Задание: рассчитать стационарную непрерывно действующую зерносушилку шахтного типа с воздухораспределительными коробами, состоящую из двух параллельно работающих шахт, с двумя зонами сушки и зоной охлаждения зерна в каждой шахте.
Исходные данные для расчета:
- производительность сушилки (в плановых единицах) – Мпл = 24 т/ч = 24000 кг/ч
- культура - пшеница
- влажность зерна:
• начальная (на входе в сушилку)-w1 = 20 %;
• конечная (на выходе из зерносушилки) –= 14 %;
• температура зерна на входе в сушилку- θ1 = 5 °С;
• параметры атмосферного воздуха:
- температура – to = 5 °С;
- относительная влажность – φо = 60 %;
- барометрическое давление - В, Па (мм рт.ст.);
• сушилка работает на смеси воздуха с продуктами сгорания топлива;
• топливо – соляровое масло;
• режим сушки зерна - двухступенчатый.
Свежее зерно влажностью w1, и температурой θ1 поступает в надсушильный бункер и далее в сушильно-охладительные шахты. В первую зону сушки подаётся сушильный агент температурой , во вторую -температурой , в зону охлаждения зерна - атмосферный воздух температурой t0 . В первой зоне сушки влажность зерна снижается до значения , во второй - до , в зоне охлаждения зерна - до. Температура зерна в первой зоне сушки возрастает до значения , во второй зоне сушки – до , а в зоне охлаждения зерна снижается до значения .
Из проектно-расчетной схемы следует, что для расчета сушилки требуются дополнительные данные.
1. Температуру сушильного агента на входе в зоны сушки принимаем в соответствии с рекомендуемым режимом сушки зерна заданной культуры в зависимости от начальной влажности зерна – w1 :
- на входе в первую зону сушки = 130°С;
- на входе во вторую зону сушки = 150°C.
2. Предельно (максимально) допустимую температуру нагрева зерна на выходе из второй зоны сушки принимаем также по таблице = 60°С.
3. На основе опыта эксплуатации шахтных прямоточных зерносушилок принимаем следующие данные:
а) снижение влажности зерна:
• в первой зоне сушки до = 17%;
• во второй зоне сушки до= 14,5%;
б) температуру зерна на выходе из первой зоны сушки -= 35°C;
в) относительную влажность отработавшего агента сушки:
" • на выводе из первой зоны сушки - = 70%;
• на выходе из второй зоны сушки - = 60%;
, г) температура зерна на выходе из зоны охлаждения не должна быть выше температуры атмосферного воздуха более чем на 5-10 °С, т.е.
д) температуру отработавшего воздуха на выходе из зоны охлаждения зерна принимаю! в пределах:
≤ ≤
е) удельные потери теплоты в окружающую среду:
- для первой и второй зон сушки - = = 20 кДж/кг и. вл.;
- для зоны охлаждения зерна - , кДж/кг и. вл.
4. Характеристику топлива выбираем по справочным данным.
Тепловой расчёт сушилки проводим графоаналитическим методом с построением на I - d диаграмме процесса нагрева атмосферного воздуха путём смешения его с продуктами сгорания топлива, процессов изменения состояния сушильного агента в зонах сушки и атмосферного воздуха в зоне охлаждения зерна.
Рассчитываемая зерносушилка имеет две зоны сушки, различающиеся температурой сушильного агента. В связи с этим определяем параметры сушильного агента, поступающего в каждую из зон сушки.
Расчет параметров сушильного агента, поступающего в зоны сушки
А. Для случая работы сушилки на жидком топливе
Определяем массу воздуха, теоретически необходимого для сжигания 1 кг топлива по формуле:
= 0,115 Ср + 0,346 Нр - 0,043 ( Ор - Sp ), кг с.в./кг,
= 0,115∙86.5 + 0,346∙ 12.8 - 0,043 ( 0.15-0.4 ) =14.39 кг с.в./кг,
где Ср, Нр, Ор, Sp - массовая доля углерода, водорода, кислорода и серы в топливе (на рабочий состав), %.
Общий коэффициент избытка воздуха в сушильном агенте, поступающем в первую
зону сушки:
где - высшая теплота сгорания топлива, определяемая по формуле:
= 339 Ср + 1257 Нр - 109 (Ор – Sр), кДж/кг;
= 339 ∙86,5+ 1257∙12,8 - 109∙ (0,15 – 0,4) = 45440,35 кДж/кг;
- коэффициент полезного действия топки; принимают в пределах 0,96 - 0,98;
∙- количество тепла, образующегося при сгорании 1 кг топлива;
ст - удельная теплоёмкость топлива; ст = 1,7 кДж/(кг • К);
tт - температура топлива; tт = to;
cт • tт - физическое тепло, вносимое в топку с топливом ;
- удельная энтальпия пара в агенте сушки, определяемая по формуле: = r0 +cn∙, =2500+ 1,84 , кДж/кг,
=2500+ 1,84∙130 = 2739,2 кДж/кг,
- температура агента сушки, поступающего в первую зону сушки;
ссм - удельная теплоёмкость сухой смеси воздуха с продуктами сгорания топлива; значение ссм принимают равной удельной теплоёмкости сухого воздуха; ссм -cc.в. = 1,01 кДж/(кг ∙К);
do- влагосодержание атмосферного воздуха , поступающего в топку. Значение do находим на I - d диаграмме по заданным значениям температуры tо и относительной влажности φ0 атмосферного воздуха ;
io- энтальпия атмосферного воздуха, поступающего в топку; значение i0 находим на I - d диаграмме по заданным значениям температуры tо и относительной влажности φ0 атмосферного воздуха.
= 22,22
Определяем влагосодержание сушильного агента, поступающего в первую зону сушки:
, г/кг с.в.
= 6,81 г/кг с.в.
Аналогично определяем общий коэффициент избытка воздуха в сушильном агенте, поступающем во вторую зону сушки:
= 2500 + 1,84, кДж/кг
= 2500 + 1,84∙150 = 2776, кДж/кг
= 19,16
Влагосодержание сушильного агента, поступающего во вторую зону сушки:
= 6,81 г/кг с.в.
Расчёт процесса сушки зерна
Расчёт начинаем с определения производительности зерносушилки по свежему (сырому) зерну в физических т/ч:
М1 = ,
где Кв - коэффициент пересчёта массы просушенного зерна в плановые тонны. Значение его принимаем по таблице (в нашем случае Кв = 1) . Следовательно М1 = Мпл = 24000 кг/ч.
Далее определяем количество (массу) испаряемой влаги в каждой зоне сушки:
в первой зоне:
W1 = , кг/ч
где М1 - производительность сушилки, кг/ч;
W1 = = 867,47 кг/ч
во второй зоне сушки:
W1 = , кг/ч
W1 = = 676,39 кг/ч
Для определения расходов воздуха и теплоты в зонах сушки в соответствии с методикой графоаналитического расчёта необходимо построить на I - d диаграмме процессы изменения состояния сушильного агента в этих зонах (процессы сушки).
Для построения процессов определяем разность добавлений и потерь теплоты в зонах сушки: в первой зоне сушки:
, кДж/кг и.вл. ,
где свл -удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг∙К );
- удельные потери теплоты на нагрев зерна, кДж/кг и.вл.;
=, кДж/кг и.вл.,
где удельная теплоемкость зерна при влажности w'2, приближенно определяемая по формуле смешения:
= , кДж/(кг∙К ),
где - удельная теплоемкость абсолютно сухого вещества зерна;
= 1,55 кДж/(кг∙К);
= = 2 кДж/(кг∙К ),
== 1600 кДж/кг и.вл.,
= -1599,05кДж/кг и.вл. ,
во второй зоне сушки:
, кДж/кг и.вл. ,
где =, кДж/кг и.вл.,
= , кДж/(кг∙К ),
= = 1,93 кДж/(кг∙К ),
== 1601,9 кДж/кг и.вл.,
= -1475,25 кДж/кг и.вл. ,
Переходим к построению на l-d диаграмме процессов изменения состояния сушильного агента (процессов сушки). На линиях постоянной энтальпии и , проходящих через точки В' и В", выбираем произвольные точки е' и е". Проводим через них горизонтальные линии до пересечения соответственно с линиями =const и =const в точках f' и f ". Измеряем длину отрезков: e'f ' и е"f "в мм.
