CC BY
38
УДК 633.1[636.085.51+628.8]
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СУШИЛКИ С ВНУТРЕННЕЙ СЕТЧАТОЙ ЕМКОСТЬЮ
Канд. техн. наук, доц. АСКАРОВА А. А., магистрант АПБОЗОВ О. Ж.
Таразский государственный университет имени М. Х. Дулати, Казахстан
Для сушки влажного насыпного продукта был выбран аппарат с внутренней сетчатой емкостью и каналом уменьшающегося сечения [1]. Определение затрат энергии на процесс сушки нагретым воздухом, как и на калорифер, связано с нахождением суммарной потери напора в установке. Сопротивление установки состоит из сопротивлений вязкого трения и местных сопротивлений.
Потеря напора при движении продукта сушки по конусообразному каналу с максимальным II и минимальным I сечениями согласно уравнению Бернулли определяется по формуле [2, 3]
2 _ 2
АР1-11 = (Р1 - Р2) + + hgPв, (1)
где Р1, Р2 - избыточное давление или разрежение в сечениях камеры с минимальным II и максимальным I сечениями, Па; - коэффициент сопротивления движению воздуха, определяется экспериментально; 01, 02 - скорость воздуха в соответствующих сечениях теплоподводящего канала, м/с (01 < 02); к - высота сушильной емкости.
Диаметр сечения сетчатой емкости, занятой продуктом, увеличивается по ее высоте по мере уменьшения диаметра теплоподводящего канала. Поэтому из закона сохранения массы имеем
^101 = кар102,
где ка - кратность увеличения сечений камеры.
Приняв кс01 = 02, потери напора определим по формуле
АР1-11 = (Р1 - Р2) + ^рв 02(1~к) + hgpв. (2)
Для расчета критической скорости воздуха, при которой высушиваемые зерна начинают движение друг относительно друга, учеными было предложено критериальное уравнение [3]
Ц = , (3)
где А, п - опытные коэффициенты для зернистых продуктов, А = 0,19 и п = 1,56 в пределах изменения критерия Федорова Fе = 40-200.
Высоту сушильной сетчатой емкости к (м) можно вывести из формулы (2)
/;_лр_д-р + р X(1+к2) (4)
Рв& 2Я
Однако при стационарном режиме сушки зерна, находящегося внутри сетчатой емкости с центральным теплоподводящим каналом, в условиях вынужденного движения продукта сушки использование критерия Федорова нецелесообразно. Это связано с тем, что обрабатываемая зерновая масса не имеет контакта с поверхностью аппарата, образуя фильтрирую-щий слой внутри сетчатой емкости.
Тепло- и массообменные процессы происходят в строгом соблюдении критериев Прандтля, Нуссельта, Гухмана и Рейнольдса. С учетом принципа подвода теплоты, согласно конструктивному отличию сушильного устройства, критериями Прандтля и Гухмана можно пренебречь [4]. Критическая скорость продукта сушилки устанавливается экспериментально при условии отсутствия уплотнения слоя зерна внутри сетчатой емкости.
В сетчатой емкости насыпной продукт находится в плотном состоянии за счет тяжести частиц и с определенной порозностью, обусловленной гидродинамическим режимом фильтрации. Порозность слоя продукта относительно насыпной плотности рн и плотности частиц ртв (кг/м3) определяется по формуле
е = ртв ~рн = 1 (5)
р тв р тв
Согласно классификации гидродинамических режимов фильтрации газа через неподвижный слой зерна, разработанной П. Г. Романковым и Н. Б. Рашковской, порозность плотного слоя для зернистых продуктов в = 0,33 [5].
Режим конвективной сушки проса в плотном слое с начальной влажностью юн = 40-46 % после обезвоживания со свободным истечением влаги характеризуется температурой ? и скоростью и нагретого воздуха.
Характерной особенностью процесса является то, что сушку проса целесообразно осуществлять в постоянном режиме: температура и скорость нагретого воздуха по высоте и ширине сушильной камеры не изменяются благодаря нахождению теплоподводящего канала внутри сетчатой камеры.
