Распылительная сушилка

Содержание

Задание……………………………………………………………….. 3

Введение……………………………………………………………… 4

1. Расчет сушильной камеры……………………………………… 6

1.1. Материальный расчет сушильного процесса…………. 6

1.2. Геометрический расчет сушильной камеры..………….. 6

1.3. Расчет теплопотерь при сушке………………………….. 7

1.4. Определение расходов воздуха и теплоты…………… 8

1.5. Определение скоростей витания и осаждения    высушиваемых частиц в сушильной камере..………. 10

1.6. Расчет распылительной форсунки……………………… 11

2. Расчет и подбор калорифера………………………………….. 12

3. Расчет и подбор вспомогательного 

оборудования сушильной  установки………………………… 14

3.1. Расчет и подбор пылеотделительных устройств…….   14

3.1.1. Расчет центробежного циклона………………...   14

3.1.2. Расчет скруббера………….……………….……..   16

3.1.3. Расчет рукавного фильтра……………………..   17

3.2. Расчет и подбор вентилятора……………………………   17

Заключение………………………………………………………   19

Список использованной литературы…………………………  20 

Задание

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 t₀. 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
t1, oC	180
t2, oC	90
Q1, oC	60
t0, oC зима	-9.6
t0, oC лето	18,6
φ0, % зима	92
φ0, % 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

 

1. Материальный расчет сушильного процесса

 

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

=

Количество высушенного материала G₂:

 

 

1.2. Геометрический расчет сушильной камеры

 

Объем камеры определяю по формуле:

 м³, 

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

А = 5 кг/(м³час) - напряжение объема сушильной камеры.

м³

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.

 

 

 

3. Расчет теплопотерь при сушке

 

Теплопотери в окружающую среду  — по уравнению 

,

принимая теплопотери с 1 м² 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 ^оС;

μ = н*с/м² – дин. вязкость воздуха при температуре t2 = 90 ^оС.

Для предварительной оценки Re используют интерполяционную зависимость, для значений Ar<10⁸:

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 ^oC;

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 G₁ = 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 м² 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: