Вспомогательное оборудование сушилок

По способу обогревания различают сушилки для солода с непосредственным обогревом топочными газами и сушилки воздушные, имеющие калорифер. Сушилки для солода обогревают либо топочными газами, либо воздухом, нагретым в калориферах [2, 7, 8].

Сушильные решетки. Живое сечение решеток составляет 30 %. Их изготовляют из стальной проволоки трапецеидального сечения, из круглой проволоки и штампованными из листовой стали. Шероховатая и волнистая поверхность тканых сит задерживает зерно при перемещении. Штампованные сита с гладкой поверхностью и большим живым сечением (до 45 %) менее прочны, чем проволочные.

Калориферы. В воздушных сушильных аппаратах калориферы бывают огневые и паровые.

Огневые калориферы для солодовенных сушилок изготавливают из тонкой листовой стали в виде газоходов, расположенных в два, три или несколько рядов с таким расчетом, чтобы нагревание воздуха по всему сечению сушилки было равномерным [8]. Горячие участки газоходов размещают рядом с холодными, причем наиболее горячие газы направляют в верхний ряд, а затем последовательно в нижние противотоком нагреваемому воздуху. Диаметр стальных газоходов принимают 0,3–1 м в зависимости от величины сушилки. Соединения газоходов тщательно уплотняют. Для периодического удаления золы
в газоходах делают отверстия с плотными задвижками. Подобные калориферы громоздки и требуют частых чисток.

При расчете газовых калориферов необходимо учитывать направления потоков теплоагентов при сложных случаях относительного движения, как, например, при перекрестном токе, чаще всего встречающемся в калориферах сушилок: вначале следует определить среднюю логарифмическую разность для противотока , а затем для сложного движения.

Паровые калориферы широко распространены в настоящее время. При их использовании облегчается обслуживание и регулирование работы, улучшаются санитарные условия производства, отпадает необходимость в истопниках.

Калориферы изготавливают в соответствии с ГОСТ 7201–62 четырех моделей: большой (Б), средний (С), малый (М) и самый малый (СМ). Каждая модель, в зависимости от величины поверхности теплопередачи, имеет 14 типоразмеров.

Поверхность теплопередачи в пластинчатых калориферах состоит из стальных трубок диаметром 22 мм. На них с интервалом 5 мм насажены пластины толщиной 0,5 мм, изготавливаемые из декапированной стали. Для предохранения стали от коррозии трубки и пластины оцинкованы. Концы трубок развальцованы в трубных решетках. Камеру, образуемую трубной решеткой и наружной крышкой, называют коллектором.

Различают калориферы одноходовые (модель КФС и КФБ), в которых теплоносителем является греющий пар (давлением до 0,6 МПа), проходящий в калорифере по всем трубкам параллельными потоками (рисунок 3.26 а), и многоходовые – для нагревания воздуха горячей водой, проходящей в калорифере последовательно по нескольким пучкам трубок (рисунок 3.26 б).

Расчет и подбор паровых калориферов производят по следующей методике.

Поверхность теплопередачи калорифера

, (3.101)

где – тепловая нагрузка калорифера, Дж;

– разность температур холодного и нагретого воздуха, град;

– коэффициент теплопередачи, Вт/(м^.К).

Расчет тепловой нагрузки (Дж) можно производить либо по разности температур, либо по разности энтальпий согласно уравнению

, (3.102)

где – количество воздуха, проходящего через калорифер, кг/с;

– удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг К);

– температура соответственно холодного и нагретого воздуха, °С

– энтальпия соответственно холодного и нагретого воздуха, Дж/кг.

Расчет по разности температур проще, так как не требует вычисления величин энтальпии. Но этот расчет менее точный, так как удельная теплоемкость воздуха зависит от его влажности и температуры.

