Пример расчета сублимационной сушилки

Задание на проектирование. Спроектировать сублимационную сушилку периодического действия для следующих условий: высушиваемый материал – кусковая рыба и фарш; количество испаряемой влаги за время сушки W = 400 кг; начальная влажность на сухой вес конечная продолжительность сушки , продолжительность загрузки и выгрузки

Количество удаляемой влаги и продолжительность каждого периода сушки: самозамораживание – 20,6 %; сублимация – 64,4 %; удаление остаточной влаги – 15,0 %;

Температура сублимации температура обогреваемых плит температура окружающей среды около сублимируемого материала

Начальное количество продукта, загружаемого на 1 м² противней, составляет Площадь противней, размещаемых в одном сублиматоре, f = 16,8 м².

Обогрев плит производится горячей водой. Температурный перепад для определения расхода воды принять равным 5 °С.

Для обеспечения бесперебойной работы сублиматоров устанавливаются четыре конденсатора, из которых в период самозамораживанияя работают три, а в период сублимации два: один конденсатор во всех случаях находится на оттаивании, а один может быть в резерве. Конденсаторы – трубчатые. Диаметр трубок d = 57×2 мм. В качестве охлаждающей жидкости применяется аммиачный раствор. Температура испаряющегося аммиака = –23 °С, а конденсирующегося аммиака = +30 °С. Температура трубок со стороны испаряющегося аммиака = –20 °С. Температура конденсирующегося насыщенного пара при или Температура льда, образующегося на стенках трубки, или Начальная и конечная температуры стенок трубок в период таяния льда: Температура воды, образующейся после таяния льда, Аммиак поступает в межтрубное пространство, а пары из сублиматора – в трубное пространство; материал: сталь коррозионно-стойкая 12Х18Н10Т; предел выносливости  = 570 МПа; модуль упругости первого рода Е = 210⁵ МПа; коэффициент запаса устойчивости п = 2,4; скорость удельного газовыделения, измеряемая потоком газа, десорбирующегося с единицы поверхности q = 21,210^-5 Пам³/(м³с).

Выполнить тепловой расчет, определить поверхность нагрева сублиматора и конденсатора и их число в установке; определить продолжительность оттаивания льда в конденсаторе с помощью паров аммиака от холодильной установки.

Методика расчета

Тепловой расчёт

Материальный баланс. Количество материала, поступающего на сушку за один цикл,

Количество влаги, удаляемое в каждый период сушки за 1 ч, кг/ч

а) при самозамораживании

б) при сублимации

в) при испарении остаточной влаги

Теплота, потребная в период сублимации,

а за все время сублимации

Теплота, расходуемая за время испарения остаточной влаги,

Количество теплоты, необходимое для сушки,

Выбираем сублиматор полочного типа (рис. 4-20). Для этой конструкции можно принять, что излучающая поверхность плит равна поверхности противней ( ); степень черноты для плиты и степень черноты для рыбы , откуда

приняв получим:

необходимая площадь загрузки рыбы

Количество сублиматоров

По расчету поверхность нагрева плит получилась меньше поверхности противней, на которое может быть уложена рыба. Увеличив поверхность плит, можно снизить их температуру и изменить тепловой режим в достаточно широких пределах. Количество воды, подаваемой на греющие плиты,

Количество теплоты, отводимое конденсатором,

В период саморазмораживания, когда выделяется максимальное количество влаги, работают три конденсатора-замораживателя. В каждый конденсатор поступает

Теплосъем с каждого конденсатора

Коэффициент теплоотдачи от паровоздушной замерзающей смеси к поверхности льда по формуле (9-8) [Л. 50]:

где

В этой формуле и из-за отсутствия данных взяты при температуре 100 °С и при давлении 0,1 МПа. Коэффициент теплоотдачи от стенок к испаряющемуся аммиаку рассчитывается по формуле [Л. 50]:

где

Коэффициент теплопередачи конденсатора

где – толщина льда, принятая равной 6 мм; – теплопроводность льда, равная – теплопроводность стенки, равная

Средняя разность температур

П

Рис. 4. Конденсатор-вымораживатель: 1 – подача аммиака; 2 – спуск воды; 3 – подача пара для оттаивания труб

оверхность нагрева конденсатора

что близко совпадает с принятым ранее значением.

На рис. 4 показан спроектированный кожухотрубчатый конденсатор-вымораживатель. Предусматриваем также оттаивание льда с помощью водяного пара. Для этой цели ввариваем патрубок 3. Количество теплоты, необходимое для оттаивания льда, по формуле [Л. 50]

где

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующихся паров аммиака к стенкам трубы по формуле [Л. 50]

Коэффициент теплопередачи от конденсирующихся паров аммиака к тающему льду

При температуре конденсирующихся паров аммиака и температуре тающего льда разность температур t = 30 – 0 = 30 °С.

Время на оттаивание льда