Барабанная сушилка для сушки яблочных выжимок

,где ,

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-х необходимо знать координаты (I и х) минимум двух точек. Координаты одной точки известны:

Для нахождения координат второй точки, зададимся произвольным значением х, и определим соответствующее ему значение I. Пусть х=0,028 кг влаги/кг с.в., тогда:

,

Через две точки на диаграмме I-х с координатами , и , поводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2=35°С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t2=35°С находим параметры воздуха: х2=0,03 кг/кг с.в..

Расход воздуха на сушку:

Средняя температура воздуха в сушилке:



Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

Средняя плотность воздуха:

Средняя плотность водяных паров:

,

Средняя объемная производительность по воздуху:

,

Расход тепла на сушку:



4.5 Конструктивный расчёт барабанной сушилки

Объем сушильного пространства V складывается из объема Vп, необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема Vc, требуемого, для проведения процесса испарения влаги, т. е.:

Объем сушильного пространства барабана, необходимый для проведения процесса испарения влаги, без учета объема аппарата, требуемого на прогрев влажного материала, вычисляем по модифицированному уравнению массопередачи:

где ДХср. - средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м3,

Kv - объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи Kv=вv.

Коэффициент массоотдачи вычисляем по эмпирическому уравнению:

где сср. - средняя плотность сушильного агента, кг/м3 (при средней температуре в барабане tcр.=102.50С);

, кг/м3

с - теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, кДж/(кг•К);

с=1 кДж/(кг•К);

в - степень заполнения барабана высушиваемым материалом;

в=14%;

Р0 - давление, при котором осуществляется сушка, Па;

Р0=105 Па;

n - частота вращения барабана, об/ мин;

n=3 об/ мин.

щ - скорость газов в барабане, м/с;

щ=3 м/с;

сср. - насыпная плотность высушиваемого материала, кг/м3;

сср.=400 кг/м3;

Р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане (среднеарифметическая величина между парциальным давлением на входе газа в сушилку и на выходе из нее), Па.

На входе в сушилку:

На выходе из сушилки:

Откуда:

Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

, с-1

Движущую силу массопередачи ДХср. определим по уравнению:

Средняя движущая сила ДРср, выраженная через единицы давления (Па), равна:

- движущая сила в начале процесса сушки, Па;

- движущая сила в конце процесса сушки. Па

- давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па. Определяем по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале tм1 и в конце tм2 процесса сушки. По диаграмме I-x находим:

tм1=39.90С,

tм2=380С,

=7374.1 Па,

=6578.3 Па.

Тогда:

Объем сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, находим по модифицированному уравнению теплопередачи:

где QП - расход тепла на прогрев материала до температуры tм1, кВт;

, кВт

Kv - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м3•К);



, кВт/(м3•К)

Дtср.- средняя разность температур, град.

Для вычисления Дtср. находим температуру сушильного агента tx, до которой он охладится, отдавая тепло на нагрев высушиваемого материала до tмl. Эту температуру находим из уравнения теплового баланса:

Откуда tх=680С.

, 0С

, 0С

, м3

Общий объем сушильного барабана:

, м3

, тогда , м3

, м

, м

Действительная скорость газов в барабане:

, м/с

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана:

, м3/с

, м3/с

, м/с

Действительная скорость газов (щД =2,94 м/с) отличается от принятой в расчете (щ=3 м/с) незначительно.

Среднее время пребывания материала в сушилке:

, с

Количество находящегося в сушилке материала:

, кг

, кг

, с

Угол наклона барабана:

, 0

Скорость уноса, равная скорости свободного витания:

, м/с

где мср. - вязкость сушильного агента при средней температуре;

, Па·с

, Па·с

сср. - плотность сушильного агента при средней температуре;

, кг/м3

, кг/м3

d - наименьший диаметр частиц материала, м;

d=0,4•10-3 м;

сч - плотность частиц высушиваемого материала, кг/м3;

сч=100 кг/м3;

Аr - критерий Архимеда;

, м/с

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке щд=2,94 м/с меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера щcв=3 м/с, поэтому частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не будут уноситься потоком сушильного агента из барабана.

Принимаем к установки барабанную сушилку БН1,2-5НУ-03:

диаметр барабана ;

длина барабана

4.6. Расчёт и подбор комплектующего оборудования

4.6.1 Расчёт и подбор калориферов

Исходные данные:

Расход воздуха на сушку:

Площадь поверхности теплопередачи:

, м2

где

Q - расчётное количество теплоты, необходимое для подогрева воздуха, кВт

k - коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к воздуху, Вт/(м2·К)

, Вт/(м2·К)

b, n - опытные коэффициенты,

b=14,2

n=0.456

- массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кгс/(м2·сек)

=10 кгс/(м2·сек)

Сопротивление калорифера:

Где

е=0,43и m=1,94 - опытные коэффициенты.

Дtср. - средняя разность температур греющего теплоносителя и воздуха, °С

, °С

где

Дt' - большая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Дt'' - меньшая разность температур между температурами греющего пара и воздуха, °С

Для подогрева воздуха в калорифере используется греющий пар, имеющий при давлении 6,78 атм температуру 163°С .

