CV1=CV2=Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau.. Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi có độ ẩm W2.-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy th
TỔNG QUAN
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Cân bằng năng lượng
Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS=0.
Thiết bị sấy thùng quay không có thiết chuyển tải, QCT=0.
-Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1-I0)
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W).CV1+W.Ca].tV1.
-Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I2-I0).
Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC.
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.CV2tV2.
Với: tV1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: tV1 = t0 = 27 0 C. tV2: Nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: tV2=t2-(5~10)@-55 0 C
CV1=CV2=Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi có độ ẩm W2.
Ca: nhiệt dung riêng của ẩm với ẩm là nước
-Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:
L(I2-I1)+[(G1-W)CV1+WCa]tV1=L(I2-I0)+QBC+G2CV2tV2 Đặt: QV=G2CV(tV2-TV1): tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.
-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
-Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho 1Kg ẩm cần bốc hơi: q=l(I1-I0)=l(Ì2-I0) + qBC+qv-CatV1
+Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
+Nhiệt hữu ích: (nhiệt cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu).
Trong đó : rtv1 = 581,5 [ KCal Kg ]
$34,62 [ Kg Kj ]: ẩn nhiệt hóa hơi của nước (Từ nội suy)
Ca=Cpa=1,842 [ Kg K KJ ¿ : nhiệt dung riêng của hơi nước.
+Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv=G2Cv(tV2-tV1)= 1500 1,634(35-27)608 ( KJ h )
Với quá trình sấy lý thuyết:
-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Với quá trình sấy thực tế:
-Đặt ∆= CatV1- qBC-qv: là nhiệt lượng riêng chó quá trình sấy thực.
∆= CatV1- qBC-qv=1,842.27-75,722-438,687 =-464,675 ( Kgẩm KJ )
Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực phẩm nằm dưới đường I1
( đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết).
-Thông số mới của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy: x2= C pk ( t 1−t 2 )+ x 0(i 1 −∆)
0,981 ) = 1,1020, Kg m 3 Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu (A)
Trạng thái không khí khi vào thiết bị (B)
Tráng thái không khí ra khỏi thiết bị (C) t ( 0 C) 27 90 40 φ(%) 85 4,4 81,09 x ( Kgkk Kg ) 0,0197 0,0197 0,0368
Bảng 3: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy thực tế
-Lượng tác nhân khô cần thiết:
-Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l = W L = x 1
-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
-Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho 1Kg ẩm cần bốc hơi: q=l(I1-I0)=l(Ì2-I0) + qBC+qv-CatV1
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Tính thiết bị chính
Thể tích thùng theo lý thuyết:
+α: góc nghiện của thúng quay, [độ].
+m: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m=0,5 (cánh nâng)(P122-[2])
+k: hệ số phụ thuộc chiều chuyển động của không khí (sấy ngược chiều k =1,2) (P122-[2])
Tốc độ tác nhân sấy:
- Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước khi vào calorifer :
-Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau khi ra calorifer :
- Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy:
2 = 1948,8+ 2 2164,3= 2056,6 [ m 3 h ] -Tiết diện tự do của thùng sấy:
-Tốc độ của tác nhân sấy: vk = V tb
Chiều cao vật liệu sấy
Tỷ lệ chứa đầy: β).F = F F cđ
Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng: h = R.(1-cos(α)) = 1,27 2 (1-cos(58 0 ) = 0,299 [m]
Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:
Khối lượng vật liệu trong thùng: mnl = G1.τ1 = 1544,697.0,923 = 1425,755 [kg]
Bề dày thùng
Thùng chịu áp suất không khí: 0,1 [ N m 2 ]
Vật liệu làm thùng: Thép OX18H10T. Đơn vị Ký hiệu Giá trị Ứng suất tiêu chuẩn
[σ] * 140 Ứng suất cho phép N mm 2
Hệ số bền mối hàn Đơn vị φh 0,95
Giới hạn an toàn Đơn vị δ 0,95
Bảng 4: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy thực tế Ứng suất cho phép của vật liệu:
Chiều dày tối thiểu của thùng:
Hệ số bổ sung kích thước:
+Ca = 0, hệ số bổ sung do ăn món hoá học với vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn hoá học > 0,05 [ năm mm ].
