Ленточная сушилка для макарон
Введение
На современном этапе развития
сложилось трудное экономическое положение для всего народного хозяйства Украины
и в особенности для - пищевой промышленности, так как эта область очень зависит
от других областей - машиностроительной, химической, нефтеперерабатывающей, и в
особенности платежеспособности населения.
Исторически доказано, что родиной
макаронных изделий является Италия. В средние века прессующие устройства
приводились в действие посредством лошадиной силы или на водяных мельницах, а
при появлении первых машин появились паровые агрегаты.
Роль макаронных изделий в рационе
питания - причем практически во всем мире - трудно переоценить. Многие даже
считают их основным продуктом питания XX столетия.
Актуальность темы в том, что
макаронные изделия относятся к основным продуктам питания, и спрос на них
достаточно стабилен. Макаронные изделия представляют собой консервированное
тесто из пшеничной муки специального помола. Они имеют высокую питательную
ценность, хорошую усвояемость, быстро развариваются, хорошо перевозятся и
сохраняются.
Хотя макаронные изделия по составу
чрезвычайно просты, их повсеместное распространение началось всего сто с не
большим лет назад. Причину следует искать в том, что выращивание пшеницы долгое
время было делом непростым, возможным лишь в отдельных регионах планеты. Это
мешало макаронам достичь той популярности.
1. Технологическая часть
1.1 Теоретические основы
процесса сушки
макаронный пищевой
сушилка ленточный
Согласно классификации, предложенной
акад. П.А. Ребиндером, формы связи влаги в коллоидно-капиллярно-пористых
материалах, к которым относится и макаронное тесто, можно разделить на три
группы: химическая, физико-химическая, физико-механическая. В макаронном тесте
наблюдаются главным образом две первые формы связи влаги.
Химически связанная вода входит в
состав молекул вещества и может быть удалена из него только химическим
взаимодействием или прокаливанием. При сушке химически связанная вода не
удаляется.
Физико-химическая связь влаги
включает два вида: адсорбционную и осмотическую. Адсорбционно связанная влага
представляет собой жидкость, удерживаемую на внешней и внутренней поверхностях
мицелл - частиц размером от 0,1 до 0,001 мкм, которые в макаронном тесте
представляют собой отдельные свернутые цепочки молекул белка и крахмала или их
группы (конгломераты). Осмотически связанная влага находится во внутреннем
пространстве мицелл. В макаронном тесте большее количество влаги связано
осмотически.
При сушке макаронных изделий
происходит удаление адсорбционно и осмотически связанной влаги, причем вначале
удаляется как наименее прочно связанная осмотическая влага, а затем -
адсорбционная. Кроме того, при используемых в настоящее время температурных
режимах сушки - от 30 до 50°С - в первую очередь отдается влага, удерживаемая
крахмалом, а затем - белками.
Во время высушивания продукта вода,
содержащаяся в нем, превращается в пар и удаляется. Для превращения воды в пар
необходима затрата определенного количества тепловой энергии. В зависимости от
способа передачи тепла материалу различают несколько способов сушки: конвекцией
нагретого воздуха; контактом материала с нагретыми поверхностями; радиацией,
т.е. переносом энергии от излучателя, нагретого до высокой температуры, к
материалу путем электромагнитных копи; воздействием на влажный материал токами
высокой частоты или ультразвуком. Эти способы сушки называют тепловыми.
Сушка предварительно замороженного
продукта с испарением льда в глубоком вакууме называется сублимацией.
Высушивание макаронных изделий в подавляющем больше осуществляется конвективным
способом
Конвективный способ сушки основан на
тепло- и влагообмене между высушиваемым материалом (сырыми макаронными
изделиями) и нагретым сушильным воздухом. Просушки заключается в подводе влаги
материала к его поверхности, превращении влаги в пар и удалении пара с
поверхности материала. По такой схеме происходит удаление осмотически связанной
влаги. Адсорбционно связанная влага превращается в пар внутри материала и в
виде пара перемещается к поверхности.
Нагретый сушильный воздух отдает
материалу тепло, необходимое для превращения воды в пар, а также поглощает и
уносит пар от поверхности материала. В связи с этим сушильная способность
воздуха, т.е. количество влаги, которое может поглотить 1 кг воздуха до полного
его насыщения, зависит от температуры и относительной влажности воздуха. Чем
выше температура воздуха, тем интенсивнее происходит испарение влаги из
материала; чем ниже его относительная влажность, т.е. чем он «суше», тем
интенсивнее он будет поглощать испаряющуюся влагу. Интенсивность высушивания
будет иметь, кроме того, от скорости движения воздуха над материалом: чем выше
скорость движения воздуха, тем быстрее будет отводиться от материала
испаряющаяся влага. Таким образом, основными параметрами сушильного воздуха, определяющим
скорость высушивания изделий, являются его температура, относительная влажность
и скорость движения. Нашим, что относительная влажность воздуха или просто
влажность представляет собой процентное отношение массы водяного пара,
находящегося в 1 м3 влажного воздуха, к максимально возможной массе
водяного пара, которая может содержаться в том же объеме при тех же температуре
и давлении.
Перемещение влаги из внутренних
слоев материала к наружным происходит под влиянием градиента влажности, т.е.
разницы во влажностях слоев, возникающей в результате испарения влаги с
поверхности материала и осушении наружных, слоев. Градиент влажности направлен
к центру высушиваемых изделий, т.е. в направлении, противоположном перемещению
влаги, и величина его тем больше, чем интенсивнее происходит осушение наружных
слоев. Явление перемещения влаги под влиянием градиента влажности называется
влагопроводностью, или концентрационной диффузией.
Помимо явления влагопроводности при
прогреве высушиваемого материала возникает также градиент температуры, под
влиянием которого влага стремится перемещаться внутрь материала, т.е. по
направлению теплового потока. Это явление носит название термовлагопроводности,
или термической диффузии. Таким образом, в самом начале сушки концентрационная
и термическая диффузии направлены в противоположные стороны, и направление
движения влаги в материале зависит от того, какой из двух видов диффузии будет
преобладающим. Однако в силу небольшой толщины макаронные изделия довольно
быстро прогреваются, происходит выравнивание температур их слоев и градиент
температуры становится практически равным нулю. В результате в дальнейшем
процессе сушки макаронных изделий главная роль принадлежит концентрационной
диффузии.
При попадании изделии в менее теплую
среду (например, при охлаждении или стабилизации) перемещение влаги в толще их
будет идти как за счет влагопроводности, так и вследствие
термовлагопроводности.
Начальный небольшой участок кривой
указывает на прогрев изделий, который длится всего несколько минут. Для него
характерно незначительное снижение влажности вследствие противоположного
направления концентрационной и термической диффузий.
Затем происходит изменение влажности
по прямой линии. Во время этого периода, называемого периодом постоянной
скорости сушки, происходит удаление менее прочно связанной осмотической влаги.
При некотором значении влажности
изделий, которое называется критическим, наблюдается снижение скорости удаления
влаги и наступает период падающей скорости сушки. В этот период происходит
удаление главным образом влаги, связанной адсорбционно и прочно удерживаемой
белковыми веществами.
При сушке изделий воздухом с
постоянной сушильной способностью, т.е. воздухом, имеющим постоянные
температуру и относительную влажность и двигающимся с постоянной скоростью,
важность высушиваемых изделий будет асимптотически приближаться к определенному
значению, называемому равновесной влажностью. Иными словами, сушильному воздуху
с определенными параметрами (температурой и относительной влажностью) соответствует
определенная равновесная влажность изделий, которая не снижается сколько бы они
ни омывались этим воздухом. Для правильного выбора режима сушки очень важно
знать величины равновесной влажности макаронных изделий. Они определяются по
кривым равновесной влажности, которые построены на основании экспериментальных
данных с использованием следующего метода. Пробы сырых макаронных изделий
помещают в эксикатор, в нижнюю часть которого налит раствор серной кислоты
определенной концентрации. Изделия периодически взвешивают, пока масса их не
станет постоянной. Это свидетельствует о достижении состояния равновесия,
которому соответствует определенная разновесная влажность продукта. Каждой
определенной концентрации серной кислоты соответствует определенная влажность
воздуха. Повторяя при различных концентрациях серной кислоты, т.е. помещая
изделия в атмосферу с различной влажностью, получают зависимость равновесной
влажности продукта от влажности воздуxa.
Серии опытов проводят при различных
температурах, получая кривые равновесной влажности для определенных температур
(изотермы).
При выборе режима сушки макаронных
изделий необходимо использовать соответствующую кривую. Так, если они
высушиваются воздухом, нагретым до 48°С, то можно определить, что для
достижения изделиями влажности, например 13%, относительная влажность
сушильного воздуха должна быть не выше 80%.
