РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧОГО СУШІННЯ ЗЕРНА В ЦИРКУЛЯЦІЙНИХ ЗЕРНОСУШАРКАХ
2.1. Аналіз факторів, що впливають на енергетичну і технологічну ефективність процесу сушіння зерна в зерносушарках
При вирішенні задач, пов'язаних із підвищенням енергетичного удосконалення сушильних установок, необхідно визначати кількісні показники, які називають критеріями ефективності або [32, 78] характеристиками цілі.
Основним критерієм енергетичного (теплового) удосконалення зерносушарок прийнято термічний коефіцієнт корисної дії, що являє собою відношення корисно використаної теплоти (qK) до всієї теплоти (q3), яку витрачено на процес зневоднення:
. (2.1)
Корисно використаною теплотою в зерносушарці вважається тільки та, що витрачена на випаровування вологи із зерна. Витрачена теплота в розрахунку на один кілограм сухого повітря, що нагрівається в теплогенераторі або топковому блоці, визначається співвідношенням [24]:
, (2.2)
де cp- питома теплоємність повітря;
t1 - температура сушильного агенту на вході в зерносушарку;
t0 - температура повітря, що подається в теплогенератор.
Теплота, яка витрачена на випаровування вологи, віднесена до кілограму нагрітого повітря (сухого), визначається так [21]:
, (2.3)
де d1, d2 - вологовміст сушильного агенту відповідно на вході і виході сушарки.
Тоді
. (2.4)
Максимальне значення ККД зерносушарки може бути досягнуто при найбільшій різниці вологовмісту сушильного агенту на вході і виході зерносушарки, тобто коли вологовміст відпрацьованого сушильного агенту досягне насичення d2=dм (відносна вологість при цьому буде 100%), а температура відпрацьованого сушильного агенту знизиться до значення t2=tм.
Для конвективного сушіння енергетичний ККД можна визначити з відомого співвідношення [32]:
, (2.5)
де t2 - температура відпрацьованого сушильного агенту.
У цьому рівнянні корисною теплотою вважається вся теплота, що виділена енергоносієм в зерносушарці. Тому максимально можлива величина ККД (крайове значення) визначається так:
, (2.6)
де tм - температура мокрого термометра.
Ступінь впливу початкової t1 і кінцевої t2 температури сушильного агенту на енергетичну ефективність процесу сушіння неоднозначна. Відповідно до співвідношення (2.5) ККД збільшується при підвищенні t1, оскільки при цьому має збільшуватись швидкість сушіння і відповідно зменшуватись t2. Однак, дослідження [21, 24] показують, що підвищення швидкості сушіння супроводжується підвищенням інтенсивності нагріву зерна. В результаті цього співвідношення між витратами теплоти на нагрівання зерна, яка втрачається в навколишнє середовище, та фізичною теплотою зерна, що входить до сушарки зростає. При цьому зменшується ступінь насичення сушильного агенту [102]. Температура t2 збільшується, що приводить до зменшення ККД. Ряд авторів [32, 78] рекомендують підвищувати температуру відпрацьованого сушильного агенту при максимальному його насиченні. Однак всі дослідження базуються на аналізі балансових співвідношень і не враховують кінетичні закономірності процесу сушіння.
Енергетичну ефективність сушильного процесу можна оцінити більш загальним (для всіх сушарок) показником - питомі витрати енергії на одиницю (1 кг) випаруваної вологи q0 або висушеного зерна qз , що може бути кількісно оцінено за допомогою співвідношення [69]:
, (2.7)
де I1, I2 - ентальпія сушильного агенту на вході до сушарки і на вході до теплогенератора відповідно.
Величина ?d=d2-d1 в знаменнику (2.7) визначає кількість випаруваної вологи, яка з урахуванням того, що процес сушіння відрізняється від ізобарного, може бути відповідно до [69] визначена із співвідношення:
, (2.8)
де r1=(r+cПt2-?0)103 - теплота, яку сприйняла волога (1кг) в сушарці;
?Qвтp - теплові втрати, віднесені до 1 кг випаруваної вологи.
Кількість випаруваної вологи в процесі сушіння можна визначити також і з балансного рівняння:
, (2.9)
де dU/d? - швидкість зневоднення зерна;
?с.а. - щільність сушильного агенту;
G0 - продуктивність сушарки по абсолютно сухому зерну;
L - витрати сушильного агенту.
Визначаючи ?d з (2.9) і порівнюючи з (2.8), отримаємо для "теоретичної сушарки" (?Qвтp=0):
. (2.10)
Підставляючи значення (2.10) в (2.5), отримаємо:
. (2.11)
Кількість зерна, що знаходиться в сушарці, можна визначити очевидним співвідношенням:
, (2.12)
де G2 - подача зерна в сушарку;
?c - експозиція сушіння (час перебування зерна в сушарці).
Враховуючи, що L=SVc.a. G2=SV3 , остаточно будемо мати залежність для ККД зерносушарки:
, (2.13)
де I=dU/d? - інтенсивність видалення вологи (середня за процес);
f(t,r)=3,01+5,51(t1+t2+546)10 -5+r1;
Vc.a., V3 - швидкість сушильного агенту і зерна в сушарці.
Таким чином, енергетична ефективність зерносушарки вцілому залежить від режимних параметрів сушильного процесу: температури сушильного агенту, його швидкості, швидкості переміщення зерна, інтенсивності видалення вологи і експозиції сушіння. Ці два основних показники залежать від виду зерна і його вологості.
Рац