e'f '= 123 мм, е"f "=115 мм
Далее по формулам:
е'Е' = е'f ', мм
е'Е' = 123= -788 мм
е''Е'' = е''f '', мм
е''Е'' = 115= - 679 мм
рассчитываем величины отрезков е'Е' и е"Е", где md и mi, - масштабы влагосодержания и энтальпии на l-d диаграмме.
Откладываем отрезки е'Е' и е"Е" соответственно от точек е' и е" по вертикали вниз при отрицательных значениях ∆' и ∆" или вверх при положительных значениях ∆' и ∆". Через точки В' и Е', В" и Е" проводим прямые до пересечения соответственно с линиями заданной относительной влажности отработавшего агента сушки равной 70% и равной 60%.
На пересечении с линией получаем точку С', характеризующую состояние отработавшего агента сушки на выходе из первой зоны сушки. Линия В'С' изображает процесс изменения состояния агента сушки в первой зоне сушки. На пересечении с линией получаем точку С", характеризующую состояние отработавшего агента сушки на выходе из второй зоны сушки. Линия В"С" изображает процесс изменения состояния агента сушки во второй зоне сушки.
Проводим через точки С' и С" горизонтальные линии до пересечения соответственно с линиями =const и = const. На пересечении с линией =const получаем точку Д', а на пересечении с линией =const точку Д". Измеряем длины отрезков С'Д' и С"Д" в мм.
С'Д' = 112 мм, С"Д"= 144 мм
Определяем удельные расходы сухого воздуха:
в первой зоне сушки:
, кг с.в./кг и вл.
= 44,64, кг с.в./кг и вл.
во второй зоне сушки:
, кг с.в./кг и вл.
= 34,72, кг с.в./кг и вл.
Массовые расходы сухого воздуха:
в первой зоне сушки:
L' =l' ∙W' , кг с.в./ч
L' =44,64∙867,47 = 38723,86 кг с.в./ч
во второй зоне сушки:
L'' =l'' ∙W'' , кг с.в./ч
L'' =34,72∙676,39 = 23484,26 кг с.в./ч
Объемные расходы сушильного агента, поступающего в зоны сушки: V = L ∙ (v0)1, м 3/ч,
где (v0)1 - удельный объем влажного воздуха, отнесенный к массе его сухой части, м3/ кг с.в.
На входе в первую зону сушки:
, м3/ч
, м3/ч
Значение (v0)'1 находим по таблице в зависимости от температуры и относительной влажности, агента сушки, поступающего в первую зону сушки ( в точке В' на l-d диаграмме).
(v0)'1 = 1,174 м3/кг
На входе во вторую зону сушки:
, м3/ч
, м3/ч
Значениенаходим по таблице в зависимости от температуры и относительной влажности агента сушки, поступающего во вторую зону сушки (в точке В" на I-d диаграмме).
= 1,236 м3/кг
Определяем удельные расходы теплоты в зонах сушки.
Проводим через точку А прямую линию d0=const до пересечения с линиями постоянной энтальпии и . На пересечении с линией =const получаем точку F', а на пересечении с линией =const -точку F". Измеряем длины отрезков AF' и AF".
AF' = 266 мм, AF" = 328 мм;
Удельный расход теплоты:
в первой зоне сушки:
q'=1000, кДж/кг и. вл.
q'=1000 = 5937,5 кДж/кг и. вл.
во второй зоне сушки:
q''=1000, кДж/кг и. вл.
q''=1000 = 5994,44 кДж/кг и. вл.