+Cb = 1 [mm], hệ số ăn mòn do cơ học.
+Cc = 0,5 [mm], hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo.
+C0 = 0,5 [mm], hệ số bổ sung quy tròn.
D t = 1,27.1000 7−0 = 5,51210 -3 < 0,1 (Thoã) Áp suất cực đại cho phép trong thiết bị:
Góc gấp của cánh đảo: λ = 140 0 Hình 3: Cánh đảo h
+h: chiều cao vật liệu rơi.
+ F C : Bề mặt chứa vật liệu của cánh.
Từ hình vẽ ta chọn các kích thước:
Chọn các kích thước: a = 100 [mm] b 0 [mm] d = 5 [mm]
Với chiều dài thùng sấy LT = 6,34 [m], ta lắp 7 đoạn cánh dọc theo chiểu dài, số cánh trên 1 mặt cắt là 12 cánh.
Chiều dài cánh xoắn để vật liệu vào thùng : lo = LT – n.c = 6,35 – 7.0,86 = 0,33 [m]
Tính trở lực cho thùng sấy
Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
2 Nhiệt độ trung bình tk 65 C 0
Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy
Khối lượng riêng dẫn suất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy: ρdx = 0,25.( G 1+G 2 ) β
Trở lực dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy:
Trong đó: a: Hệ số thuỷ động: a = 5,85 + 490 ℜ + 100
C: hệ số đặc trưng cho độ chặt của vật liệu:
Tính tồn cách nhiệt cho thùng sấy
Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
2 Nhiệt độ trung bình tk 65 C 0
Bảng 6: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy
Là dòng chảy rối bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu Có thể xem là quá trình truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức dòng chảy trong ống có D L < 50.
Bằng phương pháp nội suy ta có: ɛl = 1,425 (từ bảng dưới)
Hệ số cấp nhiệt: α1 = Nu λ D D
Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng đến môi trường xung quanh:
Các thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Hệ số dẫn nhiệt λ0 [ m K W ] 0,02649 Độ nhớt μ0
Bảng 7: Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng đến môi trường xung quanh
Trong đó: δ1 : Bề dày thân thùng. δ2 : Bề dày lớp cách nhiệt. δ3 : Bề dày lớp bảo vệ.
Thông số Ký hiệu Giá trị
Vật liệu Hệ số dẩn nhiệt λ
Lớp cách nhiệt δ2 0,01 Bông thuỷ tinh 0,04
Bảng 8: Thông số bề dày thùng Đường kính ngoài của thùng sấy:
Hệ số cấp nhiệt α 2 : α2 = Nu λ D 0 ng = 118,2.0,02669
Hệ số truyền nhiệt của thùng:
Bề mặt truyền nhiệt của thùng:
-Đường kính trung bình của thùng:
HIệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh: Gọi: t1 = tđ1 = 90 0 C t2 = tc2 = 40 0 C
Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh: qxq= K F TN ∆ t TB
Thiết kế hệ thống truyền động cho thùng quay
Công suất động cơ dung quay thùng:
Trong quá trình làm việc để máy hoạt đọng thì công suất của động cơ phải lớn hơn công suất của thùng quay một lượng nhất định để thắng sự ma sát Theo bảng 2P- P32-[Thiết kế chi tiết máy-Nguyễn Văn Lẫm] Chọn động cơ kiểu A02-41-8 laa2 động cơ xuay chiều 3 pha không đồng bộ rôto ngắn mạch, có các thông số sau:
Công suất động cơ: Nđc = 2,2 [KW]
Vận tốc quay: nđc = 720 [ vòng phút ]
Công suất làm việc của động cơ:
Với Nđclv > Nthùng: động cơ đủ điều kiện để quay thùng.
