Розрахунок. Матеріальний баланс сушарки

Матеріальний баланс сушарки

Кількість ростків приймемо рівним 5 % до маси очищеного сухого солоду; тоді кількість сухого неочищеного солоду, одержаного за добу, буде дорівнювати

кг при %

або

кг/год.

Сухих речовин в цій кількості солоду:

кг.

Кількість сирого солоду, що надходить в сушарку при %,

кг/год.

Кількість солоду, що переходить з другої в третю зону при вологості %

кг/год.

Кількість випарної вологи з солоду:

у верхніх зонах

кг/год,

у нижній зоні

кг/год.

Всього: кг/год.

Витрата повітря в сушарці

Для розрахунку процесу сушіння солоду задамося параметрами повітря, наведеними в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 – Параметри повітря

Вологовміст вологого повітря х = φ х_н, де φ – відносна вологість у масових частках; х_н – вологовміст повітря, насиченого водяною парою, кг/кг (знаходимо по таблиці фізичних властивостей повітря, насиченого водяною парою [3, с. 138]).

Тепловміст (ентальпію) вологого повітря прийнято розраховувати на 1 кг абсолютно сухого повітря і х кг водяної пари, що міститься в ньому:

І = сt + c_пtx + rx, кДж/кг,

де с = 1, 005 кДж/(кг∙ К) – питома теплоємність абсолютно сухого повітря;

t – температура повітря, °С;

c_п = 1, 88 кДж/(кг∙ К) – питома теплоємність водяної пари;

x – вологовміст повітря, кг/кг;

r = 2500 кДж/кг – теплота випаровування води при 0 °С.

Загальні витрати повітря в сушарці

,

кг/год.

Різниця витрати тепла в реальній і теоретичній сушарках

У теоретичній сушарці сушіння відбувається при постійній температурі, продукт, що висушується, і елементи сушарки не нагріваються, втрати тепла і надходження тепла із зовні в сушильні камери не має. Тому процес сушіння на діаграмі I-х зображується лінією сталого тепловмісту (ізоентальпією). У реальній сушарці тепловміст сушильного агента знижується за рахунок нагрівання солоду, за рахунок неминучих втрат тепла і декілька збільшується за рахунок тепловмісту вологи, що випаровувається з солоду.

Витрати тепла на нагрівання солоду розрахуємо, задаючись його температурами (в º C):

при завантаженні 18

при переході з верхніх зон в нижні 40
після сушки 80

Якщо вологість продукту виражена у процентах до маси сухих речовин w^c, то питомі теплоємності солоду прийнято розраховувати як середньозважену величину з теплоємностей сухих речовин с₀ і води с_в за формулою

, кДж/(кг∙ К).

Питома теплоємність сухих речовин ячмінного солоду може бути прийнята рівною с₀ = 1, 423 кДж/(кг∙ К); води - с_в = 4, 1868 кДж/(кг∙ К).

Тоді питома теплоємність солоду при w^c = 21, 95 % буде дорівнювати

кДж/(кг∙ К),

а при w^c = 3, 63 % -

кДж/(кг∙ К).

Витрати тепла на нагрівання солоду у верхніх зонах:

Q'_c = Gc(t₂ – t₁),

Q′ _c = 514, 6∙ 1, 92(40 – 18) = 21737 кДж/год.

Витрати тепла на нагрівання солоду в нижніх зонах:

Q″ _c = 437, 5∙ 1, 51(80 – 40) = 26425 кДж/год,

Розрахунок витрат тепла сушаркою в оточуючий простір представляє собою доволі громіздку задачу; для її вирішення необхідно знати геометричні розміри сушарки, товщину і матеріал стінок, стан оточуючого сушарку повітря. Для попереднього, орієнтовного розрахунку втрат скористаємося дослідними даними і приймемо величину втрат рівною 12 % загальних витрат тепла. Якщо загальні витрати тепла на сушіння 100 кг солоду (рахуючи за сухим неочищеним) прийняти для даної сушарки за 355900 кДж, то втрати тепла за 1 годину складуть

Q_втр = 355900∙ 0, 12(437, 5/100) = 186847 кДж/год.

Умовно віднесемо одну третину втрат на верхні зони (де температура нижче, ніж у нижніх зонах) і дві третини – на нижні. Тоді втрати тепла у верхніх зонах

Q′ _втр = 186847/3 = 62282 кДж/год.

Втрати тепла в нижніх зонах:

Q″ _втр = 186847 – 62282 = 124565 кДж/год.

Різниця у витратах тепла в теоретичній і реальній сушарках буде дорівнювати:

у верхніх зонах

Δ ′ = W₁с_вt₁ - Q′ _c - Q′ _втр,

Δ ′ = 225, 7∙ 4, 1868∙ 18 – 21737 – 62282 = – 67010кДж/год;

в нижніх зонах

Δ ″ = 77, 1∙ 4, 1868∙ 40 – 26425 – 124565 = – 138078кДж/год.

Загальна різниця

Δ = Δ ^′ + Δ ^″ = – 67010 – 138078 = – 205088 кДж/год.

Кількість повітря, що нагрівається в калорифері

Складемо тепловий баланс сушильних камер без калорифера (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 Схема теплового балансу сушильних камер

Рівняння балансу тепла:

Надходження тепла Витрата тепла

L₁I₁ + L₂I₀ + Gct₁ + Wc_вt₁ = LI₂ + Gct₂ + Q_втр,

де L₁, L₂, L – кількість повітря, що нагрівається в калорифері, що надходить в камери, минаючи калорифер, і загальна кількість повітря (L = L₁ + L₂), кг/год;

I₀, I₁, I₂ – ентальпія повітря: свіжого, після калорифера і відпрацьованого, кДж/кг.

Величину L₂ замінимо через різницю L - L₁, підставимо в рівняння балансу і розв’яжемо його відносно L₁:

.

Кількість повітря, що нагрівається в калорифері

кг/год.

Кількість додаткового холодного повітря дорівнює:

кг/год.

Витрата гострої пари

Теплове навантаження на паровий калорифер

,

кДж/год.

Інакше

,

кДж/год.

Втрати тепла при нагріванні повітря приймемо рівними 5 % до теплового навантаження на паровий калорифер. Тоді загальні витрати тепла в сушарці складуть

Q = 1213493 ∙ 1, 05 = 1274168 кДж/год,

а витрати нагрівної гострої пари тиском 0, 6 МПа

D = 1274168 / 2088, 8 = 610 кг/год,

де 2088, 8 кДж/кг – питома теплота конденсації водяної пари при тиску 0, 6 МПа.

На кожні 100 кг висушеного солоду витрати тепла складають

кДж,

а витрати нагрівної пари

кг.