Значения коэффициента теплопередачи в пластинчатых паровых калориферах приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Значение коэффициента теплопередачи

Тип калорифера	Массовая скорость воздуха в калорифере, кг/(м2с)
КФС и КМС	18,1	21,2	23,4	25,4	27,1	28,8	30,1
КФБ и КМБ	15,6	18,3	20,8	22,7	25,1	26,2	27,9

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по одной из формул, приведенных в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Формулы расчета коэффициента теплопередачи, Вт/(м²К)

Тип калорифера	При обогревании паром	При обогревании водой, имеющей скорость, м/с
КФС и КМС
КФБ и КМБ

Произведение скорости движения воздуха в калорифере на плотность называется массовой скоростью кг/(м^2.с):

, (3.103)

где – свободное (живое) сечение калорифера для прохода возду-
ха, м².

Оптимальная массовая скорость воздуха принимается в пределах 4–6 кг/(м^2.с). При подборе калориферов необходимо принимать запас на теплопередачу до 15 % и на сопротивление проходу воздуха до
10 %.

Сопротивление проходу воздуха через один ряд калориферов при параллельной установке их для КФС и КМС равно Па, для КФБ и КМБ – Па. Сопротивление при установке калориферов в два, три или четыре ряда увеличивается в такое же число раз.

Солод во время сушки на горизонтальных решетках перемешивают механическими ворошителями шнекового или лопастного типа.

При перемешивании солода в высоком слое (до 0,7 м) используются шнековые ворошители. При малой высоте солода используются лопастные ворошители. Лопастной ворошитель представляет собой горизонтальный вал с лопастями, совершающий одновременно вращательное и поступательное движение. Во время вращения вала закрепленные на нем лопасти захватывают солод и перебрасывают его. Одновременно ворошитель медленно продвигается со скоростью
0,15–0,7 м/мин. Частота вращения вала 3–8 мин^–1. Дойдя до конца сушильной решетки, ворошитель автоматически переключается и движется в обратном направлении.

 

Расчет сушилок для солода

Определение производительности. Производительность сушилки периодического действия с горизонтальными решетками (кг/сутки) находится в прямой зависимости от площади основания решеток и высоты слоя солода на решетках, в обратной зависимости от продолжительности пребывания солода на каждой решетке. В зависимости от указанных факторов производительность может быть определена по формуле

, (3.104)

где – высота слоя сырого солода на верхней решетке, м;

– объемы сырого и сухого солода, получаемые из 1 т
зерна, м³ (; );

– насыпная плотность сухого солода, кг/м³;

– продолжительность пребывания солода на каждой
решетке, ч;

– площадь сушильной решетки, м².

Производительность вертикальной сушилки периодического действия (кг/сутки) можно вычислить в зависимости от объема солода, находящегося в нижней зоне, и от продолжительности цикла
сушки:

, (3.105)

где – соответственно длина, ширина и высота сушильной шахты нижней зоны сушилки (все размеры внутренние), м;

– объемная масса сухого солода, кг/м³;

– число сушильных шахт;

– коэффициент усадки солода при сушке в нижней зоне ();

– продолжительность цикла сушки, ч.

Производительность сушилки непрерывного действия (кг/сутки) можно рассчитать как произведение количества солода, находящегося в сушилке на частоту смен его в сушилке:

, (3.106)

где – внутренний объем сушильных шахт, м³;

– объемная масса сухого солода, кг/м³;

– коэффициент усадки солода за весь период сушки ();

– продолжительность сушки при непрерывном процессе, ч.

Материальный баланс сушилки. Количество испаряемой из солода влаги (кг)

, (3.107)

где , – количество свежепроросшего и высушенного солода, кг;

, – влажность свежепроросшего и высушенного солода, %;

Уравнение материального баланса влаги:

, (3.108)

где – расход воздуха в сушильном аппарате, кг/с.

– влагосодержание свежего и отработанного возду-
ха, кг/кг.

Расход воздуха в сушильном аппарате

. (3.109)

Материальный баланс двухстадийной сушилки. С учетом количества ростков к массе очищенного сухого солода, равным , количество неочищенного солода, получаемого в час при конечной влажности :

, (3.110)

где – количество сухого очищенного от ростков солода, кг/с, (уравнение (3.63)).

Количество сухих веществ солода

. (3.111)

Количество сырого солода, поступающего в сушилку:

. (3.112)

Количество удаляемой из солода влаги:

в верхней зоне сушилки:

, (3.113)

в нижней зоне сушилки:

, (3.114)

где – влажность солода на входе в сушилку, между зонами и на выходе из сушилки, %.