1.2 Изменение свойств
макаронных изделий при сушке
Особенность сушки макаронных изделий
заключается в том, что в процессе высушивания изменяются их структурно-механические
свойства и размеры. Во время сушки влажность продукта снижается от 29-30% до
13-14%, при этом происходит постепенное сокращение линейных и объемных
размеров, усадка изделий на 6-8%.
Поступающие на сушку сырые изделия
являются пластичным материалом и сохраняют пластические свойства примерно до
20%-ной влажности. При влажности примерно от 20 до 16% они постепенно
утрачивают свойства пластичного материала и приобретают свойства, характерные
для упругого материала. При такой влажности макаронные изделия являются
упруго-пластичным телом.
Начиная примерно с 16%-ной
влажности, макаронные изделия становятся твердым упругим телом и сохраняют его
свойства до конца сушки.
При мягких режимах сушки, т.е.
медленном высушивании воздухом с низкой сушильной способностью, перепад по
влажности между наружными и внутренними слоями невелик, так как влага из более
влажных внутренних слоев успевает перемещаться к подсушенным наружным слоям.
Все слои изделий сокращаются приблизительно равномерно.
При жестких режимах сушки, т.е.
интенсивном высушивании воздухом с высокой сушильной способностью, перепад по
влажности между наружными и внутренними слоями достигает значительной величины
вследствие того, что влага из внутренних слоев не успевает перемещаться к
наружным. Таким образом, более сухие наружные слои стремятся сократить свою
длину, чему препятствуют более влажные внутренние слои. Внутри изделий на
границе слоев возникают напряжения, называемые внутренними напряжениями сдвига,
величина которых тем значительнее, чем интенсивнее удаляется влага с
поверхности изделий и чем больше перепад во влажностях слоев (градиент
влажности).
Пока высушиваемые макаронные изделия
сохраняют пластические свойства, возникающие внутренние напряжения сдвига
рассасываются, т.е. изделия, не разрушаясь, меняют свою форму под влиянием
напряжений. Когда продукт приобретает свойства упругого тела, возникающие
внутренние напряжения сдвига, если они превышают предельно допустимые,
критические значения, приводят к разрушению изделий - появлению микротрещин,
которые в конечном счете могут превратить изделия в лом или крошку.
Из сказанного следует важный вывод о
том, что макаронные изделия можно высушивать при жестких режимах, не опасаясь
появления в них трещин, до 20%-мой влажности. При достижении этой влажности во
избежание растрескивания необходимо проводить высушивание при мягких режимах,
медленно удаляя влагу. Особенно осторожно надо удалять влагу на последних
этапах сушки по достижении изделиями влажности 16% и ниже. Этот вывод, как мы
увидим ниже, находит практическое применение при сушке изделий в сушилках
современных автоматических поточных линий, в которых процесс разделен на два
основных этапа - предварительная и окончательная сушка.
2. Конструкторская часть
2.1 Устройство и принцип
работы ленточной сушилки
Ленточные сушилки применяются для сушки макаронных изделий, фруктов, овощей и
некоторых других продуктов. При использовании одноленточных сушилок продукт
может высушиться неравномерно. Большое распространение получили 4-х и
5-ленточные сушилки. Корпус сушилок металлический. Внутри него располагается
либо четыре, либо пять ленточных конвейера. Они представляют собой стальную
сетчатую ленту, которая устойчива к коррозии. Площадь всех лент вместе указывается
с помощью цифрового обозначения. Например, СПК-Г45 - здесь суммарная площадь
конвейерных лент составляет 45 м2. В 5-ленточных сушилках выгрузка
продукции возможна с разных сторон, а в четырехленточных только с торца
установки. В этом заключается преимущество 5-ленточной сушилки.
В зависимости от конструкции, чтобы
удалить влажный воздух из сушилок, используются либо вентиляторы, либо
осуществляется естественная вентиляция. Скорость движения лент различна. Первые
движутся быстрее последних. Это связано с тем, что большее количество влаги
испаряется из сырья именно на первых лентах. Последняя конвейерная лента в
5-ленточной сушилке может применяться (если требуется) для охлаждения
высушенной продукции. Рассмотрим паровую 5-ленточную сушилку СПК, которая очень
широко применяется в пищевой промышленности.
Паровая 5-ленточная сушилка СПК
установлена на станине 2. Внутри станины находятся 10 барабанов 12, которые
расположены попарно. Всего получается пять пар барабанов. На каждую пару одета
конвейерная лента 10, которая имеет сетчатую структуру. Один из барабанов пары
называется ведущим, а второй - натяжным.
