Разработка флюидизационного аппарата для заморозки ягод клюквы

где температура нагрева воздуха во флюидизированном слое (грузовом отсеке аппарата); ориентировочно составляет /4/

Проектируемый флюидизационный аппарат должен быть универсальным, т. е. для замораживания продуктов, как в «кипящем» (флюидизированном), так и в плотном слоях. С этой целью поддерживающая решетка выполняется в виде непрерывной конвейерной ленты, изготовленной из плетеной сетки с ячейками размером 3х3 мм, выполненной из нержавеющей стали.

Ширину конвейерной ленты принимаем 1 м, тогда длина ленты:

(10)

Высоту неподвижного слоя продукта на решетке ориентировочно примем . Тогда масса продукта на решетке:

(12)

где - насыпная плотность продукта, /3/

(11)

Объем циркулирующего воздуха:

 (12)

Масса циркулирующего воздуха:

(13)

При расчете флюидизаиионного аппарата должно быть выполнено равенство:

(14)

где и теплоприток соответственно от площади поверхности находящегося на решетке продукта и от замораживаемого воздухом продукта.

Теплоприток от площади поверхности находящегося на решетке продукта

(15)

где - площадь поверхности сферических частиц продукта, находящихся на решетке;

- средняя логарифмическая разность между температурами продукта и воздуха.

Площадь поверхности сферических частиц продукта, находящихся на решетке:

 (16)

Продукт непрерывно вводится в аппарат с температурой и непрерывно отводится из него с температурой . Интенсивное перемешивание частиц продукта в замораживаемом слое приводит к выравниванию температур отдельных частиц. С достаточной для инженерных расчетов точностью можно принять, что температура продукта постоянна по всему объему и равна температуре выходящего из аппарата продукта.

Средняя логарифмическая разность между температурами продукта и воздуха:

(17)

Тогда теплоприток от площади поверхности находящегося на решетке продукта:

Теплоприток от замораживаемого воздухом продукта:

(18)

Следовательно, равенство не соблюдается и необходимо уменьшить . можно уменьшить при уменьшении , до величины

Значение находим из зависимости:

(19)

Тогда действительная масса находящегося на решетке продукта:

(20)

Действительная высота насыпного слоя продукта на решетке:

(21)

Действительная температура воздуха на выходе из грузового отсека аппарата:

(22)

Прочность флюидизированного слоя продукта находят из зависимости:

(23)

Здесь

(24)

Высота флюидизированного слоя продукта:

(25)

где - морозность насыпного слоя. Для клюквы

Продолжительность замораживания продуктов сферической формы в аппарате определяют по формуле:

(26)

Находим численные значения:

 (27)

Тогда

В связи с тем, что масса находящегося на решетке продукта составляет , то она, очевидно, и будет определять вместимость флюидизационного аппарата.

Остальные теплопритоки будут определяться после определения рабочих размеров аппарата.

7. Расчет конструктивных и габаритных размеров

Длину аппарата определяют по формуле:

(28)

принимаем - диаметр барабана транспортера, =0,3;

- зазор между барабаном и торцевыми стенками туннеля со стороны загрузки и разгрузки; принимаем = 0,2 м;

- толщина стенки аппарата с теплоизоляцией, = 0,2 м.

Ширина аппарата:

(29)

- ширина соответственно ленты транспортера и центробежного вентилятора, принимаем ? 1 м

Высота аппарата:

(30)

где - высота секции воздухоохладителя, ориентировочно принимаем = 2 м;

- зазоры по высоте аппарата, принимаем = 0,5 м.

Тепловую нагрузку на воздухоохладитель определяют с учетом дополнительных теплопритоков , возникающих при загрузке и выгрузке продуктов.

Теплоприток через ограждения аппарата, определяемый по зависимости:

(31)

где t_Ц - температура в помещении вне аппарата, принимаем t_Ц= 20 ⁰С.

