Выполнила

8.1. Примерный расчет распылительной сушильной установки
Задание: Высушивается культуральная жидкость. Производительность сушилки по испаренной влаге W = 1500 кг/ч. Влажность исходного водного ферментного раствора, поступающего на сушку, W₁ = 97 %. Влажность высушенного порошка ферментного препарата W₂ = 10 %. Температура исходного водного раствора, поступающего в сушилку, t₁ = 25 ºС. Температура порошка ферментного препарата, поступающего из сушилки, t₂ = 35 ºС. Сушка производится воздухом, нагреваемым в калорифере до 150 ºС. Напряжение объема сушильной башни по влаге А = 2,8 кг/м³ · ч.
Решение.
1. Материальный баланс.
Содержание сухих веществ в высушиваемом растворе:
G_сух = G₁ · (100 – W₁)/100 = G₂ · (100 – W₂)/100,
где G₁ – количество продукта перед сушкой;
G₂ – количество продукта после сушки.
G₂ = G₁ · (100 – W₁)
(100-W₂)
Производительность сушилки по испаренной влаге:
W = G₁ – G₂ = G₁ · [1 – (100 – W₁)] = G₁ · (W₁ – W₂)
(100 – W₂) (100 – W₂)
Часовое количество продукта перед сушкой:
G₁ = W · (100 – W₂) = 1500 · (100 – 10) = 1552 кг/ч
(W₁ – W₂) (97 – 10)
Количество получаемого сухого препарата:
G₂ = G₁ – W = 1552 – 1500 = 52 кг/ч
2. Определение размеров сушильной камеры.
Объем сушильной камеры:
V_суш = W/А = 1500/2,8 = 535,7 м³
Диаметр факела раствора, распыляемого с помощью диска, может достигать 8 м. Во избежание осаждения частиц раствора на стенки сушильной камеры принимаем диаметр сушильной башни D_б = 8 м. Нижняя часть башни снабжена усеченным конусом для пневманического подборщика: высота конуса Н_к = 0,5 м, диаметр меньшего основания 1 м.
Объем конической части сушилки (усеченного конуса):
V_к = (1/3) · π · Н_к · (R² + r² + R · r) = (3,14/3) · 0,5 · (4² + 0,5² + 4 · 0,5) = 9,55 м³,
где R и r – радиусы конуса сушильной камеры, R = 4 м, r = 0,5 м.
Объем цилиндрической части сушилки:
V_ц = 535,7 – 9,55 = 526,15 м³.
Высота цилиндрической части сушилки:
Н_ц = V_ц · 4 = 526,15 · 4 = 10 м.
π · D² 3,14 · 8²
3. Тепловой баланс сушилки и определение количества сушильного агента.
Удельный расход тепла на 1 кг испаренной влаги:
q_общ = q_м + q_исп + q_п = 1,03 + 2484,15 + 251,16 = 2736 кДж/кг испаренной влаги.
Тепло, уносимое из сушилки высушенным материалом:
q_м = (G₂/W) · c_м · (t₂ – t₁) = (52/1500) · 2,93 · (35 – 25) = 1,03 кДж/кг,
где с_м – теплоемкость высушенного материала (порошка), с_м = 2930 Дж/кг · К.
Тепло, расходуемое на испарение 1 кг влаги:
q_исп = 597 + 0,44 · t_п – q_р = 597 · 4,186 + 0,44 · 50 · 4,186 – 104,65 = 2484,15 кДж/кг
где t_п – температура воздуха, покидающего сушилку, ºС;
q_р – тепло, вносимое в сушилку 1 кг влаги, содержащейся в высушиваемом растворе.
q_р = 1 · 25 = 25 ккал/кг = 104,65 кДж/кг
q_п – потери тепла сушилкой излучением в окружающую среду. При хорошей тепловой изоляции по опытным данным q_п = 251,16 кДж/кг.
Общее количество тепла, используемое в сушильной установке в течение 1 ч:
Q_общ = q_общ · W = 2736 · 10³ · 1500/3600 = 114 · 10⁴ Вт.
Из уравнения теплового баланса определим количество воздуха L_суш, подаваемого в сушилку:
Q_общ = L_суш · (Ι₁ – Ι₀), откуда
L_суш = Q_общ = 114 · 10⁴ = 8,46 кг/сек,
Ι₁ – Ι₀ 180 · 10³ – 45 · 10³
где Ι₁ – энтальпия воздуха при входе в сушилку,
Ι₁ = с_с.в. · t_в + (d₁/1000) · (597 + 0,44 ·t_в) = 0,245 · 4,186 · 150 + (9,7/1000) ·
· (597,4 · 4,186 + 0,44 · 4,186 · 150) = 180 кДж/кг,
где с_с.в – теплоемкость сухого воздуха, при t_в = 150 ºC c_с.в. = 0,245 ккал/кг;
d₁ – влагосодержание воздуха, d₁ = 9,7 г/кг.
Ι₀ – энтальпия воздуха, поступающего в калорифер:
Ι₀ = 0,242 · 4,186 · 20 + (9,7/1000) · (597 · 4,186 + 0,44 · 4,186 · 20) = 45 кДж/кг сухого воздуха
Влагосодержание воздуха, выходящего из сушилки:
d₂ = d₁ + 1000 · W = 9,7 + 1000 · 1500 = 58,8 г/кг сухого воздуха
L_суш 30500
При этом влагосодержании и температуре уходящего воздуха 50 ºС относительная влажность его (по Ι-d-диаграмме) φ₂ = 69,0 %.
Учитывая неучтенные потери тепла установкой, увеличиваем количество воздуха, поступающего на сушку:
L_расч = 1,05 · L_суш = 1,05 · 30500 = 32000 кг/ч
При этом расходе воздуха влагосодержание его при выходе из сушилки:
d₂ = 9,7 + (1000 · 1500)/32000 = 56,6 г/кг сухого воздуха.
Удельный объем атмосферного воздуха, поступающего в калорифер сушилки при t₀ = 20 ºС, φ₀ = 65 %, d₀ = 9,7 г/кг сухого воздуха:
v₀ = 4,64 · 10^-6 · (622 + d₀) · (273 + t₀) = 4,64 · 10^-6 · (622 + 9,7) ·
· (273 + 20) = 0,86 м³/кг
Объем атмосферного воздуха, поступающего в сушильную установку:
V₀ = L_расч · v₀ = 32000 · 0,86 = 27520 м³/ч
Объем горячего воздуха, поступающего в сушилку при 150 ºС:
V₁ = L_расч · v₁ = 32000 · 1,24 = 40000 м³/ч,
где v₁ – удельный объем воздуха при входе в сушилку при t₁ = 150 ºС и d₁ = 9,7 г/кг:
v₁ = 4,64 · 10^-6 · (622 + d₁) · (273 + t₁) = 4,64 · 10^-6 · (622 + 9,7) ·
· (273 + 150) = 1,24 м²/ч
Объем воздуха, выходящего из сушилки с t = 50 ºС:
V₂ = L_расч · v₂ = 32000 · 1,02 = 32600 м³/ч
Удельный объем воздуха, выходящего из сушилки:
V₂ = 4,64 · 10^-6 · (622 + d₂) · (273 + t₂) = 4,64 · 10^-6 · (622 + 56,6) ·
· (273 + 50) = 1,02 м³/ч
Плотность воздуха:
ρ₂ = 1/1,020 = 0,98 кг/м³.
Средний объем воздуха, проходящий через сушилку в течение 1 ч:
V_ср = (V₁ + V₂)/2 = (40000 + 32600)/2 = 36300 м³/ч
Средняя скорость воздуха в цилиндрической части сушилки:
w_ср = V_ср = 36300 = 0,21 м/с,
3600 · F 3600 · 3,14 · 8²/4
где F – площадь поперечного сечения сушилки.
Таким образом, рассчитанная скорость находится в допустимых пределах:
w_доп = 0,2 ÷ 0,5 м/с.