10. Установим позонные значения температуры зерна.

Примем ₀ = t₀ = 5 С.

Согласно приложению 4 предельная температура нагрева зерна _пред = 65 С.

Примем температуру зерна после камеры нагрева равной ₂ = _пред = 65 С.

Температура охлажденного зерна

₃ = ₂ – (1 – 0,003₂)(₂ – t₀) = 65 – (1 – 0,00365)(65 – 5) = 16,7 С.

Температура рециркулируемого зерна (т.е. на выходе из зоны промежуточного охлаждения)

_рец = ₂ – (G₂/G₂)(1 – 0,003₂)(₂ – t₀), где t₀ = 0,5(₂ + ₃) – 5 = 0,5(65 + 16,7) – 5 = 35,8 С.

Итак, _рец = 65 – (9,42/34,42)(1 – 0,00365)(65 – 35,8) = 65 – (0,274)(0,805)(29,2) = 58,6 С.

Температура смеси

_см = [₀ + (N – 1)_рец]/N = [5 + 3,40558,6]/4,405 = 46,4 C.

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

t₁ = _см + 0,2(t₁ – ₂) = 46,4 + 0,2(370 – 65) = 107,4 С.

t₀ = (согласно п. 10) = 35,8 С.

t₀ = 0,5(₂ + _рец) – 5 = 0,5(65 + 58,6) – 5 = 56,8 C.

12. Произведем аналитический расчет затрат и потерь теплоты.

Вначале определяем затраты теплоты на испарение влаги при предварительном нагреве смеси зерна в камере нагрева

q_и.п.н = (2500 + 1,88t₁) – 4,19_см = 2500 + 1,88107,4 – 4,1946,4 = 2500 + 201,9 – 194,4 = 2507,5 кДж/кг.

Аналогично,

q_{и.пр.охл} = (2500 + 1,88t₀) – 4,19₂ = 2500 + 1,8856,8 – 4,1965 = 2500 + 106,8 – 272,4 = 2334,4 кДж/кг.

q_и.охл = (2500 + 1,88t₀) – 4,19₂ = 2500 + 1,8835,8 – 4,1965 = 2500 + 67,3 – 272,4 = 2294,9 кДж/кг.

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

с_см = [с_вw_см + с_с.в(100 – w_см)]/100 = [4,1915,52 + 1,55(100 – 15,52]/100 = [65,03 + 130,94]/100 = 1,96 кДж/(кгК);

с_рец = [с_вw_рец + с_с.в(100 – w_рец)]/100 = [4,1914,2 + 1,55(100 – 14,2]/100 = [59,5 + 133]/100 = 1,92 кДж/(кгК);

с₂ = [с_вw₂ + с_с.в(100 – w₂)]/100 = [4,1915,12 + 1,55(100 – 15,12]/100 = [63,35 + 131,56]/100 = 1,95 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 зоне нагрева и зонах сушки.

q_м.п.н = [G₂с₂(₂ – _см)]/W_п.н = [43,841,95(65 – 46,4)]/0,21 = 7571,8 кДж/кг;

q_м.охл = [G₃с₃(₃ – ₂)]/W_охл = [9,31,92(16,7 – 65)]/0,12 = – 7187 кДж/кг;

q_{м.пр.охл} = [G_рецс_рец(_рец – ₂)]/W_пр.охл = [34,051,92(58,6 – 65)]/0,37 = – 1130,8 кДж/кг;

Рассчитываем средние значения температуры агента сушки (в камере нагрева) и воздуха (в зонах окончательного и промежуточного охлаждения).

t_ср.пн = 0,5(t₁ + t₁) = 0,5(370 + 107,4) = 238,7 С;

t_ср.охл = 0,5(t₀ + t₀) = 0,5(5 + 35,8) = 20,4 C.

t_{ср.пр.охл} = 0,5( t₀ + t₀) = 0,5(35,8 + 56,8) = 46,3 С;

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

Камера нагрева:

_1(п.н) = С + Dv = 5,58 + 3,95(0,510) = 25,33 Вт/(м²К);

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

Зоны охлаждения:

_{1(охл+пр.охл)} = С + Dv = 6,16 + 4,190,3 = 7,42 Вт/(м²К);

_{2(охл+пр.охл)} = С + Dv = 6,16 + 4,195 = 27,11 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 камеры нагрева 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/[1/25,33 + 0,002/46 + 0,05/0,056 + 0,001/46 + 1/25,56] = 1/[0,03948 + 0,000043 + 0,893 + 0,000022 + 0,0391] = 1/0,9716 = 1,03 Вт/(м²К);

к_охл = к_пр.охл = 1/[1/_{1(охл+пр.охл)} + / + 1/_{2(охл+пр.охл)}] = 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_п.н = [примем произвольно] = 50 м²;

