7. Рассчитаем влагосодержание d (г/кг) и энтальпию н (кДж/кг) агента сушки.

d₁ = 1000[0,09n(C_mH_n)/(12m + n) + 0,01W^p] +₁L₀d₀/₁L₀ + 1 – 0,09n(C_mH_n)/(12m + n) – 0,01W^p = 1000[2,2436] +16,217,55,51/16,217,5 + 1 – 2,2436 = 2243,6 +1562/283,5 + 1 – 2,2436 = 3805,6/282,26 = 13,48 г/кг;

d₂ = 1000[0,09n(C_mH_n)/(12m + n) + 0,01W^p] +₂L₀d₀/₂L₀ + 1 – 0,09n(C_mH_n)/(12m + n) – 0,01W^p = 1000[2,2436] +14,117,55,51/14,117,5 + 1 – 2,2436 = 2243,6 +1360/246,8 + 1 – 2,2436 = 3603,6/245,6 = 14,67 г/кг;

Н₁ = с_а.сt₁ + 0,001d₂(2500 + 1,88t₁) = 1,004140 + 0,00113,48(2500 + 1,88140) = 140,6 + 37,2 = 177,8 кДж/кг;

Н₂ = с_а.сt₁ + 0,001d₃(2500 + 1,88t₁) = 1,004160 + 0,00114,67(2500 + 1,88160) = 160,6 + 41,1 = 201,7 кДж/кг.

8. Рассчитаем количество влаги, подлежащей испарению в зерносушилке и ее отдельных узлах.

Для этого, вначале, по приложениям 6 и 7 определим значения коэффициентов К_в ( для перевода массы просушенного зерна в плановые единицы в зависимости от влажности зерна до и после сушки, т.е. по значениям w₀ и w₃) К_к(н) (для перевода просушенного зерна в плановые единицы в зависимости от рода зерновой культуры и назначения после сушки). Для наших условий К_в = 1 и К_к(н) = 1.

Затем определяем производительность зерносушилки (кг/с):

по сырому зерну G₀ = G^р/(3,6К_вК_к(н)), где G^р — производительность зерносушилки, произвольно принятая при формировании исходных данных, план. т/ч. С учетом того, что базовая зерносушилка ДСП-32 имеет производительность 32 план. т/ч, примем G^р = 36 план. т/ч. Итак, G₀ = 36/(3,611) = 10 кг/с.

по просушенному зерну G₃ = G₀(100 – w₀)/(100 – w₃) = 10(100 – 20)/(100 – 14) = 800/86 = 9,3 кг/с.

Количество испаряемой из зерна влаги W^р (кг/с): W^р = G₀ – G₃ = 10,0 – 9,3 = 0,7 кг/с.

Зададимся количествами влаги W, испаряемыми из зерна в различных хонах сушки. Для этого, согласно рекомендациям, примем:

в 1-й зоне сушки W_1с = 0,25W = 0,250,7 = 0,175 кг/с;

в 3-й зоне сушки W_3с = 0,25W = 0,250,7 = 0,175 кг/с;

в зоне окончательного охлаждения W_охл = 0,1W = 0,10,7 = 0,07 кг/с;

во 2-й зоне сушки W_2с = W – (W_1с+ W_3с + W_охл)= 0,7 – (0,175 + 0,175 + 0,07) = 0,28 кг/с.

9. Определим позонные (по зонам нагрева, сушки и охлаждения) значения влажности зерна и производительности зерносушилки (в соответствии с принятыми условными обозначениями на функционально-параметрической схеме и позонным количеством испаряемой влаги).

Производительность зерносушилки на входе в зону окончательного охлаждения G₂ = G₃ + W_охл = 9,3 – 0,07 = 9,37 кг/с.

Производительность зерносушилки на входе в 3-ю зону сушки G_см2 = G₂ + W_3с = 9,37 + 0,175 = 9,545 кг/с.

Соответственно влажность зерна (%) на входе в эти зоны будет:

w₂ = 100 – (G₃/G₂)(100 – w₃) = 100 – (9,3/9,37)(100 – 14) = 14,64 %.

w_см = 100 – (G₂/G_см2)(100 – w₂) = 100 – (9,37/9,545)(100 – 14,64) = 16,2 %.

Определим необходимое значение коэффициента циркуляции по формуле

N = AK_к(н)(w₀^c – w₃^c)/[w₀^c – 0,011(w₀^c)² – 9,4],

где А коэффициент, учитывающий особенности конструкции зерносушилки: для рассчитываемой зерносушилки А = 3,5; w₀^c = 20/(100 – 20) = 25 %; w₃^c = 14/(100 – 14) = 16,28 %.

N = 3,51(25 – 16,28)/[25 – 0,011(25)² – 9,4] = 30,5235/8,725 = 3,5.

Производительность по смеси сырого и рециркулируемого зерна

G_см = G₀N = 103,5 = 35 кг/с.

Производительность перед 1-й зоной сушки G_см1 = G_см – G_см2 = 35 – 9,545 = 25,455 кг/с.

Производительность после 1-й зоны сушки G₁ = G_см1 – W_1с = 25,455 – 0,175 = 25,28 кг/с.

Влажность зерна перед 2-й зоной сушки

w₁ = 100 – (G_см1/G₁)(100 – w_см) = 100 – (25,455/25,28)(100 – 16,2) = 15,62 %.

Производительность после 3-й зоны сушки (по рециркулируемому зерну) G_рец = G₁ – W_2с = 25,28 – 0,28 = 25,0 кг/с.

Влажность рециркулируемого зерна (после 2-й зоны сушки)

w_рец = 100 – (G₁/G_рец)(100 – w₁) = 100 – (25,28/25)(100 – 15,62) = 14,675 %.

Влажность смеси зерна (проверка)

w_см = [w₀ + (N – 1)w_рец]/N = [20 + (3,5 – 1)14,675]/3,5 = 16,2 %. (сошлось).

10. Установим позонные значения температуры зерна.

Примем ₀ = t₀ = 5 С.

Согласно приложению 4 предельная температура нагрева зерна _пред = 60 С.

Примем температуру рециркулируемого зерна _рец = _пред = 60 С.

Температура смеси _см = [₀ + (N – 1)_рец]/N = [5 + 2,560]/3,5 = 45,6 C.

₁ = _см – 5,6 = 45,6 – 5,6 = 40 С.

₂ = _см + 4,4 = 50 .

₃ = ₂ – (1 – 0,003₂)(₂ – t₀) = 50 – (1 – 0,00350)(50 – 5) = 7,5 С.

11. Устанавливаются позонные значения температуры отработанного агента сушки и воздуха.

t₁ = 0,125(_см + ₁ + 2t₁) + 5 = 0,125(45,6 + 40 + 2140) + 5 = 50,7 С;

t₁ = 0,125(_см + ₂ + 2t₁) + 5 = 0,125(45,6 + 50 + 2140) +5 = 52 С;

t₂ = 0,125(₁ + _рец + 2t₂) + 5 = 0,125(40 + 60 + 2160) + 5 = 57,5 С;

t₀ = 0,5(₂ + ₃) – 5 = 0,5(50 + 7,5) – 5 = 23,8 С.

12. Производим аналитический расчет затрат и потерь теплоты.

Вначале определяем затраты теплоты на испарение влаги

q_и.1с = (2500 + 1,88t₁) – 4,19_см = 2500 + 1,8850,7 – 4,1945,6 = 2500 + 95,3 – 191 = 2404,3 кДж/кг;

q_и.3с = (2500 + 1,88t₁) – 4,19_см = 2500 + 1,8852 – 4,1945,6 = 2500 + 97,8 – 191 = 2406,8 кДж/кг;

q_и.2с = (2500 + 1,88t₂) – 4,19₁ = 2500 + 1,8857,5 – 4,1940 = 2500 + 108,1 – 167,6 = 2440,5 кДж/кг;

q_и.охл = (2500 + 1,88t₀) – 4,19₂ = 2500 + 1,8823,8 – 4,1950 = 2500 + 44,7 – 209,5 = 2335,2 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения удельной теплоемкости смеси зерна, а также на выходе из зон сушки и охлаждения.

с_см = [с_вw_см + с_с.в(100 – w_см)]/100 = [4,1916,2 + 1,55(100 – 16,2]/100 = [67,88 + 129,89]/100 = 1,98 кДж/(кгК);

с₁ = [с_вw₁ + с_с.в(100 – w₁)]/100 = [4,1915,62 + 1,55(100 – 15,62]/100 = [65,45 + 130,79]/100 = 1,96 кДж/(кгК);

с₂ = [с_вw₂ + с_с.в(100 – w₂)]/100 = [4,1914,64 + 1,55(100 – 14,64]/100 = [61,34 + 132,31]/100 = 1,94 кДж/(кгК);

с_рец = [с_вw_рец + с_с.в(100 – w_рец)]/100 = [4,1914,675 + 1,55(100 – 14,675]/100 = [61,49 + 132,25]/100 = 1,94 кДж/(кгК);

с₃ = [с_вw₃ + с_с.в(100 – w₃)]/100 = [4,1914 + 1,55(100 – 14]/100 = [58,66 + 133,3]/100 = 1,92 кДж/(кгК);

Далее рассчитываем значения удельных расходов теплоты на нагрев зерна в зонах сушки.

q_м.1с = [G₁с₁(₁ – _см)]/W_1с = [25,281,96(40 – 45,6)]/0,175 = – 1585,6 кДж/кг;

q_м.2с = [G_рецс_рец(_рец – ₁)]/W_2с = [251,94(60 – 40)]/0,28 = 3464,3 кДж/кг;

q_м.3с = [G₂с₂(₂ – _см)]/W_3с = [9,371,94(50 – 45,6)]/0,175 = 457 кДж/кг.

Рассчитываем средние значения температуры агента сушки (в 1-й — 3-й зонах сушки) и воздуха (в зоне охлаждения).

t_ср.1с = 0,5(t₁ + t₁) = 0,5(140 + 50,7) = 95,4 С;

t_ср.3с = 0,5(t₁ + t₁) = 0,5(140 + 52) = 96,0 С;

t_ср.2с = 0,5(t₂ + t₂) = 0,5(160 + 57,5) = 108,8 С;

t_ср.охл = 0,5(t₀ + t₀) = 0,5(5 + 23,8) = 14,4 C.

Затем рассчитываем коэффициенты теплопередачи для зоны нагрева, зон сушки и охлаждения. Для этого вначале определим значения коэффициентов тепловосприятия (теплоотдачи).

Для зон сушки и охлаждения:

_{1(1с+2с+ 3c + охл)} = С + Dv = 6,16 + 4,190,3 = 7,4 Вт/(м²К);

_{2(1с+2с+3с+охл)} = С + Dv = 6,16 + 4,195 = 27,1 Вт/(м²К).

Для железобетонной стенки коэффициент теплопередачи  = 1,54 Вт/(мК), толщина  = 0,1 м.

Коэффициент теплопередачи

к_1с = к_2с = к_3с = к_охл = 1/[1/_{1(1с+2с+охл)} + / + 1/₂] = 1/[1/7,42 + 0,1/1,54 + 1/27,11] = 1/[0,1348 + 0,0649 + 0,0369] = 1/0,2366 = 4,23 Вт/(м²К).

Площадь поверхности теплоотдачи составляет:

F_1с = 21,5230,2 = 13,8 м²;

F_3с = F_1с = 13,8 м²;

F_2с = 21,5320,2 = 19,2 м²;

F_охл = 21,5320,2 = 19,2 м².

Удельные потери теплоты в окружающую среду:

q_о.с.1с = = 0,001F_1ск_1с(t_ср.1с – t₀)/W_1с = 0,00113,84,23(95,4 – 5)/0,175 = 30,15 кДж/кг;

q_о.с.2с = = 0,001F_2ск_2с(t_ср.2с – t₀)/W_2с = 0,00119,24,23(108,8 – 5)/0,28 = 29,96 кДж/кг;

q_о.с.3с = = 0,001F_3ск_3с(t_ср.3с – t₀)/W_3с = 0,00113,84,23(96 – 5)/0,175 = 30,35 кДж/кг;

q_о.с.охл = = 0,001F_охлк_охл(t_ср.охл – t₀)/W_охл = 0,00119,24,23(14,4 – 5)/0,07 = 10,91 кДж/кг.

Далее рассчитываем разность сообщений и потерь теплоты (угловой коэффициент сушки) для зон сушки и охлаждения.

_1с = с_в_см – q_м.1с – q_о.с.1с = 4,1945,6 – (– 1585,6) – 30,15 = 1746,5 кДж/кг;

_2с = с_в₁ – q_м.2с – q_о.с.2с = 4,1940 – 3464,3 – 29,96 = – 3326,7 кДж/кг;

_3с = с_в_см – q_м.3с – q_о.с.3с = 4,1945,6 – 457 – 30,35 = – 296,3 кДж/кг;

_охл = с_в₂ – q_м.охл – q_о.с.охл = 4,1950 + [(G₃c₃)/W_охл](₂ – ₃) – 12,53 = 209,5 + [(9,31,92)/0,07](50 – 7,5) – 10,91 = 213,7 + 10841,1 – 10,91 = 11043,9 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения влагосодержания отработанного агента сушки и воздуха:

d₁ = [1000(1,004t^₁ – H₁) + _1сd₁]/[_1с – (2500 + 1,88t₁)] = [1000(1,00450,7 – 177,8) + 1746,513,48]/[1746,5 – (2500 + 1,8850,7)] = [– 126897,2 + 23542,8]/[– 848,8] = 121,76 г/кг;

d₁ = [1000(1,004t₁ – H₁) + _3сd₁]/[_3с – (2500 + 1,88t₁)] = [1000(1,00452 – 177,8) + (– 296,3)13,48]/[– 296,3 – (2500 + 1,8852)] = [– 125592 – 3994,1]/[– 2894,1] = 44,78 г/кг;

d₂ = [1000(1,004t^₂ – H₂) + _2сd₂]/[_2с – (2500 + 1,88t^₂)] = [1000(1,00457,5 – 201,7) + (– 3326,7)14,67]/[– 3326,7 – (2500 + 1,8857,5)] = [– 143970 – 48802,7]/[– 5934,8] = 32,48 г/кг;

d₀ = [1000(1,004t₀ – H₀) + _охлd₀]/[_охл – (2500 + 1,88t₀)] = [1000(1,00423,8 – 18,84) + 11043,95,51]/[11043,9 – (2500 + 1,8823,8)] = [5055,2 + 60851,9]/8499,2= 7,75 г/кг.

Затем рассчитываем величины удельных расходов l (кг/кг) сухого агента сушки и воздуха.

l_1c = 1000/(d₁ – d₁) = 1000/(121,76 – 13,48) = 9,24 кг/кг;

l_3c = 1000/(d₁ – d₁) = 1000/(44,78 – 13,48) = 31,95 кг/кг;

l_2c = 1000/(d₂ – d₂) = 1000/(32,48 – 14,67) = 56,15 кг/кг;

l_охл = 1000/(d₀ – d₀) = 1000/(7,75 – 5,51) = 446,43 кг/кг.

Далее рассчитаем суммарный (с учетом затрат и потерь) удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги.

q_1c = l_1c(H₁ – H₀) = 9,24(177,8 – 18,84) = 1468,8 кДж/кг;

q_2c = l_2c(H₂ – H₀) = 56,15(201,7 – 18,84) = 10267,6 кДж/кг;

q_3c = l_3c(H₁ – H₀) = 31,95(177,8 – 18,84) = 5078,8 кДж/кг.

Суммарный (с учетом затрат и потерь) расход теплоты составляет:

Q^р_1с = q_1сW^р_1с = 1468,80,175 = 257 кВт;

Q^р_2с = q_2сW^р_2с = 10267,60,28 = 2874,9 кВт;

Q^р_3с = q_3сW^р_3с = 5078,80,175 = 888,8 кВт.

Далее рассчитаем значения массовых расходов агента сушки (в подогревателе и зонах сушки) и воздуха (в зоне охлаждения).

L^p_1с = l_1сW^р_1с = 9,240,175 = 1,617 кг/с;

L^p_2с = l_2сW^р_2с = 56,150,28 = 15,722 кг/с;

L^p_3с = l_3сW^р_3с = 31,950,175 = 5,591 кг/с;

L^p_охл = l_охлW^р_охл = 446,430,07 = 31,25 кг/с.

Объемные расходы агента сушки и воздуха составят:

V^p_1c= L^p_1c_о.1c[293/(273 + t₁)] = 1,6171,194[293/(273 + 140)] = 1,37 м³/с;

V^p_2c= L^p_2c_о.2c[293/(273 + t₂)] = 15,7221,2517[293/(273 + 160)] = 13,32 м³/с;

V^p_3c = L^p_3c_о.3c[293/(273 + t₁)] = 5,5911,194[293/(273 + 140)] = 4,74 м³/с;

V^р_охл = L^p_охл_о.охл[293/(273 + t₀)] = 31,250,81[293/(273 + 5)] = 26,68 м³/с.

13*. Из-за отсутствия в схеме сушилки устройства для предварительного подогрева, расчет по п. 13 не проводим.

14*. Из-за отсутствия в схеме сушилки устройства для предварительного подогрева, расчет по п. 14 не проводим.

15. Определяем расчетное число подводящих и отводящих коробов, а также расчетное число рядов подводящих и отводящих коробов в каждой зоне сушки и охлаждения.

Для этого в качестве исходных данных используются следующие характеристики зерносушилок:

типовой шахтной прямоточной ДСП-32, на базе которой производится реконструкция (приложение 8): фактическое число рядов коробов в зонах сушки (n^ф_1с = 23; n^ф_2с = 14) и охлаждения (n^ф = 18); число коробов в одном ряду (а = 16 шт.); площадь поперечного сечения короба (f_к = 0,00925 м²); допустимая скорость агента сушки или воздуха на выходе из короба (v_к = 0,5v_вит = 5 м/с);

реконструированной — число параллельно расположенных шахт соответствующей зоны сушки или охлаждения (к = 1 шт.).

Расчетное число подводящих и отводящих коробов n^p_k (шт.), которые следует установить в зоне сушки или охлаждения для того, чтобы обеспечить возможность подвода к зерну расчетного объема V^p (м³/с) агента сушки или воздуха (а для зон сушки, вместе с агентом сушки, необходимого количества теплоты Q^р, кВт), составляет:

n^p_к.1с = 2V^p_1с/(f_кv_к) = 21,37/(0,009255) = 59,24;

n^p_к.2с = 2V^p_2с/(f_кv_к) = 213,32/(0,009255) = 576;

n^p_к.3с = 2V^p_3с/(f_кv_к) = 24,74/(0,009255) = 204,97;

n^p_к.охл = 2V^p_охл/(f_кv_к) = 226,68/(0,009255) = 1153,73.

Расчетное число рядов подводящих и отводящих коробов в соответствующей зоне сушки или охлаждения n^р (шт.) составляет:

n^p_1c = n^p_к.1с/(aк) = 59,24/(161) = 3,7;

n^p_2c = n^p_к.2с/(aк) = 576/(161) = 36;

n^p_3c = n^p_к.3с/(aк) = 204,97/(161) = 12,8;

n^p_охл = n^p_охл/(aк) = 1153,73/(161) = 72,1.

16. Сопоставим расчетное число рядов коробов с фактическим, уточним величины массовых и объемных расходов агента сушки (по зонам сушки) и объемного расхода воздуха (по зоне охлаждения), а с учетом возможных изменений расходов — уточним величины влагосъема по зонам сушки и охлаждения, расхода теплоты по зонам сушки.

Фактический объемный расход агента сушки (по зонам сушки) и воздуха (по зоне охлаждения) составляет:

V^ф_1с = V^р_1с(n^ф_1с/n^р_1с) = 1,37(23/3,7) = 8,52 м³/с;

V^ф_2с = V^р_2с(n^ф_2с/n^р_2с) = 13,32(32/36) = 11,84 м³/с;

V^ф_3с = V^р_3с(n^ф_3с/n^р_3с) = 4,74(23/12,8) = 8,52 м³/с;

V^ф_охл = V^р_охл(n^ф_охл/n^р_охл) = 26,68(32/72,1) = 11,84 м³/с.

Фактический массовый расход агента сушки

L^ф_1с = L^р_1с(n^ф_1с/n^р_1с) = 1,617(23/3,7) = 10,0 кг/с;

L^ф_2с = L^р_2с(n^ф_2с/n^р_2с) = 15,722(32/36) = 13,9 кг/с;

L^ф_3с = L^р_3с(n^ф_3с/n^р_3с) = 5,591(23/12,8) = 10,0 кг/с;

L^ф_охл = L^р_охл(n^ф_охл/n^р_охл) = 31,25(32/72,1) = 13,9 кг/с.

Фактическая величина влагосъема по зонам сушки и охлаждения

W^ф_1с = W^р_1с(n^ф_1с/n^р_1с) = 0,175(23/3,7) = 1,088 кг/с;

W^ф_2с = W^р_2с(n^ф_2с/n^р_2с) = 0,28(32/36) = 0,249 кг/с;

W^ф_3с = W^р_3с(n^ф_3с/n^р_3с) = 0,175(23/12,8) = 0,314 кг/с;

W^ф_охл = W ^р_охл(n^ф_охл/n^р_охл) = 0,07(32/72,1) = 0,031 кг/с.

Фактический расход теплоты на сушку

Q^ф_1c = Q^р_1c(n^ф_1c/n^р_1c) = 257(23/3,7) = 1597,6 кВт.

Q^ф_2c = Q^р_2c(n^ф_2c/n^р_2c) = 2874,9(32/36) = 2555,5кВт.

Q^ф_3c = Q^р_3c(n^ф_3c/n^р_3c) = 888,8(23/12,08) = 1692,2 кВт.

17*. В связи с отсутствием в схеме сушилки устройства для предварительного подогрева зерна, расчет по п. 17 не производим.

18. Уточняем производительность зерносушилки

Для этого вначале определим, с учетом расчетов по п. 16 фактическую величину влагосъема в реконструированной зерносушилке.

W^ф = W^ф_1с+ W^ф_2с + W^ф_3с + W^ф_охл = 1,088 + 0,249 + 0,314 + 0,031 = 1,682 кг/с.

Фактическая производительность зерносушилки по сырому зерну

G^ф₀ = G₃ + W^ф = 9,3 + 1,682 = 10,982 кг/с.

Фактическая влажность сырого зерна

w^ф₀ = 100 – (G₃/G₀)(100 – w₃) = 100 – (9,3/10,982)(100 – 14) = 27,17 %.

(w^ф₀)^c = 100w^ф₀/(100 – w^ф₀) = 10027,17/(100 – 27,17) = 37,3 %.

Коэффициент перевода массы просушенного зерна в плановые единицы в зависимости от влажности до и после сушки

К_в = (w^c₀ – w^c₃)/[w^c₀ – 0,011(w^c₀)² – 9,4] = (37,3 – 16,28)/[37,3 – 0,011(37,3)² – 9,4] = 21,02/12,6 = 1,668.

Фактическая производительность зерносушилки

G^ф = 3,6G^ф₀К_вК_к(н) = 3,610,9821,6681 = 103,2 план. т/ч.

Производительность зерносушилки по сырому зерну, в расчете на w₀ = 20%, будет равна:

G^ф₀ = G^ф/3,6(К_вК_к(н)) = 103,2/3,611 = 28,67 кг/с.