Материальный баланс вальцовых сушилок

Во время работы вальцовых сушилок необходимо знать расход тепла и пара, длительности сушки и производительности установки.

Производительность можно определить из уравнения материального баланса вальцовой сушилки по заданному значению напряженности поверхности нагрева установки.

Материальный баланс вальцовых сушилок составляется на основании значений концентраций сухого вещества в исходном сырье и готовом продукте:

,

здесь G – масса продукта для сушки, кг;
S₁ – концентрация сухих веществ в исходном сырье, %;
S₂ – концентрация сухих веществ в обработанном продукте, %;
W – масса удаленной влаги, кг.
Напряженность поверхности нагрева Т (кг/(м²·ч)) сушилки по испаренной влаге определяют по формуле:

,

где F – рабочая поверхность нагрева установки, м³;
z – длительность процесса сушки, ч.

Величина Т для разных сушилок подобного типа колеблется от 40 до 90 (кг/(м²·ч)).

Подобным образом ведут и расчет напряженности поверхности нагрева установки по готовому изделию. На производительность вальцовой сушилки по удаленной из продукта влаге наибольшим образом влияет давление пара в вальцах установки и температура обрабатываемого продукта.

Чтобы определить, какое количество тепла поступило вместе с паром в барабан, используют следующее уравнение:

,

здесь Q_м  - тепло, которое тратится для нагрева высушиваемого сырья до необходимой температуры сушки, Дж;
Q_исп – тепло, затрачиваемое для испарения жидкости из обрабатываемого сырья, Дж;
Q_п – тепловые потери, Дж;
Q_г – тепло, удаляемое вместе с обработанным продуктом, Дж.

Тепло, которое тратится для нагрева высушиваемого сырья, находят:

,

здесь с – удельная теплоемкость обрабатываемого сырья, Дж/(кг·К).
t_исп – температура при которой происходит сушка, °С;
t_н – начальная температура сырья, °С.

Тепло, затрачиваемое для испарения жидкости из обрабатываемого сырья:

здесь r – теплота парообразования при температуре сушки, Дж/кг.

Для выяснения значения количества тепловых потерь можно рассчитать по формуле:

,

где принимают равным от 12 до 15 (Вт/(м²·К)). Это коэффициент теплоотдачи от вальцов окружающей среде;
F – поверхность вальцов, м²;
t_ст.ср. – средняя температура стенок вальцов сушилки. Она равна температуре, при которой происходит процесс сушки, °С;
t_возд – температура воздуха, °С.

Тепло, удаляемое вместе с обработанным продуктом:

,

здесь G_г – масса высушенного продукта, кг;
с_г – удельная теплоемкость высушенного продукта, Дж/(кг·К);
t_г – температура обработанного продукта, °С.

Теперь можно рассчитать какое количество пара D (кг) расходуется:

,

где i_п, i_к – энтальпия пара и конденсата соответственно, Дж/кг.
При заранее установленном режиме для установки длительность сушки будет постоянна. Если рассматривать конкурентную сушилку, то продолжительность сушки (с) рассчитывается по формуле:

,

где – это угол, который проходит каждая частица обрабатываемого продукта за весь период нахождения на вальце, рад:

,

где l – расстояние, которое проходит частица обрабатываемого продукта по окружности вальца, м;
R – радиус вальца, м;

– угловая скорость, с которой движутся вальцы, с^-1;

,

здесь n – частота, с которой происходит вращение вальцов, с^-1.

Учитывая два последних уравнения время сушки можно рассчитать и так:

.

Время сушки зависит не только от обрабатываемого продукта, но и от вида сушилки. Оно составляет от 2 до 20 с. В тех установках, где имеется распылительное устройство, частота вращения барабанов увеличена, а время сушки наоборот уменьшено. Это связано с тем, что нанесение продукта на вальцы происходит равномерно.

Чем больше становится путь, который проходит обрабатываемая частица, тем больше становится и производительность вальцовой сушилки.

Материал подготовлен по книге "ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ", В.Д. Сурков, Н.Н. Липатов, Ю.П. Золотин; Издание 3-е: Москва: "Лёгкая и пищевая промышленность" и другим источникам.