Приводная колонка, из которой
состоит привод 1, включает в себя электродвигатель, вариатор для изменения
скорости лент, червячный редуктор. Цепная передача является связующим звеном
между редуктором и звездочками ведущих барабанов, на которые передается
вращение. Размеры звездочек на ведущих барабанах разные. Поэтому и скорости
движения конвейеров будут разными, а значит, и время пребывания на каждом из них
продукта также будет отличаться.
Конвейер 4 имеет угол наклона в 400.
С помощью него продукция попадает в сушилку. У этого конвейера есть каркас,
приводной и натяжной барабаны. На барабаны также натянута бесконечная стальная
сетчатая лента. Чтобы предотвратить просыпание продукта с ленты конвейера, на
нем имеются планки.
Продукт сушится в сушилке при помощи
горячего воздуха. А чтобы нагреть воздух используются калориферы 11. Они имею
ребристую поверхность. Калориферы установлены под каждым конвейером в сушилке.
Для подачи пара в калориферы используется коллектор 14. Давление пара
составляет 0,3 - 0,8 МПа. Контроль за этим осуществляется манометром 13. Для
измерения температуры воздуха над каждым конвейером установлены ртутные
термометры 7. Чтобы измерить влажность среды в сушильной установке, применяют
психрометр 6. Его устанавливают в самом верхнем отсеке сушилки.
Для удаления конденсата, который
неизбежно образуется в процессе сушки, предназначен коллектор 8 и
конденсатоотводчик 15. Воздух, который вобрал в себя влагу обрабатываемого в
сушилке продукта, удаляется с помощью вытяжного устройства 5. То, с какой силой
будет протекать этот процесс, можно контролировать и изменять с помощью клапана
через рычаги 9. В состав вытяжного устройства 5 входит вытяжная камера и
вентилятор. Холодный воздух попадает в сушилку из атмосферы. Он проходит через
шторки, расположенные в нижней части установки.
Рис. 2 Ленточная сушилка:
- питающее устройство; 2 - приемник;
3 - воздушный затвор; 4 - нож; 5, 8 - барабаны; 6 - электронагревательные
приборы; 7 - лента конвейер
Принцип работы ленточной сушилки
заключен в следующем. Питающим устройством 1 на нижнюю часть ленточного
конвейера 7, выполненного из нержавейки, наносится жидкий продукт. С правой
стороны от входа продукта, выше конвейера, имеются электронагревательные
приборы 6. Напряжение на них можно регулировать. Таким образом в начале
процесса можно сделать нагрев более сильным, а по мере испарения влаги можно
уменьшать напряжение.
После прохождения продуктом первой
зоны нагрева он попадает на барабан 8. Этот барабан обогревается паром, и
температура в нем зависит от условий протекания сушки (от 60 до 149˚С).
Потом продукт поступает во вторую зону, где нагрев опять осуществляется
электронагревательными приборами. Длительность сушки зависит от вида продукта и
составляет от 15 с до нескольких минут.
Охлаждение продукта происходит на
барабане 5. Снимается он ножом 4 и шнеком транспортируется в два приемника 2,
которые освобождаются по очереди. Многоступенчатым пароструйным эжекторным
агрегатом в них создается вакуум, а с помощью воздушного затвора 3 он гасится и
так происходит разгрузка. Давление в системе остается не более 1500 Па.
3. Техника безопасности
при работе на автоматизированных линиях
Каждая из описанных выше линий
представляет собой комплекс машин, требующих квалификационного обслуживающего
персонала.
Обслуживать линию разрешено лицам,
прошедшим соответствующее обучение и сдавшим экзамен с обязательной отметкой в
журнале. На работающих машинах линии запрещается проводить ремонт и смазку,
снимать ограждения, кожухи и другие детали, касаться движущихся частей. Чистку,
ремонт, профилактический осмотр механизмов линии проводят только при их полной
остановке. При этом на пусковых приборах вывешиваются предупреждающие надписи:
«Не включать, работают люди!»
Перед пуском каждой машины линии
необходимо убедиться, что не производятся ремонт, смазка машины и отсутствуют
посторонние предметы.
С целью предупреждения аварии от
превышения давления прессования прессующий корпус пресса имеет автоматическую
блокировку с приводом прессующего шнека.
При остановке прессующего шнека подается
звуковой сигнал. В случае выхода из строя блокировки в прессующем корпусе
предусмотрена специальная пробка с предохранительным штифтом, рассчитанная на
срабатывание, т.е. срез штифта при давлении более 16 МПа.
Блокировку крышек тестосмесителей
необходимо содержать в исправном состоянии. Площадка и лестница на прессе
должны быть чистыми и исправными. Запрещено производить зачистку пресса на ходу
и открывать крышки тестосмесителей.
Механизмы линий должны иметь
защитные ограждения. Заправлять сырые изделия в механизм само развеса можно
только при полной остановке машины. При заправке тестовой ленты в калибрующие
валки штампмашины запрещается пропускать пальцы рук или какие-либо предметы под
щитом калибрующих валков. Не резрешаются рчищать от обрезков тестовой ленты
измельчить пневмотранспортера во время работы штампмашины.
4. Технологические
расчёты
Исходные данные:
Начальная влажность макаронных
изделий: w1=28%;
Конечная влажность: w2=14%;
Параметры воздуха, поступающего в
сушильную камеру: t0=21ºС; ϕ 0=64%;
Параметры воздуха на выходе из
сушильной установке: t2=58ºС; ϕ 2=75%;
Сушилка типа СПК состоит из пяти
ленточных транспортеров, наклонного транспортера, вентиляционной системы,
паровых калориферов. Каркас сушилки сборный металлический, выполнен из профильного
и листового проката, снаружи облицован металлическими щитами и снабжен дверьми.
Расчёт
производительности ленточной сушилки и количества испаренной влаги
Производительность ленточной сушилки
по влажному материалу определяют по формуле:
кг/ч,
Часова
производительность по высушенному материалу 417 кг/ч. Количество удаляемой
влаги, согласно:
Влага из высушиваемого
материала в ленточных сушилках испаряется по зонам неравномерно. При этом
максимальное количество влаги, удаляется с первых по ходу поступления материала
лент.
На основания опытных
данных об эксплуатации ленточных сушилок
СПК - примем следующее
распределение испарённой влаги по зонам (
/W), начиная с первой
ленты:- 0,35 II - 0,32 III - 0,2 IV - 0,08 V - 0,05.
Зная общее количество
испарённой влаги, рассчитаем количество влаги, удаляемое при сушке в каждом
зоне (номера зон определены в направлении поступления воздуха)
кг/ч;
кг/ч;
кг/ч;
кг/ч;
кг/ч;
Определение основных
параметров влажного воздуха. По известным температуре
и относительной влажности с помощью уравнений определим влагосодержание и этальпию
свежего и отработанного воздуха:
а) наружного воздуха:
; В=99,1*10
Па;
г/кг с.в.
б) отработавшего
воздуха:
;
г/кг с.в.
Энтальпия воздуха:
;
кДж/кг с.в.
;
кДж/кгс. в.,
где Св - удельная
теплоемкость сухого воздуха, равная 1,004 кДж / (кг•град);- температура
влажного воздуха; I - скрытая теплота парообразования (I ≈ 2500 кДж/кг);
Сп - теплоемкость пара [Сп = 1,842 кДж/(кг•град)]; d - влагосодержание
Аналогические значения
влагосодержание и энтальпии свежего и отработанного I - d - диаграммы. Исходя
из баланса влаги каждой зоны распределение перепада влагосодержание воздуха по
зонам принимаем пропорциональным количеству испарённой влаги в зоне:
;
г/кг с.в.;
г/кг с.в.;
г/кг с.в.;
г/кг с.в.;
г/кг с.в.;
Влагосодержание воздуха
на выходе из четвёртой и последующих зон составит:
г/кг с.в.;
г/кг с.в.;
г/кг с.в.;
г/кг с.в.;
Расчёт расхода воздуха в
сушильной установке. Удельный расход
абсолютного сухого воздуха рассчитываем по формуле:
,
кг с.в./кг вл.
Общий расход абсолютно
сухого воздуха в сушильной установке:
кг с.в./кг вл.
Для расчёта объёмного
расхода воздуха определим по формуле удельный объём влажного воздуха, поступающего
в сушильную камеру и выходящего из неё:
,
;
,
;
Объёмный расход воздуха
соответственно составит формула:
,
;
,
;
Определение времени
сушки материала. Продолжительность сушки короткорезанных макаронных изделий на
ленточных сушилках типа СПК колеблется в пределах 30 - 180 мин. Скорость
движения транспортирующих лент рекомендуется устанавливать в соответствии со
временем нахождения продукции на, ленте, которое согласно опытным данным для
сушилок СПК, составляет на первой ленте сверху: τ1
=6,9; τ2 =12,8,; τ3 =14,1;τ4 =16,1;
τ5
=18,8.
