Расчет пневматических барабанов

Определение основных размеров барабана. Размеры барабанов следует определять в зависимости от объема солода, проращиваемого
в барабанах, и степени их наполнения.

Установлено, что оптимальная степень заполнения составляет для барабана с плоским ситом не более 50% объема; для барабана с ситчатыми трубами – 60 %.

Вместимость барабана рассчитывают по объему свежепроросшего солода, который принимают в 1,8 раза больше, чем объем сухого зерна:

, (3.32)

где – количество сухого зерна, единовременно перерабатываемого в ящике, кг;

– насыпная плотность воздушно-сухого зерна, кг/м³.

Полный внутренний объем барабана при степени наполнения

. (3.33)

При заданном диаметре находятся геометрические размеры барабана.

Длина заполняемой солодом части барабана

. (3.34)

Для барабана с плоским ситом (рисунок 3.13) максимальная высота слоя солода в барабане

, (3.35)

где и – внутренние радиус и диаметр барабана, м.

 

Максимальная высота подситового пространства и воздушного пространства над солодом

. (3.36)

Ширина сита

. (3.37)

В барабане с ситчатыми трубами центральная труба должна иметь радиус

. (3.38)

Радиус полутруб, располагаемых по периметру барабана,

. (3.39)

Количество перфорированных полутруб определяется в соответствии с шагом их расположения по периметру барабана:

. (3.40)

Такое соотношение размеров центральной трубы обеспечивает полноту перемешивания солода при степени наполнения 60 %.

Полная длина барабана любого типа может быть определена по объему солода и степени заполнения аппарата:

, (3.41)

где 1,8 – коэффициент увеличения объема зерна при проращивании
в барабане;

– площадь поперечного сечения слоя солода в барабане, м²
(в барабане с плоским ситом ; в барабане с ситчатыми трубами );

– число междонных камер (в барабане с плоским ситом = 2; в барабане с ситчатыми трубами = 1);

– ширина междонной камеры ( = 0,25¸0,30 м).

Определение потребной мощности на привод барабана. Для приведения во вращение барабана к зубьям венечной шестерни необходимо приложить силу , работа которой будет преодолевать все сопротивления вращению. За один оборот барабана работа (Дж) силы определяется по формуле

, (3.42)

где – диаметр начальной окружности венечной шестерни, м.

Эта работа и, соответственно, мощность привода барабана расходуется на преодоление силы трения качения бандажей по опорным роликам, силы трения скольжения цапф опорных роликов в подшипниках и силы сопротивления солода вращению барабана.

Сила трения качения бандажей по роликам

, (3.43)

где – реакция опорного ролика, Н;

– коэффициент трения качения, м (для стали по стали
= 0,05);

– радиус ролика, м;

– количество опорных роликов.

Реакцию опорного ролика можно найти по суммарной силе тяжести загруженного барабана и углу между направлением силы, действующей на ролик, и вертикалью (см. рисунок 3.13).

Проектируя действующие силы на вертикальную ось барабана, можно написать:

, (3.44)

где ;

– сила тяжести массы солода, Н;

– сила тяжести массы барабана, Н.

Из уравнения (3.44) реакция опорного ролика

, (3.45)

где – угол расположения опорных роликов.

В уравнении (3.45)

, , (3.46)

где – масса солода, кг;

– масса барабана, кг.

Работа силы трения качения (Дж) за один оборот барабана определяется в соответствии с уравнением (3.42) как произведение силы трения на длину окружности бандажа:

, (3.47)

где – диаметр бандажа, м.

С учетом уравнения (3.43)

. (3.48)

Работа трения скольжения (Дж) цапф опорных роликов в подшипниках определяется по формуле

, (3.49)

где – диаметр цапф опорных роликов, м;

– коэффициент трения скольжения.

Работа силы сопротивления солода вращению барабана (Дж) определяется как работа, затрачиваемая на преодоление силы трения скольжения продукта по внутренней поверхности барабана:

, (3.50)

где – коэффициент трения скольжения солода по поверхности барабана.

Работа на преодоление силы трения скольжения в местах соединения барабана с воздуховодами (Дж) определяется по формуле

, (3.51)

где – радиус уплотнительной шайбы воздуховода, м;

– коэффициент трения скольжения барабана.

– сила действия пружин, прижимающих шайбу к воздуховоду, Н.

Полная работа, совершаемая за один оборот барабана (Дж):

. (3.52)

Потребная теоретическая мощность для вращения барабана (кВт)

, (3.53)

где – частота вращения барабана, с^–1 (обычно 1 оборот за 45 мин);

– КПД всех звеньев привода барабана.

Мощность электродвигателя

, (3.54)

где – КПД двигателя.

По найденному значению по справочной литературе выбирается стандартный двигатель.

3.2.5 Сравнительная оценка пневматических солодовен
различных типов

1. Для размещения ящичных пневматических солодовен с передвижной грядкой требуются длинные производственные помещения (от 30 до 50 м). Однако площадь этих помещений используется при рациональном размещении ящиков достаточно полно. Степень механизации трудоемких работ в этих солодовнях высокая, так как перемешивание и выгрузка солода производятся ковшовым ворошителем. Недостатком этой солодовни является наличие общего кондиционера и длинных воздуховодов, поэтому процесс солодоращения здесь можно регулировать только изменением количества воздуха, но не его параметров.

2. В пневматических солодовнях солодоращение можно производить в каждом ящике независимо от других, изменяя параметры воздуха в соответствии с требованиями технологии. Воздуховоды в этих солодовнях могут иметь минимальную длину при размещении кондиционеров вблизи ящиков.

Выгрузка солода из ящиков со шнековыми ворошителями осуществляется механическими лопатами, пневматическим или гидравлическим транспортером. Выгрузка солода из ящиков до сего времени недостаточно механизирована, а применяемые для этой цели средства несовершенны.

3. Барабанные солодовни всех типов являются наиболее сложными солодовнями. Степень механизации и автоматизации производственных процессов в них наиболее высокая. Перемешивание солода, осуществляемое при вращении барабанов, не сопровождается механическим повреждением зерен солода, как это нередко бывает в ящичных солодовнях, поэтому готовый солод, получаемый в барабанах, обычно имеет высокое качество.

 

3.2.6 Материальный и тепловой балансы
пневматических солодовен

 

Материальный баланс солодовни. Определение расхода воздуха для проветривания солода неразрывно связано с весовыми количественными изменениями зерна в процессе солодоращения, происходящими как вследствие потерь сухих веществ, так и вследствие колебаний влагосодержания зерна.

Составление материального баланса необходимо для определения количества зерна на всех стадиях переработки, отходов, потерь и т.д. Уравнения материального баланса приведены к виду, где один из сомножителей характеризует влияние изменения влажности на количество продукта, второй – влияние потерь сухих веществ. В качестве исходной величины для расчета принят вес очищенного и отсортированного зерна , поступающего в переработку на солод.

Уравнения материального баланса выведены по схеме:

 

 

В соответствии с данной схемой определены количественные потоки солодовенного производства.

Масса товарного зерна, необходимого для получения кг сортированного зерна,

, (3.55)

где – потери при очистке и сортировании, %;

– потери при хранении, %.

Количество отходов при сортировке

. (3.56)

Количество замоченного зерна

, (3.57)

где – масса сухих веществ замоченного зерна, кг;

– потери сухих веществ со сплавом и на выщелачивание при замачивании, %;

– влажность замоченного зерна, %.

Масса сухих веществ замоченного зерна

, (3.58)

где – масса сортированного зерна, кг;

– влажность сортированного зерна, %.

Масса свежепроросшего (зеленого) солода

, (3.59)

где – масса сухих веществ свежепроросшего солода;

– влажность свежепроросшего солода.

Масса сухих веществ свежепроросшего солода

, (3.60)

где – потери на дыхание при проращивании, %.

Количество освобождающейся влаги

, (3.61)

где – потери при дыхании, кг;

0,55 – количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг крахмала, кг.

В уравнении (3.40) учтена влага, выделяемая при солодоращении как продукт дыхания , и влага, освобождаемая за счет потерь сухих веществ .

Количество образующейся углекислоты

, (3.62)

где 1,63 – количество углекислоты, выделяющейся при сгорании 1 кг крахмала, кг.

Количество сухого очищенного от ростков солода

, (3.63)

где – потери на ростки, %;

– влажность высушенного солода, %.

Количество выпариваемой влаги при сушке солода

. (3.64)

Тепловой баланс солодорастильного аппарата. Расчет расхода воздуха. Количество воздуха, необходимое для проветривания проращиваемого в пневматической солодовне зерна, рассчитывают в соответствии с количеством выделяющейся при проращивании теплоты
[2, 8].

Тепловой баланс складывается из теплоты солодорастильного аппарата, замоченного зерна, кондиционированного воздуха и теплоты, выделяемой при солодоращении. Подсчитывают теплоту аппарата, отработанного воздуха и теплоту, потерянную в окружающую среду
с поверхности солода. Составляют уравнение, в котором приход теплоты равен ее расходу.

Схема теплового баланса пневматической солодовни представлена на рисунке 3.14.

Тепловой баланс пневматического солодорастильного аппарата может быть представлен в виде следующей схемы.

 

Приход	Расход
Теплота, приходящая с замоченным зерном: . Теплота, выделяемая при солодоращении: . Теплота, выделяемая аппаратом при загрузке: . Теплота, приходящая с кондиционированным воздухом: .	Теплота, уходящая с солодом при выгрузке: . Теплота, уходящая с отработанным воздухом: . Теплота, отдаваемая аппаратом при разгрузке: . Теплота, уходящая в окружающую среду с поверхности солода: .

Уравнение теплового баланса:

. (3.65)

Приход тепла в солодовню с теплосодержанием замоченного зерна (кДж)

, (3.66)

где – масса замоченного зерна, кг;

– удельные теплоемкости замоченного зерна, кДж/(кг К);

– температура зерна при загрузке, °С.

Удельная теплоемкость влажного солода (кДж/(кг^.К)) рассчитывается как средневзвешенная величина из теплоемкостей сухих веществ и воды:

, (3.67)

где – теплоемкость влаги, кДж/(кг^.К);

кДж/(кгК) – удельная теплоемкость сухих веществ солода.

Приход тепла (кДж) с теплотой, выделяемой при ращении

, (3.68)

где – количество тепла, выделяемого при проращивании на каждый килограмм потери сухих веществ (для отечественных ячменей эта величина составляет 17982 кДж);

– потери сухих веществ на дыхание при проращивании, кг.

Тепловой эквивалент потерь сухих веществ при солодоращении в размере 17982 кДж/кг можно применять лишь для ориентировочных

расчетов, поскольку эта величина зависит от состава перерабатываемого зерна и от характера протекающих при солодоращении процессов.

Для более точного определения количества выделяющегося тепла (кДж) рекомендуется применять уравнение, полученное на основе материального и теплового балансов продуктов соложения:

, (3.69)

где – соответственно количество зерна, солода и ростков, кг;

– соответственно теплота сгорания зерна, свежепроросшего солода и ростков; для некоторого определенного сорта зерна эти величины соответственно составляют 17848, 17940 и 18422 кДж/кг.

Приход тепла в солодовню, выделяемого аппаратом при загрузке (кДж):

, (3.70)

где – масса аппарата солодоращения, кг;

– удельные теплоемкости замоченного зерна, кДж/(кг К).

Теплота, приходящая с кондиционированным воздухом (Дж):

, (3.71)

где – теплосодержание кондиционированного воздуха, кДж/кг;

– расход воздуха на проветривание солода, кг/с.

Теплота, уходящая с солодом при выгрузке (кДж):

, (3.72)

где – масса свежепроросшего солода на выходе из солодовни, кг;

– удельная теплоемкость свежепроросшего солода;

– температура солода при выгрузке, °С.

Удельная теплоемкость свежепроросшего солода (кДж/(кг К)):

. (3.73)

Теплота, уходящая с отработанным воздухом (кДж):

, (3.74)

где – теплосодержание отработанного воздуха, кДж/кг;

Теплота, отдаваемая аппаратом при разгрузке (кДж):

. (3.75)

Потери тепла в окружающую среду учитываются только с открытой поверхности солода, так как потери тепла через стенки ящика при наличии малого температурного перепада невелики.

Температуру солода в ящике за все время ращения (включая период согревания) можно принять равной °С. Тогда потери тепла
в окружающую среду (кДж)

, (3.76)

где – коэффициент теплоотдачи с открытой поверхности солода окружающему воздуху, кДж/(м^2.ч^.К);

– температура в помещении солодовни, °С;

– общая продолжительность соложения, ч;

– открытая поверхность солода, м².

Так как количество теплоты, отдаваемой аппаратом при выгрузке солода, мало отличается по величине от количества теплоты, выделяемой аппаратом при загрузке замоченного зерна, уравнение теплового баланса (3.65) будет:

. (3.77)

Откуда расход воздуха на проветривание солода за весь период солодоращения (кг):

. (3.78)

Расход воздуха зависит от многих факторов, в том числе в значительной степени от потерь сухих веществ и разности энтальпий. Энтальпия влажного воздуха (кДж/кг) определяется по диаграмме Рамзина или рассчитывается по формуле Молье:

,

где – температура воздуха;

– удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха, кДж/(кг К);

– влагосодержание воздуха, насыщенного паром, кг/кг;

– удельная теплоемкость водяного пара кДж/(кг^.К);

– теплота испарения воды при 0 °С, кДж/кг.

Для подбора вентилятора необходимо определить объемный часовой расход воздуха. Плотность кондиционированного воздуха

, (3.79)

где – мольные массы воздуха и пара, кг/кмоль;

– давление воздуха, используемого для проветривания, Па;

– нормальное давление, Па;

– давление насыщенного водяного пара при температуре кондиционированного воздуха, Па;

– температура кондиционированного воздуха, ⁰К;

– относительная влажность воздуха, %.

Объемный расход воздуха (м³) за весь период соложения

. (3.80)

Во время ращения тепло выделяется неравномерно, поэтому производительность вентилятора должна быть подобрана с учетом этой неравномерности. При индивидуальной установке (на каждый ящик отдельный вентилятор) производительность вентилятора необходимо брать в раз больше среднечасовой. Если проветривание производится в течение суток ( = 6,5), то производительность вентилятора для данного случая будет равна (м³/ч):

. (3.81)

На каждую тонну перерабатываемого зерна при данных условиях максимальный расход воздуха ((м³/ч)/т) составляет:

. (3.82)

Из уравнения теплового баланса следует, что расход воздуха на проветривание зависит главным образом от потерь сухих веществ на дыхание и от параметров кондиционированного и отработанного воздуха. Чем меньше потери сухих веществ и чем больше разность теплосодержаний, тем меньше расход воздуха. Предварительный расчет расхода воздуха можно произвести по следующей укрупненной норме: на каждые 5 т перерабатываемого зерна расход воздуха приблизительно равен 1 м³.