Общее количество влаги, удаляемой из солода за время сушки:

.

Общий расход воздуха на проведение процесса сушки вычисляется по уравнению (3.109).

Тепловой баланс сушилки. Большая часть влаги удаляется из солода в сушилке при относительно низких температурах. Для этой цели в начальный период сушки солод интенсивно проветривается воздухом, нагретым до 40–50 °С. В конечный период сушки количество удаляемой влаги невелико, но для тепловой обработки солода температура воздуха повышается до 75–105 °С (в зависимости от типа вырабатываемого солода). Поэтому рационально построенные сушилки для солода должны работать с переменным количеством воздуха
в зонах: в калорифер и в нижнюю зону (нижнюю решетку) подается

ограниченное количество воздуха, а в средней и в верхней зонах к воздуху, выходящему из нижней зоны, подмешивается холодный воздух
в таком количестве, чтобы получить смесь требуемой температуры.

Сушилка с постоянным количеством воздуха. Тепловой баланс сушилки, работающей с постоянным количеством воздуха во всех зонах, можно рассмотреть на примере работы двухъярусной сушилки без учета дополнительного подвода свежего воздуха под верхнюю
решетку.

Тепловой баланс двухъярусной сушилкисогласно схеме, приведенной на рисунке 3.27.

Приход тепла в сушилку складывается:

– из тепла, вносимого с сухим солодом, ;

– тепла, вносимого с влагой, ;

– тепла, вносимого с воздухом, ;

– тепла, вносимого калорифером, .

Расход тепла из сушилки складывается:

– из отвода с сухим солодом ;

– отвода с отработанным воздухом ;

– потерь тепла в окружающую среду .

Уравнение теплового баланса солодосушильного аппарата:

, (3.115)

где – масса сухого солода с ростками, кг;

– удельные теплоемкости сухого солода и воды, Дж/(кг^.К);

– количество испаряемой из солода влаги, кг;

– расход воздуха на сушку солода, кг;

– энтальпия свежего и отработанного воздуха, Дж/кг;

– тепло, сообщаемое воздуху в калорифере, Дж;

– потери тепла в окружающую среду, Дж;

– начальная и конечная температуры солода, °С.

Теплосодержание сырого солода в уравнении (3.115) выражено суммой теплосодержания высушенного солода и теплосодержания испаряемой воды .

Удельная теплоемкость солода при влажности :

, (3.116)

где – удельная теплоемкость сухих веществ солода ( кДж/(кг К)).

Количество испаряемой воды из солода определяется согласно уравнению (3.107).

Энтальпия влажного воздуха (кДж/кг) определяется по диаграмме Рамзина или рассчитывается по формуле Молье:

, (3.117)

где – температура воздуха, °С;

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

– влагосодержание воздуха, насыщенного паром (находится при помощи диаграммы состояния влажного воздуха), кг/кг;

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

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

Расход воздуха на сушку определяется по уравнению (3.109).

Из уравнения теплового баланса количество тепла, сообщаемое воздуху в калорифере:

. (3.118)

Тепло, затрачиваемое в сушилке на нагрев солода, равно:

. (3.119)

Тогда уравнение баланса (3.80) определяется

. (3.120)

Все тепло, расходуемое в калорифере, получает воздух, теплосодержание которого с повышается до . Следовательно:

. (3.121)

Из уравнений (3.120) и (3.121) после преобразований

. (3.122)

Уравнение (3.122) представляет собой изменение теплосодержания 1 кг воздуха при прохождении его через сушильные камеры.

Сушилка с переменным количеством воздуха. Баланс тепла для двухзонной сушилки составляется с расчетом, чтобы на основании его можно было найти расход воздуха по зонам. Рассмотрим расчет на примере работы сушилки непрерывного действия ЛСХА.

Сушилка солода непрерывного действия (рисунок 3.28) сухого очищенного от ростков солода работает с паровым калорифером при переменном количестве воздуха по зонам; в верхних зонах сушилки к теплому воздуху подмешивается холодный воздух для обеспечения высушивания солода, имеющего высокую влажность при умеренной температуре, и предотвращения образования недоброкачественного стекловидного солода.