Таким образом, общая
продолжительность сушки равна 68,7 мин.
Определим вместимость
сушильной камеры по готовой продукции из уравнения:
кг;
Расчёт основных размеров
сушильной камеры. Найдём рабочую длину ленты. Ширину конвейерной ленты
принимаем равной 2000 мм. Толщина слоя макаронных изделий на верхней ленте не
должна превышать 40 мм. Примем высоту слоя материала на нижней ленте h=36 мм.
Определим площадь поперечного
сечения материала на ленте:
,
,
;
Объёмная масса макарон
диаметром 7 мм. Без утряски составляет
.Тогда рабочая длинна
нижней ленты, согласно:
,
м;
Округлив, принимаем
рабочую длину нижней ленты равной 3,4 м. Такую же длину имеют остальные ленты.
Рабочая площадь всех лент сушильной установки составляет 34 м²
при общей рабочей длине, равной 17 м.
Рассчитаем скорость
движения лент. Для верхней ленты она составляет:
м/мин;
м/мин;
м/мин;
м/мин;
м/мин;
Длина сушильной камеры:
Где s0 - расстояние между центрами барабанов, равное рабочей длине
ленты; s0 =3,4 м;- диаметр барабана; d=0,246 м;- смещение лент относительно
друг друга и расстояния от барабанов до стенок сушильной камеры (принимаем
r=0,6 м).
Таким образом,
м;
Округлив, принимаем 
м. Исходя из ширины
ленты и расстояния от ленты до стенки камеры определим ширину камеры:
м;
При расчёте высоты камеры
расстояние между
барабанами принимается равным 0,15 м, между барабаном и потолком 0,27 м, между
барабаном и полом 0,3 м:
м;
Тепловой расчёт ленточной сушилки в
общем случае выполняется по зонам. Однако с целью упрощения его можно
производить для сушильной камеры в целом с последующим распределением теплоты
по зонам.
При сушке короткорезанных макаронных изделий в сушилке СПК
рекомендуется поддерживать следующие температуры воздуха в зонах:-32°С,
II-40°С, III-47°С, IV-50°С, V-48°С.
Температуры воздуха на выходе из калорифера в каждой зоне
неизвестны. Для предварительного определения этих температур строим
теоретический сушильный процесс.
Рассчитаем удельные потери теплоты на нагревание материала в
сушильной камере. Материал на выходе из сушильной камеры контактируем с
воздухом I зоны, температура которого равна 32°С. Принимаем 1 =20°С, 2=30°С,
см=1,66 к Дж/(кгК).
Тогда из уравнения:
,
кДж/кгК;
,
кДж/кг;
Потери тепла на нагревание транспортных устройств при
установившемся режиме работы отсутствуют.
Средняя температура воздуха в сушильной камере принимается как
сумма средних температур воздуха в каждой зоне с учётом подогрева его в
калорифере этой зоны, делённая на количество зон: tср=51°С. Температура воздуха
в помещения tв=20°С. Таким образом:
Эквивалентный диаметр камеры в направлении потока воздуха
определяется из уравнения:
,
м;
Скорость перемещения воздуха в сушильной камере рассчитываем
исходя из объёмного расхода воздуха 
по уравнению
неразрывности потока:
,
;
Свободное сечения для прохода воздуха принимаем равным 0,5𝑓.
Таким образом:
,
м/с;
Рассчитаем критерий Рейнольдса:
;
Определим коэффициент 
теплоотдачи по формуле:
,
;
Вт/м²К;
(λ - коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре).
Коэффициент теплоотдачи 
рассчитываем с помощью
уравнения:
При этом: 
К
Температуру внутренней поверхности стенки принимаем:;
Значения коэффициентов кинематической вязкости и теплопроводности воздуха
принимаются при температуре:
,
;
Вт/м²К;
Вт/м²К;
Температуру наружной поверхности стенки принимаем tст. н =28º
C,н =20 º C. Условимся считать, что такую же температуру имеет стенка цеха,
противоположная стенке сушилки: tст = 20º C.
