Розрахунок параметрів сушильного агента.

Температура сушильного агента на вході в сушильну камеру регулюється подачею холодного повітря, яке змішується з продуктами згоряння. Температура сушильного агента t₁ вибирається залежно від початкової вологості та призначення зерна (продовольче чи посівне) за додатком 2.1 і 2.2.

Якщо початкова вологість зерна понад 19%, то його сушать у двоступінчастому режимі. В усіх випадках температура зерна на виході із охолоджуючої камери не повинна перевищувати більше як на 8...10 °С температуру зовнішнього повітря.

Теоретичну кількість сухого повітря L₀, кг/кг, при повному згорянні 1кг палива розраховують за формулами:

• для твердого і рідкого палива

(2.1.)

де - масові частки складових твердого палива, %,

• для газоподібного палива

(2.2.)

де - масові частки компонентів газу, %.

Ентальпію зовнішнього повітря Н_о, кДж/кг, яке надійшло в топку, змішувальну камеру і зону охолодження зерносушарки, знаходять за допомогою Нd-діаграми вологого повітря за відомими t_о і φ_о.

Для знаходження Н_о можна користуватись формулою

, (2.3.)

де С_сп - теплоємність сухого повітря, кДж/(кг·К). Можна прийняти рівним 1 кДж(кг·К).

Вологовміст зовнішнього повітря d_о, г/(кг с.п.), знаходять також за Нd - діаграмою за відомими t_о і φ_о.

 

Ентальпію водяної пари h_п, кДж/кг, при температурі сушильного агента, який надходить до сушарки, розраховують за формулою:

, (2.4.)

Коефіцієнт надлишку повітря α, який повинен забезпечити потрібну температуру сушильного агента, розраховують за формулами:

§ для твердого і рідкого палива

, (2.5.)

§ для газоподібного палива

, (2.6.)

де - вища теплота згоряння палива, кДж/кг, яка розраховується за формулою:

(2.7.)

де - нижча теплота згоряння палива, кДж/кг, яка вибирається із таблиць (додатки 1.3 та 1.4);

η – ККД топки. Для топок, що працюють на твердому паливі η_Т становить 0,85…0,9; на рідкому паливі або газоподібному – 0,9…0,95.;

С_п, t_n – теплоємність, кДж/(кг·К), і температура, ^оС палива. Температуру палива t_n можна прийняти такою, якою є температура зовнішнього повітря, t_n=t_о. Для рідкого палива, яке зберігається в підземних резервуарах взимку, t_n=0⁰С;

С_с.а. – теплоємність сушильного агента, кДж/(кг·К), яку можна прийняти С_с.а.= С_с.а..

Теплоємність палива визначається за формулою:

(2.8.)

де С_с – теплоємність сухої маси твердого палива, яку можна прийняти 1,048 кДж/(кг·К).

С_w – теплоємність води, С_w=4,19 кДж/(кг·К).

Якщо паливом є газ або дизельне паливо, то відповідно: кДж/(кг·К) і кДж/(кг·К).

Вологовміст сушильного агента на вході в І зону сушильної камери:

(2.9.)

За t₁ і d₁ та за допомогою Нd - діаграми визначають ентальпію сушильного агента Н₁,кДж/кг.

Розрахунок І зони сушіння.

2.4.1. Матеріальний баланс сушарки.

Вміст сухої речовини зерна при сушінні залишається незмінним і визначається за формулою:

(2.10)

Тоді маса зерна на виході із сушарки М₃, кг, становитиме:

(2.11)

Кількість вологи W, кг, яка випаровується в процесі сушіння, дорівнює різниці мас зерна до і після сушіння:

(2.12)

Частку випаруваної вологи в першій зоні сушарки орієнтовно можна прийняти 0,55. Тоді кількість вологи, яка випарувалась у першій зоні сушарки, становитиме:

(2.13)

Маса вологого зерна на виході із першої зони сушіння становитиме:

кг. (2.14)

Вологість зерна після першої зони сушіння визначають за формулою:

(2.15)

2.4.2. Витрати сухого сушильного агента.

