Расчет технико-экономических показателей сушильной камеры с фонтанирующим слоем

АННОТАЦИЯ

В статье предложена разработанная установка сушильной камеры с фонтанирующим слоем, а также проведен анализ технико-экономических показателей сушки фонтанирующего слоя в сравнении с базовой сушилкой карусельного типа. Выполнен расчет технико-экономических показателей базовой сушилки и показан обоснованный анализ формирования энергетической эффективности сушильной камеры с фонтанирующим слоем.

ABSTRACT

The article proposes a developed installation of a drying chamber with a spouting bed, and also analyzes the technical and economic indicators of drying a spouting bed in comparison with a basic rotary-type dryer. The calculation of the technical and economic indicators of the basic dryer is performed and a substantiated analysis of the formation of the energy efficiency of the drying chamber with a gushing layer is shown.

Ключевые слова: сушка, гидродинамика, скорость сушки, сопротивление слоя, аэродинамика, масличность, коэффициент формы, интенсификация.

Keywords: drying, hydrodynamics, drying rate, layer resistance, aerodynamics, oil content, form factor, intensification.

Пути дальнейшего совершенствования техники сушки связаны с использованием высокоэффективных сушилок со взвешенным слоем материала, среди которых выделяются аппараты с фонтанирующим слоем, обеспечивающие не только улучшение технико-экономических показателей, но и благоприятные условия для получения высокого качества готового продукта. Последнее требует наличия подробной информации о значениях параметров процесса и свойствах обрабатываемого материала.

Основное направление данного исследования заключается в разработке эффективного метода сушки семян подсолнечника. Актуальность данных исследований также обусловлена все возрастающей потребностью различных отраслей промышленности в этом продукте, а также необходимостью улучшения ее качества (масличность и биохимические свойства), на которое в значительной степени влияет процесс обезвоживания [1].

Для удовлетворения этих потребностей необходимо создание высокоэффективного сушильного аппарата. Для измерения скорости воздуха экспериментальной установки была применена стандартная диафрагма, которая была специально рассчитана на диаметр воздуховода (99 мм) в зависимости от расхода воздуха. Перепад давления, создаваемый диафрагмой, измеряли при помощи чашечного однотрубного манометра. Далее полученный перепад давления подставляется в формулу для определения расхода воздуха:

                                          (1)

где d – диаметр диафрагмы, см;

h – перепад давления, мм;

Q – расход воздуха.

Термопару установили непосредственно на входе в сушильную камеру [2]. Для измерения перепада давления в слое семечек был использован измерительный штуцер, установленный до сушильной камеры и непосредственно в ней. Измерительный штуцер был присоединен к чашечному однотрубному манометру.

Для регулирования скорости воздушного потока была изготовлена заслонка. На рисунке 1 показан экспериментальный лабораторный стенд с сушильным аппаратом фонтанирующего слоя.

Сушильный аппарат состоит из четырех секций фонтанирующего слоя, первые три секции предназначены для сушки, а последняя секция – для охлаждения частиц [3].

Рисунок 1. Экспериментальная установка для сушки в фонтанирующем слое:

1 – вентилятор; 2 – стандартная диафрагма; 3 – калорифер; 4 – сушильная камера; 5 – милливольтметр; 6 – U-образный манометр; 7 – штуцера для снятия перепада давления; 8 – термопара; 9 – заслонка

Рисунок 2. Установка для сушки в фонтанирующем слое

Сравнение технико-экономических показателей базовой сушилки и сушилки фонтанирующего слоя проведено по удельным капиталовложениям на 1 кг испаренной влаги, так как производительность их разная.

Капиталовложения в базовую установку были переведены в национальную валюту по курсу на январь 2021 г.: 1 руб. = 141,84 сум.

Электроемкость 1 кг испаренной влаги для сушки фонтанирующего слоя рассчитана по расходу теплоэнергии калорифером:

q_ем = 0,7 × 419 / 1400 = 2295

Тариф на электроэнергию с апреля 2009 год установлен в размере 295 сум/кВт×ч.

Тариф на теплоэнергию установлен в размере 208800 сум/Гкал.

Годовой экономический эффект – Э_г = С_эк Т_год – Е_п × К.

Результаты расчета показаны в таблице 1.

За счет энергосбережения расчетная окупаемость сушки фонтанирующего слоя составит 150 часов:

t_ок = К_ас / С_эк

где К_ас – капиталовложения сушки фонтанирующего слоя, тыс. сум,

С_эк – стоимость расчетной экономии энергоносителей электро - и теплоэнергии:

С_эк=С_эл + С_теп; С_эл = Т_э× ΔЭ; С_теп=Т_т ΔQ

где ΔЭ – расчетная экономия электроэнергии, кВт×ч/ч,

ΔQ – расчетная экономия теплоэнергии, Гкал/ч.

Таблица 1

Технико-экономические показатели сушки фонтанирующего слоя в сравнении с базовой сушилкой карусельного типа

Выводы

1. Сушка фонтанирующего слоя имеет существенные преимущества перед базовой карусельной сушилкой, так как:

а) имеет более низкие удельные капиталовложения на 1 кг испаренной влаги:

1,595/1,77 = 0,9, то есть на 10 % меньше

б) меньшие электроемкость и теплоемкость 1 кг испаренной влаги:

е_эл = 0,032/1,027 = 3 %, т.е. на 97 % меньше

е_теп = 2095/4815 = 43,5 %, т.е. на 56,5 % меньше

Расчетная стоимость ожидаемой экономии энергоносителей составляет 101,113 тыс. сум/час.

2. Расчетная окупаемость затрат составит менее 150 час.
3. Годовой экономический эффект составит при использовании сушки фонтанирующего слоя 2000 час в год:

Э_год = 101,113×10³×2000 – 0,2×К_сфс = 202,226×10⁶ – 30×10⁶ = 172,226×10⁶ сум

 где Е_п – приемлемая для инвестора норма доходности капитала, принята в размере 20 %.

4. Выполненные расчеты подтверждают высокую экономичность предлагаемого проекта сушки фонтанирующего слоя для семян подсолнечника.

Список литературы:

1. Джураев Х.Ф. Научные основы инфракрасно-конвективной сушки плодов сельскохозяйственных культур. – Таш фан, 2005.
2. Muradov I., Toshmamatov B.M. Kurbanova N.M., Baratova S.R., Temirova L. Development of A Scheme For The Thermal Processing of Solid Household. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology Vol. 6, Issue 9, September 2019, India, PP. 10784 10787.
3. Мухиддинов Д.Н. Теория выбора сушильных аппаратов взвешенного слоя // Изв. АН УзССР. – 1989. – № 3. – С. 25.