Распылительная сушилка

метки: Сушилка, Распылительный, Расчет, Продукт, Сушка, Температура, Формула, Уравнение

Рассчитать и спроектировать сушильную установку непрерывного действия для высушивания влажного материала.

Производительность сушилки G1 влажного материала. Начальная влажность высушиваемого материала ω1, конечная – ω2.

Температура и влажность наружного воздуха t ₀ . Температура воздуха на входе в сушилку – t₁ , температура воздуха на выходе из сушилки – t₂ ,относительная влажность на выходе из сушилки – j₂ . Температура материала на входе в сушилку Q1. Теплоемкость материала Cm.

Исходные данные:

Наименование параметра	Значение
Шифр	21
G1, т/ч	0.5
ω1, %	45
ω2, %	5
t 1 , o C	180
t 2 , o C	90
Q1, o C	60
t 0 , o C зима	-9.6
t 0 , o C лето	18,6
φ 0 , % зима	92
φ 0 , % лето	77
Сm, ккал/(кг*град)	1,29
Тип сушилки	распылительная
Высушиваемый материал	сыворотка
Город	Орел

Введение.

В пищеперерабатывающей промышленности распылительные сушилки используются главным образом в тех случаях, когда желателен кратковременный контакт продукта с теплоносителем-воздухом. Например, распылительные сушилки применяют для сушки жидких продуктов (молоко, кровь, бульоны, меланж и т.п.) с превращением жидкого продукта в сухой растворимый продукт.

При использовании этого метода, подаваемый на сушку специальными риспособлениями (форсунками и центробежными дисками) жидкий продукт распыляется в сушильной камере, через которую проходит нагретый газ-теплоноситель (воздух).

Под распылением подразумевают диспергированние струи жидкости, сопровождающееся образованием большого количества полидисперсных капель. Благодаря развитой поверхности диспергированных частиц проходит интенсивный тепло- и массообмен с агентом сушки, при этом распыленные частицы быстро отдают влагу. Весь процесс сушки занимает всего несколько секунд, причем максимальная температура частиц в процессе испарения влаги в зоне повышенных температур не превышает температуры, при которой продукт сохраняет основные физико-химические свойства, что особенно ценно при сушке материалов, чувствительных к действию высоких температур.

При сушке распылением можно изменять в определенных пределах некоторые показатели получаемых порошков: величину частиц, влажность, насыпную массу. При использовании сушки методом распыления получается готовый продукт, не требующий дальнейшего измельчения. Может быть сокращен и полностью механизирован технологический цикл получения сухого продукта.

Хорошая растворимость, образующегося при сушке мелкодисперсного порошка в ряде случаев имеет большое значение (например, при разведении водой сухого молока).

К недостаткам распылительных сушилок можно отнести: большие размеры сушильной камеры вследствие малой скорости сушильного агента и, соответственно, низкого напряжения камеры по влаге; значительный расход энергии и тепла; сложное оборудование сушильной установки (распылительные и пылеулавливающие устройства).

1. Расчет сушильной камеры

Количество выпаренной влаги определяю исходя из материального баланса сушки по формуле:

=

Количество высушенного материала G ₂ :

1.2. Геометрический расчет сушильной камеры

Объем камеры определяю по формуле:

м ³ ,

где: W — количество выпаренной влаги, кг/час;

А = 5 кг/(м ³ час) — напряжение объема сушильной камеры.

м

³

Камера имеет форму цилиндра с коническим дном с соотношением высоты H к диаметру D равном 1.2. Исходя из этого диаметр определяю по формуле:

При этом высота будет равна 1.2×D = 1.2×3.548 = 4.258м.

Теплопотери в окружающую среду — по уравнению

принимая теплопотери с 1 м ² 100 ккал/ч:

испаренной влаги

Теплопотери на нагрев продукта — по уравнению

Где — температура материала на выходе из сушилки, принимается равной полусумме температур сушильного агента.

Определяют теплоемкость материала по уравнениям:

Для сырого

=

Для высушенного

=1,29

Сумма теплопотерь— по уравнению

1.4. Определение расходов воздуха и теплоты

Влагосодержание:

а) наружного воздуха —по уравнению:

Летние условия.

Зимние условия

Где Pn0л, Pn0з – давление насыщенного водяного пара при t0л и t0з. P – барометрическое давление на входе в сушилку.

Потерей напора в сушильной башне при расчетах влагосодержаний и относительных влажностей пренебрегают.