Розраховують на основі рівняння балансу вологи

(2.16)

де - кількість вологи, яка вноситься в І зону сушіння зерном, кг/год;

- кількість вологи, яка виноситься із І зони сушіння зерном, кг/год;

- кількість вологи, яка вноситься сушильним агентом, кг/год;

- кількість вологи, яка виноситься сушильним агентом, кг/год.

Враховуючи, що витрати сушильного агента можна розрахувати за формулою:

(2.17)

Питомі витрати сушильного агента на 1 кг випаруваної вологи становитимуть:

(2.18)

Вологовміст сушильного агента на виході із першої зони сушіння d₂ знаходять за формулою (2.33) (див.п.2.5.2).

2.4.3. Витрати теплоти на сушіння зерна.

Визначають за рівнянням теплового балансу сушильної камери

(2.19)

У лівій частині рівняння теплота, внесена в І зону сушильної камери зовнішнім повітрям - , вологою, що є в зерні - та від нагрівального приладу - . В правій частині сумарні втрати теплоти з відпрацьованим сушильним агентом - , на нагрівання зерна - та втрати в навколишнє середовище через стінки сушильної камери -

Витрати теплоти на сушіння дорівнюють кількості теплоти, підведеної на підігрівання сушильного агента,

(2.20)

Витрати теплоти на нагрівання зерна визначають за формулою:

(2.21)

де θ₁ і θ₂ – відповідно температура зерна на вході і виході із першої зони сушарки. При двоступінчастому режимі сушіння θ₂ можна прийняти на 15⁰С нижчою допустимої температури зерна , а при одноступінчастому режимі сушіння θ₂= . (2.22)

С₂ – теплоємність зерна на виході із першої зони сушіння, кДж/(кг·К).

Визначають за формулою:

(2.23)

де С_с – теплоємність сухого зерна, яку можна прийняти 1,55 кДж/(кг·К).

Питомі втрати теплоти на нагрівання зерна становитимуть:

кДж/(кг·К). (2.24)

Втрати теплоти в навколишнє середовище Q₀ через огороджувальні поверхні камери розраховують за формулою:

(2.25)

де К₀ – коефіцієнт теплопередачі через стінки сушильної камери, Вт/(м²·К);

F₀ – площа поверхні сушильної камери, через яку втрачається теплота, м². Визначають за конструктивними характеристиками сушарок (див.дод.2.3). При розрахунку F₀ прямоточних шахтних сушарок не враховують поверхні стінок з боків підведення сушильного агента та відведення відпрацьованих газів, а також поверхні, через які здійснюється подача і випуск зерна;

t_сер – середньоарифметична температура сушильного агента, ⁰С, яка визначається за формулою:

(2.26)

t₁ і t₂ - температура сушильного агента відповідно на вході і виході із зони сушіння, ⁰С;

t₀ – температура зовнішнього повітря, ⁰С.

Температуру t₂ визначають за формулою:

, (2.26.1)

Коефіцієнт теплопередачі

(2.27)

де α₁ і α₂ – коефіцієнти тепловіддачі від сушильного агента до внутрішньої поверхні шахти і від зовнішньої поверхні в навколишнє середовище, Вт/(м²·К);

δ₁, δ₂… δ_п – товщина окремих шарів ізоляції, м;

λ₁, λ₂…λ_п – коефіцієнти теплопровідності теплоізоляційних шарів, Вт/(м²·К); для стальної стінки λ становить 46 Вт/(м²·К), для залізобетонної – 1,54 Вт/(м²·К).

Коефіцієнти тепловіддачі α₁ і α₂ визначають за формулами:

§ при швидкості повітря V ≤ 5 м/c

α₁ (α₂)=С+D·V; (2.28)

§ при V > 5 м/c

α₁ (α₂)=А·V^0,78 (2.29)

Коефіцієнти А, С і D наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. Значення коефіцієнтів А, С і D.

Стінка	А	С	D
Залізобетонна	7,52	6,16	4,19
Стальна - з внутрішньої поверхні - з зовнішньої поверхні	7,12 7,14	5,58 5,81	3,95 3,95

Швидкість сушильного агента, який омиває внутрішню поверхню сушильної камери, приймають 0,3…0,4м/с.

Зовнішня поверхня обдувається повітрям при вільній конвекції. Швидкість повітря можна прийняти 0,1м/с.

