Проектирование аппарата для сушки молока

       ^оС (4.12)

      Количество  тепла, передаваемое в рекуператоре, определяю по формуле:

        Вт, (4.13)

где: с_воз = 1005 Дж/(кг К) - теплоемкость воздуха [1: стр. 12].

Вт = 57.6 кВт.

      При охлаждении исходящего воздуха в  рекуператоре может образовываться конденсат, для определения объема этого конденсата на I-d диаграмме (приложение 1) строю линию процесса охлаждения воздуха.

      Сначала охлаждение происходит при постоянном  влагосодержании, пока относительная  влажность воздуха не достигнет 100% (вертикальная пунктирная линия  от точки С1 до пересечения с линией 100% влажности), затем процесс протекает с конденсацией влаги (по линии 100% влажности). Точка E, характеризующая параметры воздуха на выходе из рекуператора, находится на пересечении изотермы t_ух = 30 ^оС и линии 100% влажности.

      Количество  сконденсировавшейся влаги определяю по формуле:

       кг/с, (4.14)

где: d_Е = 27.5 г/кг - влагосодержание воздуха в точке E I-d диаграммы.

 кг/с.

      Так количество выделяемого конденсата незначительно по сравнению с  расходом воздуха (<1%), то в дальнейшем расчете пренебрегаю уменьшением эффективной площади теплообмена за счет образования конденсата.

      Площадь поверхности теплообмена рекуператора определяю по формуле:

        м², (4.15)

где: k - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К).

      Коэффициент теплоотдачи определяю по эмпирической формуле [1: стр. 12]:

        Вт/(м²К). (4.16)

 м²

      Эффективную площадь теплообмена одной пластины определяю по формуле:

        м² (4.17)

      Необходимое количество пластин определяю по формуле:

        (4.18)

      Соответственно  проходов для движения воздуха между  пластинами - n_пр =252, а для движения воздуха в каждом направлении n₂ = 126.

      Площадь сечения по воздуху определяю  по формуле:

        м², (4.19)

где: r_в = 1.093 кг/м³ - плотность воздуха при температуре 50 ^оС (средняя температура воздуха в рекуператоре) [1: таблица 8].

м².

      Расстояние  между пластинами определяю по формуле:

        м (4.20)

м = 1.7 мм.

      Таким образом общую толщину пакета пластин определяю по формуле:

        м (4.21)

 м. 

4.4. Расчет калорифера.

      Калорифер представляет из себя набор из одинаковых оребренных ТЭН (РЭН) мощностью N’ = 2 кВт/п.м. и с площадью оребрения F’ = 0.75 м². Для дальнейшего расчета принимаю температуру поверхности РЭН t_к = 400 ^oC.

      Конструктивно принимаю габариты проходного сечения  калорифера из расчета размещения его  на рекуператоре: ширина b_к = 0.5 м, высота h_к = 0.81 м.

      Проверяю  тепловую нагрузку на 1 погонный метр РЭН.

      Количество  теплоты, отдаваемое с 1 п.м. РЭН определяю  по формуле [1: стр18]:

        Вт, (4.22)

где: k - коэффициент теплопередачи от поверхности РЭН к воздуху, Вт/(м²К);

      Dt_ср - средний температурный напор калорифера.

      Коэффициент теплопередачи определяю по эмпирический формуле [1: стр18]:

       . (4.23)

где: n_кал - скорость воздуха в калорифере, м/с.

      Скорость  воздуха в калорифере определяю по формуле (с учетом того, что площадь прохода по воздуху в калорифере составляет 2/3 от общей площади сечения:

       м/с, (4.24)

где: r_к = 1.093 кг/м³ - плотность воздуха при температуре 50 ^оС (средняя температура воздуха в калорифере) [1: таблица 8].

м/с.

      Тогда:

 

      Разница температуры воздуха и поверхности  РЭН на входе в калорифер:

^оС.

      Разница температуры воздуха и поверхности  РЭН на выходе из калорифера:

^оС.

      Так как отношение Dt₁/Dt₂<2, то Dt_ср определяется как среднеарифметическое этих двух значений:

^оС.

      Подставляю  полученные значения в формулу 4.22:

 Вт = 4.3 кВт.

      Так как количество теплоты, отдаваемое с 1 п.м. РЭН больше удельной мощности РЭН, то общую длину оребренной поверхности РЭН можно определить по формуле:

       м, (4.25)

где: Q_c и Q_p - количество теплоты, необходимой для процесса сушки и количество теплоты переданное в рекуператоре соответственно, Вт.