б) на выходе из сушильной башни — по уравнению:

Летние условия

Зимние условия

В уравнение входят теплоемкости влажного воздуха на 1 кг сухого воздуха, рассчитанные по уравнению:

Летние условия

=

Зимние условия

=

Теплосодержание водяного пара на выходе из башни — по уравнению:

=

Относительная влажность воздуха на выходе из башни — по уравнению:

Летние условия

=

Зимние условия

=

Давление водяного пара (мм. рт. ст.) в зависимости от температуры принято:1.95 при -9,8° С ,17.54 при 20° С; 525.9 при 90° С.

Относительный расход абсолютно сухого воздуха на сушку по уравнению:

Летние условия

=

Зимние условия

=

Расход тепла на сушку — по уравнению:

Летние условия

=

Зимние условия

=

Расход воздуха и тепла в сушильной башне за 1 ч работы сушилки по уравнениям:

Летние условия

=

=

Зимние условия

=

=

1.5. Определение скоростей витания и осаждения высушиваемых частиц в сушильной камере

Плотность сухого молока определяют по формуле:

где: rw = 965 кг/м3 — плотность воды при температуре t2 = 90 oC.

Принимают приведенный диаметр частицы сухого молока dпр = 45 мкм. Значение критерия Архимеда определяют по формуле:

где: rwoz = 0.98 кг/м3 — плотность воздуха при температуре t2 = 90 ^о С;

μ = н*с/м ² – дин. вязкость воздуха при температуре t2 = 90 ^о С.

Для предварительной оценки Re используют интерполяционную зависимость, для значений Ar<10 ⁸ :

• Для Re<2 — коэффициент сопротивления воздушному потоку. Тогда определяют Re по формуле:

Скорость витания по формуле:

Следовательно, минимальная скорость воздушного потока не должна быть меньше м/с

Для расчета скорости осаждения определим Re по форумуле:

• Где b=1/13.9 n=0.6 для ламинарного режима(при Ar<3.6).

Скорость осаждения по формуле:

1.6. Расчет распылительной форсунки

Для дальнейшего расчета принимают перепад давления жидкости на форсунке ΔP = 160 атм = 16.6 МПа (из диапазона 150 — 200 атм).

Диаметр выходного отверстия форсунки определяют по формуле:

• где: m = 0.6 — коэффициент расхода;[1]

r _м = 1036 кг/м³ — плотность обезжиренного молока;

Скорость выхода струи молока определяют исходя из постоянства расхода по формуле:

Максимальный диаметр капель при распылении определяют по формуле:

где: r _woz = 0.779 кг/м³ — плотность воздуха при температуре t₁ = 190 ^o C;

• s = 0.006 кг/м — поверхностное натяжение молока;[1]

u _м — скорость выхода струи молока, м/с;

• k = 2.5 — коэффициент, зависящий от свойств распыляемой жидкости.[1]

Для обеспечения рабочих режимов форсунки (производительность G ₁ = 500 кг/ч и рабочее давление P = 160 атм.) подходит центробежный пищевой насос серии НВД 0.5, его основные характеристики:

• Подача, м³ /ч — 0.3 — 0.7;
• напор, м 2000 ;
• мощность и частота вращения э/д 4,0 / 1500 кВт/об/мин
• материал — нержавеющая кислотно-стойкая сталь;
• габаритные размеры (LxBxH), мм 815х555х400
• масса агрегата, кг 135
• взрывобезопасное исполнение.

2. Расчет и подбор калорифера

Калорифер рассчитывают при его эксплуатации на зимнее время работы.

Чтобы определить оптимальную массовую скорость, следует подобрать соответствующие коэффициенты. Для калориферов модели КФБ по табл. 37 [2]: М = 1,04; S = 110; m=1.72, b=10 n=0.42, e=0.175 Коэффициент экономических характеристик принимаем равным 568.

Средняя разность температур пара и воздуха при подогреве

в калорифере по уравнениям:

Где tp=132.9 — температура пара при p=3 атм

Оптимальная массовая скорость воздуха — по уравнению:

Затем подбирают калорифер, обеспечивающий оптимальную или близкую ей объемную скорость по уравнению

, где L _{сек -расход воздуха на сушку за 1 секунду.}

При у=1 и fk = 0,558 м ² получают:

Эту скорость и применяют в дальнейшем расчете.

Коэффициент теплопередачи — по уравнению

Поверхность теплопередачи — по уравнению:

выбираем калорифер КФБО-6, F _k =61,2 м² , x=5

Установочная поверхность: