Сушилка распылительная

 

4.5. Расчет  распылительной форсунки.

Расчет произвожу по методике [5: стр.142].

Выбираю форсунку с механическим распылением. Для дальнейшего расчета принимаю перепад давления жидкости на форсунке DP = 160 атм = 16.6 МПа (из диапазона 150 - 200 атм. [1: стр. 19]).

Диаметр выходного отверстия форсунки определяю по формуле [5: 6-63]:

м, (4.27)

где: m = 0.6 - коэффициент расхода [5: стр.142];

rм = 1036 кг/м3 - плотность обезжиренного молока [1: таблица 7];

м.

Максимальный диаметр капель при распылении определяю по формуле:

м, (4.28)

где: rв = 0.835 кг/м3 - плотность воздуха при температуре t1 = 150 oC [1: таблица 8];

s = 0.00745 кг/м - поверхностное натяжение молока [5: стр.142];

uм - скорость выхода струи молока, м/с;

k = 2.5 - коэффициент, зависящий от свойств распыляемой жидкости [5: стр.142].

Скорость выхода струи молока определяю исходя из постоянства расхода по формуле:

м/с. (4.29)

м/с.

Подставляю полученные значения в формулу 4.28:

м = 156 мкм.

Для обеспечения рабочих режимов форсунки (производительность G1 = 100 кг/ч и рабочее давление P = 160 атм.) подходит серийно выпускаемый одноплунжерный насос с регулируемой подачей НД(Э) 2.5 - 100/160 К13В, его основные характеристики:

• подача  - 100 л/ч;
• максимальное давление - 160 атм.;
• материал проточной части - хромоникелевая сталь 12Х18Н19Т;
• уплотнение - резиновые манжеты;
• взрывобезопасное исполнение.

Данный насос оснащается асинхронным электродвигателем номинальной мощностью Nдв = 2.2 кВт.

 

 

4.6. Расчет фильтра.

Так как известен максимальный диаметр капли молока после распыления, определяю максимальный приведенный диаметр частицы сухого продукта по формуле:

м, (4.30)

где: rм = 1036 кг/м3 - плотность молока;

rс.м. - плотность сухого молока.

Плотность сухого молока определяю по формуле:

кг/м3, (4.31)

где: rв = 971.8 кг/м3 - плотность воды при температуре t2 = 80 oC [1: Таблица 3].

кг/м3.

м.

Скорость витания частицы сухого молока определяю по методике [5: стр.123].

Из практики известно, что частицы сухого молока имеют шарообразную форму и приведенный диаметр частицы колеблется между 20 мкм и dс.м. = 70 мкм, т.е. принимаю приведенный диаметр частицы сухого молока dпр = 45 мкм.

Значение критерия Архимеда определяю по формуле:

, (4.32)

где: rвоз = 1.0 кг/м3 - плотность воздуха при температуре t2 = 80 оС [1: Таблица 8];

n = 21.1×10-6 м2/с - кинематическая вязкость воздуха при температуре t2 = 80 оС [1: Таблица 8] (определяется как отношение динамической вязкости к плотности).

Исходя из полученного значения критерия Архимеда по номограмме [5: 6-5] определяю значение критерия Рейнольдса для витания шарообразной частицы Reвит = 1.8.

Так как значение критерия Рейнольдса находится в диапазоне 0.2 < Reвит < 1000, то скорость витания частицы определяю по формуле:

м/с, (4.33)

м/с

 

 

Т.е. вертикальная составляющая скорости движения воздуха в фильтре не должна превышать 0.84 м/с, чтобы основное количество крупных и средних частиц, оставшихся в воздухе после прохождения сушильной камеры, осело в осаждающей камере фильтра.

Принимаю рукавный тканевой фильтр с диаметром рукавов dрук = 0.2 м, и длиной рукава lрук = 2.1 м. Тогда площадь фильтрующей поверхности одного рукава:

1.32 м2, (4.34)

Необходимую общую площадь фильтрации определяю по формуле:

 м2, (4.35)

где: DP’ =  36000 (Па с)/м - удельное гидравлическое сопротивление ткани фильтра;

DP - полное гидравлическое сопротивление ткани фильтра, принимаю DP = 1300 Па.

 м2.

Таким образом общее необходимое количество рукавов:

» 24 шт. (4.36)

При размещении рукавов как показано на рисунке 4.3 общая площадь горизонтального сечения фильтра: Sобщ = 1.65×1.15 = 1.898 м2.

Рис. 4.3. Горизонтальное сечение рукавов фильтра.

При этом скорость движения воздуха в фильтре определяю по формуле:

м/с, (4.37)

что меньше uвит = 0.844 м/с - условие осаждения выполняется.

4.7. Расчет толщины слоя изоляции.

Толщину слоя изоляции определяю по формуле:

м, (4.38)

где: a0  - коэффициент теплоотдачи от  внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2К);

tвн - температура изоляции со стороны аппарата, оС;

tст = 45 оС - температура изоляции со стороны окружающей среды, принимается в диапазоне 35 .. 45 оС для аппаратов, работающих в помещении по требованию норм охраны труда;

tо = 25 оС - температура окружающей среды;

l = 0.09 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности материала изоляции (в качестве принимаю материал - совелит - 85% магнезии + 15% асбеста).

Коэффициент теплоотдачи от  внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду определяю по эмпирической формуле:

Вт/(м2К). (4.39)

 Вт/(м2К).

Подставляю полученные данные в формулу 4.38 и получаю толщину слоя изоляции для всех элементов аппарата, результаты вычислений заношу в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2.

	Камера	Рекуператор	Фильтр	Калорифер
tвн (max), оС	150	80	80	150
d, м	0.042	0.014	0.014	0.042

 

4.8. Расчет  транспортирующих устройств.

Для транспортирования готового сухого продукта в разрабатываемом аппарате применяются два транспортных устройства: винтовой конвейер и вращающиеся скребки. Расчет произвожу по упрощенной методике с определением только частот вращения валов и необходимой мощности электродвигателя.

4.8.1. Винтовой конвейер.

Основные размеры винта принимаю конструктивно: внешний диаметр винта Dвинт=0.2 м,

длина винта lвинт = 2.78 м, угол наклона винтовой линии gвинт = 25 о.

Приближенную мощность на валу винта определяю по формуле [6: стр. 236]:

кВт, (4.40)

где: Kзап = 1.2 - коэффициент запаса мощности [6: стр. 240];

w0 = 1.2 коэффициент сопротивления движению [6: табл. 9.1];

G2 = 11.31×10-3 т/ч - производительность по сухому продукту;

кВт = 0.12 Вт.

Минимально необходимую частоту вращения вала определяю по формуле:

с-1, (4.41)

где: y = 0.05 - коэффициент заполнения желоба;

с-1 = 3.3 мин-1.

4.8.2. Скребки.

Частоту вращения вала скребков принимаю 3.6 мин-1.

 

Для привода транспортирующих устройств принимаю мотор-редуктор 1МЦ2С-63 со следующими характеристиками:

• частота вращения выходного вала n = 35.5 мин-1;
• мощность на выходном валу N = 0.55 кВт.

Мощности мотор редуктора хватает с огромным запасом.

Для обеспечения частот вращения валов принимаю две конические передачи с передаточными числами u1 = 10 (от выходного вала редуктора к валу скребков) и u2 = 2 (от вала скребков к валу винта).

 

 

4.9. Расчет  гидравлических потерь.

Расчет гидравлических потерь произвожу по методике [4: п. 1.1, стр. 13-15]. Общие потери состоят суммы линейных гидравлических сопротивлений (потерь давления) всех участков аппарата и суммы местных гидравлических сопротивлений.

Линейные потери давления определяю для каждого участка определяю по формуле:

 Па, (4.42)

где: l - длина участка, м;

dЭ - эквивалентный диаметр участка, м;

rВ - плотность воздуха, кг/м3;

uВ - скорость движения воздуха на участке, м/с;

lВ - коэффициент трения воздуха.

Коэффициент трения воздуха определяется в зависимости от значения критерия Рейнольдса:

• при Re < 2320 (ламинарное движение воздуха) коэффициент трения определяется по формуле:

, (4.43)

где: А - коэффициент, зависящий от формы сечения участка.

• при Re > 2320 (турбулентное движение воздуха) коэффициент трения определяется по формуле:

, (4.44)

Значение критерия Рейнольдса определяю по формуле:

, (4.45)

где: nВ - кинематическая вязкость воздуха, м2/с.

 

Эквивалентный диаметр зависит от формы сечения участка аппарата. Значения коэффициента А и формулы расчета эквивалентного диаметра приведены в таблице 4.3.

 

Таблица 4.3.

Форма сечения участка	А	dЭ
Круг диаметром d	64	d
Квадрат со стороной a	57	a
Прямоугольник высотой a, шириной b     при соотношении  сторон b >> a b/a = 10 b/a = 4 b/a = 2	96 85 73 62	2a 1.81a 1.6a 1.3a

 

Местные потери давления определяю для каждого участка определяю по формуле:

 Па, (4.46)

где: x - коэффициент местных потерь.

Гидравлическая схема аппарата (для расчета гидравлических потерь) приведена на рисунке 4.4.

 

Рис. 4.4. Схема сушилки для расчета гидравлических потерь.

1 - корпус, 2 - фильтр, 3 - рекуператор, 4 - калорифер, 5 - вентилятор, 6 - сброс отработанного воздуха.

 

Промежуточные данные и результаты расчета линейных потерь заношу в таблицу 4.4.

Промежуточные данные и результаты расчета местных потерь заношу в таблицу 4.5.

 

Таблица 4.4.

№		l,	Fпр,	tВ,	rВ,	uВ,	dЭ,	nВ ×106,	Re	A	lВ	Dp,
уч-ка		м	м2	оС	кг/м3	м/с	м	м2/с				Па
1	Корпус	2.53	6.393	115	1.009	0.18	2.853	21.7	23'349	-	0.026	4×10-4
2	Корпус-фильтр	0.40	0.555	80	1.000	2.06	0.634	21.1	62'032	-	0.020	0.03
3	Фильтр-рекуператор	1.36	0.119	80	1.000	9.59	0.390	21.1	177'281	-	0.015	2.48
4	Калорифер-корпус	1.79	0.119	150	0.835	11.49	0.390	28.9	155'213	-	0.016	4.04
5	Фильтр *	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1'300
6	Калорифер	0.24	0.564	110	1.009	2.01	0.748	21.7	69'296	-	0.020	0.01
7	Рекуператор **	1.00	0.210	50	1.093	5.00	0.003	17.7	961	96	0.100	401
8	Рекуператор ***	0.75	0.563	50	1.093	1.86	0.745	17.7	78'428	-	0.019	0.04
Итого												2'109