·72,8·(80-15)/283,3=28,39 кДж/кг.

Аналогично рассчитываются потери теплоты потолком, торцевыми стенками и дверями сушильной камеры.

Потолок. Теплоотдача для потолка рассчитывается как для горизонтальной стенки, обращенной вверх, причем за геометрический размер в числе Нуссельта принимается наименьшая сторона поверхности, т.е. ширина сушильной камеры.

При расчете для потолка GrPr>2·10⁷, то n=1/3 и процесс теплоотдачи не зависит от геометрических размеров. Поэтому для потолка б₁ принимают, как для боковой (вертикальной) стенки с уменьшением на 30%, а б₂ - с увеличением на 30%.

Таким образом б₁=1,2(15,31 + 2,61·0,7)=20,56 Вт/(м²·К).

б₂=3,0·1,3 + 4,07=7,09 Вт/(м²·К⁴).

1/k=1/20,56+0,015/0,44+0,125/0,75+0,065/0,75+0,015/0,44+1/7,09=0,511

k=1,956 Вт/(м²·К).

По формуле (3.9):

q_пот.= k·F·?t_ср/U=1,956·14,0·2,2·(80-15)/283,3=13,82 кДж/кг.

Торцовые стены. Теплоотдача рассчитывается как для боковой стены с учетом другой площади поверхности ограждения.Коэффициенты б₁, б₂ и k останутся неизменными, а вот потери тепла изменятся, т.к. площадь поверхности ограждения составляет 2(2,2Ч2,2)-4,0=5,68 м.

Тогда по формуле (3.9):

q_{торц.ст.}= 1,956·5,68·(80-15)/283,3=2,55 кДж/кг.

Пол. Потери тепла полом сушилки при расстоянии между сушилкой и стеной здания 3 м рассчитываем, пользуясь таблицей. При t_ср=80°С q¹=43 кДж.

Определим потери тепла полом сушилки, отнесенные к 1кг испаренной влаги по формуле (3.24):

q_пола=q¹·F/U, (3.24)

где F - площадь пола; равна 30,8 м².

q_пола=43·30,8/283,3=4,67 кДж/кг

Теперь рассчитаем общее количество потерь в окружающую среду:

q_сред=q_бок.+q_пот+q_{торц.ст.}+q_дв+q_пол=28,39+13,82+2,55+5,65+4,67=55,08 кДж/кг

3.2.4 Расчет потерь теплоты на нагрев материала и транспорта

Потери тепла на нагрев материала рассчитывают по формуле (3.25):

q_м=(g₂/24U)c_м2(и₂-и₁) , (3.25)

где g₂/U - масса высушенного материала, приходящаяся на 1кг испаренной влаги;

с_м2 - удельная теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг·К);

и₂ и и₁ - температура материала в зоне загрузки и выгрузки.

Удельная теплоемкость определяется по формуле (3.26):

с_м2=(с_влW₂+С_с.в.(100-W₂))/100, (3.26)

где с_вл - удельная теплоемкость влажного материала, кДж/(кг·К);

с_с.в. - удельная теплоемкость сухого вещества материала, кДж/(кг·К).

с_м2=(4,19·22+1,67(100-22))/100=2,2 кДж/(кг·К).

Принимаем согласно экспериментальным данным температуру высушенного материала и₂=80°С, а и₁=t_в=15°С.

Тогда по формуле (3.25):

q_м=(2040/24·283,3)2,2(80-15)=42,9 кДж/кг.

Потери тепла на нагрев транспорта (кДж/кг) рассчитываются по формуле (3.27):

q_тр=(g_тр/U)с_тр(и_тр2 -и_тр1), (3.27)

Масса транспорта g_тр, проходящего в час через сушильную камеру определяется по формуле (3.28):

g_тр=(n(g_в + g_кас))/ф, (3.28)

где g_в - масса вагонетки, равная 85 кг;

g_кас - масса кассеты, равная 3,36 кг; количество кассет в вагонетке 25;

n - число вагонеток, равное 12.

g_тр=(12(85 + 2,73·25))/12=153,25 кг/ч

По формуле (3.27):

q_тр=(153,25/283,3)0,482(80 -15)=16,95 кДж/кг

Рассчитаем величину ?:

?=(q_доб +с_вл·и₁) - (q_м + q_тр + q_сред.)=(0+4,19·15)-(42,9+16,95+55,08)=

=-52,08 кДж/кг

Термодинамические потери рассчитываются следующим образом:

q_терм=0,23(Т₁+Т₂)=0,23(75+273+85+273)=162,38 кДж/кг.

Если учитывать эти потери, то величина ?_общ? - 214,46 кДж/кг.

3.2.5 Построение процесса в I-d диаграмме

Принимаем параметры воздуха сушильного цеха: t_о=15°С; ц_о=70%; I₀=34,12 кДж/кг; d₀=7,56 г/кг. Параметры отработанного воздуха по заданному режиму: t₂=85°С; ц₂=30%; I₂=293,4 кДж/кг; d₂=82,6 г/кг. Температура воздуха при входе в сушильную камеру t_суш=75°С.

Рассчитаем количество свежего воздуха по формуле (3.29):

l=1000/(d₂-d₀)=1000/(82,6-7,56)=13,4 кг/кг. (3.29)

Для построения диаграммы откладываем вверх от точки С отрезок СС'(приложение 1).

СС'=-?/l·2,09=214,46/13,4·2,09=7,66 мм.

Через точку С'проводим линию I₁=const, получаем точку В, которую соединяем с точкой С. Пересечение линии ВС с заданной линией t_см=75°С дает точку В'.

Пересечение этой линии с линией АС дает точку М, характеризующую параметры смеси. Процесс сушки изображен ломаной линией АМВ'С.

При расчете были использованы следующие данные:

точка А: t=15°С; ц=70%;

точка С: t=85°C; ц=30%;

3.2.6 Рассчет расхода теплоты и воздуха

Расход теплоты легко определить аналитическим путем, не прибегая к I-d диаграмме, по формуле (3.30):

q=l(I₂-I₀)-? (3.30)

q=13,4(293,4-34,12)+173,54=3647,89 кДж/кг.

Расход циркуляционного воздуха определяется по формуле (3.31):

l_n=1000/(d₂-d_см), (3.31)

где d_см - влагосодержание смеси, г/кг; равное 65 г/кг.

l_n=1000/(82,6-65)=57,0 кг/кг

Определим кратность циркуляции по формулам (3.32) и (3.33):

n=(d_см-d₀)/(d₂-d_см)=(65-7,56)/(82,6-65)= 3,26 (3.32)

n=(I_см-I₀)/(I₂-I_см)=(231,06-34,12)/(293,40-231,06)?3,25 (3.33)

Приведем развернутый тепловой баланс сушильной установки в таблицах 3.1 и 3.2:

Таблица 3.1 Тепловой баланс. Приход.

Статья баланса	Приход теплоты
	расчет	кДж/ч
Теплота с воздухом	I0·l·U=34,12·13,4·283,3	129527,026
Теплота, сообщенная в калорифере	q·U=3647,89·283,3	1033447,24
Теплота с влагой материала	свл·и1·U=4,19·15·283,3	17805,405
Теплота с материалом	g2·cм2·и1=(2040/24)·1,87·15	2384,25
Теплота с транспортом	gтр·cтр·итр1=153,25·0,482·15	1108,0
Потери в окружающую среду	-	-
Термодинамические потери	-	-
Итого:		1185379,92

Таблица 3.2 Тепловой баланс. Расход.

Статья баланса	Расход теплоты
	расчет	кДж/ч
Теплота с воздухом	I2·l·U=293,4·13,4·283,3	1113810,95
Теплота, сообщенная в калорифере	-	-
Теплота с влагой материала	-	-
Теплота с материалом	g2·cм2·и2=(2040/24)·1,87·80	12716
Теплота с транспортом	gтр·cтр·итр2=153,25·0,482·80	5909,32
Потери в окружающую среду	qокр·U=55,08·283,3	15604,164
Термодинамические потери	qтер·U=162,38·283,3	46002,254
Итого:		1194042,69

Рассчитаем объемы воздуха. Они необходимы для подбора вентилятора и расчета скорости воздуха в сушильной камере и калорифере.

Объем (в м³/ч) рассчитывается по формуле (3.34):

V=L·х₀=l·U·х₀ (3.34)

Для наглядности результаты расчета приведены в таблице 3.3:

Таблица 3.3 Объем воздуха

Наименование	l, кг/кг	х0, м3/кг	Расчет l·U·х0	V, м3/ч
Воздух, входящий в сушильные камеры (после калорифера)	57,0	0,9	57,0·0,9·283,3	14533,29
Воздух, выходящий из сушильной камеры	57,0	1,25	57,0·1,25·283,3	20125,12
Смесь воздуха перед калорифером	57,0	1,05	57,0·1,05·283,3	16955,5
Часть отработанного воздуха, выбрасываемого наружу	13,4	1,25	13,4·1,25·283,3	4745,27
Свежий воздух	13,4	0,843	13,4·0,843·283,3	3200,21

Заключение

Изучение и проектирование аппаратов пищевых производств для инженера является одной из важнейших задач. На практике цениться знание того или иного аппарата, умение чертить чертежи и читать их.

Список литературы

1. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств /С.А. Гребенюк, Н.С. Михеева, Ю.П. Грачев и др. - М.: Агропромиздат, 1987. - 304с.

2. Стахеев И.В. Пособие по курсовому проектированию процессов и аппаратов пищевых производств. - М.: «Высшая школа», 1975.

3. Харламов С.В. Практикум по курсу «Рассчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств». -Ленинград, «Машиностроение», 1971.

4. Гришин М.А. и др. Установки для сушки пищевых продуктов: Справочник /М.А. Гришин, В.И. Атаназевич, Ю.Г. Семенов. - М.:Агропромиздат, 1989. - 215с.

5. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. - М.: Агропромиздат, 1985. - 336с.

6. Атаназевич В.И. Сушка пищевых продуктов /Справочное пособие. - М.: ДеЛи, 2000. - 296с.

7. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. Справочние. - М.: Агропромиздат, 1990. - 287с.

8. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств./ под ред. В.Н. Стабникова. Киев: «Вища школа», 1982.

9. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. -М.: «Пищевая пром-ть», 1973.

Размещено на Allbest.ru

...