Конструктивно сушилка разделена на четыре зоны I, II, III и IV по высоте, в каждой зоне поток воздуха проходит сквозь слой солода. Холодный воздух следует подмешивать к теплому воздуху между второй и третьей зонами, т.е. посередине сушилки.

Общий расход воздуха в сушилку определяется по уравнению (3.109).

В теоретической сушилке сушка происходит при постоянной температуре, высушиваемый продукт и элементы сушилки не нагреваются, потерь тепла и прихода тепла извне в сушильные камеры нет. Поэтому процесс сушки на диаграмме изображается линией постоянного теплосодержания (изоэнтальпой). В действительной сушилке теплосодержание сушильного агента снижается за счет нагревания солода, за счет неизбежных потерь тепла и несколько увеличивается за счет теплосодержания влаги, испаряемой из солода.

Чтобы определить отклонение действительного процесса сушки от теоретического, необходимо найти все эти составляющие.

Расход тепла (Вт) на нагревание солода в верхних зонах

, (3.123)

где – теплоемкость солода в верхней части при влажности , Дж/кг;

– количество солода, переходящего из второй в третью зону при влажности , кг/с;

– температура солода в средней части сушилки и при загрузке, °С.

Количество солода, переходящего из второй в третью зону:

, (3.124)

где – количество сырого солода, поступающего в сушилку, кг/с;

Расход тепла (Вт) на нагревание солода в нижних зонах сушилки

, (3.125)

где – теплоемкость солода в нижней части при влажности , Дж/кг;

– количество солода, перемещающегося в нижней зоне, при влажности , кг/с.

Удельная теплоемкость солода (Дж/(кг^.К)) при влажности :

, (3.126)

где – удельная теплоемкость сухих веществ солода
( Дж/кг^.К);

– теплоемкость влаги в солоде, Дж/кг;

– температура солода в средней части сушилки и на выходе, °С.

Количество солода, перемещающегося в нижней зоне:

. (3.127)

Количество тепла (Вт), расходуемого на нагрев влаги, находящейся во влажном солоде:

в верхней зоне сушилки:

, (3.128)

где – начальная температура солода в верхней части сушилки, °С;

– удельная теплоемкость воды при температуре , Дж/кг^.К;

в нижней зоне сушилки:

, (3.129)

где – начальная температура солода в нижней части сушилки, °С;

– удельная теплоемкость воды при температуре , Дж/кг^.К.

Потери тепла в окружающее пространство составляют:

в верхней части сушилки:

, (3.130)

в нижней части сушилки:

, (3.131)

где – потери тепла в окружающую среду.

Разница в расходе тепла (Вт) в теоретической и действительной сушилках (поправка на действительный процесс) будет равна:

в верхней части:

, (3.132)

в нижней части:

. (3.133)

Общая разность расхода тепла

. (3.134)

Количество воздуха, нагреваемого в калорифере. Уравнение баланса тепла сушилки:

Приход тепла Расход тепла

, (3.135)

где – соответственно количество воздуха, нагреваемого в калорифере (поступающего в нижнюю часть), поступающего в верхнюю часть сушилки (минуя калорифер), и общее количество воздуха, кг/с;

– соответственно энтальпия воздуха: свежего, после калорифера и отработанного, Дж/кг.

Величину можно выразить через разность , тогда из уравнения теплового баланса определится расход воздуха, нагреваемого в калорифере:

. (3.136)

Полученное уравнение позволяет рассчитать количество воздуха, нагреваемого в калорифере, а следовательно, и количество добавочного воздуха.

Количество добавочного холодного воздуха

. (3.137)

Полученное уравнение показывает, что температуру сушки в нижней зоне можно регулировать изменением расхода воздуха L₁, нагретого в калорифере, не оказывая влияния на общий расход теплоты.

Тепловая нагрузка на калорифер (Вт)

, (3.138)

или

. (3.139)

Общий расход тепла в сушилке с учетом потерь тепла при сжигании топлива и с отработанными газами

, (3.140)

где – потери тепла.

На каждые 100 кг высушенного солода расход тепла (Дж) составляет:

. (3.141)