Целью данной работы является получение критериального уравнения процесса сушки сыпучих и зернистых материалов в сушильном барабане со смешанным режимом термообработки, которое позволит рассчитать, конструктивные параметры сушильного агрегата, производительность и рациональные технологические параметры процесса сушки [1, 2]. Барабанные агрегаты широко применяются на хлопкоочистительных предприятиях, которые представляют собой горизонтально установленные вращающиеся сушильные барабаны [5].
Объектом экспериментальных исследований процесса сушки был хлопок-сырец. При сушке сырой хлопок-сырец поступает в барабан из загрузочного бункера вместе с горячим сушильным агентом. Хлопок-сырец подхватывается продольными лопастями, поднимается на определенную высоту и падает с лопаток вниз. При этом материал продувается сушильным агентом, на выходе из сушилки происходит разделение продукта и отработанного сушильного агента. Отработанный сушильный агент выбрасывается в атмосферу, а материал выгружается из сушилки. В качестве сушильного агента используется смесь воздуха с продуктами сгорания газообразного, либо жидкого топлива [5].
Выбор сушилки и способа определяется в первую очередь требуемой производительностью и величиной влагоотбора.
Как было показано ранее, критериальное уравнение процесса сушки хлопка-сырца в барабанном агрегате в неявном виде было представлено в виде (1) [3]:
, (1)
где 
– симплекс влагосодержания; (2)
– начальное влагосодержание материала; 
– конечное влагосодержание материала; А – неизвестный коэффициент.
Критерий Коссовича 
представляет собой специфическую форму критерия фазового превращения и определяет соотношение между теплотой, затраченной на испарение и теплотой, необходимой для нагревания влажного тела.
Критерий Коссовича является определяющим, и по физическому смыслу он выражает отношение количества теплоты, необходимой на испарение всей влаги, к количеству теплоты, идущей на нагрев сухого материала.
Критерий Коссовича
, (3)
где 
при tвх = 205 oC [4] – теплота парообразования, кДж/кг; Uнм – влагосодержание материала, %; cм= 1,549 [5] – теплоемкость хлопка-сырца, кДж/(кг×К); Tн – начальная температура материала, К.
Критерий Фурье Fo (теплообменный критерий гомохронности), характеризует связь между скоростью изменения температурного поля, физическими характеристиками и размерами тела.
Критерий Фурье
, (4)
где aм = 18,49⋅10-2/3600 – коэффициент температуропроводности, м2⋅с; tср – время пребывания материала в сушилке, с; 
[5] – диаметр летучки хлопка-сырца, м.
Безразмерный симплекс отношения производительности к массовому расходу теплоносителя
(5)
– критерий Рейнольдса. для вычисления числа Рейнольдса за определяющий размер принимают величину средней длины скатывания частиц хлопка-сырца, которую находят из соотношения [5]:
, (6)
где 
– средняя скорость теплоносителя, относительно частиц хлопка-сырца, м/с; 
– средняя длина скатывания частиц, м; n – кинематическая вязкость воздуха, принимаемая при температуре теплоносителя в барабане Tср, м2/с.
, (7)
– сумма отрезков в поперечном сечении барабана, характеризующая поверхность хлопка-сырца, лежащего в завале и на насадках; 
– диаметр барабана, м.
q – Температурный симплекс, характеризует температурный уровень процесса и косвенно отражает отношение тепловых емкостей потоков газа и материала.
Температурный симплекс
, (8)
где Тнм – температура материала начальная, К; Ткм – температура материала конечная, К; Тн.с – начальная температура сушильного агента, К.
– характеризует продольное перемещение материала,
, (9)
где 
– угловая скорость, 1/с; 
– диаметр барабана, м; n – число оборотов барабана, об/мин; g= 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2.
(10)
характеризует процесс поперечного перемешивания материала, где 
– угол наклона барабана к горизонту.
Таким образом, критериальное уравнение (1) дает непосредственно связь между влагосодержанием выгружаемого материала и средним временем пребывания материала в аппарате. При этом исключается необходимость отыскания трудно определяемых параметров, таких как температура, площадь поверхности материала.
Массовый расход воздуха определяется из уравнения:
, (11)
где 
– кинематическая вязкость воздуха, м2/с; 
– плотность среды, кг/м3; j – коэффициент заполнения барабана, %.
В результате преобразования получено критериальное уравнение (12) процесса сушки хлопка-сырца в барабанном агрегате в неявном виде относительно производительности:
Алгоритм вычисления производительности сушильного барабана со смешанным режимом термообработки
. (12)
Для получения уравнения в явном виде были использованы результаты опытно-промышленных испытаний [6].
Подставив значения выше приведенных критериев (
) в уравнение (12) и решив его относительно производительности, окончательно получено расчетное критериальное уравнение (13)
. (13)
Неизвестный коэффициент
и показатели степеней критериального уравнения (13) были получены в результате использования программы электронных таблиц Microsoft Excel как основного инструмента. Обработку исследования вели на ПК в инновационных технологиях Microsoft Excel при помощи численного метода вычисления – «Методом наименьших квадратов».
Полученное критериальное уравнение процесса сушки сыпучих и зернистых материалов в сушильном барабане со смешанным режимом термообработки (13) позволит рассчитывать конструктивные параметры сушилки, производительность и рациональные технологические параметры процесса сушки.
Библиографическая ссылка
Байтуреев А.М. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ КРИТЕРИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ СЫПУЧИХ И ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В СУШИЛЬНОМ БАРАБАНЕ СО СМЕШАННЫМ РЕЖИМОМ ТЕРМООБРАБОТКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 12-2. – С. 134-136;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34948 (дата обращения: 21.11.2024).