Расчет Сушилка.яблок

Тогда длину тоннеля можно определить по формуле (3.3):

L_т=n·L_ваг + L_о1 + L_о2,                                             (3.3)

где n – число вагонеток;

      L_ваг – длина вагонетки,м;

      L_о1 – расстояние от вагонетки до двери туннеля (свободный пролет) в зоне подачи воздуха, м;

      L_о2 – расстояние от вагонетки до двери тоннеля в зоне выхода воздуха, м.

                                 L_т=12·0,94 + 1,2 + 0,8=13,28 ≈14м.

Ширина туннеля определяется по формуле (3.4):

В_т=В_ваг + (40-70 мм),                                           (3.4)

где В_ваг – ширина вагонетки, м.

                                В_т=1,815 + 0,07=1,885≈2м.

Высота туннеля зависит от высоты вагонетки. Высота самой сушильной камеры составляет 3,6 м. Высота вагонетки равна 2,0 м. Значит высота туннеля равна ≈2,2 м.

 

2.    Расчет количества испаренной влаги.

 

Уточним призводительность сушилки  в зависимости от рассчитанного  числа вагонеток. Производительность определяется по формуле (3.6):

G_суш1=m·g_ваг(24/τ),                                                 (3.6)

где m – число вагонеток в обоих туннелях.

                                G_суш1=12·85(24/12)=2040кг/сут.

Рассчитаем количество испаренной влаги по формуле (3.7):

U=g₁(W₁-W₂)/(100-W₂)=g₂(W₁-W₂)/(100-W₁),                   (3.7)

где g₁ и g₂ – массы сырого и высушенного материалов, кг; масса высушенного материала g₂ равна производительности сушилки;

      W₁ – начальная влажность продукта, %;

      W₂ – конечная влажность продукта, %.

                U=(2040/24)(82-22)/(100-82)=283,3 кг/ч.

Производительность сушилки по сырым яблокам определяется по формуле (3.8):

G_ябл=(G_суш1/ξ)(100-W₂)/(100-W₁),                            (3.8)

где ξ – коэффициент, учитывающий  потери сухих веществ в результате уноса; для яблок он равен 0,8%, т.е. 1-ξ=0,008, а ξ=0,992.

              G_ябл = (2040/0,992)·(100-22)/(100-82)=8911,29 кг/сут.

 

3.2.3 Выбор конструкции ограждений сушильной камеры и расчет потерь теплоты в окружающую среду.

Потери теплоты ограждениями сушильной  камеры можно рассчитать по формуле (3.9):

q_огр= Σ k·F·∆t_ср/U,                                                     (3.9)                                              

где F – площадь поверхности участка, м²;

      k – общий коэффициент теплопередачи участка ограждения, Вт/(м²·К);

      ∆t_ср – средняя разность температур для участка, К; ∆t_ср=t_ср – t_в, где t_ср – средняя температура воздуха (паровоздушной среды) в сушильной камере на участке, К; t_ср=(t₁ + t₂)/2, где t₁ и t₂ – максимальная и минимальная температуры воздуха в сушильной камере на участке, К; t_в – температура воздуха в помещении, К.

     U – количество испаренной влаги, найденное по формуле (3.7).

Коэффициент теплопередачи k рассчитывают по формуле (3.10):

k=1/[(1/α₁) + Σδ/λ + 1/α₂],                                   (3.10)

где α₁ – коэффициент теплоотдачи от среды сушильной камеры к внутренней поверхности стенки ограждения, Вт/(м²·К);

       α₂ – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки ограждения к окружающему воздуху, Вт/(м²·К);

       δ – толщина  отдельных слоев, из которых состоит ограждение, м;

      λ – соответствующие  коэффициенты теплопроводности, Вт/(м²·К).

Рассчитаем потери теплоты следующими ограждениями: две наружние боковые  стенки сушильных туннелей (калорифер  будет находиться между туннелями), поток и торцевые стенки туннелей, двери, пол.

Боковые стены.

Конструкционными материалами сушилки являются цементная штукатурка (15 мм), красный кирпич (250 мм), цементная штукатурка (15 мм).

 При движении воздуха  в сушильной камере вдоль плоской  шероховатой стенки коэффициент теплоотдачи α₁ рассчитываем по формуле (3.11):

α₁=А(α₁₁ + α₁₂),                                                   (3.11)

где А – коэффициент, зависящий  от режима движения газа и состояния  поверхности стенки; для турбулентного  режима и шероховатой стенки А=1,2-1,3;

        α₁₁ – коэффициент теплоотдачи при принудительном движении газа, Вт/(м²·К); он определяется из формулы (3.12);

        α₁₂ – коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией, Вт/(м²·К).

Nu=f(Re)=α·Н_т/λ,                                                          (3.12)

где  Nu – число Нуссельта;

       Re – критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса определяется по формуле (3.13):

Re=v·d_экв/ν,                                                        (3.13)

где v – скорость движения газа, м/с;

      d_экв – эквивалентный диаметр туннеля,м;

      ν – кинематическая  вязкость газа, м²/с.

Эквивалентный диаметр туннеля определяется по формуле (3.14):

d_экв=2В_т·Н_т/(В_т + Н_т)                                       (3.14)

                                 d_экв=2·2·2,2/(2 + 2,2)=2,1 м. 

Кинематическуя вязкость воздуха  принимается из таблицы[5] при средней его температуре t_ср=(t₁ + t₂)/2=(75+85)/2=80°С

                                    ν_80°С=0,217·10^-4 м²/с.

Тогда определим число Рейнольдса по формуле (3.13):

                                   Re=5,0·2,1/0,217·10^-4=483870.

Так как Re>10⁵, то число Нуссельта определяем по формуле (3.12):

                                   Nu=0,032·Re^0,8=0,032·483870^0,8≈1130.

Тогда по формуле (3.12) определим α₁₁, в которой λ определяется по таблице [5]:

                                   λ_80°С=0,0298 Вт/(м²·К)

                                  α₁₁=Nu·λ/Н_т=1130·0,0298/2,2=15,31 Вт/(м²·К)

В числе Nu для расчета теплоотдачи боковыми стенками сушильной камеры в качестве определяющего геометрического размера принимается высота туннеля Н_т, рассматривая его как длинный канал.

Коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией α₁₂ определяется при использовании формулы (3.16):

Nu=С(Gr·Pr)ⁿ,                                                  (3.16)

где С и n – коэффициенты, учитывающие условия протекания процесса;

        Gr – критерий Грасгофа;

        Pr – критерий Прандтля.

Критерий Грасгофа определяется по формуле (3.17):

Gr=(g·Н_т³/ν²)[(t_ср-t_вн.ст.)/t_ср],                                  (3.17)

где t_вн.ст – температура внутренней поверхности стенки сушилки; принимаем равную 70°С.

Кинематическая вязкость при  t=(80+70)/2≈75°С составляет 0,2·10^-4 м²/с.

Gr=(9,8·2,2³/(0,2·10^-4)² )[(80-70)/(80+273)]=73,9·10⁸.

Для воздуха критерий Прандтля Pr=0,73. Тогда произведение Gr·Pr=73,9·10⁸·0,73=53,9·10⁸.

Так как GrPr находится в пределах 2·10⁷÷1·10¹³, то по таблице [5] С=0,135, n=1/3.

Определим число Нуссельта по формуле (3.16):

                                  Nu=0,135· ³√53,9·10⁸=193.

Отсюда пользуясь формулой (3.12) определим α₁₂:

                             α₁₂=Nu·λ/Н_т=193·0,0298/2,2=2,61 Вт/(м²·К),

где λ воздуха принимается при 80°С и составляет 0,0298 Вт/(м²·К).

По формуле (3.11) можно определить коэффициент теплоотдачи вдоль шероховатой стенки:

                                α₁=1,2(15,31 + 2,61)=21,5 Вт/(м²·К).

Теперь произведем расчет коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности  стенки сушилки α₂ по формуле (3.18):

α₂=α₂₁ + α_2л,                                                         (3.18)

где α₂₁ – коэффициент теплоотдачи конвекцией;

       α_2л – коэффициент теплоотдачи излучением.

Коэффициент α₂₁ рассчитывают аналогично α₁₂.

Определим критерий Грасгофа по формуле  (3.17). При этом вместо температуры внутренней поверхности стенки используется температура наружней стенки, а вместо t_ср используем t_возд. Принимаем t_н.ст.=20°С, а температуру воздуха помещения t_в=15°С, считаем, что такую же температуру будет иметь стена цеха, противоположная стене сушилки, т.е. t_ст=15°С.

Кинематическая вязкость при температуре  t=(20+15)/2=17,5°С будет равна 0,15·10^-4 м²/с.

                         Gr=(9,8·2,2³/(0,15·10^-4)²)[(20-15_.)/(273+15)]=80,5·10⁸.

Так как GrPr=80,5·10⁸·0,73=58,76·10⁸  больше 2·10⁷, то Nu определим по формуле (3.16):

                                  Nu=0,135· ³√58,76·10⁸=264.

Отсюда пользуясь формулой (3.12) определим α₂₁:

                             α₂₁=Nu·λ/Н_т=264·0,025/2,2=3,0 Вт/(м²·К),

где λ воздуха принимается при 17,5°С и составляет 0,025 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи излучением рассчитываем по формуле (3.19):

α_2л=С_1-2[(T_н.ст./100)⁴ – (Т_ст/100)⁴]/(t_н.ст.-t_в),                (3.19)

где С_1-2 – приведенный коэффициент излучения, Вт/(м²·К⁴);

      t_н.ст. и Т_н.ст. – температура наружной поверхности стенки сушильной камеры, °С и К;

      Т_ст. – температура тепловоспринимающей стенки, К;

      t_в – температура воздуха помещения, °С.

