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] +8,4117,55,51/8,4117,5 + 1 – 2,2436 = 2243,6 +810,9/147,2 + 1 – 2,2436 = 3054,5/145,9564 = 20,92 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] +17,517,55,51/17,517,5 + 1 – 2,2436 = 2243,6 +1687,4/306,2 + 1 – 2,2436 = 3931/304,96 = 12,89 г/кг;

d₃ = 1000[0,09n(C_mH_n)/(12m + n) + 0,01W^p] +₃L₀d₀/₃L₀ + 1 – 0,09n(C_mH_n)/(12m + n) – 0,01W^p = 1000[2,2436] +15,117,55,51/15,117,5 + 1 – 2,2436 = 2243,6 +1456/264,2 + 1 – 2,2436 = 3699,6/262,96 = 14,07 г/кг;

Н₁ = с_а.сt₁ + 0,001d₁(2500 + 1,88t₁) = 1,004250 + 0,00120,92(2500 + 1,88250) = 251 + 62,1 = 313,1 кДж/кг;

Н₂ = с_а.сt₂ + 0,001d₂(2500 + 1,88t₂) = 1,004130 + 0,00112,89(2500 + 1,88130) = 130,5 + 35,4 = 165,9 кДж/кг;

Н₃ = с_а.сt₃ + 0,001d₃(2500 + 1,88t₃) = 1,004150 + 0,00114,07(2500 + 1,88150) = 150,6 + 39,1 = 189,7 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 зонах сушки. Для этого, согласно рекомендациям, примем:

в устройстве для предварительного нагрева смеси сырого и рециркулируемого зерна в каскадном подогревателе W_п.н = 0,3W = 0,30,7 = 0,21 кг/с;

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

в 1-й зоне сушки W_1с = 0,4W = 0,40,7 = 0,28 кг/с;

во 2-й зоне сушки W_2с = W – (W_п.н + W_1с + W_охл)= 0,7 – (0,21 + 0,28 + 0,07) = 0,14 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 во 2-ю зону сушки G₁ = G₂ + W_2с = 9,37 + 0,14 = 9,51 кг/с.

Производительность зерносушилки на входе в 1-ю зону сушки G_рец2 = G₁ + W_1с = 9,51 + 0,28 = 9,79 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 %.

w₁ = 100 – (G₂/G₁)(100 – w₂) = 100 – (9,37/9,51)(100 – 14,64) = 15,9 %.

w_рец = 100 – (G₁/G_рец2)(100 – w₁) = 100 – (9,51/9,79)(100 – 15,9) = 18,3 %.

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 после каскадного нагревателя

G_рец = G_см – W_п.н = 35 – 0,21 = 34,79 кг/с.

Производительность по зерну, направляемому на рециркуляцию

G_рец1 = G_рец – G_рец2= 34,79 – 9,79 = 25 кг/с.

Проверка: G_рец1 = G₀(N – 1) = 102,5 = 25 кг/с (сошлось).

Влажность смеси зерна w_см = [w₀ + (N – 1)w_рец]/N = [20 + 2,518,3]/3,5 = 18,78 %.

Влажность зерна после каскадного подогревателя w_рец = 100 – (G_см/G_рец)(100 – w_см) = 100 – (35/34,79)(100 – 18,78) = 18,29 % (с другой стороны w_см = 18,3%; погрешность 0,01% — результат округлений).

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 = 44,3 C.

₁ = _рец – 7 = 60 – 7 = 53 С.

₂ = ₁ = 53 .

₃ = ₂ – (1 – 0,003₂)(₂ – t₀) = 53 – (1 – 0,00353)(53 – 5) = 12,6 С.

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

t₁ = _см + 0,2(t₁ – _рец) = 44,3 + 0,2(250 – 60) = 82,3 С;

t₂ = 0,125(_рец + ₁ + 2t₂) + 5 = 0,125(60 + 53+ 2130) + 5 = 51,6 C;

t₃ = 0,125(₁ + ₂ + 2t₃) + 5 = 0,125(53 + 53+ 2150) + 5 = 55,8 C;

t₀ = 0,5(₂ + ₃) – 5 = 0,5(53 + 12,6) – 5 = 27,8 С.

12. Производим аналитический расчет затрат и потерь теплоты.

Вначале определяем затраты теплоты на испарение влаги при предварительном нагреве смеси зерна в каскадном подогревателе q_и.п.н = (2500 + 1,88t₁) – 4,19_см = 2500 + 1,8882,3 – 4,1944,3 = 2500 + 154,7 – 185,6 = 2469,1 кДж/кг.

Аналогично,

q_и.1с = (2500 + 1,88t₂) – 4,19_рец = 2500 + 1,8851,6 – 4,1960 = 2500 + 97 – 251,4 = 2345,6 кДж/кг.

q_и.2с = (2500 + 1,88t₃) – 4,19₁ = 2500 + 1,8855,8 – 4,1953 = 2500 + 104,9 – 222,1 = 2382,8 кДж/кг.

q_и.охл = (2500 + 1,88t₀) – 4,19₂ = 2500 + 1,8827,8 – 4,1953 = 2500 + 52,3 – 222,1 = 2330,2 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения удельной теплоемкости зерна на выходе из каскадного подогревателя, зон сушки и охлаждения.

