Задача: рассчитать туннельную сушилку для дрожжей. Производительность по готовому продукту Gк = 700 кг/ч. Удельная теплоемкость абсолютно сухого вещества в дрожжах сс.м.= 1,672 кДж/кг К. Влажность дрожжей (на общую массу) начальная Wн= 32 %, конечная Wк = 23 %. Длительность сушки 6 часов. Сушка производится на стальных вагонетках, перемещающихся в подвешенном состоянии. На каждой из них помещается 20 решет с материалом. Масса решета 0,41 кг, масса вагонетки 22 кг. Длина вагонетки 1,2 м, высота – 1,32 м, ширина – 0,8 м.
Вместимость решета по высушенному материалу – 4,6 кг. В сушилке осуществляется переменный режим сушки по зонам. В каждой зоне происходит возврат части отработавшего воздуха и имеется самостоятельная калориферно-вентиляционная система. Температура свежего воздуха tсв = 15 о С, влажность, 70 %, температура в цехе tц = 18 оС. Остальные необходимые для выполнения расчетов параметры даны в табл. П.2.1 – П.2.5 приложения 2, а также табл 2.1. и 2.2.
| Высушиваемый материал | Производительность по готовому продукту Gг, кг/ч | Удельная теплоемкость сухого вещества продукта с сух.вещ, кДж/(кг×К) |
| Дрожжи | 1,6 |
Параметры влажности продукта и свежего воздуха, длительность сушки, температура в цехе
| Влажность, % | Длительность сушки, ч | Параметры свежего воздуха | Температура в цехе tц, оС | ||
| начальная, W1 | Конечная, W2 | температура tсв, оС | влажность, % | ||
| Размеры вагонеток, м | Масса, кг | Масса сухого продукта на одном решете G, кг | Количество решет на вагонетке | |||
| длина L | Ширина b | высота h | вагонетки | решет на ней | ||
| 1,3 | 0,92 | 0,9 | 0,39 | 5,2 |
| Вид продукции | Параметр | Зоны сушилки | ||
| Дрожжи | Влажность на входе,W1 | - | ||
| Влажность на выходе,W2 | - | |||
| Длительность сушки, t, ч | - |
|
|
| Вид продукции | Параметр | Значения параметров воздуха по зонам | |||||
| вход tН1 | выход tК1 | вход tН2 | выход tК1 | вход tН3 | выход tК1 | ||
| Дрожжи | Температура, оС | - | - | ||||
| Относительная влажность воздуха, j,% | – | – | – | - | |||
| Удельный расход теплоты в окружающую среду на 1 кг испаряемой влаги, q о.с. кДж/кг | – | – | – | - |
1. Определение расхода испаренной влаги и продукта. Расход испаренной влаги по всей установке (U, кг/с):
,
где Gн и Gк – массовые расходы высушиваемого продукта до (в начале) и после (в конце) сушки, кг/ч (производительность сушилки):
где Wн и Wк – влажность продукта до и после сушки.
Распределение влажности продукта по зонам сушки Расход испаренной влаги в первой зоне сушки:
где Wн 1 и Wк 1 – влажность продукта на входе и выходе зоны 1 (задана в табл.2.1 и табл. П.2.4 приложения 2).
Расход продукта на выходе из первой зоны:
кг/ч
Расход продукта на входе во вторую зону:
Gн2=Gк1 =413,64 кг/ч.
Расход испаренной влаги во второй зоне:
кг/ч.
Расход продукта на выходе из второй зоны:
кг/ч.
Проверка по общему расходу влаги:
кг/ч.
2. Определяем габаритные размеры сушильной камеры по зонам. Определение габаритных размеров сушильной камеры зависит от производительности и длительности сушки.
Вначале определяем вместимость зон по высушиваемому материалу:
|
|
,
где N – число туннелей в зоне (петель–проходов одной вагонетки по зоне);
τ – длительность сушки, ч (по зонам, задано).
Для 1 зоны. Принимаем N 1 = 1, тогда вместимость:
кг.
Для 2 зоны. Принимаем N 2 = 1 (так как вагонетка в зоне делает две петли) и вместимость равна:
кг.
3. Определяем число вагонеток в зонах. Число вагонеток (n), находящихся в зонах сушки вычисляют по формуле:
где qг – вместимость вагонетки по высушенному материалу:
кг
q – масса сухого продукта на решете (из условия задачи);
nр – число решет на вагонетке (из условия задачи).
Число вагонеток в первой зоне сушилки:
Число вагонеток во второй зоне сушилки:
4. Определяем длину туннеля. Длина туннеля каждой зоны определяется по формуле:
где l – длина вагонетки, м;
l 0 – дополнительная длина туннеля, необходимая для образования зазоров между вагонетками и между вагонеткой и дверями:
м
Длина туннеля первой зоны:
Длина туннеля второй зоны:
Длину сушильной камеры для размещения каналов всех зон подбирается по максимальному значению, т.е. 5,85 м.
5. Определяем ширину туннелей. Ширину туннелей зон сушки можно определить по формуле:
где b – ширина вагонетки, м;
b 0– зазоры между вагонетками и боковыми стенками туннеля, принимается b 0= (0,04...0,07), м;
Выбираем b 0 = 0,06 м.
Для первой зоны:
м
Для второй зоны, имеющей одну петлю движения:
м
Ширина сушильной камеры для размещения каналов всех зон
6. Определяем высоту туннеля. Высота туннеля находится по формуле:
|
|
где h – высота вагонетки, м;
h0 – зазор между вагонеткой и потолком туннеля (определяется конструктивными особенностями туннеля). Примем ho = 0,07 м.
Для всех зон сушки высота туннеля будет:
7. Определяем удельный расход теплоты на нагревание материала, предварительно, находим полный расход теплоты на нагревание материала в сушильной камере Qм, кДж/ч:
где Gк – расход высушиваемого материала на выходе из сушилки по каждой зоне, кг;
c – удельная теплоемкость высушиваемого материала в соответствующей зоне сушки, кДж/кг×К;
t км, tнм – температуры высушиваемого продукта на входе в зону сушки (для первой зоны – температура цеха) и на выходе из нее.
а). Находим теплоемкость материала для каждой зоны:
где cв – удельная теплоемкость воды, cв =4,18 кДж/(кг×К);
cсух.вещ. – удельная теплоемкость сухого вещества материала (из условия задачи);
WК – влажность продукта после сушки, %.
б) Находим, предварительно, теплоемкости материала по зонам сушки, кДж/(кг×К):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
в) Находим температуру материала на выходе из каждой зоны сушилки, оС. Допускаем, что при перекрестном движении материала и воздуха температура на (2…3) оС ниже средней температуры воздуха в зоне. Примем эту потерю Dt равной Dt1 = 3 °С; Dt2 = 2,5 °С
Тогда для 1-й зоны:
;
для 2-й зоны:
;
где tН – температура воздуха выходящего из калорифера в соответствующей зоне;
tК – температура воздуха в конце зоны перед калорифером последующей зоны.
г) Находим температуру материала на входе в зону сушки:
– для 1-й зоны: 
С;
– для 2-й зоны: 
С;
д) Находим расход теплоты на нагревание высушиваемого материала: для 1-й зоны:
кДж/ч
для 2-й зоны:
кДж/ч
И тогда, удельный расход теплоты на нагревание материала по зонам сушки, определяемый по формуле:
для 1-й зоны будет равен:
для 2-й зоны:
8. Определяем удельный расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений. Предварительно находим полный расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений (вагонеток и решет) по формуле:
где Gтр. – масса транспортных приспособлений проходящих через камеру сушки, кг/ч;
см.тр – удельная теплоемкость материала из которого изготовлены транспортные средства, в большинстве случаев это пищевая сталь, разрешаемая для прямых контактов с неупакованными пищевыми материалами, см.тр = 0,481 кДж/(кг×К);
tК.тр, tН.тр – температуры транспортных приспособлений на входе и выходе из сушильной камеры или ее зоны. На входе в первую зону температура транспортных средств равна температуре цеха.
Для расчетов по этой формуле предварительно определяем значения следующих параметров:
а) Массу транспортных приспособлений, проходящих через камеру сушки, кг/ч:
где n – количество вагонеток в зоне, шт;
q в+р – сумма масс одной вагонетки и решет на ней, кг, определяем как:
;
t – нахождение продукта в соответствующей зоне сушки, с.
Для 1-й зоны:
кг/ч;
для 2-й зоны:
104.4кг/ч;
б) Температуру транспортных приспособлений на выходе из каждой зоны. При перекрестном движении воздуха и продукта температура равна средней температуре воздуха в зоне:
,
где tH, tK – температуры воздуха на входе и выходе зоны сушки (по условию задачи).
Для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
в) Температуру транспортных приспособлений на входах в зоны сушки:
для 1-й зоны: 
для 2-й зоны: 
г) Расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений по зонам сушки:
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
д) Удельный расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений по зонам qтр, кДж/(кг исп.влаги):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
9. Определяем поправки расхода теплоты. Этот расчет поправки расхода теплоты, т.е. дополнительный ее расход D в 
необходим, чтобы учесть потери, связанные с конструкцией действительной сушилки:
где св – теплоемкость воды, кДж/(кг К);
t Н.м – температура материала на входе в соответствующую зону сушилки, оС
qд – добавочная теплота, вводимая в сушилку вследствие реакций в продукте в процессе сушки, кДж/(кг исп. влаги). По условию добавочная теплота в сушильную камеру не подводится.
qм, qтр – удельные расходы теплоты на нагревание материала и транспортных приспособлений, кДж/(кг исп.вл.);
qо.с – удельные потери теплоты в окружающую среду в кг/(кг исп.влаги) (по условию задачи в табл. 2.2, для курсовой работы П.2.5 приложения 2).
Расчет поправок по зонам сушилки, кДж/(кг исп.вл.):
для первой зоны:
для второй зоны:
10. Определяем удельное влагосодержания свежего воздуха. Удельное влагосодержание свежего воздуха хо, кг/(кг сух. возд.), находим по формуле (2.5):
где j0 – относительная влажность свежего воздуха; по условию задачи равна 50 %;
Рб – барометрическое давление, равно 98100 Па, для всех вариантов заданий;
– давление насыщенных паров воды в воздухе, определяется по табл. П.7.2 приложения 7, = 2336,8 Па при температуре 20 оС.
11. Определяем удельное влагосодержание отработанного воздуха по зонам сушки:
для 1-ой зоны, при jК 1 = 20% (из условия задачи табл. 2.2. и для всех вариантов табл. П.2.5 приложения 2) и = 3563,9 Па при температуре на выходе из зоны сушки равной 27оС (определяется по табл. П.7.2 приложения 7), равно:
кг/(кг сух.возд.);
для 2-ой зоны при j К2 = 26 % и = 4241,7 Па при температуре воздуха на выходе из зоны сушки 30оС, равно:
12. Определяем удельный расход свежего воздуха по зонам (Используем отработанный воздух, в формуле меняем местами с свежим):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
.
Если значения удельного расхода свежего воздуха получают отрицательное значение, это значит, что смесь рабочего воздуха готовится не на основе отработанного, а на основе свежего воздуха, и тогда, в формуле удельного влагосодержания меняются местами влагосодержание свежего и отработанного воздуха.
13. Определяем расход свежего воздуха по зонам:
;
для первой зоны: 
кг/ч;
для второй зоны: 
кг/ч;
для третьей зоны: 
кг/ч.
14. Определяем удельное влагосодержание смеси. Удельное влагосодержание смеси свежего и отработавшего воздуха по зонам определяем по формуле:
где iК – удельная энтальпия отработавшего воздуха по зонам, кДж/(кг×св.созд.);
сс.в. – удельная теплоемкость сухого воздуха, в интервале температур от 0 ÷ 70 оС теплоемкость сс.в .= 1,005 кДж/(кг·К), а от 70 ÷ 120 оС теплоемкость сс.в . = 1,009 кДж/(кг·К); ) (табл. П.5.7 приложение 5, табл. П.7.1 приложение 7);
tН – температура воздуха на входе в зону сушилки, оС;
r0 – скрытая теплота парообразования воды определяется по табл. П.9.1 приложение 9, в зависимости от температуры;
сn – удельная теплоемкость пара определяется по табл. П.9.1 приложение 9, в зависимости от температуры воздуха.
15. Удельную энтальпию отработавшего воздуха iк, кДж/(кг×св. воздуха) по зонам сушки, определяем по формуле:
для 1-й зоны сушки:
кДж/кг×К;
где все параметры находят при температуре 27 оС: сn = 1,867 кДж/кг×К;
сс.в .= 1,005 кДж/(кг·К); r0 = 2437,28 кДж/кг;.
.
для 2-й зоны сушки:
кДж/кг×К;
где все параметры находят при температуре 30 оС: сn = 1,87 кДж/кг×К; сс.в .=1,005 кДж/(кг·К); ro = 2430,2 кДж/кг;
16. Определяем удельное влагосодержание смеси по зонам:
для 1-й зоны сушки:
для 2-й зоны сушки:
17. Определяем удельный расход циркулирующего воздуха. Удельный расход циркулирующего воздуха ln по зонам определяем по формуле: 
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
18. Определяем расход циркулирующего воздуха. Полный расход циркулирующего воздуха по зонам сушки определяем по формуле:
Подставив ранее полученные компоненты формулы, получаем полный расход циркулирующего воздуха по зонам сушки:
для 1-й зоны: 
19. Определяем кратность смешения по зонам:
для 1-й зоны: 
для 2-й зоны: 
Значения кратности смешения не бывают отрицательными.
20. Определяем удельную энтальпию смеси перед калорифером по зонам. Для этого сначала определяем удельную энтальпию свежего воздуха i 0, кДж/(кг свеж. воздуха):
где tс.в . – температура свежего воздуха (из условия задачи), tс.в .=15 оС;
х 0 – удельное влагосодержание свежего воздуха (п.10, стр.59);
r 0 – скрытая теплота парообразования воды при температуре 15 оС, r 0 = 2465,6 кДж/кг (табл. П.9.1 приложения 9);
сп – теплоемкость пара при температуре 15 оС,
сп = 1,86 кДж/кг×К.
Затем, находим удельную энтальпию смеси воздуха перед калорифером по зонам iНсм, кДж/(кг свеж. воздуха):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
А также, удельную энтальпию смеси iКсм после калориферов, кДж/(кг свеж. воздуха):
для 1-й зоны: 
для 2-й зоны:
И наконец, находим удельный расход теплоты в калорифере по зонам, кДж/(кг исп.вл):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
21. Определяем полный расход теплоты в калорифере по формуле:
Полный расход теплоты в калорифере по зонам:
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
Приложение.
Список использованной литературы.
Процессы и аппараты пищевых производств. Тепломассообменные процессы: учебное пособие для студ. вузов /Т.В. Галаган, В.В. Галаган, Т.Н. Новикова и др. – Орел. ОрелГТУ. 2010-150 с.