, °С

, °С

Площадь поверхности теплопередачи:



Выбираем калорифер КПСк 3-12

Производительность по теплу 552,3 кВт

Производительность по воздуху 25000 м3/ч

Площадь поверхности теплообмена 125,27 м2

Масса 259 кг

Габаритные размеры 17741575180

Определим количество параллельно установленных калориферов:

где

L - расход воздуха, кг/с

L=6,5 кг/с

Принимаем х=1

Количество последовательно установленных калориферов:

Принимаем y=1

Уточняем массовую скорость воздуха в живом сечении калорифера:

Установочная площадь поверхности теплопередачи калориферной батареи:

Сопротивление калорифера:

, Па

где

e, m - опытные коэффициенты,

e=0.43

m=1.94

Сопротивление калориферной батареи:

4.6.2 Расчёт циклона ЦН-15

Исходные данные:

Кол-во очищаемого воздуха при рабочих условиях:

V=3,125 м3/с

Расчёт.

Оптимальная скорость газа в аппарате:

щопт=3,5 м/с

Необходимая площадь сечения циклона:

, м2

Диаметр циклона:

, м

N - кол-во циклонов,

N=1

Стандартное значение D=1200 мм

Действительная скорость газа в циклоне:

, м/с

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона:

- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона,

=1150.

К1 - поправочный коэффициент на диаметр циклона, К1=1.

К2 - поправочный коэффициент на запылённость газа, К2=0.93.

К3 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, К3=0.

Потери давления в циклоне:

 , Па

Минимальное время пребывания частиц в циклоне:

, с

L - длина пути, проходимого газовым потоком в циклоне, м.

, м

Скорость во входном патрубке:

, м/с

Принимаем нокр=24 м/с

Скорость осаждения частиц:

, м/с

dч=40·10-5 м

, м/с

Минимальное время пребывания частиц в циклоне:

, с

Соотношение размеров в долях диаметра D циклона ЦН-15

Геометрический размер	ЦН-15
Угол наклона крышки и входного патрубка циклона б, гр.	15
Высота входного патрубка hп	0,66
Высота выхлопной трубы hт	1,74
Высота цилиндрической части циклона Нц	2,26
Высота конуса циклона Нк	2,0
Общая высота циклона Н	4,56
Высота внешней части выхлопной трубы hв	0,3
Внутренний диаметр выхлопной трубы d	0,59
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия d1	0,3-0,4
Ширина входного патрубка в циклоне b	0,2
Ширина входного патрубка на выходе	0,26
Длина входного патрубка l	0,6
Высота фланца hфл	0,1

4.7 Гидравлический расчёт линии воздуха и подбор вентилятора

Исходные данные:

L=6,5 кг/с, - массовый расход воздуха;

Для трубопровода примем скорость движения воздуха =15м/с.

Диаметр трубопровода равен

где V-объемный расход воздуха равен

Относительная влажность ц0=78%;

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Рн =1936,8 Па

Температура воздуха на первом участке 17,50С.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 400 мм. Внутренний диаметр трубы d=400-3,5•2=393 мм.

Определение потерь.

Потери на трение:

где при данной температуре плотность воздуха

.

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0.210-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений:

коэффициенты местных сопротивлений

Ф. - сопротивление фильтра;

тр. - местное сопротивление тройника;

м. - местное сопротивление магистрали;

кол. - местное сопротивление колена с углом 90°;

задв. - местное сопротивление задвижки.

Потери давления на придание скорости потоку:

Общие потери напора

Для трубопровода примем скорость движения воздуха =15м/с.

Диаметр трубопровода равен

где V-объемный расход воздуха равен

Относительная влажность ц0=8%;

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Рн=450990 Па

Температура воздуха на втором участке 700С.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 400 мм. Внутренний диаметр трубы d=400-3,5•2=493 мм.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение

где при данной температуре плотность воздуха

.

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0.210-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна

Далее получим

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений

коэффициенты местных сопротивлений

з. - задвижка;

м. - местное сопротивление магистрали;

Общие потери напора

Для трубопровода примем скорость движения воздуха =15м/с.

Диаметр трубопровода равен

где V-объемный расход воздуха равен

относительная влажность ц0=55%;

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па

Рн =12331,6 Па

Температура воздуха на первом участке 500С.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 715 мм. Внутренний диаметр трубы d=715-5•2=705 мм.

Фактическая скорость воздуха в трубе

Определение потерь.

Потери на трение

где при данной температуре плотность воздуха

Вязкость при рабочих условиях

Примем абсолютную шероховатость труб =0.210-3 м, тогда относительная шероховатость трубы равна



Далее получим

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле

Потери на преодоление местных сопротивлений

коэффициенты местных сопротивлений

м. - местное сопротивление магистрали;

кол. - колено 900.

Общие потери напора:

Гидравлическое сопротивление всей сети:

Подбор вентилятора.