Tỳ số truyền chung của động cơ toàn hệ thống: ic = n n đc thùng r0
Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng ngồi hộp giảm tốc: i23 = 6
Tỷ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc: ih = i i c
Tỷ số truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc: i12 = ibánh răng = (0,03 ÷ 0,06).ih
Tỷ số truyền động từ động cơ sang trục vít: itrục vít = i01 = i i h
Công suất cần để quay thùng:
Hiệu suất các bộ phận:
-Bộ truyền bánh răng trụ hở: Hhở = 0,93
-Bộ truyền bánh răng trụ kín trong hộp giảm tốc: Hkín = 0,96
Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3
Bảng 9: Bộ truyền trục vít
Bánh răng có độ rắn (HB) : HB ≤ 350.
Tên nhãn hiệu Giới hạn bền kéo Độ rắn Đường kính phôi
Bánh răng lớn Thép 35 thường hoá
Bảng 10: Bộ truyền bánh răng Định ứng suất mỏi và ứng suất mỏi uốn cho phép: Ứng suất tiếp xúc cho phép:
[σ]tx = [σ]Notx.k’N [ N mm 2 ] (P38-[4]) Trong đó:
[σ]Notx: Ứng suất cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài, [ N mm 2 ]. k’N : Hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc, tính theo công thức. k’N = √ 6 N N tđ 0 (P42-4])
No: Số chu kỳ cơ sở của đường cong tiếp xúc mỏi.
Ntđ: Số chu lỳ tương đương.
Trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi:
Với: n :Số vòng quay trong 1 phút của bánh răng [ vòng phút ].
T : Tổng số giờ làm việc của bánh răng [h]. u : Số lần ăn khớp khi bánh răng quay 1 vòng [lần].
Bánh răng lớn Bánh răng nhỏ Nguồn
340 ngày/năm, 8 h/ ngày. u 1 1 Bánh răng trụ răng thẳng
Chọn [σ]tx = 520 [ N mm 2 ] để tính tốn. Ứng suất uốn cho phép:
Khi bánh răng làm việc hai mặt:
[σ]u = σ −1 n K k ' ' N σ [ N mm 2 ] (P42-[4]) Trong đó: σ-1 : giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong chu kỳ đối xứng với thép thì σ-1 = 0,4.σ*bk n : Hệ số an toàn.
Kσ : Hệ số tập trung ở chân răng Kσ =1,8 (P44-[4]) k’’N : Hệ số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, tính theo công thức: k’’N = m √ N N tđ 0
N0: Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, có thể lấy: N0=5.10 6 , (P44-[4])
Ntđ: Số chu kỳ tương đương. m: bậc đường cong mỏi uốn, lấy m = 6 với thép thường hoá hoặc tôi cài thiện.
Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Nguồn
340 ngày/năm, 8 h/ ngày. kσ 1,8 1,8 Bánh răng thép thường hoá.
M 6 6 Bánh răng thép thường hoá u 1 1 Bánh răng trụ răng thẳng.
Chọn sơ bộ hệ số tải trọng ( K ):
Chọn sơ bộ K = 1,2-1,5, Trị số nhỏ dung cho các bộ truyền bằng vật liệu có khả năng chạy mòn Chọn: K = 1,4.
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng:
Với bộ truyền tải nhỏ và trung bình : ΨA = A b =0,3 ÷ 0,45
Xác định khoảng cách trục A:
Với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
Trong đó: n2 : số vòng quay trong một phút của bánh bị dẫn n2 = 1 [ Vòng phút ]
N: Công suất của bộ truyền, [kW]
A i √ (i ± 1) b n 3 K N 2 ≤ [σ] tx (P45-[4]) b: Chiều dài răng (mm) b = ΨA.600 = 180 [mm] σtx = 1,05.10 6
Vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng: v = π d 1 n 1
Cấp chính xác của bánh răng trụ răng thẳng: là 9.
Hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A:
Ktt: Hệ số tập trung tải trọng với tải trọng không đổi thì Ktt=1.
Hệ số tải trọng động (Kđ) được xác định dựa trên cấp chính xác chế tạo, vận tốc vòng quay và độ rắn mặt răng Trường hợp vận tốc vòng quay nhỏ hơn 1 m/s, cấp chính xác chế tạo là 9 và độ rắn mặt răng nhỏ hơn hoặc bằng 350, thì hệ số tải trọng động sẽ bằng 1,1.
1,1 100 = 27,27 % >5% Điều chình lại trị số trục A
A = Asơ bộ.√ 3 K K sơ bộ = 600 √ 3 1,4 1,1 = 553,65 [mm]
Mođun, số răng, chiều rộng bánh răng:
Chọn hệ số dịch giao: ɛ = 0
số bánh răng tối thiểu là: 14,3 [Răng]
Chiều rộng bánh răng: b = ΨA.A = 0,3.560 = 168 [mm]
Chọn chiều rộng bánh răng lớn: b2 = 170 [mm]
Với bộ truyền bánh răng trụ, nên lấy chiều rộng b của bánh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn 5 ÷ 10 mm. b1 = 180 [mm]
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Bộ truyền bánh răng trụ thẳng: m ≥ √ 3 19,1.10 y Z n ψ 6 K N m [σ ] u (P51-[4]) Trong đó: m: môđun của bánh răng thẳng. y, Z, n: Hệ số dạng răng, số răng và số vòng quay trong một phút của bánh răng đang tính. Ψm : Chiều dài tương đối của răng đối với bánh răng thẳng: Ψm = m b
Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Nguồn
Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng: (P36-[4])
STT Thông số Ký hiệu
Công thức Bánh răng dẫn
8 Đường kính vòng đỉnh răng
9 Đường kính vòng chân răng
Bảng 12: Kích thước của cặp bánh răng
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Khi thực hiện quá trình sấy, không khí nóng đi qua máy sấy thường mang theo rất nhiều hạt bụi nhỏ Để thu hồi khí thải và một phần vật liệu sấy bay theo tác nhân sấy trước khi thải ra môi trường người ta dùng cyclon, đặt cyclon ở đường ống ra của không khí.
Không khí vào cyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy, có các thông số như sau:
+ t2 = 40 o C; + Khối lượng riêng: 38 = 1,102 kg/m 3 (Bảng I.255, P318-[1]) + Ở nhiệt độ 40 o C thể tích riêng của không khí là:
+ Lưu lượng tác nhân sấy thực tế: L’ = 2613, 8596 (kgkkk/h)
+ Lưu lượng không khí vào cyclon:
+ Gọi ∆Pcyclon là trở lực của cyclon, ta có:
Suy ra: ∆Pcyclon = r k 740 = 1,1354.740 = 840,196 (N/m 2 ) + Tốc độ quy ước:
(CT III.48, P522-[1]) Trong đó: ξ là hệ số phụ thuộc vào kiểu cyclon
Chọn loại cyclon là cyclon đơn (LIH – 24) thì ξ = 60 (Bảng III.10, P528-[1])Nên: ω q =√ 2.840,196 60.1,1354 (m/s)
Dựa vào đường kính ta chọn loại cyclon đơn LIH – 24 Đường kính trong D = 0,9544 (m), với các thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 13: Các kích thước cơ bản của cyclon LIH – 24
Các thông số Kí hiệu CT Giá trị
Chiều cao cửa vào a (mm) 1,11D 555
Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 (mm) 2,11D 1055
Chiều cao phần hình trụ h2 (mm) 2,11D 1055
Chiều cao phần hình nón h3 (mm) 1,75D 875
Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4 (mm) 0,4D 200
Chiều cao chung H (mm) 4,26D 2130 Đường kính ngoài ống ra d1 (mm) 0,6D 300 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 (mm) 0,4D 200
Chiều rộng của cửa vào b1/b (mm) 0,26D/0,2D 1300
Chiều dài của cửa vào l (mm) 0,6D 300
Khoảng cách từ tận cùng cyclon đến mặt bích h5 (mm) 0,32D 160
Góc nghiêng giữa nắp và ống vào α 24 0 24 0 Đường kính trong của cyclon D (mm) 400 – 1000 500
Hệ số trở lực của cyclon 𝜉 60 60
Calorifer là thiết bị truyền nhiệt gián tiếp dùng để gia nhiệt luồng khí sấy khô Vai trò chính của thiết bị này là làm tăng nhiệt độ luồng khí từ t0 lên t1, cung cấp nhiệt lượng cho vật liệu sấy và đồng thời giảm độ ẩm tương đối để tăng khả năng hút ẩm của vật liệu.
