по дисциплине «Оборудование для переработки продукции растениеводства» для студентов технологического факультета по специальности 110305 «Технология производства и переработки с/х продукции»
Разработал: ст. преподаватель
Горшков В.В.
Рязань 2010 г.
Тема 3: Расчет процесса сушки зерна.
Расчет процесса сушки ведут по материальному и тепловому балансу исходя из агротехнических требований, экспериментальных данных по сушке материала и опыта эксплуатации существующих конструкций.
Сущность материального и теплового баланса состоит в том, что количество влаги и тепла, содержащееся в материале и газо-воздушной смеси при входе в зерносушилку, равно количеству влаги и тепла, содержащемуся в высушенном материале, отработанной смеси и количеству тепла, теряемому в окружающую среду.
Уравнение баланса влаги при сушке:
, (1)
где 
и 
соответственно количество влаги в зерне до и после сушки,
;
и 
соответственно количество влаги в газо-воздушной смеси
до и после сушки, ;
и 
соответственно масса подведенного влажного и отведенного сухо
го зерна за час, 
;
и 
часовой расход агента сушки, ;
и 
влажность зерна до и после сушки, %;
и 
влагосодержание агента сушки до и после сушки, 
.
Массу выделившейся воды из зерна за час можно найти из уравнения:
, (2)
где 
масса выделившейся воды, 
.
В процессе сушки масса сухого вещества не изменяется, поэтому:
(3)
где 
масса сухого вещества в зерне, .
Выразив 
через и подставив в уравнение (2) получим:
(4)
Относительная усушка зерна равна:
(5)
где 
относительная усушка зерна, %.
При расчете расхода агента сушки принимается, что 
тогда после преобразования уравнение (1) примет вид:
(6)
Так как 
, (7)
То 
(8)
Удельный расход воздуха на испарение 1 воды:
(9)
где 
удельный расход воздуха, 
.
Расчет потребных количеств тепла и воздуха для сушильной и охладительной частей зерно сушилки осуществляется графически по 
- диаграмме влажного воздуха, которая достаточно точна и для смеси топочных газов с воздухом.(Рис.2).
Начальное состояние воздуха соответствующее 
и 
(для летних условий 
), отображается на диаграмме точой А, а процесс подогрева линией 
при 
. При использовании смеси топочных газов с воздухом осуществляется по линии смешения АВ, причем 
, так как добавляется влага топлива.
Влагосодержание смеси будет равно:
(10)
где 
действительное количество воздуха требуемое количество воздуха для
полного сгорания топлива, ;
влагосодержание атмосферного воздуха, 
;
содержание водорода в топливе, %;
содержание влаги в топливе, %;
содержание золы в топливе, %.
Действительное количество воздуха находится из уравнения:
, (11)
где действительное количество воздуха, ;
коэффициент избытка воздуха;
теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания топлива,
.
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг топлива, приближенно равно:
(12)
где 
теплотворная низшая способность топлива, 
.
, (13)
где 
теплотворная высшая способность топлива, .
Теплотворную высшую способность топлива определяют по формуле Менделеева:
, (13)
где 
содержание углерода в топливе, %;
содержание кислорода в топливе, %;
содержание серы в топливе, %.
Данные по топливу представлены в таблице 2.
Таблица 2. Характеристика основных видов топлива.
| Вид топлива | Химический состав в % | ||||||
C 
| H
| N
| O
| S
| A (зола)
| W (влага)
| |
| Антрацит АШ | 70,4 | 1,4 | 1,8 | 1,9 | 0,7 | 17,3 | 6,5 |
| Подмосковный уголь (рядовой) | 33,2 | 2,3 | 0,7 | 9,3 | 3,2 | 19,3 | 32,0 |
| Кусковой торф | 30,9 | 3,2 | 1,3 | 17,8 | 0,2 | 6,6 | 40,0 |
| Дрова (смешанные) | 32,8 | 3,9 | 0,4 | 27,3 | 0,6 | 35,0 | |
| Мазут и моторное топливо | 85,0 | 12,5 | 0,4 | 0,1 | - | 2,0 | |
| Электроэнергия | - | - | - | - | - | - | - |
Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:
(14)
где 
коэффициент полезного действия топки равный 0,85…0,95;
теплосодержание пара в смеси (
), ;
теплоемкость смеси, 
;
теплосодержание атмосферного воздуха, ;
температура смеси, 
.
Температура смеси 
принимается по агротехническим требованиям, а влагосодержание 
и теплосодержание атмосферного воздуха 
по 
диаграмме для точки А.
Точка 
находится на пересечении линий и 
.
После построения линии нагрева воздуха 
, строят линию процесса сушки зерна. Теоретическая линия, когда отсутствуют потери тепла, идет от точки 
по линии 
. Но действительный процесс идет по линии 
, направление которой определяется соотношением отрезков 
и 
, причем положение точки 
линии выбирается произвольно.
Длина отрезка равна:
, (15)
где 
и 
масштабы влагосодержания и теплосодержания диогораммы;
суммарные потери и дополнительные сообщения тепла, отнесенные к
1 кг испаренной влаги.
В зерносушилках добавочных сообщений тепла нет, поэтому 
< 0 (отрезок откладывается вниз от точки ). Величина в шахтных зерносушилках для летних условий 300 испаренной влаги.
Через полученную точку 
проводится прямая до пересечения с линией 
(относительная влажность отработанной смеси), которая принимается по агротехническим требованиям.
Удельный расход воздуха и тепла определяют по формулам:
, (16)
, (17)
где 
удельный расход тепла, .
Полные расходы воздуха и тепла для сушильной части шахты:
, (18)
, (19)
где 
полный расход воздуха, 
;
полный расход тепла, 
;
объем влажного газа на 1 кг сухого воздуха при температуре
t1, 
.
Потребный часовой расход топлива:
, (20)
где 
часовой расход топлива, 
.
Объем влажного газа на 1 кг сухого воздуха принимают по таблице 2, а агротехнические требования к шахтным зерносушилкам по таблице 3.
Таблица 2. Объем Vo влажного воздуха на 1 кг сухого воздуха в м 
/кг при давлении 745 мм. рт. ст.
| t0 0C | Влажность φ0 в % | ||||||||||
| -10 | 0,7624 | 0,7622 | 0,7620 | 0,7618 | 0,7616 | 0,7614 | 0,7612 | 0,7610 | 0,7698 | 0,7606 | 0,7604 |
| 0,7911 | 0,7937 | 0,7932 | 0,7927 | 0,7925 | 0,7922 | 0,7912 | 0,7907 | 0,7902 | 0,7807 | 0,7893 | |
| 0,8284 | 0,8274 | 0,8263 | 0,8253 | 0,8243 | 0,8233 | 0,8222 | 0,8212 | 0,8202 | 0,8192 | 0,8182 | |
| 0,8675 | 0,8654 | 0,8633 | 0,8613 | 0,8592 | 0,8572 | 0,8551 | 0,8534 | 0,8311 | 0,8191 | 0,8471 | |
| 0,9154 | 0,9110 | 0,9070 | 0,9030 | 0,8990 | 0,8954 | 0,8912 | 0,8873 | 0,8835 | 0,8797 | 0,8760 | |
| 0,9775 | 0,9697 | 0,9620 | 0,9545 | 0,9471 | 0,9398 | 0,9326 | 0,9255 | 0,9189 | 0,9116 | 0,9049 | |
| 1,0662 | 1,0513 | 1,0368 | 1,0228 | 1,0090 | 0,9937 | 0,9827 | 0,9700 | 0,9576 | 0,9155 | 0,9338 | |
| 1,2041 | 1,1748 | 1,1468 | 1,1201 | 1,0946 | 1,0702 | 1,0469 | 1,0245 | 1,0030 | 0,9824 | 0,9627 | |
| 1,1448 | 1,3820 | 1,3244 | 1,2743 | 1,2222 | 1,1754 | 1,01345 | 1,0951 | 1,0583 | 1,0239 | 0,9916 | |
| 1,9500 | 1,7885 | 1,6513 | 1,5336 | 1,4313 | 1,3117 | 1,2625 | 1,1920 | 1,1280 | 0,0720 | 1,0205 | |
| 3,5664 | 2,8824 | 2,4176 | 2,0812 | 1,8264 | 1,6268 | 1,4662 | 1,3342 | 1,2237 | 1,1300 | 1,0494 | |
| 99,4 | ∞ | 10,9192 | 5,4498 | 3,6277 | 2,7167 | 2,1700 | 1,8955 | 1,5151 | 1,3482 | 1,1989 | 1,0763 |
| ∞ | 10,9251 | 5,4554 | 3,6310 | 2,7198 | 2,1726 | 1,8078 | 1,5473 | 1,3519 | 1,1999 | 1,0783 | |
| ∞ | 11,2026 | 5,5943 | 3,7248 | 2,7899 | 2,2290 | 1,8550 | 1,5880 | 1,3879 | 1,2318 | 1,1072 | |
| ∞ | 11,4801 | 5,7342 | 3,8183 | 2,8602 | 2,2855 | 1,9014 | 1,6287 | 1,4234 | 1,2638 | 1,1361 | |
| ∞ | 11,7576 | 5,8741 | 3,9117 | 2,9308 | 2,3422 | 1,9498 | 1,6695 | 1,4593 | 1,2938 | 1,1650 | |
| ∞ | 12,0403 | 6,0140 | 4,0059 | 3,0015 | 2,3990 | 1,9972 | 1,7103 | 1,4951 | 1,3278 | 1,1939 |
Таблица 3 Основные агротехнические требования к шахтным зерносушилкам
| Показатели | Характеристика и допустимое отклонение |
| Снижение влажности зерна за один пропуск через сушилку | На 6-8%, т.е. с 22-20 до 14% |
| Превышение температуры зерна после холодильника над температурой атмосферного воздуха | Не более 15° |
| Температура теплоносителя | При сушке семенного зерна влажностью до 25% температура 80°С, влажностью более 25% - 70°С При сушке продовольственного зерна влажностью до 25%-110°С, влажностью более 25% - 100°С |
| Неравномерность нагрева зерна в сушилке по сечению у основания горячей камеры | Не более 3-4°С |
| Неравномерность нагрева зерна по сечению шахты | Допустимая неравномерность сушки ±1% при конечной средней влажности 15% |
| Средний максимальный нагрев зерна у основания горячей камеры со стороны входа теплоносителя | Для пшеницы не выше 60°С для продовольственного зерна и 50°С - для семенного |
| Качество зерна | Сохранение семенных, продовольственных и товарных качеств зерна |
| Расход тепла на 1 кг испаренной влаги при сушке продовольственного зерна | В передвижных сушилках не более 1400 ккал/кГ; в стационарных не более 1200ккал/кГ |
| Относительная влажность отработанного теплоносителя | 65-75% |
Задача: Произвести расчет сушки зерна, в шахтной сушилке,определив полные расходы воздуха и тепла, часовой расход топлива. Влажность поступающего зерна на сушку W1 %, масса зерна поступающего за 1 час G1, вид зерна и топлива указаны в таблице 5. Зерно проходит сушилку однократно
Таблица 5 – Исходные данные для расчёта
| Вариант | Исходные данные для расчёта | |||
| Влажность зерна (W1), % | Производительность (G1), т/ч | Тип зерна | Вид топлива | |
| семенное | антрацит | |||
| 1,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 2,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 3,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 4,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 5,5 | семенное | уголь подмосковный | ||
| продовольственное | ||||
| 6,5 | семенное | |||
| продовольственное | ||||
| 7,5 | семенное | |||
| продовольственное | ||||
| 8,5 | семенное | |||
| продовольственное | ||||
| семенное | ||||
| 1,5 | семенное | торф | ||
| продовольственное | ||||
| 2,5 | семенное | |||
| продовольственное | ||||
| 3,5 | семенное | |||
| продовольственное | ||||
| 4,5 | семенное | |||
| продовольственное | ||||
| 5,5 | семенное | |||
| семенное | дрова | |||
| 6,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 7,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 8,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| продовольственное | ||||
| 4,5 | семенное |
Продолжение таблицы 5
| семенное | мазут | |||
| 5,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 6,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 7,5 | продовольственное | |||
| семенное | ||||
| 8,5 | продовольственное | |||
| семенное |