2.2. Тепловий баланс
Теоретичний процес сушіння не враховує втрат і внесення додаткового тепла безпосередньо в камеру. При цьому ентальпія повітря залишається постійною (I1=I2).
У процесі реального сушіння враховуються вищезгадані рівняння теплового балансу:
де, ∆ - питома кількість тепла, введена в сушильну камеру чи витрачена у камері на 1кг випареної вологи, кДж/кг.
де, св – питома теплоємність води, кДж/кг*К, св =4,19 кДж/кг*К.;
t2.1 – температура матеріалу при вході в сушильну башту, °С.
Приймається t2.1=20
;qm – питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу, кДж/кг.
qmp – питомі витрати тепла на нагрівання транспортних пристроїв, кДж/кг, для даного способу сушки qmp =0;
qвmp – питомі втрати тепла в навколишнє середовище, кДж/кг.
Питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу в сушильній камері розраховуємо за формулою:
де ,
- питома теплоємність висушеного продукту, кДж/кг 
де , w2 – вологість висушеного матеріалу,%;
сm – питома теплоємність абсолютно сухого матеріалу, сm=1,66кДж/кг*К
Питома теплоємність становить:
Питомі втрати теплоти для нагрівання матеріалу в сушильній камері:
Розрахуємо втрати теплоти у навколишнє середовище:
де, R – коефіцієнт теплопередачі, вт/м2*К
F – площа поверхні теплообміну, м2
∆tср – середня різниця температур, °С
W – кількість випареної вологи, кг/год
Розраховуємо середню різницю температур:
де, t0 – температура зовнішнього середовища, t0=20°C
tср – середня температура повітря у сушильній камері:
Температура внутрішньої стінки :
Температура зовнішньої стінки:
Середня температура стінки:
Коефіцієнт теплопередачі α1 визначаємо:
де, А – коефіцієнт, А=1,2
– коефіцієнт теплопередачі відповідно в умовах вимушеної та вільної конвекції, Вт/м*К. Визначимо за формулою:
Розрахунок критеріїв
Критерій Re:
Звідси критерій Нусельта:
Коефіцієнт тепловіддачі
:
Критерій Nu для розрахунку
визначається:При 103 <(Gr*Pr)<109
При (Gr*Pr)<109
Критерій Прандля:
де, α – коефіцієнт температуропровідності повітря, м2/с;
ν – коефіцієнт кінематичної в’язкості при середній температурі, м2/с.
Критерій Грасгофа:
де, g – прискорення вільного падіння, м2/с;
Тср – абсолютна середня температура, К;
Тст.в – абсолютна середня температура стінки,приймається на 5-15°С менше середньої температури повітря, К;
h – висота камери.
Критерій Нусельта:
Критерій тепловіддачі
Коефіцієнт тепловіддачі α1:
Коефіцієнт теплопередачі від зовнішньої поверхні сушильної камери до повітря:
– коефіцієнт тепловіддачі в умовах вільної конвекції, Вт/м2*Кαл – коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням, Вт/м2*К
Коефіцієнт тепловіддачі тепловим випромінюванням:
де, с1-2 – приведений коефіцієнт теплового випромінювання, Вт/м2*К
Приймаємо коефіцієнт випромінювання для стінки сушарки (нержавіюча сталь) с1= 4,5 Вт/м2*К4. Для стінки цеха (штукатурка) с2=5,33Вт/м2*К4.
Тст. – абсолютна температура поверхні тіл, поглинаючих теплоту, К.
Згідно прийнятим умовам, Тст.н=301К, Тст=293К.
Сушильна камера складається із стальних стін. Товщина δ=1мм. Коефіцієнт теплопередачі λст=17,5Вт/м2*К. Теплова ізоляція – скловата, δіз=0,05Вт/м2*К..
Коефіцієнт теплопередачі визначимо:
Щоб знайти питомі втрати в навколишнє середовище, знайдемо площі поверхонь сушарки.
Fцил – площа поверхні циліндричної частини сушарки, м2;
Fкон – площа поверхні конічної частини сушарки, м2;
Fкр – площа поверхні кришки сушарки, м2.
де, R – радіус сушарки,
l – січна конуса, м;
Н – висота сушильної камери,м.
Площа поверхні сушарки:
Площа поверхні конічної частини сушарки:
Площа поверхні циліндричної частини сушарки:
Витрати теплоти у навколишнє середовище буде становити:
Питома кількість тепла, внесену у сушильну камеру:
У процесі реального сушіння враховуються вищезгадані рівняння теплового балансу:
2.3. Конструктивний розрахунок
Розрахунок розмірів сушильної камери
Знаходимо діаметр сушильної камери,м:
де q - допустима напруга об'єму камери.q=4,5МПа
Визначаємо висоту камери, м:
В залежності від початкової температури повітря на вході в сушарку приймається значення напруги об’єму сушарки по волозі А. Для даних параметрів цей показник дорівнює А=5кг/м3*год.
Розраховуємо об’єм сушильної камери, м3:
Об’єм конічної частини сушильної камери:
де, Rк – радіус камери,м;
rкон – найменший радіус конуса, м;
Hкон – висота конуса, м;
Висота конічної частини повинна утворити вертикаллю кут менший за кут природного зсипання продукту. У цьому випадку:
Об’єм циліндричної частини сушильної камери:
Висота циліндричної частини:
Висота камери для сушіння відповідно:
Розрахунок розмірів сушильної камери
Знаходимо діаметр сушильної камери,м:
де q - допустима напруга об'єму камери.q=4,5МПа
Визначаємо висоту камери, м:
В залежності від початкової температури повітря на вході в сушарку приймається значення напруги об’єму сушарки по волозі А. Для даних параметрів цей показник дорівнює А=5кг/м3*год.
Розраховуємо об’єм сушильної камери, м3:
Об’єм конічної частини сушильної камери:
де, Rк – радіус камери,м;
rкон – найменший радіус конуса, м;
Hкон – висота конуса, м;
Висота конічної частини повинна утворити вертикаллю кут менший за кут природного зсипання продукту. У цьому випадку:
Об’єм циліндричної частини сушильної камери:
Висота циліндричної частини:
Висота камери для сушіння відповідно:
2.4. Розрахунок скрубера Вентурі
Розрахунок параметрів нормалізованої труби
У нормалізованої труби Вентурі підібрані геометричні співвідношення, що забезпечують мінімальні «шкідливі» гідравлічні втрати при русі по ній газового потоку.
Знаходимо довжина конфузора l1, м:
де, D1 – вихідний діаметр конфузора, м;
Dг – діаметр горловини труби Вентурі, м;
α1 – кут звуження конфузора, α1=28˚
Вхідний діаметр конфузора D1, приймаємо рівним діаметром газоходу D1=300мм.
Діаметр горловини, м:
Vг, - об’єм витрата повітря при робочих параметрах горловини м3/с; Vг=3 м3/с
vг – швидкість повітря в горловині, м/с.
Швидкість повітря в горловині приймаємо 90м/с. Діаметр горловини розрахуємо за формулою :
Довжина конфузора:
Зрошення труби Вентурі периферійне, то довжина горловини l2 конструктивно приймемо 100мм.
Довжину дифузора l3, м:
де, D2 – діаметр вихідного діаметру дифузора, приймемо D2=D1=300мм;
α1 – кут розкриття дифузора, α2=7˚
Приймемо l3=0.82м.
При таких параметрах забезпечують мінімальні гідравлічні втрати при русі повітряного потоку, так як виключають відрив потоку від стін горловини та дифузора.
Розрахунок швидкостей руху повітряного потоку в трубі Вентурі
Швидкість повітряного потоку на вході в конфузор, м/с:
де, F – площа перерізу вхідного патрубка в конфузор, м2:
Швидкість руху повітряного потоку в горловині:
Швидкість повітряного потоку дорівнює швидкості повітря в конфузові v1=v2=43м/с, так як площа перерізу конфузора F1 дорівнює площі перерізу дифузора F2=F1.
Геометричні розміри каплевловлювача
Діаметр каплевловлювача, м :
vy – швидкість газів в перерізі. м/с рекомендовано приймати 2,5…5;
Висота каплевловлювача, м:
Розрахунок насоса подачі знежиреного молока в трубу Вентурі
Приймемо вихідні дані:
втрата за годину знежиреного молока для двох підібраних працюючих скруберів G=21,68 м3/год;
надлишковий тиск в горловині Рн, утворений насосом Рн=Нн=0,03…0,1МПа;
абсолютний тиск знежиреного молока в горловині Роб, утворений насосом: Роб=Рат+Р, Роб=0,13…0,2МПа;
діаметр трубопроводу d=25мм;
подача рідини на рівень Н=5м від рівня встановлення насоса.
Знаходимо повний напір насоса, м вод. ст.
Втрати напору Нn, м вод. ст.:
де, - швидкість руху рідини в трубопроводі, м/с;
λ – коефіцієнт опору тертя по довжині трубопроводу;
ξі – коефіцієнт місцевих опорів;
l – довжина трубопроводу l=20м.
Швидкість руху рідини м/с:
Розрахуємо коефіцієнт опору тертя по довжині трубопроводу для ламінарного руху:
для турбулентного руху:
Знаходимо режим руху рідини знаходимо число Рейнольдса:
де,
- кінематична в’язкість рідини, м2/с, для знежиреного молока =26‧10-6 м2/с.
Коефіцієнт місцевих опорі:
Коліно 90˚
де, А=130, ξкв=0,2
Трійник А=150, ξвк=0,3
Різкі звуження потоку:
де, F1 – площа поперечного перерізу трубопроводу, м2;
F2 - площа перерізу всіх сопел, м2.
де, n=16 - число сопел одного скрубера;
dcon = 3мм – діаметр сопла.
Коефіцієнт ξs:
Розраховуємо втрати напору, м вод. ст.
Відповідно напір насоса :
Отже, судячи із розрахунків, вибираємо насос компанії CAIPEDA марки MXV4 50-1616.
Характеристика :
Продуктивність G=11м3/год.
Напір Н=34,5м.
Потужність електродвигуна N=2,2 кВт.
Число обертів валу n=1450с-1.
1 2 3 4 5