Коэффициент излучения С_1-2 можно определить по формуле (3.20):

С_1-2≈С₁·С₂/5,8,                                                           (3.20)

где С₁ и С₂ – коэффициенты излучения теплоотдающей и тепловоспринимающей поверхности; определяются по таблице [5].

Коэффициент для стенки сушилки (окрашенная масляной краской) С₁=4,5 Вт/(м²·К⁴), для стенки цеха (штукатурка) С₂=5,33 Вт/(м²·К⁴).

По формуле (3.20):

                        С_1-2≈4,5·5,33/5,8=4,15 Вт/(м²·К⁴).

Таким образом, по формуле (3.19):

         α_2л=4,15[(293_./100)⁴ – (288/100)⁴]/(20-15)≈4,07 Вт/(м²·К⁴).

Теперь можно определить коэффициент  теплоотдачи от наружной стенки сушилки по формуле (3.18):

                         α₂=3,0 + 4,07=7,07 Вт/(м²·К⁴).

Теперь произведем рассчет общего коэффициента теплопередачи для  боковой стенки сушильной камеры в соответствии с конструкционными материалами сушилки по формуле (1.10). Коэффициент теплопроводности материала ограждения берется из таблиц; для цементной строительной штукатурки λ=0,44 Вт/(м·К); для кладки из красного кирпича λ=0,75 Вт/(м·К).

1/k=1/21,5 + 0,015/0,44 + 0,25/0,75 + 0,015/0,44 + 1/7,07=0,59

                                  k=1,7 Вт/(м²·К).

Проверим принятые температуры  внутренней и наружной поверхности стенки по формулам (3.21) и (3.22):

t_н.ст.=t_в + k(t_ср –t_в)/α₂,                                            (3.21)

t_в.ст.=t_ср - k(t_ср –t_в)/α₁,                                            (3.22)

где t_в – температура воздуха, равная 15°С;

      t_ср – средняя температура, равная 80°С.

                       t_н.ст.=15 + 1,7(80 –15)/7,07=30,6°С

                       t_в.ст.=80 – 1,7(80 –15)/21,5=74,8°С.

Площадь поверхности теплоотдачи  стенки определяется по формуле (3.23):

                          F=2L_TH,                                                              (3.23)

где L_Т – найденная по формуле (1.3) длина туннетя, м;

      Н – высота  сушилки; складывается из высоты туннеля(2,2 м) и высоты ограждения потолка (0,4 м).

                                F=2·14,0·2,6=72,8 м²

Рассчитаем потерю теплоты боковыми стенками сушильной камеры по формуле (3.9):

                         q_бок.ст.=  1,7·72,8·(80-15)/283,3=28,39 кДж/кг.

Аналогично рассчитываются потери теплоты потолком, торцевыми стенками и дверями сушильной камеры.

Потолок. Теплоотдача для потолка рассчитывается как для горизонтальной стенки, обращенной вверх, причем за геометрический размер в числе Нуссельта принимается наименьшая сторона поверхности, т.е. ширина сушильной камеры.

При расчете для потолка GrPr>2·10⁷, то n=1/3 и процесс теплоотдачи не зависит от геометрических размеров. Поэтому для потолка α₁ принимают, как для боковой (вертикальной) стенки с уменьшением на 30%, а α₂ – с увеличением на 30%.

Таким образом α₁=1,2(15,31 + 2,61·0,7)=20,56 Вт/(м²·К).

                         α₂=3,0·1,3 + 4,07=7,09 Вт/(м²·К⁴).

1/k=1/20,56+0,015/0,44+0,125/0,75+0,065/0,75+0,015/0,44+1/7,09=0,511

k=1,956 Вт/(м²·К).

По формуле (3.9):

            q_пот.=  k·F·∆t_ср/U=1,956·14,0·2,2·(80-15)/283,3=13,82 кДж/кг.

Торцовые стены. Теплоотдача рассчитывается как для боковой стены с учетом другой площади поверхности ограждения.Коэффициенты α₁, α₂ и k останутся неизменными, а вот потери тепла изменятся, т.к. площадь поверхности ограждения составляет 2(2,2×2,2)-4,0=5,68 м.

Тогда по формуле (3.9):

q_{торц.ст.}=  1,956·5,68·(80-15)/283,3=2,55 кДж/кг.

Пол. Потери тепла полом сушилки при расстоянии между сушилкой и стеной здания 3 м рассчитываем, пользуясь таблицей. При t_ср=80°С q¹=43 кДж.

Определим потери тепла полом сушилки, отнесенные к 1кг испаренной влаги по формуле (3.24):