При расчете сушильно-охладительных установок обычно определяют: количество испаренной влаги в сушилке, количество подогретого воздуха, поступающего в сушилку, теплоту, необходимую для испарения влаги, и основные размеры сушильной и охладительной камер.
Для расчета необходимо знать расход высушенного материала, его начальную и конечную влажность и параметры сушильного агента.
Количество влаги, удаленной из влажного сахара, определяется из материального баланса. Принятые обозначения параметров представлены в табл. 15.2.
15.2. Материальный баланс сушилки
| Приход, кг/с | Обозначение | Расход, кг/с | Обозначение |
| Влажный сахар | G1 | Высушенный сахар | G2 |
| Входящий воздух | L1 | Выходящий воздух | L2 |
| Общий приход веществ | G1+ L1 | Общий расход веществ | G2+ L2 |
Расход влажного воздуха определяют из материального баланса продуктов. Расход высушенного сахара определяют исходя из материального баланса по содержанию абсолютно сухих веществ во влажном и высушенном сахаре.
Содержание сухих веществ (кг/с):
во влажном сахаре:
G = G1 ((100 - w1) / 100) (15.1)
в высушенном сахаре:
G1 = G2(100 - w2) / 100) (15.2)
где w1 – влажность сахара, поступающего в сушилку, %; w2 – влажность сахара, уходящего из сушилки, %.
В соответствии с материальным балансом
G1 ((100 - w1) / 100) = G2(100 - w2) / 100) (15.3)
откуда:
G2 = G1 (100 - w1) ) / (100 - w2) (15.4)
Количество удаленной влаги
W = G1 - G2 = G1 *((w1 - w2) / (100 - w2)) = G2 ((w1 - w2) / (100 - w1) (15.5)
Количество уходящего из сушилки воздуха (кг/с):
L2 = L1 + W (15.6)
Количество влаги, удаленной в сушилке, может быть определено из уравнения
W = L (x2 - x1) (15.7)
откуда
L = W / (x2 - x1) (15.8)
где L – количество сухого воздуха, поступающего в сушилку, кг/с; х2 – влагосодержание воздуха по выходе из сушилки, кг/кг; х1 - влагосодержание воздуха по входе в сушилку, кг/кг.
Количество влаги в сушилку воздуха с учетом его влажности
L1 = L + Lx1 (15.9)
Расход теплоты на сушку сахара определяют из теплового баланса (табл. 15.3).
15.3. Тепловой баланс сушилки
| Статья расхода теплоты | Выражения |
| Расход теплоты на испарение влаги, Дж/с | Qи = W (r + c1t) |
| Расход теплоты на нагревание сахара, Дж/с | Qн = G2c2 (t2 - t1) |
| Потери теплоты в окружающую среду, Дж | Qo = (Qи + Qн + Qn) ε / 100 |
Общий расход теплоты
Q = Qи + Qн + Qn (15.10)
где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг; t1, t2 – температуры сахара на входе и выходе из сушилки, °С; с1, с2 – удельные теплоемкости воды и высушенного сахара, Дж/(кг·К); ε– потери теплоты в окружающую среду, % (принимают ε = 5 ... 15% ).
Величина ε может быть отрицательной, если сушка сахара производится без дополнительного нагрева.
Теплота, необходимая для сушки сахара (Дж/кг), отдается подогретым воздухом при изменении температуры от t1 до t2
Q = cи (t1 - t2) L + cп (t1 - t2)xL (15.11)
Подставляя в уравнение (15.11) вместо L его значение из формулы (15.8), получим:
(t1 - t2)(x2 - x1) = Q / (W(cв +cпx1 )) (15.12)
Если обозначить удельный расход теплоты q = Q/W, то уравнение (15.2) запишется в следующем виде:
(t1 - t2)(x2 - x1) = q / (cв +cпx1 ) (15.13)
Абсолютные влажности воздуха х2 и х1 определяют по заданным относительным влажностям φ с использованием диаграммы состояния влажного воздуха Л.К. Рамзина, называемой также I-d диаграммой. Значение Q или q находят из теплового баланса.
Теплосодержание влажного воздуха (Дж/кг)
I = cв* t + x (cn t + r)
где cв – теплоемкость воздуха, cв = 1,004·103, Дж/(кг·К); cn – теплоемкость пара, cn = 1,96·103, Дж/(кг·К); r – удельная теплота парообразования; r =2,49·103, Дж/кг.
Объем сушильного барабана определяют по заданному напряжению пространства барабана во влаге (м3)
V = W/A (15.15)
где W – количество влаги, удаляемой из сахара, кг/с; А – напряжение сушильного пространства барабана по влаге (принимают согласно действующим нормам).
Производительность барабанного аппарата, соответствующая производительности завода по свекле (т/сут)
G = (24 * 100VA) / ( P (w1 - w2) * 100) (15.16)
где А – влагонапряжение сушильного объема аппарата, кг/(м3·ч) (для однобарабанных сушилок принимают А=0,6…3,0 кг/(м3·ч), для двухбарабанных А=7,0 кг/(м3·ч); Р – количество высушиваемого сахара-песка, поступающего в сушилку и уходящего из сушилки, % массы высушиваемого сахара.