Гидравлическое сопротивление неподвижной плотной массы АР (Па) определяется по формуле Н. М. Жаворонкова [3, 5]
АР = 2 (6)
сл т /-ч 7 4 '
¿эф 2 ё
где А,сл - коэффициент сопротивления слоя: при Re < 4 А,сл = 34/Ке; при
4 < Re < 80 А,сл = (27,8/Кс) + 0,8; 5 - средняя толщина слоя продукта, м:
5 = (51 + 5п)/2; dэф - эффективный гидравлический диаметр, м, каналов, образованных частицами продукта:
л 2Г
и А = —
эф -3
1 -в
Твердые частицы обрабатываемой массы могут иметь различные форму и размеры, что в какой-то степени влияет на величину сопротивления дви-
жению воздуха. В связи с этим можно ввести коэффициент, учитывающий степень однородности составных частиц
/ = ./О'205^ (7)
где V - площадь (м2) и объем (м3) зерна; для зерна проса, имеющего сферическую форму:
Е = га?2, V = - га?э3. (8) 6
Подставив (8) в (7), получим
/ = 0,8225л1/6^э 1/2. (9)
Тогда формула (6) примет вид
5(1 -в) рви
2
АР = 1, 824А,сл 1/ в мз, (10)
в% иэ g
где имз - скорость воздуха в межзерновом пространстве, м/с: Омз = Оф/в; иф - скорость фильтрации воздуха, м/с, отнесенная ко всей площади теплоподводящего канала, занимаемой зерном.
Из закона сохранения массы объемный расход рабочего агента - воздуха - постоянная величина для любого сечения канала Ув = const:
^х ивх = F«c иф , (11)
где Овх, F^ - скорость воздуха, м/с, при входе в канал и площадь входного сечения канала, м2: FBX Fkc - площадь живого сечения боковой по-
верхности теплоподводящего канала, м2.
Тогда с учетом этих параметров можно определить скорость фильтрации нагретого воздуха
Оа = и в.
ф мз
Принимая, что омз = о / в, формулу (6) можно представить в виде
5(1 -в)Д4хРвив2
АР = 14,8627А, - вх . (12)
еЧ ЕЖс 8
Сушку зерна в плотном слое производят продуванием:
а) движущегося по вертикальному направлению плотного слоя зерна при помощи патрубков, находящихся в межзерновом пространстве. По данному способу работают шахтные сушилки;
б) движущегося слоя зерна по вертикальному направлению при помощи вертикальных жалюзийных патрубков. Этот способ осуществляется при помощи сушильной камеры с вертикальными воздухораспределительными жалюзийными решетками;
в) плотного слоя зерна с регулируемой при помощи поворотных и воздухораспределительных жалюзи, расположенных горизонтально внутри сушильной камеры. По данному способу работают пневмокамеры с горизонтальными или имеющими небольшой уклон к горизонтали жалюзи, выполненными в виде решетки.
Описанные выше способы применимы для сушки влажного зерна, первоначальная влажность которого уменьшена на 1,5-2,5 %. Для сушки высоковлажных продуктов использование существующих способов не дает положительного результата. С целью уменьшения первоначальной влажности зерна после варки в производстве крупяных концентратов до состояния сыпучести, достигаемой при влажности 14-12 %, следует выполнить продолжительное продувание нагретым воздухом плотного слоя зерна.
В Ы В О Д Ы
Для сушки зернистых продуктов с высокой влажностью с равномерным их распределением в межзерновом пространстве плотного неподвижного слоя был выбран аппарат с внутренней сетчатой емкостью и расположенным в ней каналом, сечение которого уменьшается по направлению движения нагретого воздуха.
Преимущества принятой конструкции сушилки следующие: процесс осуществляется при стационарном режиме; температура и скорость нагретого воздуха по высоте и ширине сушильной камеры постоянные.
Выведено аналитическое выражение для расчета сопротивления движению нагретого воздуха в плотном слое неподвижной зерновой массы.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. У с т р о й с т в о для активного вентилирования зерна в зернохранилищах и элеваторных силосах: пат. РК № 22895 / А. А. Аскарова, А. Д. Аскаров, О. Ж. Апбозов; заявл. 08.06.2009, опубл. 15.09.2010 // Бюл. № 9.
2. К а в е ц к и й, Г. Д. Процессы и аппараты пищевых производств / Г. Д. Кавецкий,
A. В. Королев. - М.: Агропромиздат, 1991. - 432 с.
3. Р а с ч е т ы и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств / С. М. Гребе-нюк [и др.]. - М.: Агропромиздат, 1987. - 304 с.
4. Г у х м а н, А. А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена / А. А. Гухман. - М.: Высш. шк., 1967.
5. П р о е к т и р о в а н и е процессов и аппаратов пищевых производств / под ред.
B. Н. Стабникова. - Киев, 1982. - 198 с.
Представлена кафедрой
машин и оборудования Поступила 22.02.2012