F_охл = 21,5550,2 = 33 м²;

F_пр.охл = 21,5550,2 = 33 м²;

Удельные потери теплоты в окружающую среду:

q_о.с.пн = 0,001F_п.нк_п.н(t_ср.пн – t₀)/W_пн = 0,001501,03(238,7 – 5)/0,21 = 57,3 кДж/кг;

q_о.с.охл = = 0,001F_охлк_охл(t_ср.охл – t₀)/W_охл = 0,001334,23(20,4 – 5)/0,12 = 17,9 кДж/кг;

q_{о.с.пр.охл} = = 0,001F_пр.охлк_пр.охл(t_{ср.пр.охл} – t₀)/W_пр.охл = 0,001334,23(46,3 – 5)/0,37 = 15,58 кДж/кг.

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

_п.н = с_в_см – q_м.п.н – q_о.с.п.н = 4,1946,4 – 7571,8 – 57,3 = – 7434,7 кДж/кг;

_охл = с_в₂ – q_м.охл – q_о.с.охл = 4,1965 + [(G₃c₃)/W_охл](₂ – ₃) – 17,9 = 272,35 + [(9,31,92)/0,12](65 – 16,7) – 17,9 = 272,35 + 7187,04 – 17,9 = 7441,5 кДж/кг;

_пр.охл = с_в₂ – q_{м.пр.охл} – q_{о.с.пр.охл} = 4,1965 + [(G_рецc_рец)/W_пр.охл](₂ – _рец) – 15,58 = 272,35 + [(34,051,92)/0,37](65 – 58,6) – 15,58 = 222,1 + 1130,83 – 15,58 = 1337,4 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107,4 – 450,8) + (– 7434,7)24,82]/[– 7434,7 – (2500 + 1,88107,4)] = [– 342970,4 – 184529,2]/[– 10136,6] = 52,04 г/кг;

d₀ = [1000(1,004t₀ – H₀) + _охлd₀]/[_охл – (2500 + 1,88t₀)] = [1000(1,00435,8 – 18,84) + 7441,55,51]/[7441,5 – (2500 + 1,8835,8)] = [17103,2 + 41002,7]/4874,2= 11,92 г/кг;

d₀ = d₀ + W_пр.охл(1000/L^р_охл) = 11,92 + 0,37(1000/18,72) = 31,68 г/кг.

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

l_п.н = 1000/(d₁ – d₁) = 1000/(52,04 – 24,82) = 36,74 кг/кг;

l_охл = 1000/(d₀ – d₀) = 1000/(11,92 – 5,51) = 156 кг/кг.

l_пр.охл = 1000/(d₀ – d₀) = 1000/(31,68 – 11,92) = 50,6 кг/кг.

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

q_п.н = l_п.н(H₁ – H₀) = 36,74(450,8 – 18,84) = 15870,2 кДж/кг;

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

Q^р_п.н = q_п.нW^р_п.н = 15870,20,21 = 3332,7кВт;

Далее рассчитаем значения массовых расходов агента сушки (в камере нагрева) и воздуха (в зонах охлаждения).

L^p_п.н = l_п.нW^р_п.н = 36,740,21 = 9,32 кг/с;

L^p_охл = l_охлW^р_охл = 1560,12 = 18,72 кг/с;

L^p_пр.охл = l_пр.охлW^р_пр.охл = 50,60,37 = 18,72 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1,86[293/(273 + 370)] = 7,9 м³/с;

V^р_охл = L^p_охл_о.охл[293/(273 + t₀)] = 18,720,81[293/(273 + 5)] = 16 м³/с;

V^р_пр.охл = L^p_пр.охл_{о.пр.охл}[293/(273 + t₀)] = 18,720,935[293/(273 + 35,8)] = 16,6 м³/с;

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

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

h^p = (v_вит – v_а.с)к_т = 2,5(10 – 0,510)0,3 = 6 м.

Площадь поперечного (живого) сечения рабочей зоны нагрева

f_p = V^p_п.н/v_а.с = 7,9/5 = 1,58 м².

Общая внутренняя площадь поперечного сечения рабочей зоны нагрева с учетом доли тормозных элементов составит: f_п.н = f_p/(1 – ) = 1,58/(1 – 0,4) = 2,63 м².

Длину а и ширину б камеры нагрева определяем из соотношения: а/б = 1,2:

а = 1,2 б; (1,2 б)б = f_п.н; 1,2б² = 2,63. б = 2,19 = 1,48 м; а = 1,21,48 = 1,78 м.

Размер поверхности камеры нагрева, через которую происходят потери теплоты в окружающую среду F^р_п.н = h^p2(а + б) = 62(1,78 + 1,48) = 39,1 м².