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DWF带式干燥机芋头片干燥计算

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-03-16  浏览次数:515
 DWF带式干燥机芋头片干燥

热量衡算

一、计算公式简述:

(一)干燥过程中所需热量:

1、脱水所需的热量:

Q1W(595+0.46×t2-θ1)  kcal/h

式中:t2──干燥后的排风温度,℃;

θ1──干燥前的物料温度,℃;

W──在该干燥段所脱去的水量,kg/h。

2、加热物料所耗的热量:

Q2G2×C2×(θ2-θ1)  kcal/h

式中:G2──干燥后物料的重量,kg/h;

θ2──干燥后的物料温度,℃;

C2──物料的比热,kcal/kg·℃;

C2CS×(1-ω2)+1×ω2

式中:CS──绝干物料的比热,kcal/kg·℃;

ω2──干燥后的物料湿基含水率。

3、干燥设备外围护热损失:

Q30.3×(Q1+Q2)  kcal/h

(二)空气温度变化所吸收或放出的热量:

1、QK=GK×CH×(t2-t1)  kcal/h

式中:GK──空气质量流量,kg/h;

CH──湿空气比热,kcal/kg·℃;

CH0.24+0.46d

t1──加热或冷却前的空气温度;

t2──加热或冷却后的空气温度。

2、GK=LK·ρH   kg/h

式中:LK──空气体积流量,m3/h;

ρH──湿空气密度,kg/m3

3、ρH=(1+d)/υH,kg/m3

式中:d──空气含湿量,kg水/kg干空气;

υH──湿空气比容,m3/kg干空气。

4、υH=(0.773+1.244d)×(tK+273)/273  m3/kg干空气

式中:tK──空气平均温度,℃。

tK=(t1+t2)/2

(三)空气热交换器传热计算公式:

在带式干燥机中的空气热交换器均为非标设计的热交换器。由设计经验可知:其传热系数可根据SRZ型空气热交换器的传热系数计算值乘上一个非标系数C,一般C=0.5~0.6。

1、SRZ型空气热交换器传热系数计算公式:

K=11.7×(υγ0.49  kcal/h·m2·℃

式是:υγ──空气质量流速,kg/m2·s

2、υγG/(3600×fj)  kg/m2·s

式中:G──空气质量流量,kg/h;

fj──热交换器空气净流通面积,m2

3、根据对SRZ空气热交换器的净通风面积和迎风面积之比例的统计数据及带式干燥机的设

计实践,可知:fy=(1.4~1.6)fj,m2

式中:fy──迎风面积,m2

fj──净通风面积,m2

换热量大时,取大值;换热量小时,取小值。

二、计算参数和条件的确定:

1、查全国气象资料,得知:福州的年平均温度为19.3℃,年平均相对湿度为76%。查空气

焓湿图,可知:年平均空气含湿量为0.01kg水/kg干空气。取环境空气温度:t0=20℃;

环境空气含湿量:d0=0.01kg水/kg干空气;干燥前原料温度:θ0=20℃。

2、一个干燥段分成6个干燥区,每个干燥区的迎风面积为fy=2.667m2,则净通风面积为

fj=(1.667~1.905)m2

3、根据设计者多年从事太阳能、地热能干燥农副产品及带式干燥机干燥脱水蔬菜的经验,

穿流干燥时,空气操作流速为u=0.5~1m/s,则所需风量为4800~9600m3/h,二次穿过料

层、网带和热交换器所需的风压为1000~1100Pa。综合考虑,选用4-72 5.5A 1450r/min 

3kw风机。设计操作空气流速为:u=0.60m/s,设计风量为:L=4800m3/h,空气温度为20

℃时,风机全风压为1080Pa。

三、干燥过程的热力分析:

以预干段为例,进行干燥过程的热力分析。在空气焓湿图上对空气在各干燥区状态参数变化的初步分析,可得出以下的变化规律。

1、空气在通过热交换器的加热过程中,空气的含湿量不变。由于考虑外围护的热损失,从热交换器中交换出来的热量应大于空气升温所需的热量。空气穿过料层与物料进行热质交换。在绝热条件下,空气参数将沿等焓线变化,由于考虑外围护的热损失,空气参数将向焓值小的方向偏移。

2、在物料与热风逆流时,物料先进入到排风区,即第一干燥区,物料先升温到该干燥区的热风湿球温度,脱去水份微量,可以不计。在其他干燥区(第二至第六干燥区),物料在第一干燥区的热风湿球温度上进行恒速干燥。

