CC BY
3
УДК 620.91:677.051.125.7
Сафаров Н.М., доктор технических наук кафедра «Промышленная инженерия» Наманганский инженерно-технологический институт Худайбердиев А.А., доктор философии (PhD)
старший преподаватель кафедра «Промышленная инженерия» Наманганский инженерно-технологический институт
РАСЧЕТ СКОРОСТИ СУШКИ ХЛОПКА-СЫРЦА В СОЛНЕЧНО-
СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ
Аннотация: В данной статье изучены одна из актуальных задач, которая является энергосберегающей и актуальной, произведен аналитический расчет относительной скорости сушки, коэффициентов тепло-и влагообмена и их применение для расчета скорости сушки хлопка-сырца в солнечно-сушильных установках.
Ключевые слова: солнечно-сушильная установка, хлопка-сырца, влажность, сушильный агент, относительную скорость сушки, температура, сушильная камера, теплообмен, период постоянной скорости, коэффициент, влагосодержание, относительная скорость, влажность, уравнения, значение.
Safarov N.M., doctor of technical sciences Department of Industrial Engineering Namangan Institute of Engineering and Technology Khudayberdiev A.A., doctor of philosophy (PhD)
senior lecturer Department of Industrial Engineering Namangan Institute of Engineering and Technology
CALCULATION OF THE DRYING RATE OF RAW COTTON IN
SOLAR DRYING PLANTS
Abstract: In this article, one of the urgent tasks that are energy-saving and relevant is studied, an analytical calculation of the relative drying rate, heat and moisture exchange coefficients and their application for calculating the drying rate of raw cotton in solar drying plants is performed.
Keywords: solar drying plant, raw cotton, humidity, drying agent, relative drying rate, temperature, drying chamber, heat exchange, constant velocity period, coefficient, moisture content, relative velocity, humidity, equations, value.
В сушильной технике наряду с абсолютной скоростью сушки ^вл) при определении продолжительности сушки хлопка-сырца важное значение имеет относительная скорость сушки, которая представляет собой измемение влагосодержания высушиваемого хлопка-сырца в единицу времени, т.е. dW/dt.
Влагосодержание высушиваемых хлопка-сырца представляет собой отношение массы влаги (Мвл) в хлопке к массе обсолютного сухого хлопка (Мсх), которая при сушке остается неизменной (%) т.е.
Ш = Мвл*100%(1)
Мсх
Аналитическое выражение для относительной скорости сушки в дифференциальной форме можно представить как:
(Ж _ 100^Мвл , аг = Мсх*^с ' ( )
Если учесть, чтоМсх = pxVx ,(3)
_ -Рто ¿Мвл _ г> о _ п (Л\
dt = Мсх dt = tT0 &вл = (4)
И в сушильной технике относительную скорость сушки dW/dt в период постоянной скорости принято обозначить через N, аналитическое выражение (4) можно ререписать в виде:
N=rn*F & =J00*G (5)
' мсх Гто &вл Px*vx ивл, (5)
Общая теплообменная поверхность элементов высушиваемых хлопка-сырца (долки) FT0 в (5) определяется из выражения [1]
Fto = асл * всл *9, (6)
(6)-площадь одной долки;
где асл-внешняя удельная поверхность теплообмена долки хлопка-сырца
Порозность слоя высушиваемых хлопка согласно [2] определяется из отношения:
£сл = п-%7)
Определив значение 1£л из (7) и подставляя полученное в (5) получим, что
^го = асл * Kip,(8)
В процессе сушки болшая часть хлопка увеличивается в размере, изменяя форму, в среднем увеличивается 0,5-0,9 раза.
Обьемная увеличения хлопка-сырца имеет линейную зависимость от влагосодержания материала [1].
Кф = V01 (1 + £Ув * 100), (9)
где -обем единичной летучки хлопка-сырца; Кс1 -обьем обсолютно сухой единичной летучки; Дув -коэффициент обьемной увеличение; -начальная влагосодержание хлопка-сырца.
Естественно, для всего обьема высушиваемого хлопка-сырца аналитическое выражение (9) можно записать в виде:
К,р = |ф + £ув*Э, (10)
Поставляя (9) в (8) получим
^0 = а0*Кс(1 + Дув*^),(П) Подставляя значение из этого [3]:
{ 7,45*£р
Р ЗрСр^ср
&вл = 0,2205-
^к (1 ^св)^св
£Г0 из (11) в (4) получим ^ 0,2205 —
10235+го Т„
7,45*£д
10235+го \ Кг
Т„
7,45*£д
(11')
10235+го
«к (1-£св)£.
Тп
10235+го \ кг
Тп
(12)
Из последных решений видно, что относительная скорость сушки при конвективной сушке высушиваемых хлопка-сырца в период постоянной скорости зависит главным образом от скорости сушильного агента, разности температур на поверхности хлопка-сырца и сушильного агента.
Как следует из решениии (11) и (12), определение скорости сушки в конвективной сушке хлопка-сырца в период постоянной ее скорости связано с определением коэффициентов конвективного теплообмена (ак) и влагообмена (в), а также их отношения (Д/ак).
Среди общепризнанных критериальных уравнений в и а1 при конвективной сушке выводятся формулы для расчета ак -
^ = 0,395йе°'64рг1/3 (13)
И для расчета Д -
5Я3 - 0,395*е°,245е1/3(14)
при 30 < Де < 105 и 0,6 < Рг < 6 * 104
Преимущства уравнений (13) и (14) по сравнению с остальными, заключаются в следующем:
-применимость для элементов высушиваемых продуктов независимо от их формы;
-экспериментальное подверждение аналогии поцессов тепло-и массобмена (одинаковые коэффициенты (0,395) и степени критериев Яеэ(0,64) и Рг, Бе (1/3));
-с достаточной степенью точности для практических расчетов коэффициент теплообмена (а1) можно вычислить через коэффициент влагообмена (в).
Критерии Шервуда (БИ), Нуссельта (№,) и Рейнольдса (Яе,). Определение по эквивалентному диаметру канала между элементами (т.е.
парового канала) - , а также Шмидта (БИ) и Прандтля (Рг) в (13) и (14) в свою очередь, определяются из отношений [4]
= (15) = (16) Re, = €^(17) Бе = £(18)
где Э - коэффициент диффузии паров влаги в сушильном агенте; Я, V и а -соответственно коэффициенты теплопроводности, кинематический вязкости и температурапроводности сушильного агента; Vc-средняя скорость сушильного агента в пространстве между элементами высушиваемого хлопка-сырца.
Значения ёэ и в (15) - (17) определяются из выражении [5]
^ = (20) € = -4(21)
^хл
где
_ ^тпхл /о о \
ахл = Тх"'(22)
^хл
внешняя удельная теплообменная поверхность высушиваемого хлопка сырца; ^-скорость потока сушильного агента по сечении сушильной камеры.
аОа == ^=
и цилиндрической формы
аоа = ^С;(3 + 1Ёг)(24)
где Я и йср соответственно высота и средный диаметр цилиндра.
Из сопоставления (23) и (24) видно, что при Н=ёср высушиваемая хлопка сырца с элементами цилиндрической формы можно рассматривать как плотный слой различной формы. В практике расчета и проектирования конвективных сушильных камерах. Как правило, пользуются средним диаметром элементов слоя( йср), а не эквивалентным диаметром парового канала (йэ). В связи с этим критериальные уравнения (13) и (14) с учетом (21) и (22) представим в виде[6]:
5Я = 0,4508 (1-£хл)О,1бДе0-6Ч1/3, (25)
хл
= 0,4508(1-£хл)0'36 Д0'64РГ1/3,(26)
£хл
где
5Я = ^,(27)
Ми = ^,(28) я
Де = у, (29)
Критерии Шервуда (БИ) и Нуссельта (Ки), Рейнольда (Яе) определены по диаметру элементов высушиваемого хлопка-сырца.
Как следует из (25) и (26), для окончательного установления критериальной зависимости 5Я —/(Ре,5с) и Ми-/(Ре, Рг) необходимо информация о порозности высушиваемых хлопка-сырца в сушильной кемере (£Хл).
Значения £хл, можно определить из формулы предложеной М.Э. Аэровым.
£сл = 1 - ё)2 {о,61 + 0,288 [- ^ - (^)2]} (30)
где п0 = -^(31)
"ср
Отношение внутренного диаметра сушильной камеры ( £ср) к среднему диаметру долки хлопка-сырца ( йср).
Согласно результатам относительно несложных расчетов для разработанной и исследуемой сушильной камеры [7], и которой £ср = 0,9 м; при возможных значениях йср = 0,03 м соответствующие значения п0 = 28,0 определенные по (31), соответствующие значения £ср определенные по формуле (30) 0,3909; 0,3914; 0,3919; и 0,3925. Принимая для расчетов среднее (0,39....) из указанных значений £ср и подставляя его в (25) и (26) получим:
5Я = 0,976йе°,б45с1/3 (32) ^ = 0,976йе°,б4Рг1/3(33)
На основе критериальных уравнений (32) и (33) можно получить
аналитическое выражение для отношения, р которое необходимо для
определения средней по высоте сушильной камеры (&вл) и относительной (К) скорости конвективной сушки влажного хлопка-сырца, т.е.
ак Я (-) (34)
С учетом зависимости коеффициента температурапроводности (Я) удельной теплоемкости (ср) и плотности (р)
Я = асрр(35) отношение (34) можно переписать в виде:
2
Р 1 -3 1
*
2 г..пГ.2/3
ак срР а3 срр!е
(36)
где ¿е = a/D -(37) число Льюиса-Семенова [3]. Подставляя (36) в решения
7,45* С0 7,45*
^Рс^ср I 10235+со Ю235+^ \ кг
&вл = 0,2205„м_/и | —--^ т ^
-сву^св
т0 Т'о / м2с
(12) и с учетом среднего значения £хл = 0,39 ... для значений &вл и N при сушки высоких сортов хлопка-сырца в периуд сушки получим:
(7,45* £0 7,45* £0\
10235+^ 10235+^\ кг , .
————),;кгс(38)
Рс!хлЬе2/М Т0 71 / с 4 7
Из равенства аналитических выражений для разности абсолютной влажности сушильного агента на входе в сушильную камеру и на выходе из нее -X и — х0 = (0,3217*1 — 4,104)10-3кг/м3 в период постоянной скорости сушки, т.е.
(7,45* £0 7Д5*£0\
-Щ235+£0 -1П235+£0 \
^--^— ) (40)
7,45* £0 7,45* £0
10235 + ^ 10235 + ^
определим, что---=(0,243^ — 3,102) * 10 3,
70 71
Подставляя полученный результат в решение (38) и (39) с учетом выражения (23) для значений &вл и N соответственно имеем
&вл = 0,0881565 (Ч — 12,76) * 10-3 (41)
W = 52'8939^¿||?(1 + ДXS10-3'%(42)
Для удобства в дальнейших расчетах решения (41) и (42) могут быт переписаны как:
&вл = 0,3174 (^ — 12,76) * 10-3,-к-, (43)
" = 1^18^(1(44)
Выводы:
Из полученных решений (43) и (44) следует, что:
-среднее по высоте сушильной камеры значение скорости конвективной сушки высоких сортов хлопка-сырца в первый период сушки (&вл), как и ожидалось, зависить главным образом от скорости сушильного агента в свободном от высушиваемых хлопка-сырца сечении сушильной камеры (и), температуры сушильного агента на входе в сушильную камеру (^), размера долки хлопка-сырца ( йср), а также общей высоты слоя высушиваемого хлопка-сырца в сушильной камере ¿хл;
- относительная скорость конвективной сушки высоких сортов хлопка-сырца в первый период сушки (К), как и &вл, зависит главном
образом от температуры сушильного агента U, и ¿хл, на входе в сушильную камеру (tt), но, в отличие от &вл, не зависит от размеров долки хлопка-сырца ( dcp).
Использованные источники:
1. Аэрров М.Э., Толес О.М., Наривский Д.А. Аппараты со стоционарным зернистым слоем. Л. Химки, 1979. 176 с..
2. Цой Ф.В. Особенности функционирования средств механизации и обоснование их конструктивных параметров при сушки селхозпродут теплоносителем с переменной температурой. Дисс. канд. техн. наук. Алма-Ата. 1988. 176 с.
3. Рашковский Н.Б. Сушки в химической промышленности. Л. Химки. 1977. 78 с.
4. Искандаров З.С. Комбинированные солнечно-топливные сушильные установки. Ташкент. Изд. Фан. 2005. 67-75с.
5. Nazirjon Safarof., Ilkhomjon Mirsultonov. Development Of Mathematical Model Of Drying The Raw Cotton During Transportation In Pipeline By Hot Air Flow. Participated in the II International Scienific Conference on "ASEDU-II 2021: Advances in Science, Enjineering Digital Education" on Oktober 28. 2021 / Krasnoyarsk. Russia.
6. Nazirjon Safarof., Iroda Mukhammadjanova, Mukhammad Tulkinov Mathematical model of the process of vertical drying of raw cotton in the hot airflow Participated in the II International Scienific Conference on "ASEDU-II 2021: Advances in Science, Enjineering Digital Education" Krasnoyarsk. Russia.
7. Safarov N.M., A.T. Majidov. Energy consumption in the processing of saws. // Universum technical sciences: electronic sciences. Journal. 2019. No. 1 (58). URL http: // 7 Universum.com.ru/tech/archive/item/6827.
8. Safarov N.M. Simulation of the drying process of raw cotton moving together with the mesh surface. Akta of Turin Polytechnic Universiti is Tashkent, 2020, 10,57-62. Published Online September 2020 in Akta TTPU (WWW. Akta. Polito/uz/)
9. Safarov N.M. Matematical model for drying raw cotton in solar-dryer installations. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. Vol. 5, Issue 9, September 2018/ ISS: 2350-0328. WWW.ijarset.com