Параметры воздуха принимаются при средней температуре tн. ср =24
º C. Согласно принятым условиям, 
Число
Грасгофа:
;
;
Вт/м²К;
Принимаем коэффициент
излучения для стенок сушилки (окрашенная поверхность) с1 =4,5 Вт/м²К
;
Для стенки цеха (штукатурка) с2 =5,33 Вт/м²К.
Из уравнений получим:
Вт/м²К;
Боковые и торцовые
стенки ленточной сушилки и двери представляют собой панели, собранные из двух
стальных листов толщиной 
мм.
Пространство между листами заполнено слоем изоляции (минеральной ватой)
толщиной 
мм.
Коэффициент
теплопередачи для боковых и торцовых стенок рассчитываем по уравнению:
;
Вт/м²К;
Проверим принятые
температуры наружной и внутренней поверхностей ограждения сушилки:
,
град. С;
,
град. С;
Расхождение между
расчётными и принятыми температурами не превышает 2˚ С. Рассчитаем по
формуле удельные потери теплоты через боковые и торцовые стены:
,
КДж/кг;
Поверхность боковых и
торцовых стен:
;
В верхней части
ленточной сушилки монтируются две вытяжные камеры, выполненные из дерева или
металла. Изоляцию вытяжных камер и потолка принимаем такую же, как для стен
сушилки. Исходя из конструкции вытяжных камер, поверхность потолка ленточной
сушилки составит 13 м² Температура воздуха в первой зоне поддерживается на уровне 58˚
С. Тогда:
˚ С;
Чтобы упростить расчёт
коэффициента теплопередачи, примем найденные ранее коэффициенты теплоотдачи 
и
,
изменив их соответственно 30%: 
Вт/м²К;
Вт/м²К;
Тогда для потолка:
Вт/м²К;
Вт/м²К;
Вт/м²К;
Удельные потери теплоты
через потолок:
кДж/кг;
Удельные потери теплоты
через пол рассчитывают по формуле:
,
кДж/кг;
Площадь пола
F=5,4*2,1=11,32 м².Воздух поступает в сушильную камеру при температуре 21ºС
и подогревается в калориферах первой зоны до 38….42 ºС.
Потери теплоты 1 м² при средней температуре воздуха 30 ºС
при расстоянии от сушильной установки на наружной стенки здания, равном 3 м,
состовляют 20 Вт/ м².
Найдем теперь
распределение тепловых потерь по зонам. Общие потери теплоты в сушильной
установке находим из уравнения:
,
кДж/кг;
Удельные потери теплоты
на нагрев материала относим к пятой зоне. Сюда же отнесем потери теплоты в
окружающую среду через потолок. К первой зоне относим потери теплоты через пол.
Теплоту, вносимую в сушильную камеру с влагой материала и теряемую в окружающую
среду через боковые и торцовые стены, распределим пропорционально количеству
удаляемой в каждой зоне влаги. Тогда
,
кДж/кг;
,
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
,
кДж/кг;
Процесс сушки,
протекающий в зонах ленточной сушилки, не отличается существенно от
теоритического. Поэтому при расчете термодинамических потерь в зонах
температуру нагретого воздуха на входе в зону можно определить с помощью
построения теоритического сушильного процесса. тогда из уравнения:
/кг;
С учетом термодинамических потерь
поправка для реального сушильного процесса в каждой зоне состовит:
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
Построение сушильного
процесса в I-d диаграмме. По известным температуре и относительной
влажности (t0, ɸ0, t2, ɸ2 на I-d диаграмме находим положение точек А
и С, характеризующих состояние воздуха на входе в ленточную сушилку и выходе из
нее. Влагосодержание воздуха на выходе из каждой зоны определенно. На
пересечении линии постоянного влагосодержания 
г/кг с линией
постоянной температуры 
ºС
находим точку С1, характеризующую состояние воздуха на выходе из первой зоны
сушилки. Аналогично определим положение точек С1, С2, С3, характеризующих
состояние воздуха на выходе из соответствующих зон. Далее строим теоретических
сушильный процесс. Из точки
проводим линию I=const
до пересечения с линией d0=const. Получаем теоретический сушильный процесс для
первой зоны ленточной сушилки -
Обработанный воздух
первой зоны поступает в калорифер второй зоны. Поэтому из точки 
проводим
линию I=const до пересечения с линией
=const. Теоретический
сушильный процесс второй зоны отображает ломанная линия
Аналогично производится
построение для остальных зон
Для построения реального сушильного
процесса по формуле определяем размеры отрезков, соответствующих отклонению
реального процесса от теоретического в каждой зоне.
Для первой зоны:
(масштаб по оси энтальпии диаграммы,
в которой производится построение,
кДж/кг
с.в.).Соответственно
мм;
мм;
мм;
Поскольку ∆˂0 для всех
зон, СС откладываем от соответствующих точек (
,
и т.д.) вверх и получаем
точки
С. Из точки проводим
линию I =const до пересечения с линией 
=const. Полученная точка
характеризует
состояние воздуха на выходе из калорифера первой зоны. Соединив точку с
точкой 
получаем
прямую 
отображающую
реальный процесс сушки в первой зоне. Реальный процесс в первой зоне
изобразится линией 
Аналогическое построение выполняем
для остальных зон. Реальный сушильный процесс, протекающий в ленточной сушилке,
изображает ломаная линия 
Построив
сушильный процесс в I-d диаграмме, можно определить основные параметры воздуха
в каждой зоне.
Удельный расход теплоты для
сушильной установкиИзм.
Определим общий расход теплоты по
зонам:
кДж/ч;
кДж/ч;
кДж/ч;
кДж/ч;
кДж/ч;
Суммарный расход теплоты
в суши льной установке 𝑄=338595,45кДж/ч.
Для проверки рассчитаем
общий расход теплоты для всей сушильной установки, исходя из удельного расхода
теплоты в ленточной сушилке:
кДж/ч;
Расчёт калориферов.
В ленточных сушилках типа СПК применяются паровые трубчатые ребристые
калориферы, устанавливаемые в один ряд между рабочей и холостой ветвями ленты
по длине камеры. Пар подводится к калориферам каждой зон под давлением
0,3-0,8МПа.
Поверхность нагрева
калорифера в каждой зоне определяем исходя из общего расходя теплоты в каждой
зоне.
Давление пара Рп
принимаем равным 0,4 МПа; температура воздуха, поступающим в калорифер и на
выходе из него, рассчитаем среднелогарифмическую разность температур для каждой
зоны:зона:
∆
=142,9
∆
зона:
зона:
зона:
зоны:
Коэффициент теплопередачи для калорифера
определяем по формуле:
Вт/м²К;
Свободное сечение для
прохода в калорифере принимаем равным половине площади камеры в направлении
движения потока воздуха. Найдём поверхность нагрева калорифера каждой зоны.
м²;
м²;
м²;
м²;
м²;
Суммарная расчётная
поверхность нагрева составляет 451
.Установочную мощность
нагрева калориферов рекомендует увеличивать на 20%, тогда поверхность нагрева
калорифера пятой зоны будет равным 140 м².
Ленточные сушилки СПК
имеют поверхность нагрева калориферов 700 м².
Поверхность нагрева калориферов каждой зоны в среднем составляет 140 м².
Расход греющего пара для
каждой зоны составляет:
=21,4 кг/ч;=31,9
кг/ч;=39,9 кг/ч;=42,2 кг/ч;
Общий расход пара 𝘋
=157,49 кг/ч.
Выбор вентилятора Гедравлическое
сопротивление слоя материала на нижней ленте определяем по формуле введя в нее
насыщенную массу материала
Сопротивление слоя
материала на пяти лентах составит 650 Н/.Эта величина завышена,
поскольку толщина слоя материала уменьшается снизу вверх. Примем, что разница
между принятыми и действительными значениями компенсирует потери, связанные с
местными сопротивлениями и сопротивление материала при прохождении воздуха
через ленту. Вследствие малой скорости воздуха сушильной камере скоростной
перепад давления незначителен. Мощность, потребляемая вентилятором, согласно
составит
кВт;
Установку СПК оборудуют
двумя осевыми вентиляторами, которые полностью обеспечивает ее стабильную
работу.
Список литературы
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и
аппараты химической технологии. - М.: ГХИ, 1955.
. Кавецкий Г.Д., Королев А.В.
Процессы и аппараты пищевых производств. - М.: Агропромиздат, 1991.
. Павлов К.Ф., Романков П.Г.,
Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической
технологии. - Л.: Химия, 1981.
. Гинзбург А.С., Громов М.А.,
Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. - М.: Пищевая
промышленность, 1980. /Справочник/.
. Чубик И.А., Маслов А.М.
Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов. -
М.: Пищевая промышленность, 1965.
. Теплофизические свойства
теплохладоносителей и жидких пищевых продуктов. Методические указания.