3、在第二至第六干燥区,存在对干燥起相反作用的两个因素:由于物料水份的减少,会使干燥速度减缓;物料表面的水蒸汽压力与热风中水蒸汽分压的压差加大,会使干燥速度加快。综合作用,使第二至第六干燥区有相同的脱水量,即26kg水/每一干燥区。

四、预干段的热量衡算:

1、恒速干燥时,物料温度计算:

⑴ 空气质量流量计算:

已知LK=4800m3/h

υH=(0.773+1.244×0.01)×(20+273)/273=0.84m3/kg干空气

ρH=(1+0.01)/0.84=1.20kg/m3

GK4800×1.20=5760kg/h

⑵ 排风含湿量和湿球温度计算(第一干燥区):

d10.01+130/5760=0.0325kg水/kg干空气

根据干燥工艺要求,最终排风温度t1、2=55℃,查空气焓湿图,可知相应的湿球温度为:37℃。

⑶ 在第一干燥区,物料温度由θ0=20℃,升到θ1=37℃,在第二至第六干燥区,物料在37℃上发生恒速干燥。

2、第六干燥区的热量衡算:

⑴ 热交换器计算:

i61(0.24+0.46×0.01))×100+595×0.01=30.41kcal/kg

GK5760kg/h,t0=20℃,t6、1=100℃,fj6=2×1.333/1.6=1.67m2

质量流速:(υγ6=5760/(3600×1.67)=0.96kg/m2·s

K611.7×(0.96)0.49=11.47kcal/h·m2·℃

换热系数:K6=0.5×11.47=5.7kcal/h·m2·℃

蒸汽的绝对压力为0.6MPa,则相应的饱和温度tb=158℃,对数平均温差:

Δt6、1=[(158-20)-(158-100)]/ln[(158-20)/(158-100)]=92℃

换热量:Q6、1=1.20×(0.24+0.46×0.01)×5760×(100-20)=135277kcal/h

换热面积:F6=135277/(5.7×92)=258m2

所需蒸汽量:M6=135277/(500×0.95)=285kg/h

⑵ 干燥热量计算:

脱水热量:Q6、2=26×(595+0.46×85-37)×1.30=20250kcal/h

干燥后空气湿含量:d6=0.01+26/5760=0.0145kg水/kg干空气

热风湿比热:CH6=0.24+0.46×0.0145=0.247kcal/kg·℃

热风干燥后温降:Δt6=20250/(0.247×5760)≈15℃

干燥后热风温度:t6、2=100-15=85℃

热风相应焓值:i6、2=(0.24+0.46×0.0145))×85+595×0.0145=29.59kcal/kg

⑶ 物料参数计算:

原料含水量:W1=500×0.70=350kg

原料中绝干物质含量:W=150kg

干燥前含水率:ω6、1=(350-130+26)/(150+350-130+26)=62.1%

干燥后含水率:ω6、2=(350-130)/(150+350-130)=59.5%

3、第五干燥区的热量衡算:

⑴ 热交换器计算:

设:t5、1=90℃,fj5=2×1.333/1.4=1.90m2,i5、1=30.83kcal/kg

(υγ5=5760/(3600×1.90)=0.84kg/m2·s

K511.7×(0.84)0.49=10.74kcal/h·m2·℃

K50.5×10.74=5.4kcal/h·m2·℃

Δt5、1=[(158-85)-(158-90)]/ln[(158-85)/(158-90)]=70.5℃

Q511.20×(0.24+0.46×0.0145)×5760×(90-85)=8525kcal/h

F58525/(5.4×70.5)=23m2

M58525/(500×0.95)=18kg/h

⑵ 干燥热量计算:

Q5226×(595+0.46×75-37)×1.30=20094kcal/h

d50.0145+26/5760=0.0190kg水/kg干空气

CH50.24+0.46×0.0190=0.249kcal/kg·℃

Δt5=20094/(0.249×5760)=14℃

t5290-14=76℃

i52(0.24+0.46×0.0190)×76+595×0.0190=30.21kcal/kg

⑶ 物料参数计算:

ω5、2=ω6、1=62.1%

ω5、1=(350-130+2×26)/(150+350-130+2×26)=64.5%

4、第四干燥区的热量衡算:

⑴ 热交换器计算:

设:t4、1=85℃,fj4=1.90m2,i4、1=32.45kcal/kg

(υγ4=0.84kg/m2·s

K410.74kcal/h·m2·℃,K4=5.4kcal/h·m2·℃

Δt4、1=[(158-76)-(158-85)]/ln[(158-76)/(158-85)]=77.5℃

Q411.20×(0.24+0.46×0.0190)×5760×(85-76)=15473kcal/h

F415473/(5.4×77.5)=37m2

M415473/(500×0.95)=33kg/h

⑵ 干燥热量计算:

Q4226×(595+0.46×70-37)×1.30=20016kcal/h

d40.0190+26/5760=0.0235kg水/kg干空气

CH40.24+0.46×0.0235=0.251kcal/kg·℃

Δt4=20016/(0.251×5760)=14℃

t4285-14=71℃

i42(0.24+0.46×0.235)×71+595×0.0235=31.79kcal/kg

⑶ 物料参数计算:

ω4、2=ω5、1=64.5%

ω4、1=(350-130+3×26)/(150+350-130+3×26)=66.5%

5、第三干燥区的热量衡算:

⑴ 热交换器计算:

设:t3、1=80℃,fj3=1.90m2,i3、1=34.05kcal/kg

(υγ3=0.84kg/m2·s,K3=10.74kcal/h·m2·℃,K3=5.4kcal/h·m2·℃

Δt3、1=[(158-71)-(158-80)]/ln[(158-71)/(158-80)]=82.4℃

Q311.2×(0.24+0.46×0.0235)×5760×(80-71)=15602kcal/h

F315602/(5.4×82.4)=35m2

M315602/(500×0.95)=33kg/h

⑵ 干燥热量计算:

Q3226×(595+0.46×65-37)×1.30=19939kcal/h

d30.0235+26/5760=0.0280kg水/kg干空气

CH30.24+0.46×0.0280=0.253kcal/kg·℃

Δt3=19939/(0.253×5760)=13.7℃

t3280-13.7=66.3℃

i32(0.24+0.46×0.0280)×66.3+595×0.0280=33.45kcal/kg

⑶ 物料参数计算:

ω3、2=ω4、1=66.5%

ω3、1=(350-130+4×26)/(150+350-130+4×26)=68.4%

6、第二干燥区的热量衡算:

⑴ 热交换器计算:

设:t2、1=75℃,fj2=1.90m2,i2、1=35.63kcal/kg

(υγ2=0.84kg/m2·s,K2=10.74kcal/h·m2·℃,K2=5.4kcal/h·m2·℃

Δt2、1=[(158-66.4)-(158-75)]/ln[(158-66.4)/(158-75)]=87.2℃

Q211.2×(0.24+0.46×0.028)×5760×(75-66.4)=15032kcal/h

F215032/(5.4×87.2)=32m2

M215032/(500×0.95)=32kg/h

⑵ 干燥热量计算:

Q2226×(595+0.46×60-37)×1.30=19861kcal/h

d20.0280+26/5760=0.0325kg水/kg干空气

CH20.24+0.46×0.0325=0.255kcal/kg·℃

Δt2=19861/(0.255×5760)=13.5℃

t2275-13.5=61.5℃

i22(0.24+0.46×0.0325)×61.5+595×0.0325=35.02kcal/kg

⑶ 物料参数计算:

ω2、2=ω3、1=68.4%

ω2、1=350/500=70%

7、第一干燥区的热量衡算:

⑴ 热交换器计算:

设:t1、1=65℃,fj1=1.90m2,i1、1=35.91kcal/kg

(υγ1=0.84kg/m2·s,K2=10.74kcal/h·m2·℃,K2=5.4kcal/h·m2·℃

Δt1、1=[(158-61.5)-(158-65)]/ln[(158-61.5)/(158-65)]=94.7℃

Q111.2×(0.24+0.46×0.0325)×5760×(65-61.5)=6168kcal/h

F16168/(5.4×94.7)=12m2

M16168/(500×0.95)=13kg/h

⑵ 干燥热量计算:

Q12500×[0.35×(1-0.70)+1×0.70]×(37-20)×1.3=8896kcal/h

d1d2=0.0325kg水/kg干空气

CH1CH2=0.255kcal/kg·℃

Δt1=8896/(0.255×5760)=6℃

t1265-6=59℃

i12(0.24+0.46×0.0325)×59+595×0.0325=34.38kcal/kg

⑶ 物料参数计算:

ω1=70%

8、计算结果汇总:

预干段各干燥区的计算结果如表1所示。

表1  预干段计算结果

      干燥区

计算内容

第一干燥区

第二干燥区

第三干燥区

第四干燥区

第五干燥区

第六干燥区

物料温度(℃)

2037

37

37

37

37

37

脱水量(kg/h)

0

26

26

26

26

26

物料含水率变化(%)

7070

7068.4

68.466.5

66.564.5

64.562.1

62.159.5

干燥前热风温度(℃)和含湿量(kg水/kg干空气)

65/0.0325

75/0.0280

80/0.0235

85/0.0190

90/0.0145

100/0.010

干燥后热风温度(℃)和含湿量(kg水/kg干空气)

59/0.0325

61/0.0325

66.3/0.0280

71/0.0235

76/0.0190

85/0.0145

热交换器供热量(kcal/h)

6168

15032

15602

15473

8525

135277

热交换面积(m2

12

32

35

37

23

258

0.5MPa表压蒸汽耗量(kg/h)

13

32

33

33

18

285

热交换器传热温差(℃)

94.7

87.2

82.4

77.5

70.5

92

 

 

 

 

 

 

 

9、预干段热风状态参数在空气焓湿图中变化见图1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图1  预干段热风状态参数变化

五、中间段的热量衡算:

1、物料在中间段仍处于恒速干燥阶段,每个干燥区的脱水量为20kg水/h,排风含湿量为:d1=0.01+120/5760=0.0308kg水/kg干空气。

物料在经过连接段后,料温有所下降,设在中间段料温为35℃,则排风的湿球温度也为35℃,查空气焓湿图可知,第一干燥区的排风温度为55℃。

2、在中间段仍采用逆流,热风从第六干燥区进入,该区干燥前热风温度为85℃。

3、各干燥区的热量衡算方法与预干段相同,具体计算过程不再一一列举,计算结果如表2所示。

表2  中间段计算结果

      干燥区

计算内容

第一干燥区

第二干燥区

第三干燥区

第四干燥区

第五干燥区

第六干燥区

物料温度(℃)

35

35

35

35

35

35

脱水量(kg/h)

20

20

20

20

20

20

物料含水率变化(%)

59.557.1

57.154.5

54.551.6

51.648.3

48.344.4

44.440.0

干燥前热风温度(℃)和含湿量(kg水/kg干空气)

65/0.0275

65/0.0240

70/0.0205

75/0.0170

80/0.0135

85/0.010

干燥后热风温度(℃)和含湿量(kg水/kg干空气)

54.6/0.0308

54.5/0.0275

59/0.0240

64/0.0205

69/0.0170

74/0.0135

热交换器供热量(kcal/h)

18336

10411

10344

10278

8509

110074

热交换面积(m2

35

20

21

22

20

189

0.5MPa表压蒸汽耗量(kg/h)

39

22

22

22

18

232

热交换器传热温差(℃)

98

96

91

86

80.5

102

六、终干段的热量衡算:

1、在终干段的前半段,物料仍处于恒速干燥阶段,但由于含水率的降低,物料表面的温度会有所升高,脱水量逐区减少。在终干段的后半段,物料处于恒速干燥与降速干燥之间的过渡阶段,直至进入降速干燥初期,物料表面温度继续升高,脱水量进一步减少。由于芋头片产品的最终含水率为15%,对于带式干燥机来说,属于刚进入降速干燥。

2、在终干段采用顺流干燥方式,可以使产品温度不会太高,产品的营养成分不易损失,但排风的含湿量较低,可以部份循环使用,节约能源。在进行热量衡算时,是以环境空气进入第一干燥区加热作为最大热量需求量,在部份排风循环时,可减少蒸汽耗量。

终干段各干燥区的计算结果如表3所示。

表3  终干段计算结果

      干燥区

计算内容

第一干燥区

第二干燥区

第三干燥区

第四干燥区

第五干燥区

第六干燥区

物料温度(℃)

35

36

37

38

39

40

脱水量(kg/h)

17

15

13

11

10

8

物料含水率变化(%)

40.035.6

35.631.2

31.226.8

26.822.7

22.718.5

18.514.8

干燥前热风温度(℃)和含湿量(kg水/kg干空气)

70/0.010

66/0.0130

64/0.0156

62/0.0179

61/0.0198

60/0.0215

干燥后热风温度(℃)和含湿量(kg水/kg干空气)

61/0.0130

58/0.0156

57/0.0179

56/0.0198

55.5/0.0215

55.5/0.0229

热交换器供热量(kcal/h)

84534

10201

10251

8579

8609

7773

热交换面积(m2

141

22

21

17.5

17.5

16

0.5MPa表压蒸汽耗量(kg/h)

178

21.5

21.5

18

18

16.5

热交换器传热温差(℃)

111

94.5

97

98.5

99.5

100

七、在实际生产过程中,物料层厚度,网带输送速度和蒸汽耗量均是可调的,各种参数的实测值与计算值会存在一定的误差。

 

 

 

 

 

 

 
 
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