Питомі втрати теплоти в навколишнє середовище через огороджувальні поверхні першої зони сушарки q₀, кДж на 1 кг випареної вологи становлять

(2.30)

Різниця між припливом і втратою теплоти в першій зоні сушарки ∆, кДж

(2.31)

Ентальпія відпрацьованого сушильного агента

кДж/кг. (2.32)

При цьому під час розрахунку Н₂ потрібно враховувати знак «+» чи «-» при ∆. Вологовміст відпрацьованого сушильного агента на виході із першої зони сушарки розраховують за формулою

(2.33)

Залежність (2.33) знаходиться в результаті розв’язання системи рівнянь (2.32) і (2.18) з урахуванням (2.3), в якому замість Н₀, t₀ і d₀ підставляють відповідно Н₂, t₂ і d₂.

Після знаходження d₂ визначають питомі витрати сушильного агента за формулою (2.18), а потім питомі витрати теплоти на сушіння в першій зоні сушарки q₁, кДж на 1 кг вологи:

(2.34)

2.4.4. Графоаналітичний розрахунок витрат сушильного агента та теплоти.

Розрахунок проводять за допомогою Нd – діаграми вологого повітря. За заданими t₀ і φ₀ знаходять точку А (рис.2.3), яка характеризує стан зовнішнього повітря.

Після топки газоповітряна суміш – сушильний агент – надходить до першої зони сушильної камери з параметрами t₁ і d₁. На перетині ліній d₁ = const і t₁ = const знаходять точку В, яка характеризує стан сушильного агента на вході в сушильну камеру. Лінія АВ зображає процес змішування з продуктами згоряння.

У теоретичній сушарці процес сушіння проходить при сталій ентальпії і умовно зображається лінією, проведеною від точки В при постійній ентальпії Н₁ до перетину з лінією φ₂= 75%, яка відповідає відносній вологості сушильного агента на виході із зони сушіння в точці С_о.

 

Рис.2.3. Процеси сушіння в першій і в другій зонах сушарки та охолодження на Нd – діаграмі вологого повітря.

 

 

У реальній сушарці мають місце втрати теплоти, внаслідок чого ∆<0 і ентальпія сушильного агента Н₂ на виході із зони сушіння менша ентальпіїї Н₁.

Процес сушіння на Нd - діаграмі зображається лінією ВС₂, яка відхиляється від теоретичної лінії ВС_о.

Для побудови лінії ВС₂ на лінії Н₁ = const вибирають довільну точку е, з якої горизонтально проводять лінію ef до перетину із лінією d₁=const. З тієї точки е по лінії d=const відкладають відрізок еЕ, мм, довжину якого визначають за формулою:

еЕ=еf , (2.35)

де еf - довжина відрізку, мм, що вимірюється на Нd - діаграмі;

m_d і m_н - масштаби відповідно вологовмісту і ентальпії на Нd - діаграмі.

Через точки В і Е проводять лінію до перетину з лінією φ₂ (можна прийняти (φ₂ =75%) в точці С₂. Лінія ВС₂ характеризує процес сушіння в першій зоні. Температура відпрацьованого сушильного агента в точці С₂ становить t₂. При розрахунку втрат теплоти ця температура визначалась наближено, тому при відхиленні отриманого за Нd - діаграмою значення t₂ від розрахованого більше ніж на 5⁰С, необхідно перерахувати q₀, щоб розрахункове t₂ і отримане графічно збіглися.

Питомі втрати сушильного агента в першій зоні сушильної камери l₁, кг на 1 кг випаруваної вологи, визначають за рівнянням

(2.36)

де С₂D - відрізок по горизонталі, мм (рис. 2.3).

Повні витрати сушильного агента, м³/год:

(2.37)

Об'ємні витрати сушильного агента, м³/год:

(2.38)

де V₀ - об'єм вологого повітря на 1 кг сухого повітря, м³/кг, який знаходять за таблицями питомих об’ємів повітря залежно від t₁ і φ₁ (додаток 2.4).

Питомі витрати теплоти в першій зоні сушильної камери, кДж/кг випаруваної вологи, розраховують за формулою

(2.39)

де АF - довжина відрізку, мм.

