Барабанная сушилка

Задание № 6

Барабанная  сушилка 

       Спроектировать барабанную сушилку непрерывного действия. Исходные данные выбрать по своему варианту из таблицы № 6.

     Таблица № 6 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Введение 

      Сушка – тепломассообменный процесс удаления влаги из материала путём её испарения и отвода образующихся паров. Основу сушки составляет массообмен. Технологическое назначение сушки: обезвоживание продуктов с целью увеличения их сроков хранения, придания товарного вида и улучшения транспортабельности. При этом все первоначальные пищевые свойства продуктов должны быть сохранены, а в некоторых случаях улучшены. Сушке подвергают многие пищевые продукты и полуфабрикаты, как твёрдые и сыпучие, так и жидкие, и пастообразные.

      Различают конвективную и контактную сушку.

      Конвективная  сушка - сушка влажного материала в потоке газообразной среды (сушильного агента). Контактная сушка – сушка влажного материала находящегося непосредственно на нагретой металлической поверхности.

      Способ  сушки и интенсивность теплового  воздействия сушильного агента зависят от вида связи влаги с материалом и соответственно – от природы материала. Существуют три вида связи влаги с материалом: химическая, физико-химическая, механическая. Первая является наиболее прочным видом связи и удаляется только контактной сушкой.

      Сушка характеризуется двумя движущим силами: средней разностью концентраций (ΔС) вещества между фазами (С₁ и С₂ ) и средней разностью температур Δt температур  между сушильным агентом t₂ и материалом t₁.  

ΔС = С₁ - С₂                                        (4.1) 

Δt = t₂ - t₁                                              (4.2) 

      Наиболее  распространённым видом сушки является конвективная сушка. Данная сушка проходит в три стадии:

      1. Перемещение влаги от центральных  слоёв к поверхностным внутри  материала.

      2. Парообразование влаги.

      3. Перемещение пара от поверхности   в окружающий воздух.

      На  второй стадии процесса затрачивается  значительное количества тепла, пропорциональное массе испаряемой влаги и удельной теплоте парообразования.

      В итоге вся масса удалённой влаги (m) складывается из массы, удалённой за счёт влагопроводности (m_w), и массы, удалённой за счёт теплопереноса (m_t).

      m = m_w + m_t                                          (4.3) 

        Конвективная сушка проходит  в три периода:

- период  прогрева материала;

- период  постоянной скорости;

- период  падающей скорости.

      Основная  масса влаги W удаляется в периоде постоянной скорости:

                                     

      W = β_p · F · (p₁ – p₂) · τ                              (4.4) 

      где β_p - коэффициент массоотдачи;

      p₁ - парциальное давление паров воды в пограничном водяном слое;

      p₂ - парциальное давление паров воды в окружающем воздухе.

      Конвективная  сушильная установка включает в  себя: вентилятор, калорифер, сушильную  камеру, транспортирующие механизмы и другое вспомогательное оборудование.

      Уравнение материального баланса сушильной  установки непрерывного действия имеет  вид: 

L + L· x₀ + m₁ = L + L· x₂ + m₂                              (4.5) 

      где L - массовый расход подаваемого вентилятором воздуха в сушильной установке, кг/с;

        m₁; m₂ – массовые расходы влажного и сухого материала, кг/с;

      x₀ ; x₂ - начальное и конечное влагосодержания в воздухе, кг/кг.

      Из  уравнения (5) находят расход воздуха  L, необходимый для подбора вентилятора и теплового расчёта сушилки. 

L = (m₁ -  m₂ ) / (x₂  - x₀ )                                (4.6) 

      Откуда  удельный расход воздуха, характеризующий  технико-экономическую эффективность  работы сушильной установки, определится:

                                   l = 1 / (x₂  - x₀ )                                              (4.7) 

      Составляем  уравнение теплового баланса  сушилки: 

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇                       (4.8) 

      где Q₁ , Q₂ ,…, Q₇ - тепловые потоки в Вт, входящие и выходящие из сушильной камеры:

      Q₁ – с нагретым после калорифера воздухом;

      Q₂ - с влажным материалом;

      Q₃ - с транспортными механизмами;

      Q₄ - с отработанным воздухом на выходе из сушилки;

      Q₅ - с высушенным материалом;

      Q₆ - с транспортными механизмами;

      Q₇ - с тепловыми потерями. 

      Из  уравнения теплового баланса  определяют затраты тепла на сушку, тепловую поправку на действительный сушильный процесс Δ в кДж/ кг и далее – реальный расход воздуха L, а также тепловую нагрузку калорифера Q_к в кВт. 

                                   Q_к = L · (I₁ – I₀)                                         (4.9) 

      где I₁, I₀ - энтальпии воздуха соответственно после и до калорифера, кДж / кг. 

   Процесс сушки строят  в I- х (I- d) диаграмме Рамзина для влажного воздуха (рисунок 14). 
 

Рисунок 14. Построение процесса сушки в I – d  диаграмме 

   1. На пересечении линии t_Со = const и t_Мо = const находится точка А, характеризующая состояние свежего воздуха. Для этого воздуха определяется удельное влагосодержание х₀, удельная энтальпия I₀, относительная влажность j₀.

   2. Так как в процессе нагревания  воздуха его удельное влагосодержание не изменяется, х₁ = х₀, то положение точки В, характеризующей состояние воздуха после калорифера, определится пересечением линии d₀ = const  и линии t_С1 = const.

   Для этой точки определяются удельная энтальпия  I₁ и относительная влажность j₁.

   3. На пересечении линии t_С2, =const и линии t_М2 = const находится точка С, характеризующая состояние отработавшего воздуха.

   Для этой точки определяются удельное влагосодержание  х₂, удельная энтальпия I₂ и относительная влажность j₂. Таким образом, на I – х диаграмме получены три точки:

   точка А, характеризующая состояние (параметры) воздуха перед калорифером;

   точка В, характеризующая состояние воздуха  после калорифера;

   точка С, характеризующая состояние отработавшего  воздуха после сушилки.

   Линия АВ изображает изменение параметров воздуха в процессе подогрева в калорифере.

   Линия ВС изображает изменение параметров воздуха в процессе сушки.

   Весь  процесс изображается ломаной линией АВС.

      Для сушки пищевых и других продуктов  применяют сушилки различных конструкций. На распылительных сушилках высушивают жидкие продукты: молоко, сливки, соки и многие другие. Овощи, фрукты, мясо и другие продукты высушиваются в сублимационных сушилках. На ленточных сушилках высушиваются сыпучие и мелкоштучные продукты.

      При первичной переработке продуктов  сельскохозяйственного производства часто применяются вращающиеся барабанные агрегаты, в которых обрабатываются как сыпучие, так и пастообразные материалы. Барабан вращается вокруг продольной оси и наклонен к горизонту. Введенный материал медленно продвигается к выходному отверстию. Теплота принимается материалом от омывающего теплоносителя, которому он отдает влагу, при этом температура теплоносителя понижается. Кроме вращающихся барабанных агрегатов с непрерывным потоком материала имеются сушилки с периодическим режимом работы.  

      Сушилки конструктивно просты, не требуют больших затрат на обслуживание.В сушилках непрерывного действия теплоноситель и материал вводятся в агрегат в зависимости от потребности прямотоком или противотоком. Известны барабанные агрегаты, работающие в прямотоке (рисунок 15) и в противотоке (рисунок 16).