Особенности расчета рециркуляционных зерносушилок

Технологические схемы и конструктивные решения рециркуляционных сушилок весьма разнообразны. В отличие от прямоточных рециркуляционные сушилки, как правило, имеют несколько сушильных камер с разным состоянием зернового слоя.

Задание на расчет сушилки включает: производительность (план, ), начальную и конечную влажность зерна, начальную и предельно допустимую температуру зерна, параметры наружного воздуха и отработавшего агента сушки, температуру агента сушки при поступлении в сушилку. Недостающие данные, необходимые для расчета отдельных сушильных камер, должны быть обоснованно выбраны в ходе расчета.

Рис. 3. Расчетная схема рециркуляционной сушилки

Статический расчет рециркуляционных сушилок в принципе не отличается от изложенного в § 1…6. его проводят аналитическим и графоаналитическим методом с использованием -диаграммы влажного воздуха.

Некоторые особенности расчета состоят в необходимости определения количества зерна, возвращаемого на рециркуляцию, расчета средневзвешенных значений температуры и влажности зерна и согласования этих величин с возможным снижением влажности зерна за один цикл сушки. Кроме того, при расчете рециркуляционных сушилок приходится задаваться значительно большим количеством данных, чем при расчете прямоточных сушилок. Так как выбираемые данные взаимосвязаны, приходится проводить расчет в нескольких вариантах с тем, чтобы удовлетворить заданию на расчет установки в целом.

Остановимся на статическом расчете наиболее распространенных рециркуляционных сушилок с нагревом зерна в камере с падающим слоем.

Сырое зерно с расходом , температурой и влажностью поступает в норию, где смешивается с рециркулирующим зерном , имеющим температуру и влажность (рис. 3). Смесь сырого и рециркулирующего зерна с расходом , со средней (расчетной) температурой и влажностью поступает в камеру нагрева и проходит через нее в состоянии заторможенного падающего слоя в противотоке отработавшего агента сушки с начальными параметрами , , , . Параметры отработавшего агента сушки на выходе из камеры нагрева , , , .

Из камеры нагрева зерно поступает в тепло-влагообменник, имея среднюю (расчетную) температуру и влажность . В нем происходит выравнивание температуры сырого и рециркулирующего зерна и некоторое перераспределение влаги между ними. Средние значения температуры и влажности за период пребывания зерна в тепло-влагообменнике остаются неизменными.

Из тепло-влагообменника нагретое зерно с температурой и влажностью поступает в две параллельно расположенные шахты.

В охладительной шахте зерно продувается наружным воздухом с параметрами . Зерно выпускается из сушилки с расходом G ₂, температурой Q ₂ и влажностью . Параметры отработавшего воздуха на выходе из охладительной шахты .

В рециркуляционной шахте возможны три варианта процесса сушки: а) с подачей в шахту наружного воздуха (как показано на рисунке 35); б) с подачей воздуха, прошедшего через охладительную шахту (рис. 36); в) с подачей в шахту агента сушки (рис. 37, 38). Параметры отработавшего воздуха или агента сушки на выходе из рециркуляционной шахты .

Расчет сушилки начинают с камеры нагрева.

Определяют расход зерна, поступающего в камеру нагрева,

(112)

где – производительность сушилки на сыром зерне, т/ч; – расход зерна, возвращаемого на рециркуляцию, т/ч.

Для определения расхода зерна, возвращаемого на рециркуляцию, составим уравнение баланса влаги

Принимая во внимание, что

получаем

(113)

Разность представляет собой снижение влажности зерна за один цикл сушки :

(114)

Снижение влажности за один цикл сушки зависит от начальной влажности зерна и от режима сушки. В сушилках с подачей в рециркуляционную шахту охлаждающего воздуха снижение влажности пшеницы за один цикл сушки может быть рассчитано по уравнению

(115)

где А – коэффициент, зависящий от ; – температура нагрева зерна, °С; — влажность зерна, поступающего на сушку, %; – конечная влажность зерна, %.

Снижение влажности риса за один цикл сушки может быть рассчитано по уравнению

(116)

В сушилках с подачей в рециркуляционную шахту агента сушки снижение влажности зерна за один цикл сушки в 1,5...2,0 раза выше определяемого по уравнениям (115) и (116).

Подставляя в уравнение (113) вместо его значение из уравнения (114), получим

(117)

Таким образом, при заданной производительности сушилки расход зерна, возвращаемого на рециркуляцию, зависит от влажности сырого зерна, поступающего на сушку, , от влажности зерна, возвращаемого на рециркуляцию, , и от снижения влажности зерна за один цикл сушки .

Подставляя в уравнение (112) вместо , его значение из уравнения (117), получим

(118)

Величину влажности зерна, возвращаемого на рециркуляцию, обычно принимают равной или несколько выше конечной влажности зерна, выпускаемого из сушилки, т. е. .

Определяемое по уравнениям (115) и (116) снижение влажности зерна за один цикл сушки складывается из двух величин: снижения влажности зерна при его нагреве и снижения влажности зерна в рециркуляционной шахте ,т. е.

Предварительно задаваясь значением , определяют испаренную влагу в камере нагрева:

Дальнейший расчет камеры нагрева проводят в соответствии с методикой, изложенной в § 2...3, т. е. рассчитывают величину и по заданным параметрам отработавшего агента сушки аналитическим или графоаналитическим методом определяют расходы воздуха L и теплоты Q.

При расчете затрат теплоты на нагрев зерна температуру смеси сырого и рециркулирующего зерна, поступающего в камеру нагрева, определяют как средневзвешенную величину по формуле

где – температура зерна, поступающего на сушку, °С; – температура зерна, выпускаемого из рециркуляционной сушильной шахты, °С; п – кратность смешения сырого и рециркулирующего зерна,

Температуру зерна, выпускаемого из рециркуляционной шахты и направляемого на смешивание с сырым зерном, , для сушилок с промежуточным охлаждением рассчитывают по уравнению

(119)

где – коэффициент, зависящий от схемы продувания шахт охлаждающим воздухом; – температура нагрева зерна, °С; – температура мокрого термометра, °С.

При параллельном продувании шахты наружным воздухом = 0,35, при последовательном = 0,3.

При расчете камеры нагрева следует обратить внимание на то, что лишь 20...25 % теплоты, отдаваемой агентом сушки, расходуется на испарение влаги, остальные 75...80 % расходуются на нагрев зерна. Такое соотношение объясняется кратковременностью пребывания зерна в камере нагрева и незначительным снижением его влажности.

Полученное из теплового расчета значение расхода воздуха должно согласовываться с его значением, обеспечивающим устойчивый гидродинамический режим работы камеры нагрева. При оптимальной скорости агента сушки не должно быть выноса зерна из камеры нагрева. В связи с тем что скорость агента сушки уменьшается по высоте камеры из-за снижения температуры, удельный расход агента сушки определяют по формуле

где – допустимая скорость восходящего потока агента сушки, для пшеницы =6 м/с

Далее переходят к расчету рециркуляционной сушильной шахты. Определяют испаренную влагу в рециркуляционной шахте:

Расход сухого воздуха в рециркуляционной шахте определяют в соответствии с методикой, изложенной в § 4, т. е. рассчитывают величину Д и по заданным параметрам отработавшего воздуха аналитическим или графоаналитическим методом определяют расход воздуха.

Возможны три варианта процесса сушки в рециркуляционной шахте.

Подача в шахту наружного воздуха (параллельное продувание рециркуляционной и охладительной шахт). В этом случае расчет процесса в рециркуляционной шахте проводят аналогично расчету охладительной шахты сушилки. Удельный расход сухого воздуха определяют по уравнению

где – влагосодержание отработавшего воздуха, выходящего из рециркуляционной шахты, г/кг сухого воздуха; – влагосодержание наружного воздуха, г/кг сухого воздуха

Подача в рециркуляционную шахту воздуха, прошедшего через охладительную шахту (последовательное продувание воздухом охладительной и рециркуляционной шахт). В этом случае расход сухого воздуха для рециркуляционной шахты будет величиной заданной. Он известен из расчета охладительной шахты, т. е. . Найденный расход воздуха проверяют на возможность поглощения им влаги, испаряемой в рециркуляционной шахте, т. е.

где — влагосодержание воздуха, выходящего из охладительной шахты, г/кг сухоговоздуха.

Определяют значение влагосодержания воздуха, выходящего из рециркуляционной шахты.

Затем сопоставляют полученное значение с заданными в расчете параметрами отработавшего воздуха. В случае их несоответствия проводят повторный расчет рециркуляционной шахты, задаваясь новым значением влажности рециркулирующего зерна и внося соответствующее уточнение в расчет камеры нагрева.

Подача в рециркуляционную шахту агента сушки (изотермический режим сушки). В этом случае расчет рециркуляционной шахты проводят аналогично расчету сушильной камеры, изложенному в § 1...3. Однако учитывают, что процесс сушки протекает с возрастающей энтальпией, в связи с тем что

Общий расход теплоты в рециркуляционной сушилке с изотермическим режимом сушки складывается из расходов теплоты в камере нагрева и в рециркуляционной шахте , т. е.

Расчет охладительной шахты проводят по методике, изложенной в § 4.

Испаренную влагу в охладительной шахте находят по формуле

(120)

где — производительность сушилки по сухому зерну, т/ч.

Подставляя в уравнение (120) значение (формула 73), получим

Далее определяют расход воздуха аналитическим или графоаналитическим методом.

Остановимся теперь на особенностях расчета рециркуляционной сушилки с предварительным нагревом сырого зерна отработавшим агентом сушки, выходящим из основной камеры нагрева.

Сырое зерно с расходом , температурой и влажностью поступает в камеру предварительного нагрева (рис. 108) и проходит через нее в состоянии заторможенного падающего слоя в противотоке отработавшего агента сушки, прошедшего через основную камеру нагрева. Пройдя камеру предварительного нагрева, сырое зерно смешивается с рециркулирующим зерном, имеющим параметры , и . Смесь предварительно нагретого сырого и рециркулирующего зерна с расходом , со средней (расчетной) температурой и влажностью поступает в основную камеру нагрева. Параметры агента сушки, поступающего в основную камеру нагрева, отработавшего, выходящего из камеры предварительного нагрева, .

Из основной камеры нагрева зерно направляют в тепло-влагообменник и далее в рециркуляционную и охладительную шахты.

Расчет сушилки начинают с основной камеры нагрева, задаваясь значениями температуры и влажности , рециркулирующего зерна, температуры и влажности предварительно нагретого сырого зерна.

Расход зерна, поступающего в основную камеру нагрева, определяют по формуле

(121)

Расход зерна, возвращаемого на рециркуляцию, определяют, исходя из требуемой влажности смеси сырого и рециркулирующего зерна , которая, в свою очередь, зависит от величины снижения влажности зерна за один цикл сушки.

Аналогично уравнению (113) имеем

(122)

где – расход сырого предварительно нагретого зерна, смешиваемого с рециркулирующим.

Величина будет:

(123)

Подставляя значения , и из уравнений (122) и (123) в уравнение (121), после преобразований имеем

Задаваясь значением снижения влажности зерна в основной камере нагрева , определяют испаренную влагу:

Дальнейший расчет основной камеры нагрева проводят в соответствии с методикой, изложенной в § 2...3, т. е. рассчитывают величину и, задаваясь температурой отработавшего агента сушки , аналитическим или графоаналитическим методом определяют расходы воздуха L и теплоты Q. Выбор температуры отработавшего агента сушки, уходящего из основной камеры нагрева и входящего в камеру предварительного нагрева зерна, оказывает большое влияние на результат расчета. Обычно при расчетах ее принимают в пределах 80... 110 °С. При указанной температуре агента сушки сырое зерно нагревается в камере предварительного нагрева на 8... 12 °С.

При расчете камеры предварительного нагрева зерна расход воздуха L — величина известная, определяемая из теплового расчета основной камеры нагрева.

Испаренную влагу в камере предварительного нагрева зерна определяют по формуле

Через камеру предварительного нагрева зерна проходит в п раз меньше зерна, чем через основную камеру, а расход сухого воздуха в них один и тот же, т. е. концентрация зерна в камере предварительного нагрева в п раз меньше, чем в основной. В связи с тем что влажность зерна более высокая, на испарение влаги расходуется около половины теплоты, отдаваемой агентом сушки.

Далее проверяют расход воздуха L на возможность поглощения влаги, испаряемой из зерна в основной камере и камере предварительного нагрева,

Рассчитывают влагосодержание отработавшего агента сушки:

(124)

Сопоставляют полученное значение с заданными в расчете параметрами отработавшего агента сушки. В случае их несоответствия проводят повторный расчет камер нагрева, задаваясь новыми значениями температуры и влажности предварительно нагретого сырого зерна и внося соответствующее уточнение в расчет рециркуляционной шахты.

Обобщенные методы кинетического расчета рециркуляционных зерносушилок ввиду сложности процесса сушки находятся пока в стадии разработки. Вместе с тем есть рекомендации по расчету кинетики сушки в некоторых узлах рециркуляционных сушилок.

Предлагаемые методы расчета, как правило, основываются на ряде упрощающих допущений.

И. Л. Любошиц дает следующее уравнение, определяющее кинетику процесса сушки в пневмотрубе рециркуляционной сушилки:

где и – начальная и конечная температуры агента сушки, ⁰С: и – начальная и конечная температуры зерна в пневмотрубе, ⁰С; – линейный коэффициент теплообмена, представляющий собой количество теплоты, передаваемой агентом сушки 1кг зерна на участке пневмотрубы высотой 1 м при разности температур между агентом сушки и зерном в 1⁰С; Н – высота пневмотрубы, м; – удельная теплоемкость агента сушки, ; – концентрация зерна в пневмотрубе, кг/кг; с – удельная теплоемкость зерна, кДж/(кг•К); – доля теплоты, расходуемой на нагрев зерна.

Для расчета и предложены следующие уравнения:

(127)

При нагреве зерна в падающем слое испаренную влагу определяют по уравнению

(128)

где – коэффициент влагообмена, кг/(м²×ч×Па); F – площадь поверхности зерна, находящегося в камере нагрева, м²; – разность парциальных давлений, Па; , – парциальное давление пара у поверхности зерен, Па, принимают равным давлению насыщенного пара при средней температуре нагрева зерна; – парциальное давление пара в агенте сушки, Па.

Значение зависит от температуры нагрева зерна. При =55 °С = 4,5×10~⁴ кг/(м²×ч×Па).

Продолжительность пребывания зерна в камере нагрева при расчете принимают в пределах 2...3 с.

Кинетика предварительного нагрева зерна в камере с псевдоожиженным слоем рециркуляционно-изотермической сушилки описывается приведенными выше уравнениями (110) и (111).

Кинетику сушки зерна в охладительной шахте определяют из следующего уравнения:

(129)

где

Величину снижения температуры зерна в рециркуляционной шахте при продувании ее наружным воздухом определяют по уравнению

(130)

где – температура нагрева зерна, °С; – температура зерна, выпускаемого из рециркуляционной шахты, °С; – начальная температура зерна, поступающего насушку, °С; – коэффициент нагрева зерна, определяемый по уравнению (126); – удельный расход теплоты на 1 кг испаряемой влаги внутри сушилки, т. е. без учета потери теплоты с отработавшим агентом сушки, кДж/кг; – количество испаряемой влаги, отнесенное к 1 кг зерна, кг/кг; ; – удельная теплоемкость зерна, кДж/(кг×К); – кратность смешения сырого и рециркулирующего зерна.

Глава XVI

РАСЧЕТ ШАХТНОЙ ПРЯМОТОЧНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКИ

§ 1. Метод расчета

Температуру зерна на выходе из зоны охлаждения принимают на 5…10°С выше температуры наружного воздуха. В расчете зададимся превышением температуры на 7 °С: . Зададимся относительной влажностью агента сушки на выходе из первой зоны сушки , из второй .

Температуру воздуха на выходе из зоны охлаждения принимают в пределах:

В нашем случае и , т.е. . Примем .

Потери теплоты в окружающую среду по зонам можно рассчитать по формулам теплопередачи, определив площадь ограждений сушилки из ее предварительного эскиза. Благодаря тепловой изоляции и малой удельной поверхности сушилки величина мала. Примем для первой и второй зон сушки кДж на 1 кг испаренной влаги, для зоны охлаждения кДж/кг. Потери теплоты в топке принимают на основе справочных данных (в долях от ): в окружающую среду .

Температуру топлива принимаем равной температуре наружного воздуха, т. е. , удельную теплоемкость жидкого топлива c _т = 1,7 Дж/(кг×К).

Составляем сводную таблицу исходных данных для теплового расчета сушилки (табл.22).

Таблица 22

Исходные данные для теплового расчета сушилки (без топлива)

Величина	Единица измерения	Числовое значение	Величина	Единица измерения	Числовое значение
				%
				%
				кДж/кг
				кДж/кг
				-	0,01
				-	0,04

Дата добавления: 2015-11-04