Có 2 loại calorifer để đốt nóng không khí: calorifer khí hơi và calorifer khí khói Ta chọn calorifer khí hơi, đây là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ống với không khí.
Nhiệt độ không khí vào calorifer bằng nhiệt độ môi trường: t1’ = t0 = 40 0 C Chất tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hòa có Phnbh = 2,755 (at)
Nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer bằng nhiệt độ không khí vào máy sấy: t2’ t1 = 90 0 C.
5.2.1 Số liệu chọn và tính kích thước
Thiết bị được chọn là loại có ống chùm Không khí nóng đi ngoài ống, khói lò đi trong ống và chuyển động chéo dòng.
Chọn ống truyền nhiệt làm bằng đồng có các gân để nâng hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt của đồng là l = 385 (W/m.độ) (Bảng 1.1, P8, [10])
+ Đường kính ngoài của ống: dng = 0,035 (m)
+ Đường kính trong của ống: dtr = 0,025 (m)
+ Đường kính của gân: dg = dng.1,4 = 0,035.1,4 = 0,049 (m)
+ Khoảng cách giữa hai gân: bg = 0,01 (m)
+ Chiều cao của gân: g ng d d 0,049 0,035 h 0,007
+ Chiều dày của ống: ng tr d d 0,035 0,025
- - d= = (m) + Bề dày của bước gân: b = 0,004 (m)
+ Chiều cao của ống: lô = 1,2 (m)
+ Số gân trong một ống: g g l ô 1,2 m 120 b 0,01
= = (gân) + Tổng chiều dài của gân: Lg = b.mg = 0,004.120 = 0,48 (m)
+ Tổng chiều dài không gân: Lkg = lô – Lg = 1,2 – 0,48 = 0,72 (m)
5.2.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt:
+Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy có hồi lưu (theo tính toán thực tế): l’ = 58,4795 (kg/kg ẩm)
+ Nhiệt độ không khí sau khi qua khỏi calorifer là: t1 = 90 0 C.
+ Thể tích riêng của không khí: (Tra bảng I.255 P318- [1]) Khối lượng riêng của không khí ở các nhiệt độ 90C, 40C, 27C lần lượt là: ρ 90 =0,961 (kg/m 3 ) ρ 40 =1,102 (kg/m 3 ) ρ 27 =1,1629 (kg/m 3 )
3 =0,9360 (kg/m 3 ) + Lưu lượng không khí đi vào calorifer:
Hiệu số trung bình của không khí trong calorifer: t tb t hnbh t tb
Chọn hơi có áp suất bão hòa: P hnbh 2,755 (at)
+ Nhiệt độ hóa hơi nước bão hòa: t hnbh 129.6415 C
+ Ẩn nhiệt ngưng tụ: r 2183,085.10 3 (J/kg) = 2183,085 (kJ/kg) Chọn nhiệt độ hơi nước khi vào: t hn đ 129.6415 C
Chọn nhiệt độ hơi nước khi ra: t hnc 110 C đ đ o hn mt t t t 129,6415 25 104,6415 C
C ttb = 129,6415 – 63,2348 = 66,4066 O C Ứng với giá trị ttb = 66,4066 O C ta có bảng giá trị sau:
(Tra bảng I.255, P318- [1]) Đại lượng Giá trị Đơn vị
Hệ số dẫn nhiệt () 2,97.10-2 W/m.độ Độ nhớt động (v) 2,00.10 -5 m 2 /s
Bảng 14: Các giá trị tại ttb = 69,8969 0 C.
