Материальный и тепловой баланс процесса сушки
При сушке пищевых продуктов начальная влажность ωн и конечная влажность ωк обезвоживаемого материала обычно известны. Значения ωн определяются видом продукта, а величина ωкзадается принятой технологией.
Из материального и теплового баланса сушилки определяется количество высушенного продукта, количество испаренной влаги и расход воздуха [6].
| θк, Gк, ωк |
| сушилка |
| калорифер |
| влажный продукт |
| отработанный воздух |
| L, I0, t0, х0 |
| L, I2, t2, х2 |
| L, I1, t1, х0 |
| нагретый воздух |
| высушенный продукт |
| наружный воздух |
| θн, Gн, ωн |
Рисунок 4.18 – Принципиальная схема конвективной сушилки.
В материальный баланс процесса сушки входят следующие величины:
- Gн и Gк – начальная и конечная масса высушиваемого продукта, соответственно, кг/с;
- W – количество влаги, испаряемой из продукта, кг/с;
- ωн и ωк – начальная и конечная влажность высушиваемого продукта, соответственно, %.
Gк определяется из материального баланса, составленного по абсолютно сухому веществу Gс (в процессе сушки эта величина остается неизменной), кг/с:
Gн(100-ωн)=Gк(100-ωн) (4.24)
Gс Gс
Отсюда:
Gк= (4.25)
Количество испаренной влаги W определяется из материального баланса, составленного по всему веществу:
W =Gн - Gк(4.26)
или
Gн·ωн - W = Gк ωк, W = (4.27)
По количеству испаренной влаги определяется расход воздуха L(кг/с):
(4.28)
Удельный расход воздуха l (кг воздуха/кг влаги):
L = . (4.29)
Полный тепловой баланс сушильной установки:
Q=L(I2 –I0) + ΣQ(4.30)
где: Q– количество теплоты, подводимое в процессе сушки, кВт; L(I2 –I0) – расход теплоты на испарение влаги, кВт; ΣQ – сумма расходов теплоты на нагрев продукта, транспортных средств и потери в окружающую среду, кВт; I2, I0 – энтальпия воздуха на выходе из сушилки и на входе в калорифер.
Если теплота подводится только к калориферу, ее определяют из уравнения:
Q=L(I1 –I0) (4.31)
где: I1 - энтальпия воздуха на выходе из калорифера.
Удельный расход теплоты q:
q = = l(I1 –I0) (4.32)
Если пренебречь в уравнении (2.26) величиной ΣQ, то получим уравнение для теоретической сушилки:
Q=L(I2 –I0)или q = l (I1 –I0) (4.33)
Разность удельных расходов теплоты Δ действительной и теоретической сушилки:
q – qт= (4.34)
Значение Δ определяют по уравнению:
qпр + qтр.ср + qпот – cН2О·θн, (4.35)
где:
qпр = - затраты теплоты на нагрев продукта;
qтр ср = - затраты теплоты на нагрев транспортных средств;
qпот=- потери теплоты в окружающую среду, Qп=0,05(qпр+qтр ср+ cН2О·θн),
здесь спр, стр.ср – теплоемкость продукта, транспортных средств, Дж/(кг·К); Gтр – масса транспортных средств, кг/с; θн, θк – начальная и конечная температура продукта, 0С; cН2О=4187 Дж/(кг·К) – теплоемкость воды.