Tính toán nhiệt quá trình sấy chuối

Tính toán nhiệt quá trình sấy chuối

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY CHUỐI + Mục đích tính toán nhiệt : Mục đích tính toán nhiệt là xác định tiêu hao không khí dùng cho quá trình s ấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kJ/h. Trên cơ sở tính toán nhiệt xác định kích thước các thiết bị. Đồng thời qua việc thiết lập cân bằng nhiệt và cân bằng năng lượng của hệ thống sẽ xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt v à hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như tiêu hao riêng nhiệt của buồng sấy và hệ thống. 3.1. Chọn chế độ sấy: Quá trình giảm ẩm của chuối khi đưa vào sấy rất không đồng đều , để ph ù hợp với quá trình giảm ẩm đó , có thể chia quá trình sấy thành 3 giai đoạn sau:  Giai đoạn 1: - Thời gian sấy: τ = 8 h - Nhiệt độ môi chất sấy vào : t 11 =65 0 C - V ật liệu có độ ẩm vào :ω 11 =80 % - V ật liệu có độ ẩm ra :ω 12 =64 %  Giai đoạn 2: - Thời gian sấy: τ = 8 h - Nhiệt độ môi chất sấy vào : t 12 =80 0 C - V ật liệu có độ ẩm vào :ω 12 =64 % - V ật liệu có độ ẩm ra :ω 22  Giai đoạn 3: - Thời gian sấy: τ = 8 h - Nhiệt độ môi chất sấy vào : t 13 =90 0 C - V ật liệu có độ ẩm vào :ω 22 - Vật liệu có độ ẩm ra :ω 23 - Tốc độ môi chất sấy cả 3 giai đoạn là v= 2-3 m/s - Trạng thái không khí bên ngoài t 0 =25 0 C, 3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG S Ố CỦA VẬT LIỆU : Xác định lượng ẩm bay hơi : W= 1 2 2 1 80 20 400 1200 100 100 80 G kg          Lượng vật liệu đưa vào là G 11 =W+G 2 = 1200+400 = 1600kg Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn như sau : W 1 = 720kg, W 2 = 360kg, W 3 = 120kg Giai đoạn I : W 1 = 720kg, 11 80%   Vì : 1 21 1 11 21 100 W G       W 1 100-W 1 ω 21 =G 11 ω 1 -G 11 ω 21 ω 21 = 11 1 1 11 1 100 1600.80 720.100 64% 1600 720 G W G W        Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 1 là : G 21 =G 1 -W 1 = 1600-720=880 kg Các đại lượng trên được tính trung bình cho 1 h của giai đoạn 1là: W 1h = 1 1 720 90 / 8 W kg h    G 21h = 21 1 880 110 / 8 G kg h    Giai đoạn 2:W 2 = 360kg, G 12 = 880kg Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : 12 12 2 2 12 12 100 880.64 360.100 39% 880 360 G W G W          Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : G 22 =G 12 -G 2 = 880-360=520kg Các đại lượng tính toán trung bình cho 1h của giai đoạn 2 là : W 2h = 2 2 360 45 / 8 W kg h    G 22h = 22 2 520 65 / 8 G kg h    . Giai đoạn III : W 3 =120kg, G 13 =G 22 =520kg 0 83%   Tương tự như trên ta có độ ẩm của vật liệu ra khỏi giai đoạn III là ω 23 =ω 2 được kiểm tra lại bằng công thức : 13 13 3 23 13 3 100 520.39 120.100 20,7% 520 120 G W G W          Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 chính là lượng sản phẩm tức là: G 23 =G 2 = G 13 -W 3 = 520-120 = 400kg. Các đại lượng tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn 3 là : 2 2 3 400 50 / 8 h G G kg h     W 3h = 3 3 120 15 / 8 W kg h    3.3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT : 1.Giai đoạn I Giai đoạn này năng suất bốc hơi ẩm lớn nhất , ẩm bốc hơi nhiều nên nhiệt độ môi chất ra khỏi buồng sấy thấp vì vậy không cần hồi lưu .Quá tr ình sấy được biểu diễn trên đồ thị I-d. Tr ạng thái không khí bên ngoài t o = 25 o C, 0 85%   Từ đó ta xác định được : d 0 =622. 0 0 0,85.0,03166 622 17,3 / 0,99333 0,85.0,03166 so so p kg kgkkk P P       Với P so = 0,03166 bar. I 0 =t 0 +d 0 (r+C ph t 0 ) kJ/kgkkk. t 0 o t 2 t 1 d 2 d 1 2 1 d I  %   =25+0,0173(2500+1,9.25) =69 kJ/kgkkk ρ k0 = 5 0 0 99333 0,85.0,03166.10 287(273 ) 287(273 25) so p p        =1,166 kg/m 3 Trạng thái không khí vào buồng sấy : Ta có : t 11 = 65 o C, p s1 =0,25 bar , d 11 =d 0 = 17,3g/kgkkk T ừ đó xác định được : I 11 =t 1 +d 1 (r+C ph t 1 ) =65+0,0173(2500+1,9.65) =110,38 kJ/kgkkk 1 11 1 1 17,3.0,99333 0,1075 10,75% (622 ) (622 17,3)0,25 s d p d p        ρ k11 = 5 3 1 1 1 (0,99333 0,1075.0,025).10 0,9963 / (273 ) 287(273 65) s k p p kg m R t        Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy Giai đoạn này là giai đoạn sấy tộc độ không đổi , nhiệt độ vật iệu không đổi v à bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt , tức là:t m =t M1 =const.Nhiệt độ và độ ẩm không khí v ào buồng là t 11 =65 o C, 11 10,75%   .Nhiệt độ nhiệt kế ướt t M1 =32 o C. Nhi ệt độ vật liệu đưu vào buồng t m1 =t M0 (t M0 là nhiệt độ nhiệt kế ướt ở điều kiện không khí b ên ngoài , t M0 =23 o C). Như vậy , vật liệu vào được gia nhiệt từ t m1 =23 o C đến t m =32 o C.Để đảm bảo việc truyền nhiệt tốt từ không khí đến vật liệu , ta chọn nhiệt độ khí ra khỏi buồng sấy t 21 =t m21 +∆t(∆t=5-10ºC). V ậy t 21 =32+8=40 o C, P s2 = 0,07375bar Các thông s ố còn lại được xác định như sau : d 21 = 21 21 21 110,38 40 0,02732 / 2500 1,9.40 pk ph g kgkkk r C t I C t       . φ 21 =   21 21 2 27,32.0,99333 56,6% 622 (622 27,32)*0,07375 s d P d p     ρ k21 =   5 3 21 2 21 99333 0,591.0,07375.10 1,0593 / 287(273 40) 273 s k P p kg m R t        . Tiêu hao không khí lý thuyết : l 01 = 21 11 100 1000 100 27,3 17,3d d     kg/kgẩm . L 01 =l 01 . W 1 =100.720= 72000kg= 9000kg/h V 1 =  1 01 k L = 3 9000 9033 / 0,9963 m h  V tb1 =    21 01 5.0 kk L  = 3 9000 8756,56 / 0,5(0,9963 1,0593) m h   3 Tiêu hao nhiệt lý thuyết q 01 =l 01 (I 1 -I 0 )=100(110,38-69)= 4138kJ/kgẩm. Q 01 =q 0 . W 1 =720.4138=2979360kJ Q 01h = 372420kJ/h=103,45kW Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn 1: Nhi ệt đưa vào : Q v =Q 5 +Q 0 =Q 01 +Q 0 . ở đây Q 0 là nhiệt do không khi đưa vào : Q 0 =G 0 L 0 =L 01 .I 0 =9000.69=621000kJ/h=4968000kJ Q v =2979360+4968000 =7947360kJ Nhi ệt đưa ra khỏi hệ thống : Q R =Q 1 +Q’ 2 . ở đây : Q 1 là nhiệt hữu ích : Q 1 =W[(r+C p t 2 )-C n t m1 ] =   720 2500 1,9.40 4,18.23 1785499,2 223187, / 61, 99 W kJ kJ h k          Q’ 2 là tổn thất nhiệt do khí thoát : Q’ 2 =L 01 I’ 2 =L 01 [t 2 +d 0 (r+C ph t 2 ) ] =   9000 40 0,0173(2500 1,9.40) 761083,2 / 6088665 ,6 kJ h kJ     Q R = 7874164,8kJ 73195, 2 v r Q Q Q kJ     ∆Q% =0,92% Hiệu suất nhiệt của buồng sấy : η s = 1 1785499,2 0,359 35,9% 4968000 s Q Q    2.Giai đoạn 2: _ Giai đoạn này nhiệt độ môi chất vào lớn hơn, năng suất bốc hơi ẩm nhỏ hơn nên nhiệt độ khí thoát lớn hơn, v ì vậy cần hồi lưu để tiết kiệm nhiệt. Quá trình sấy lý thuyết giai đoạn này biểu diễn trên đồ thị I-d. _Trong giai đoạn 2 nhiệt độ môi chất sấy vào buồng sấy là t 12 =80 o C, tương ứng có P s1 =0,4738bar. Vì có hồi lưu nên độ ẩm tương đối của môi chất v ào buồng sấy sẽ lớn hơn ở giai đoạn 1. Ta chọn độ ẩm tương đối của môi chất vào 12 20%   _Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió, ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng không khí ở cả 3 giai đoạn như nhau, tức l à: L 1 = L 2 = L 3 hay W 1 l 1 =W 2 l 2 =W 3 l 3. Từ đó ta có: l 2 =l 1 1 2 720 100 200 W 360 W   kg/kgẩm l 3 =l 1 1 3 720 100 600 W 120 W   kg/kgẩm Các thông số của không khí vào buồng sấy được xác định như sau: 12 1 12 12 1 0,2.0,4738 622 65,6 / 0,99333 0,2.0,4738 s s p d g kgkkk p p        I 12 = t 12 + d 12 (r + C ph t 12 ) = 80 + 65.6(2500 + 1.9*80) = 254 [ kJ/kgkkk]   273 12 112 12    tR pp k s k   = 5 (0.9933 0.2*0,4738)*10 0.887 287(80 273)    kg/m 3 Xác định các thông số môi chất ra khỏi buồng sấy : 2 121222 1000 l dddd  = 65.6 + 200 1000 = 70,6 g/kgkkk. 22 222 22 .9,11 2500. d dI t    = 3 3 10 * 6 . 70 * 9 . 1 1 10*2500*6.70254     = 68,33 o C. T ừ t 22 tra bảng hơi nước bão hoà được p s2 = 0,271   2222 22 22 622 pd pd    = 271.0)6.70622( 9933.0*6.70  = 0,3736 = 37,36 %   273 22 222 2    t pp k s k    = )33.68273(287 )271.0*3736.09933.0(10 5   = 0,9122 Kg/m 3 Xác định các thông số trạng thái sau hỗn hợp : Hệ số hồi nhiệt : 222 22 H oH oo b dd dd G L G G n    = 6 . 65 6 . 70 3.176.65   = 9,66 Nhi ệt độ khí sau hỗn hợp : 1 2 2    n tnt t o H = 1 66 . 9 2533.68*66.9   = 64,26 , o C. T ừ t H2 tra bảng hơi nước bão hoà được p sH2 = 0,2435 bar . d H2 = d 12 = 65.6 g/kgkkk. I H2 = t H2 + d H2 (r + C ph t H2 ) = 64,26 + 0,0656 (2500 + 1,9*64,26 ) = 236,27 , kJ/kgkkk .   22 2 2 622 sHH H H pd pd    = 2435.0)6.65622( 9933.0*6.65  = 0,389 = 38,9 %   273 2 22 2    Hk sHH kH tR pp   = )26.64273(287 )2435.0*389.09933.0(10 5   = 0,928 , kg/m 3 Tiêu hao không khí lí thuyết : L 2 = l 2 .W 2 = 200*360 = 72000 [ kg ] = 9000 [ kg/h].   2 1 21 2 12 kk L V    = 2 1 )9122.0887.0( 9000  = 10004 , m 3 /h Lưu lượng không khí mới bổ sung : n L G o 2  = 66 . 9 9000 = 931,68 kg/h . Tiêu hao nhi ệt : q 02 = l 2 (I 12 – I 0 ) = 200(254 - 236.27) = 3546 kJ/kg ẩm . Q 02 = q 02 .W 2 = 3546*360 = 1276560 , kJ . 2 02 02  Q Q h  = = 159570 , kJ/h = 44,32 kw Cân b ằng nhiệt của hệ thống : Nhiệt đưa vào : Q v = Q 02 + Q 0 = 1276560 +514287.36 = 1790847kJ Q 02 là nhiệt đua vào buồng sấy . Q 0 là nhiệt do không khí mới đưa vào . Q 0h = G 0 .I 0 = 931.68*69 = 64285.92, kJ/h Q 0 = Q 0h .τ 2 = 64285.92*8 = 514287.36 , kJ Nhi ệt đưa ra khỏi hệ thống : 8 1276560 Q r = Q 1 + Q’ 2 Q 1 là nhiệt hữu ích : Q 1 = W 2 [(r + C ph t 42 )-C n t m12 ] =360[(2500+1.9*64.26)- 4.18*32] = 895800 ,kJ 2 1 1  Q Q h  = 8 895800 = 111957 kj/h = 31,1 kW Q’ 2 là tổn thất nhiệt do khí thoát . Q’ 2h = G 0 I’ 2 = G 0 [t H2 + d 0 (r +C ph t H2 )] = 931.688 [64.26+0.0173(2500+1.9*64.26)] = 102112 kJ/h Q’ 2 = Q’ 2h .τ 2 = 102112*8 = 816896 , kJ Q R = Q 1 + / 2 Q = 895800 + 816896 = 1712696 KJ Sai l ệch : ΔQ = Q R - Q v = 1790847-1712696 = 78151 kJ 100%    v Q Q Q = 100* 1712696 78151 = 4,5 % 3. Gi ại đoạn III : Xác định thông số vào buồng sấy : Ta chọn : t 13 =90 0 c, φ 13 = 10% T ừ t 13 tra bảng hơi nước bão hoà được p s1 =0.7011 (bar) . Ta xác định thông số còn lại : 113 113 13 . . .622 s s pp p d     = 622* 7011 . 0 * 1 . 0 9933 . 0 7011.0*1.0  = 47,235, g/kgkkk. I 13 = t 13 + d 13 (r + C ph t 13 ) = 90 + 0.047235 (2500 +1.9*90) = 216,16 , kJ/kgkkk .   273 13 113 13    tR pp k s k   = )90273(287 7011.0*1.09933.0   = 0,886 , kg/m 3 Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy : ddd  1323 = 47.235 + 600 1000 = 48,9 , g/kgkkk. 23 2323 23 1 2500. dC dI t ph    = 0489 . 0 * 9 . 1 1 2500*0489.06.216   = 86,32 o C   2323 23 23 622 pd pd    = 61.0)9.48622( 9933.0*9.48  = 0.1189 = 12% (tra b ảng hơi nước bão hoà theo t 23 ta được p s3 = 0.61(bar)   273 23 323 23    tR pp k s k   = )27323.86(287 10*61.0*12.099333 5   = 0,892 , kg/m 3 Xác định trạng thái môi chất sau hỗn hợp : Hệ số hối lưu : 323 33 H oH oo b dd dd G L G G n    = 235 . 47 9 . 48 3.17235.47   = 18 Nhi ệt độ khí sau hỗn hợp ; 1 23 3    n tnt t o H = 1 18 2532.86*18   = 83,09 , o C. Entanpi c ủa không khí sau hỗn hợp : d H3 = d 13 = 47.235 g/kgkkk I H3 = t H3 + d H3 (r + C ph t H3 ) = 83.09 + 0.047235(2500 + 1.9*83.09) = 208,6 , kJ/kgkkk . Độ ẩm tượng đối sau hỗn hợp :   33 3 3 622 sHH H H pd pd    = 536.0)235.47622( 9933.0*235.47  = 0.1308 = 13,08 % Kh ối lượng riêng :   273 3 33 3    Hk sHH kH tR pp   = )27309.83(287 10*536.0*1308.09933 5   = 0,9034 , kg/m 3 Xác định tiêu hao không khí : L 03 = l 03 .W 3 = 600*120 =72000 kg = 9000 kg/h 13 03 03 k L V   = 10158 886 . 0 9000  m 3 /h V tb = 3 03 13 10124 / k L m h   Tiêu hao nhiệt lí thuyết : q 03 =l 03 (I 13 –I H3 ) = 600(216.6 - 208.6) = 4536 kJ/kg ẩm Q 03 = q 03 W 3 = 4526 * 120 = 544320 kj = 68040 kj/h = 18,9 kw Cân b ằng nhiệt lí thuyết của hệ thống : Nhiệt đưa vào : Q v = Q 03 + Q 0 = Ở đây Q 0 là nhiệt do không khí đưa vào : Q 0h = G 0 .L 0 = 3450069 18 9000 0 3 I n L , kJ/h . Q o = Q 0h * τ 3 = 34500*8 = 276000 kJ Q v = Q 03 + Q o = 544320 + 276000 = 820320 kJ Nhi ệt đưa ra khỏi hệ thống : Q R = Q 1 + Q’ 2 Ở đây : Q 1 là nhiệt hữu ích : Q 1 = W 3 [(r + C ph t H3 )-C n t m13 ] = 120[(2500 + 1.9*83.09) – 4.18*48.6] = 294566 kJ Q’ 2 là tổn thất nhiệt do khí thoát Q’ 2h = G 0 I’ 2 = G 0 [t H3 + d 0 (r +C ph t H3 )] G o là lưu lượng khí bổ sung G o = 500 18 9000 3  n L kg/h Q’ 2h = 500 [83.09 + 0.0173(2500 + 1.9*83.09)] = 64536 kJ/h . Q’ 2 = Q’ 2h .τ 3 = 264536*8 = 516288 kJ Q R = 294566 + 516288 = 810854 kj Sai l ệch : ΔQ = Q R - Q v = 820320 – 810854 = 9466 kJ .  33 3 3 622 sHH H H pd pd    = 536 .0) 235 .47622( 9 933 .0* 235 .47  = 0. 130 8 = 13, 08 % Kh ối lượng riêng :   2 73 3 33 3    Hk sHH kH tR pp   = )2 730 9. 83( 287 10* 536 .0* 130 8.09 933 5   = 0,9 034 , kg/m 3 Xác định.  2 73 13 1 13 13    tR pp k s k   = )902 73( 287 7011.0*1.09 933 .0   = 0,886 , kg/m 3 Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy : ddd  132 3 = 47. 235 + 600 1000 = 48,9 , g/kgkkk. 23 232 3 23 1 2500. dC dI t ph   . t 23 ta được p s3 = 0.61(bar)   2 73 23 3 23 23    tR pp k s k   = )2 732 3.86(287 10*61.0*12.09 933 3 5   = 0,892 , kg/m 3 Xác định trạng thái môi chất sau hỗn hợp : Hệ số hối lưu : 32 3 33 H oH oo b dd dd G L G G n   