Тепловой эквивалент работы вентиляторов воздухоохладителей ориентировочно принимают в размере 30% от :

(32)

Вт

Теплоприток от поступающего в аппарат через окна загрузки и выгрузки воздуха принимают в размере 40% от :

(33)

Тогда

Площадь поверхности воздухоохладителя находится, принимая, что коэффициент теплопередачи воздухоохладителя равен /3/

Разность между температурами воздуха и холодильного агента из-за сравнительно небольшого изменения температуры воздуха в грузовом отсеке аппарата можно принять как среднюю арифметическую, и она составит при температуре кипения холодильного агента :

(34)

Тогда

(35)

Для непрерывной работы морозильного аппарата воздухоохладитель изготовляют из шести самостоятельных секций, изолированных друг от друга специальными перегородками. Так как одна из них периодически отключается для оттаивания, в морозильном аппарате непрерывно работают только пять секций. Поэтому расчетная теплопередающая площадь поверхности каждой секции.

(36)

Полагаем, что воздухоохладитель будет изготовлен из труб размером 38х2,5 мм, оребренных лентой толщиной и высотой ребра с шагом оребрения . Площадь поверхности охлаждения 1 м такой трубы . Тогда длину труб одной секции воздухоохладителя можно найти из зависимости

(37)

Секции воздухоохладителя расположены под решеткой. Каждая секция размещается на длины решетки. Тогда длина секции составит

(38)

Количество труб, которое можно разместить на этой длине при расстоянии между ними ,

(39)

Ширину секции воздухоохладителя принимаем равной ширине поддерживающей решетки. Тогда длина труб в одном горизонтальном ряду

(40)

Количество горизонтальных рядов труб в секции воздухоохладителя

(41)

Высота секции воздухоохладителя

(42)

8. Определение рабочих характеристик аппарата

Расчет ведется по методике, приведенной в /3/

Аэродинамическое сопротивление движению воздуха в циркуляционной кольце можно найти из уравнения:

(43)

где - аэродинамическое сопротивление соответственно флюидизированного слоя продукта, поддерживающей решетки, оребренной секции воздухоохладителя, поворотов, воздуха при входе в вентилятор, диффузора,

-- коэффициент, учитывающий сопротивление трения в канале, .

Аэродинамическое сопротивление флюидизированного слоя продукта

(44)

Аэродинамическое сопротивление поддерживающей решетки с ячейками размером 3х3 мм и живым сечением для прохода воздуха, .

(45)

Аэродинамическое сопротивление оребренной секции воздухоохладителя находится:

 (46)

где Re - число Рейнольдса.

Число Рейнольдса находится по формуле:

(47)

(48)

Аэродинамическое сопротивление поворотов определяют по формуле:

(49)

где - число поворотов, ;

- скорость движения воздуха в сечении поворота,;

- коэффициент местного сопротивления поворотов .

Аэродинамическое сопротивление воздуха при входе в вентилятор рассчитывают по уравнению:

(50)

Количество циркулирующего через одну секцию воздуха:

 (51)

Для подачи такого количества воздуха выбираем центробежный вентилятор типа ЦЧ-70 № 6,3. Диаметр всасывающего окна . Скорость движения воздуха во входном окне вентилятора находят из зависимости

(52)

Аэродинамическое сопротивление диффузора определяют по формуле, записанной для аэродинамическою сопротивления диффузора в виде

(53)

где - коэффициент местного сопротивления диффузора, ;

- - скорость движения воздуха в выходном окне вентилятора ЦЧ-70 № 6,3 (в суженном сечении диффузора), при расходе воздуха 2,0196 м³/с, .

Находим численное значение

Напор вентилятора, приведенный к воздуху температурой 20 °С и плотностью составит:

(54)

По характеристике вентилятора ЦЧ-70 № 6,3 при подаче воздуха в количестве 2,0196 м³/с и напоре Р₂₀=333,3 Па коэффициент полезного действия вентилятора .

Размещено на Allbest