с_рец = [с_вw_рец + с_с.в(100 – w_рец)]/100 = [4,1918,3 + 1,55(100 – 18,3]/100 = [76,68 + 126,64]/100 = 2,03 кДж/(кгК);

с₁ = [с_вw₁ + с_с.в(100 – w₁)]/100 = [4,1915,9 + 1,55(100 – 15,9]/100 = [66,62 + 130,36]/100 = 1,97 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);

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);

с_см = [с_вw_см + с_с.в(100 – w_см)]/100 = [4,1918,78 + 1,55(100 – 18,78]/100 = [78,69 + 125,89]/100 = 2,04 кДж/(кгК);

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

q_м.п.н = [G_рецс_рец(_рец – _см)]/W_пн = [34,792,03(60 – 44,3)]/0,21 = 5280 кДж/кг;

q_м.1с = [G₁с₁(₁ – _рец)]/W_1с = [9,511,97(53 – 60)]/0,28 = – 468,4 кДж/кг;

q_м.2с = [G₂с₂(₂ – ₁)]/W_2с = [9,371,94(53 – 53)]/0,14 = 0 кДж/кг;

Рассчитываем средние значения температуры агента сушки (в зоне нагрева и 1-й — 2-й зонах сушки) и воздуха (в зоне охлаждения).

t_ср.пн = 0,5(t₁ + t₁) = 0,5(250 + 82,3) = 166,2 С;

t_ср.1с = 0,5(t₂ + t₂) = 0,5(130 + 51,6) = 90,8 С;

t_ср.2с = 0,5(t₃ + t₃) = 0,5(150 + 55,8) = 102,9 С;

t_ср.охл = 0,5(t₀ + t₀) = 0,5(5 + 27,8) = 16,4 C.

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

Для зоны предварительного нагрева:

_1(пн) = С + Dv = 5,58 + 3,95(0,410) = 21,38 Вт/(м²К);

_2(пн) = С + Dv = 5,81 + 3,955= 25,56 Вт/(м²К).

Для зон сушки и охлаждения:

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

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

Для стальной стенки коэффициент теплопроводности _{1, 3} = 46 Вт/(мК), для теплоизоляции (минеральная вата) ₂ = 0,056 Вт/(мК); для железобетонной стенки  = 1,54 Вт/(мК).

Для каскадного подогревателя примем: толщину конструктивной стальной стенки ₁ = 0,002 м, для минеральной ваты ₂ = 0,05 м, для наружного защитного слоя ₃ = 0,001 м; для железобетонной стенки  = 0,1 м.

Коэффициенты теплопередачи будут иметь следующие значения:

К_п.н = 1/[1/_1(кн) + ₁/₁ + ₁/₁ + ₁/₁ + 1/₂] = 1/[1/21,38 + 0,002/46 + 0,05/0,056 + 0,001/46 + 1/25,56] = 1/[0,047 + 0,000043 + 0,893 + 0,000022 + 0,0391] = 1/0,979 = 1,02 Вт/(м²К);

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

Площадь поверхности теплоотдачи составляет:

F_п.н = [примем произвольно] = 14,8 м²;

F_1с = 23230,2 = 27,6 м²;

F_2с = 23140,2 = 16,8 м²;

F_охл = 23180,2 = 21,6 м²;

Удельные потери теплоты в окружающую среду:

q_о.с.пн = 0,001F_кнк(t_ср.пн – t₀)/W_пн = 0,00114,81,02(166,2 – 5)/0,21 = 11,59 кДж/кг;

q_о.с.1с = = 0,001F_1ск_1с(t_ср.1с – t₀)/W_1с = 0,00127,64,23(90,8 – 5)/0,28 = 35,77 кДж/кг;

q_о.с.2с = = 0,001F_2ск_2с(t_ср.2с – t₀)/W_2с = 0,00116,84,23(102,9 – 5)/0,14 = 49,69 кДж/кг;

q_о.с.охл = = 0,001F_охлк_охл(t_ср.охл – t₀)/W_охл = 0,00121,64,23(16,4 – 5)/0,07 = 14,88 кДж/кг.

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

_пн = с_в_см – q_м.п.н – q_о.с.п.н = 4,1944,3 – 5280 – 11,59 = – 5106 кДж/кг;

_1с = с_в_рец – q_м.1с – q_о.с.1с = 4,1960 – (– 468,4) – 35,77 = 684 кДж/кг;

_2с = с_в₁ – q_м.2с – q_о.с.2с = 4,1953 – 0 – 49,69 = 172,4 кДж/кг;

_охл = с_в₂ – q_м.охл – q_о.с.охл = 4,1953 + [(G₃c₃)/W_охл](₂ – ₃) – 14,88 = 222,1 + [(9,31,92)/0,07](53 – 12,6) – 14,88 = 222,1 + 10305,5 – 14,88 = 10512,7 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения влагосодержания отработанного агента сушки и воздуха:

d₁ = [1000(1,004t₁ – H₁) + _п.нd₁]/[_п.н – (2500 + 1,88t₁)] = [1000(1,00482,3 – 313,1) + (– 5106)20,92]/[– 5106 – (2500 + 1,8882,3)] = [– 230470,8 – 106817,5]/[– 7760,7] = 43,46 г/кг;

d₂ = [1000(1,004t₂ – H₂) + _1сd₂]/[_3с – (2500 + 1,88t₂)] = [1000(1,00451,6 – 165,9) + 68412,89]/[684 – (2500 + 1,8851,6)] = [– 114093,6 + 8816,8]/[– 1913] = 64,25 г/кг;

d₃ = [1000(1,004t₃ – H₃) + _2сd₃]/[_2с – (2500 + 1,88t₃)] = [1000(1,00455,8 – 189,7) + 172,414,07]/[172,4 – (2500 + 1,8855,8)] = [– 133676,8 – 2425,7]/[– 2432,5] = 55,95 г/кг;

d₀ = [1000(1,004t₀ – H₀) + _охлd₀]/[_охл – (2500 + 1,88t₀)] = [1000(1,00427,8 – 18,84) + 10512,75,51]/[10512,7 – (2500 + 1,8827,8)] = [9071,2 + 57925]/7960,4= 8,42 г/кг.

Затем рассчитываем величины удельных расходов l (кг/кг) сухого агента сушки (для каскадного подогревателя, 1-й и 2-й зон сушки) и воздуха (для зоны окончательного охлаждения).

l_п.н = 1000/(d₁ – d₁) = 1000/(43,46 – 20,92) = 44,4 кг/кг;

l_1c = 1000/(d₂ – d₂) = 1000/(64,25 – 12,89) = 19,5 кг/кг;

l_2c = 1000/(d₂ – d₂) = 1000/(55,95 – 14,07) = 23,9 кг/кг;

l_охл = 1000/(d₀ – d₀) = 1000/(8,42 – 5,51) = 343,6кг/кг.

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

q_п.н = l_п.н(H₁ – H₀) = 44,4(313,1 – 18,84) = 13065,1кДж/кг;

q_1c = l_1c(H₂ – H₀) = 19,5(165,9 – 18,84) = 2867,7 кДж/кг;

q_2c = l_2c(H₃ – H₀) = 23,9(189,7 – 18,84) = 4083,6 кДж/кг;

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

Q^р_п.н = q_п.нW^р_п.н = 13065,10,21 = 2743,7кВт;

Q^р_1с = q_1сW^р_1с = 2867,70,28 = 803 кВт;

Q^р_2с = q_2сW^р_2с = 4083,60,14 = 571,7 кВт;

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

L^p_п.н = l_п.нW^р_п.н = 44,40,21 = 9,32 кг/с;

L^p_1с = l_1сW^р_1с = 19,50,28 = 5,46 кг/с;

L^p_2с = l_2сW^р_2с = 23,90,14 = 3,35 кг/с;

L^p_охл = l_охлW^р_охл = 343,60,07 = 24,05 кг/с;

Объемные расходы агента сушки и воздуха составят:

V^p_п.н = L^p_п.н_о.п.н[293/(273 + t₁)] = 9,321,52[293/(273 + 250)] = 7,94 м³/с;

V^p_1c= L^p_1c_о.1c[293/(273 + t₂)] = 5,461,17[293/(273 + 130)] = 4,64 м³/с;

V^p_2c= L^p_2c_о.2c[293/(273 + t₃)] = 3,351,23[293/(273 + 150)] = 2,85 м³/с;

V^р_охл = L^p_охл_о.охл[293/(273 + t₀)] = 24,050,81[293/(273 + 5)] = 20,53 м³/с;

13. Произведем расчет основных конструктивных размеров устройства для предварительного нагрева зерна в каскадном подогревателе.

Рабочая высота (т.е. в зоне воздействия на зерно агента сушки)

h^p = (v_вит – v_а.с)к_т = 10(10 – 0,410)0,12 = 7,2 м.

Площадь поперечного (живого) сечения рабочей зоны нагрева

f_p = V^p_п.н/v_а.с = 7,73/4 = 1,9325 м².

Общая внутренняя площадь поперечного сечения рабочей зоны нагрева с учетом доли тормозных элементов составит: f_п.н = f_p/(1 – ) = 1,9325/(1 – 0,4) = 3,22 м².

Длину а и ширину б каскадного подогревателя определяем из соотношения: а/б = 1,2:

а = 1,2 б; (1,2 б)б = f_п.н; 1,2б² = 3,22. б = 2,683 = 1,64 м; а = 1,21,64 = 1,97 м.

Размер поверхности каскадного подогревателя, через которую происходят потери теплоты в окружающую среду F^р_п.н = h^p2(а + б) = 7,22(1,97 + 1,64) = 52 м².