м.

      Конструктивно принимаю длину оребренной поверхности одного РЭН - l₁ = 0.81 м,

тогда общее количество РЭН определяю  по формуле:

        (4.26)

      Так как по ширине калорифера укладываются 15 РЭН (наружный диаметр оребрения - 40 мм), то понадобится 4 ряда РЭН, а следовательно минимально возможная длинна калорифера будет 0.16 м. Реальную длину принимаю конструктивно. 

4.5. Расчет распылительной  форсунки.

      Расчет  произвожу по методике [5: стр.142].

      Выбираю форсунку с механическим распылением. Для дальнейшего расчета принимаю перепад давления жидкости на форсунке DP = 160 атм = 16.6 МПа (из диапазона 150 - 200 атм. [1: стр. 19]).

      Диаметр выходного отверстия форсунки определяю  по формуле [5: 6-63]:

       м, (4.27)

где: m = 0.6 - коэффициент расхода [5: стр.142];

      r_м = 1036 кг/м³ - плотность обезжиренного молока [1: таблица 7];

м.

      Максимальный  диаметр капель при распылении определяю  по формуле:

       м, (4.28)

где: r_в = 0.835 кг/м³ - плотность воздуха при температуре t₁ = 150 ^oC [1: таблица 8];

      s = 0.00745 кг/м - поверхностное натяжение молока [5: стр.142];

      u_м - скорость выхода струи молока, м/с;

      k = 2.5 - коэффициент, зависящий от свойств распыляемой жидкости [5: стр.142].

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

       м/с. (4.29)

м/с.

      Подставляю  полученные значения в формулу 4.28:

м = 156 мкм.

      Для обеспечения рабочих режимов  форсунки (производительность G₁ = 100 кг/ч и рабочее давление P = 160 атм.) подходит серийно выпускаемый одноплунжерный насос с регулируемой подачей НД(Э) 2.5 - 100/160 К13В, его основные характеристики:

• подача  - 100 л/ч;
• максимальное давление - 160 атм.;
• материал проточной части - хромоникелевая сталь 12Х18Н19Т;
• уплотнение - резиновые манжеты;
• взрывобезопасное исполнение.

      Данный  насос оснащается асинхронным электродвигателем номинальной мощностью N_дв = 2.2 кВт. 
 

4.6. Расчет фильтра.

      Так как известен максимальный диаметр  капли молока после распыления, определяю максимальный приведенный диаметр частицы сухого продукта по формуле:

       м, (4.30)

где: r_м = 1036 кг/м³ - плотность молока;

      r_с.м. - плотность сухого молока.

      Плотность сухого молока определяю по формуле:

       кг/м³, (4.31)

где: r_в = 971.8 кг/м3 - плотность воды при температуре t₂ = 80 ^oC [1: Таблица 3].

кг/м³.

м.

      Скорость  витания частицы сухого молока определяю  по методике [5: стр.123].

      Из  практики известно, что частицы сухого молока имеют шарообразную форму  и приведенный диаметр частицы  колеблется между 20 мкм и d_с.м. = 70 мкм, т.е. принимаю приведенный диаметр частицы сухого молока d_пр = 45 мкм.

      Значение  критерия Архимеда определяю по формуле:

       , (4.32)

где: r_воз = 1.0 кг/м3 - плотность воздуха при температуре t₂ = 80 ^оС [1: Таблица 8];

n = 21.1×10-6 м²/с - кинематическая вязкость воздуха при температуре t₂ = 80 ^оС [1: Таблица 8] (определяется как отношение динамической вязкости к плотности).

      Исходя  из полученного значения критерия Архимеда по номограмме [5: 6-5] определяю значение критерия Рейнольдса для витания шарообразной частицы Re_вит = 1.8.

      Так как значение критерия Рейнольдса находится в диапазоне 0.2 < Re_вит < 1000, то скорость витания частицы определяю по формуле:

       м/с, (4.33)

м/с 
 

      Т.е. вертикальная составляющая скорости движения воздуха в фильтре не должна превышать 0.84 м/с, чтобы основное количество крупных и средних частиц, оставшихся в воздухе после прохождения сушильной камеры, осело в осаждающей камере фильтра.

      Принимаю  рукавный тканевой фильтр с диаметром  рукавов d_рук = 0.2 м, и длиной рукава l_рук = 2.1 м. Тогда площадь фильтрующей поверхности одного рукава: