Расчет сушильной установки

    Рассчитаем  коэффициент теплоотдачи со стороны  бульона к стенке рубашки выступающей в роли теплопередающей поверхности.

     ,                                                (2.1.1)

    где - критерий Нуссельта для бульона;

     - коэффициент теплопроводности  бульона, Вт/(м²К); при =85⁰С =0,509 Вт/(м²К); [3 с.58]

     - длина теплопередающей поверхности, м

     ,                                             (2.1.2)

    где - радиус шнека, =0,312 м; H – высота стенки, H=0,312 м; [6 с.4]

    

    Критерий  Нуссельта для бульона рассчитаем для случая, когда теплоотдача происходит вдоль плоской поверхности.

    если  Re<5*10⁵ то

     ;                              (2.1.3)

    если  Re>5*10⁵ то

     ,                              (2.1.4)

    где Re – критерий Рейнольдса, Pr – критерий Прандтля.

    Найдем  критерий Прандтля для бульона при T=358К.

     ,                                               (2.1.5)

      где  - удельная теплоемкость, Дж/(кг К); с=3,76*10³ Дж/(кг К); [3 с.58]

    

    Найдем  критерий Рейнольдса по формуле

     ,                                            (2.1.6)

    где - скорость бульона, принятая за линейную скорость вращения шнека, м/с;

     - плотность бульона, кг/м³;

     - динамический коэффициент вязкости  бульона,  ;

    Скорость  движения жиромассы

     ,                                                (2.1.7)

      где  - шаг шнека, =0,075м; [6 с.5]

     - частота вращения шнека, об/мин;  =0,06 об/мин;

    тогда

    

;

    Определим плотность бульона. Представим бульон как бинарную систему, состоящую из жира и воды.

     ,                                           (2.1.8)

      где  , - соответственно, массовые доли воды и жира в бульоне, =0,37; =0,63; , -  соответственно, плотности воды и жира при T=358К =970 кг/ м³, =875 кг/ м³ . [2 с.503]

    

;

    

;

    Динамический  коэффициент вязкости бульона находится  по аналогии:

     ,                                              (2.1.9)

    где , - соответственно, динамические коэффициенты вязкости воды и жира, . При T=358К =256*10^-6  , =540*10^-6 . [2 с.491]

    

    

    Тогда критерий Рейнольдса будет равен

    

    Т.к. Re<5*10⁵, то имеем ламинарный режим движения бульона в жироотделителе. Следовательно, по формуле (2.1.3)

    

    Отношение для нагревающегося бульона можно принять за единицу, тогда

    

    Получаем, что коэффициент теплоотдачи  со стороны бульона к стенке будет равен

    

. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.2 Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара к стенке жироотделителя. Воспользуемся методом последовательных приближений.

       (2.2.1)

    Термическое сопротивление стенки

     ,                                   (2.2.1)

    где , – соответственно, термические проводимости стенки со стороны пара и со стороны сырья; ; . [2 с.506]

    

       ,

    Тогда исходный коэффициент теплопередачи  будет равен

    

    Откуда  плотность теплового потока определим  по формуле

    

    Находим значение

    Составляем  расчетные таблицы 2.2.1 и 2.2.2 в которые записываем исходные данные и результаты последующих расчетов.

    Таблица 2.2.1 – расчетная таблица для конденсирующегося пара

 

    Таблица 2.2.2 - расчетная таблица для стенки и бульона

 
    

1. Первое  приближение.

    (t_ст1)_І=t_конд-(∆t_конд)_І=110-0,287=109,713  ^˚С

    (α_конд)_І=12878,3(∆t_{конд І})^-0,25=12878,3/0,732=17594,9 Вт/м²К

    (q_конд) _І=(α_{конд І}) (∆t_конд)_І=17594,9*0,287=5049,75 Вт/м²

    (∆t_ст)_І=

( q_конд) _І= ^˚С

    (t_ст2)_І=(t_ст1)_І-(∆t_ст)_І=109,713-11,51=98,2 ^˚С

    (∆t_б)_І=(t_ст2)_І-t_б=98,2-85=13,2 ^˚С

    (q_б) _І=(α_б)_І*(∆t_б)_І=205,56*13,2=2714  Вт/м²

    В первом приближении (q_конд) _І>(q_б) _І. Расхождение >5%

    2. Второе приближение.

    Рассчитаем по первому приближению К_І:

    К_І=

,

    тогда

    q₁=К_І∆t_ср=138,86*25,625=3558,27

    Величину (∆t_конд)_ІІ определяем, принимая (q_конд) _ІІ= q₁ при (α_конд)_І=17594,9

    (∆t_конд)_ІІ= q₁/(α_конд)_І=3558,27/17594,9=0,202^˚С

    (t_ст1)_ІІ=t_конд-(∆t_конд)_ІІ=110-0,202=109,798^˚С

    (α_конд)_ІІ=12878,3/0,67=19221,34 Вт/м²К

    (q_конд) _ІІ=19221,34*0,202=3882,7 Вт/м²

    (∆t_ст)_ІІ=1/438,61*3882,7=8,85 ^˚С

    (t_ст2)_ІІ=109,798-8,85=100,948 ^˚С

    (∆t_б)_ІІ=100,948-85=15,95 ^˚С

    (q_б) _ІІ=205,56*15,95=3278,7 Вт/м²

    Проверим  расхождение:

    по  расчетам q_конд> q_б,   тогда

    

>5%

    3. Третье приближение.

    По  результатам первого и второго  приближения строим график q=f(t_ст1) (ПРИЛОЖЕНИЕ А).

    Полагая, что при малых изменения температуры  поверхностные плотности q_конд и q_б  линейно зависят от t_ст1 графически определяем (t_ст)_ІІІ.

    Откуда  (t_ст)_ІІІ=109,828 ^˚С

    ∆t_конд=110-109,828=0,172 ^˚С

    (α_конд)_ІІІ=12878,3/0,64=20122,34 Вт/м²К

    (q_конд) _ІІІ=20122,34*0,172=3461 Вт/м²

    (∆t_ст)_ІІІ=1/438,61*3461=7,89 ^˚С

    (t_ст2)_ІІІ=109,828-7,89=101,94 ^˚С

    (∆t_б)_ІІІ=101,94-85=16,94 ^˚С

    (q_б) _ІІІ=205,56*16,94=3482,18

    Расхождение: <5%.

    Следовательно, коэффициент теплоотдачи со стороны  конденсирующегося пара к стенке жироотделителя будет равен α_конд =20122,34 Вт/м²К. [2 с.185] 
 
 
 
 
 

    2.3 Определение коэффициента теплопередачи от греющего пара к бульону.

    Определим коэффициент теплопередачи от греющего пара к бульону через разделяющую их стенку

     ,                                  (2.3.1)

    где - коэффициент теплоотдачи со стороны бульона к стенке рубашки жироотделителя, = 205,56 Вт/м²К.

     - коэффициент теплоотдачи со  стороны конденсирующегося пара  к стенке рубашки жироотделителя, = 20122,34 Вт/м²К.

    

    2.4 Расчет температуры в центре кости.

    Определим коэффициент теплоотдачи от кости  к бульону. Для этого примем, что процесс передачи теплоты между бульоном, паром и костным остатком является стационарным, следовательно, плотности теплового потока равны .

    Тогда,

     ,                                    (2.4.2)

      где  - температура греющего пара, = 383К; - температура на стенки кости, = 358К.

     .                          (2.4.3)

    Найдем  величину безразмерного температурного напора. Исходя из уравнения нестационарной теплопроводности (при постоянстве теплофизических характеристик нагреваемого тела) и с учетом начальных и граничных условий 3-го рода имеем