Щоб знайти точкуF, лінію ВС₀ продовжують до перетину з лінією d=const (див. рис. 2.3.). Якщо паливом є природний газ, то точка F збігається з точкою В, бо процес змішування здійснюється при сталому вологовмісту і точка В розташована на лінії d₀=const.

Розбіжність між величинами l₁ (а значить і q₁),здобутими аналітичним і графічним способами, не повинні перевищувати 0,5 %.

Повні витрати теплоти в першій зоні сушарки, кДж/кг

(2.40)

Відносну вологість сушильного агента φ1 в точці В на вході в зону сушіння при температурі більше 1000С визначають за співвідношенням

(2.41)

де φ₅ – відносна вологість сушильного агента, % яка приймається 5%.

d₅ – вологовміст сушильного агента, г/(кг с.п.). при φ =5% і температурі понад 100 ⁰С орієнтовно можна прийняти d₅ = 33,2 г/(кг с.п.).

Розрахунок ІІ зони сушіння.

Параметри сушильного агента на вході і виході із другої зони сушіння приймають згідно з розрахунковою схемою (рис.2.2). Методика розрахунку така ж, як і для першої сушильної зони (див.підрозділ 2.4.).

Результати розрахунку L₀ і Н₀ для першої зони сушильної камери без змін використовують під час розрахунку другої зони.

Ентальпію водяної пари , що надходить у другу зону сушіння, визначають за формулою (2.4), в якій замість температури t₁ підставляють температуру сушильного агента на вході в другу сушильну зону . Остання вибирається із додатка 2.1.

Коефіцієнт надлишку повітря розраховується за формулою (2.5), в якій замість t₁ підставляють , а замість h_п - .

Вологовміст сушильного агента на вході в другу зону сушильної камери визначають за формулою (2.9), підставивши замість .

За значеннями і за допомогою Нd – діаграми знаходять ентальпію сушильного агента .

2.5.2. Матеріальний баланс другої зони сушіння.

Для визначення кількості випаруваної вологи в другій зоні сушильної камери, маси зерна на виході і його вологості, орієнтовно частку випаруваної вологи в другій зоні сушарки можна прийняти

. (2.42)

Кількість вологи, яка випарувалась в другій зоні сушарки,

(2.43)

Маса вологого зерна на виході , кг становитиме:

(2.44)

Вологість зерна після другої зони сушіння:

(2.45)

2.5.3. Витрати сухого сушильного агента в другій зоні сушіння.

Витрати сушильного агента L₂ , кг/год визначають за формулою:

(2.46)

Питомі витрати сухого сушильного агента на 1 кг випаруваної вологи

(2.47)

2.5.4. Витрати теплоти на сушіння зерна в другій зоні.

Питомі витрати теплоти на нагрівання зерна , кДж на 1 кг випаруваної вологи:

(2.48)

де - теплоємність вологого зерна на виході із другої зони сушіння, кДж/(кг·К);

- температура зерна на виході із другої зони сушіння, ⁰С, (додаток 2.1.)

(2.49)

Питомі втрати теплоти в навколишнє середовище:

(2.50)

де - площа поверхні другої зони сушильної камери, м²;

- середньоарифметичне значення температури сушильного агента, ⁰С.

Величини визначають так як і для першої зони за формулами (2.26. і 2.27). При цьому замість температури t₁ необхідно підставляти температуру , яка вибирається з додатку 2.1.

Різниця припливів і втрат теплоти в другій зоні сушарки , кДж/кг

(2.51)

Ентальпія відпрацьованого сушильного агента

кДж/кг. (2.52)

Вологовміст відпрацьованого сушильного агента на виході із другої зони сушіння:

г/кг (2.53)

Питомі витрати теплоти у другій зоні сушіння:

кДж/кг (2.54)

Повні витрати теплоти у другій зоні сушіння

кДж/кг (2.55)

Повні витати сушильного агента

(2.56)

Об’ємні витрати сушильного агента

м³/год, (2.57)

де - об’єм волого повітря на 1 кг сухого повітря, м³/кг, який знаходять за таблицями додатка 2.4. при і φ₁.

Побудова процесу сушіння на Нd – діаграмі для другої зони аналогічна побудові процесу сушіння для першої зони сушіння (рис.2.3).