Общий расход теплоты: в первой зоне сушки:
Q' = q'∙ W', кДж/ч,
Q' = 5937,5∙ 867,47 = 5150603,1 кДж/ч,
во второй зоне сушки:
Q" = q"∙ W ", кДж/ч,
Q" = 5994,44∙ 676,39 = 3851662,2 кДж/ч.
Суммарный расход теплоты во всей зерносушилке:
Q = Q' + Q", кДж/ч,
Q = 5150603,1+3851662,2 = 9002265,3 кДж/ч.
Удельный расход теплоты на 1 кг испаряемой влаги:
q = , кДж/кг и.вл.,
где W - общее количество испаренной влаги в зерносушилке:
W = M1, кг/ч
W = 24000= 1674,42 кг/ч
q = = 5376,35 кДж/кг и.вл.
Расчет процесса охлаждения зерна
Процесс охлаждения зерна сопровождается испарением влаги. Определяем количество испаряемой влаги:
W"' = (M1 − W'− W'') ,кг/ч,
W"' = (24000 −867,47− 676,39) = 130,56 кг/ч.
Для определения расхода воздуха на охлаждение зерна в соответствии с методикой графоаналитического расчета необходимо построить на I-d диаграмме процесс изменения состояния атмосферного воздуха в зоне охлаждения зерна.
Для построения процесса определяем разность добавлений и потерь теплоты в зоне охлаждения:
∆''' = (свл ∙+) − , кДж/кг и.вл.,
где - количество теплоты, отдаваемое нагретым зерном в процессе охлаждения, в расчете на 1кг испаряемой влаги;
= , кДж/кг и.вл.,
где - удельная теплоемкость зерна влажностью :
= , кДж/(кг∙К ),
= = 1,92 кДж/(кг∙К ),
= = −15759,36 кДж/кг и.вл.,
∆''' = (4,19 ∙ 60−15759,36) −20 = 15990,76 кДж/кг и.вл.,
Переходим к построению на I-d диаграмме процесса изменения состояния атмосферного воздуха в зоне охлаждения (процесса охлаждения зерна). На линии постоянной энтальпии I0, проходящей через точку А, выбираем произвольную точку е'". Проводим через нее горизонтальную линию до пересечения с линией do=const в точке f "'. Измеряем длину отрезка .
= 28 мм
Далее по формуле:
=
= 28= 179,1 мм
рассчитываем величину отрезка . Откладываем отрезок от точки по вертикали вверх. Через точки А и проводим прямую до пересечения с изотермой − температурой отработавшего воздуха на выходе из зоны охлаждения зерна. Линия АС" изображает процесс изменения состояния атмосферного воздуха в зоне охлаждения. Проводим через точку горизонтальную линию до пересечения с линией d0=const, получаем точку. Измеряем длину отрезка вмм.
= 9 мм,
Определяем удельный расход сухого воздуха на охлаждение зерна:
, кг с.в./кг и вл.
= 555,56 кг с.в./кг и вл.
Массовый расход сухого воздуха:
L''' =l''' ∙W''' , кг с.в./ч
L''' =555,56 ∙ 130,56 = 72533,91 кг с.в./ч
Объемный расход атмосферного воздуха, поступающего в зону охлаждения зерна:
, м3/ч
где (v0)1"'- удельный объем влажного воздуха, отнесенный к массе сухой его части в м3/кг сухого воздуха при t0 и относительной влажности φ0 (в точке А на I-d диаграмме), находим по таблице.
(v0)1"'= 0,8080 м3/кг
, м3/ч
Расчет расхода топлива на сушку зерна
Определяем часовой расход натурального топлива (жидкого или газообразного):
В = , кг/ч
В = = 306,93 кг/ч
Часовой расход условного топлива:
, кг у.т./ч
где - низшая теплота сгорания условного топлива;
= 29330 кДж/кг.
кг у.т./ч
Удельный расход условного топлива на одну плановую тонну просушенного зерна:
, кг у.т./пл.т.,
где Wy - количество испаренной влаги, соответствующее одной плановой тонне просушенного зерна:
кг;
W- общее количество испаренной влаги в зерносушилке.
= 12,79 кг у.т./пл.т.