Полезная мощность вентилятора:

Мощность электродвигателя:

Вт

Выбираем к установке:

1. вентилятор: марка ЦП-50-8К с Р=7000 Па и Q=5.2 м3/с,

2. электродвигатель: марка АМУ280S2 с N=75 кВт и дв=0.92.

4.8 Прочностные расчеты проектируемого аппарата

Толщина стенки барабана д=6мм.

Проверяем на прочность по допускаемому напряжению на изгиб как балку консольного сечения.



Схема определение толщины стенки барабана

В наиболее опасном сечении балки (посредине между опорами) обеспечивается минимальный изгибающий момент:

- расстояние между опорами.

L- длинна барабана. L=6000мм

G-вес барабана. G=7660кг.

Gм-вес загружаемого материала.

Барабану передается также крутящий момент от привода, необходимый для поднятия центра тяжести материала на определенную высоту.

N - мощность привода, кВт;

n - частота вращения барабана, с-1

Условие прочности барабана имеет вид:

Момент сопротивления кольцевого сечения барабана:

4.9 Требование техники безопасности и ПС

Сушильные установки должны иметь тепловую изоляцию, обеспечивающую минимальные технологические потери теплоты.

При установке сушилок на открытом воздухе теплоизоляция должна быть влагостойкой с гидроизоляционным покрытием.

В сушильных установках, в которых происходит пропаривание материала или изделий, ограждающие конструкции должны покрываться слоем гидроизоляции.

В сушилках с принудительной циркуляцией воздуха должны устанавливаться ребристые или гладкотрубные подогреватели или пластинчатые калориферы. Для лучшего обеспечения стока конденсата пластинчатые калориферы должны устанавливаться вертикально.

Для обеспечения равномерного распределения воздуха в сушильной камере должны устанавливаться направляющие экраны, решетки и другие устройства. Сушилка материалов в камерных сушилках с неполными габаритами штабеля по высоте запрещается.

При сушке порошкообразных или дробленых материалов удаляемый из сушилки воздух должен очищаться путем устройства пылеосадочных камер, сухих или мокрых циклонов, мультициклонов, матерчатых фильтров. В этих сушилках должна применяться рециркуляция воздуха.

Кратность рециркуляции воздуха должна быть определена расчетным путем с учетом режима взрывоопасных паров и пыли, выделяемой при сушке, и указана в инструкции по эксплуатации.

На рабочем месте работника, обслуживающего сушильную установку, должна быть режимная карта. При эксплуатации сушилки должен осуществляться контроль за параметрами теплоносителя. регламентируемыми температурами по зонам, за качеством высушиваемого материала с регистрацией показателей в оперативном журнале

Режим работы сушильных установок и характеристики работы основного и вспомогательного оборудования определяются энергетическими испытаниями, которые должны производиться:

1. после капитальных ремонтов сушилок;

2. после внесения конструктивных изменений или внедрения рационализаторских предложений;

3. для устранения неравномерности сушки, связанной с выходом бракованной продукции.

При испытаниях сушилки должны определяться часовой расход и параметры греющего теплоносителя, температура и влажность сушильного воздуха в разных точках камеры, коэффициент теплопередачи нагревательных поверхностей, производительность вентиляторов и частота вращения электродвигателей (в сушилках с принудительной циркуляцией воздуха.

Заключение

Рассчитали барабанную сушилку для сушки яблочных выжимок с Wн=82,3%. Производительность по готовому продукту 50 кг/ч.

В результате расчёта получили сушилку с D=1.2 м, длиной 6.0 м.

Продукт из сушилки выходит с Wк=8% и температурой 250С.

Для данной установки рассчитали калориферную батарею, состоящую из калорифера КПСк 3-12.

Для сухой очистки воздуха выходящего из сушилки, рассчитали циклон ЦН-15 (диаметр D=1200 мм).

Трубопровод для воздуха сделали круглого сечения. Для подачи воздуха, по полезной мощности, подобрали вентилятор марки марка

ЦП-50-8К с Р=7000 Па и Q=5,2 м3/с и электродвигатель для вентилятора: марка АМУ280S2 с N=75 кВт и дв=0,92.

Литература

1) Гинзбург А.С. Расчёт и проектирование сушильных установок пищевой промышленности, Москва, Агропрмиздат, 1985 г.

2) Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию, Москва, Химия, 1991 г.

3) Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию, Москва, Химия, 1983 г. 272 с.

4) Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической промышленности.

5) Справочник по пыле и газоулавливанию. Под. ред. Русанова А.А. М., “Энергия” 1975 г. 296 с.

6) Стахеев И.В Пособие по курсовому проектированию процессов и аппаратов пищевых производств, Минск, Вс. школа, 1975 г.

7) Стабников В.Н. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств, Киев, В. школа, 1982 г.

8) Сажин В.С. Основы техники сушки. - М: Химия, 1984 г.

9) Гришин М.А. Установки для сушки пищевых продуктов. Справочник: М: Пищевая промышленность, 1989 г.

Размещено на Allbest.ru