Курсовая работа (т): Барабанная сушилка для сушки яблочных выжимок

К основным параметрам влажного воздуха относятся:

1.  температура t,°С

2.      относительная влажность воздуха φ,%

.        удельное влагосодержание х, кг/кг

.        энтальпия I, кДж/кг

Температуру и относительную влажность воздуха на входе в калорифер определяем по климатическим таблицам, для г. Минск на июль месяц:

1.  температура t0=17,4°С,

2.      относительная влажность φ0=78%.

Удельное влагосодержание воздуха рассчитаем по формуле:

,

где

,622 - отношение мольных масс водяного пара и воздуха,

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

Рн=1988,5 Па при t0=17,4°С.

В - барометрическое давление воздуха, Па. (Для Европейской части СНГ принимается 745 мм рт. ст. = 99100 Па.)

Удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер:

, кг/кг

Т.к. подогрев воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер тоже, что и на входе в сушилку:

, кг/кг

Энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

,

где

Сс.в. - средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха, (при t<200°С Сс.в.=1,004 кДж/(кг.К)),

t - температура влажного воздуха, °С,

х - удельное влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.,

in - удельная энтальпия перегретого пера, кДж/кг,

,

где r0 - удельная теплота парообразования воды, (при 0°С r0=2500 кДж/кг),

cn - средняя удельная теплоёмкость водяного пара,

cn=1,842 кДж/(кг.К).

Энтальпия воздуха на входе в калорифер:

, кДж/кг

Энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку):

, кДж/кг

Тепловой расчёт сушилки.

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

,

где

 - разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

- теплоемкость влаги во влажном материале при температуре θ1=14°С, кДж/(кг.К);

=4,19 кДж/(кг.К);

qдоп. - удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту qдоп.=0;

qт. - удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае qт.=0;

qм. - удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

см - теплоемкость высушенного материала:

, кДж/(кг.К),

сс - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг.К);

сс=3,76 кДж/(кг.К);

qп. - удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги,

l - удельный расход абсолютно сухого воздуха:

, кг возд./кг влаги,

I2 - энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг,

х2 - удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в..

Значение х2 находим по I-х диаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему рассчитываем значение I2.

Теплоемкость высушенного материала:

, кДж/кг влаги

Удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

, кДж/кг влаги

Удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги

Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

, кДж/кг влаги

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

,

,

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

I1=112,3 кДж/кг,

х1=0,03 кг/кг,

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:

, кДж/кг

Через две точки на диаграмме I-х с координатами I1, х1 и I, х 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..

Энтальпию воздуха рассчитываем по формуле:

, кДж/кг

Расход воздуха на сушку:

, кг/с

Средняя температура воздуха в сушилке:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

, кг/кг

Средняя плотность воздуха:

, кг/м3

Средняя плотность водяных паров:

, кг/м3

Средняя объемная производительность по воздуху:

, м3/с

Расход тепла на сушку:

, кВт

Тепловой расчёт сушилки с частичным рециклом сушильного агента.

Коэффициент рециркуляции равен 0,1(10%)

На рециркуляцию идёт:

Параметры смеси:

xсм - удельное влагосодержание смешанного воздуха, кг/кг с.в..

Iсм - энтальпия воздуха смешанного воздуха, кДж/кг,

qп. - удельные потери тепла в окружающую среду:

, кДж/кг влаги,

lсм - удельный расход абсолютно сухого воздуха:

, кг возд./кг влаги,

I2 - энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг,

х2 - удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в..

Значение х2 находим по I-х диаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему расчитываем значение I2.

Удельный расход абсолютно сухого воздуха:

Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

.

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

,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 ΔХср. - 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=βv.

Коэффициент массоотдачи вычисляем по эмпирическому уравнению:

где ρср. - 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);

β - степень заполнения барабана высушиваемым материалом;

β=14%;

Р0 - давление, при котором осуществляется сушка, Па;

Р0=105 Па;

n - частота вращения барабана, об/ мин;

n=3 об/ мин.

ω - скорость газов в барабане, м/с;

ω=3 м/с;

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

ρср.=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 ΔХср. определим по уравнению:

Средняя движущая сила ΔРср, 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)

Δtср.- средняя разность температур, град.

Для вычисления Δtср. 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