+ Diện tích phía trong của ống:
+ Diện tích mặt ngoài của ống không gân:
+ Diện tích phần bề mặt ngoài của ống có gân:
Ta có: Fg = .dg.Lg +
+ Chọn số ống xếp hàng là: i = 29
+ Khoảng cách của ống ngoài cùng đến calorifer: x” = 0,015 (m)
+ Diện tích tiết diện ngang của calorifer:
+ Diện tích cản của gân:
+ Diện tích cản của ống:
+ Diện tích của phần tự do:
+ Hệ số cấp nhiệt từ hơi nước bão hòa đến bề mặt ngang của ống:
H: chiều cao ống, H = 1,2 (m) r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg), r = 2183,085.10 3 (J/kg)
Hệ số A có giá trị phụ thuộc vào ttb
Chọn: tT = 129,3908 0 C (nhiệt độ thành ống trong của ống)
Dt: Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành calorifer:
Vậy nhiệt lượng riêng là: q1 = α 1 Δtt = 20207,711.0,2507= 5066,0732 (W/m 2 )
4.2.4 Tính hệ số cấp nhiệt α 2
+ Vận tốc của không khí: ωkk = tdo
= + Chuẩn số Nuselts (tính cho trường hợp dòng chảy ngang qua bao bên ngoài ống chùm có gân):
Vì 2300 < Re < 10 4 nên không khí trong calorifer chảy theo chế độ quá độ (Tr16, [3])
Bên cạnh đó: 3000 < Re < 25000 và dng/bg = 3,5 (P20, [3]).
Nên ta có: Nu=C ( d b ng g ) 0,54 ( b h g ) 0,14 Rn n Pr 0,4 (CT V.57, P20, [2]) Trong đó: dng: đường kính ngoài của ống, dng = 0,035 (m) bg: bước của gân, bg = 0,01 (m) h: chiều cao gân, hg = 0,007 (m)
Chọn cách sắp xếp ống theo kiểu thẳng hàng, ta có:
54,2657 b 0,01 l - a = = (W/m 2 độ) + Hệ số cấp nhiệt thực tế α2tt:
Dựa vào đồ thị hình V.17.b), P20-[2], ta được: α2tt = 38,786 o C
5.2.5 Tính hệ số truyền nhiệt K:
+ Tổng nhiệt trở của tường: r t d
Với: d: bề dày của ống, d = 0,0025 (m) l : hệ số dãn nhiệt của đồng, l = 385 (W/m.độ)
Fbm: bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m 2 )
Ftr: bề mặt trong của ống tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m 2 ) α1: hệ số cấp nhiệt trong ống, (W/m 2 ) α2tt: hệ số cấp nhiệt thực tế, (W/m 2 ) ồ r t : tổng nhiệt trở của tường và cỏc lớp cặn bẩn, (m 2 độ/W)
(W/m 2 độ) Vậy nhiệt lượng riêng: q2 = K.tm = 38,4827.129,5162 = 4984,1258 (W/m 2 )
Sai số này là cho phép nên các kích thước đã lựa chọn là phù hợp.
5.2.6.Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorifer
+ Diện tích bề mặt trung bình của một ống: bm tr tb
= = (m 2 ) + Tổng số ống truyền nhiệt trong calorifer: tb
= = (ống)+ Số ống xếp theo chiều ngang: n 502 m 17 i 29
= = (ống) Vậy các kích thước của calorifer là:
+ Chiều dài của calorifer: Lx = 1,647 (m)
+ Chiều rộng của calorifer: Bx = (m – 1).x’ + 2.x’’ + m.dg
Trong đó: m: số ống xếp theo chiều ngang x': khoảng cách giữa 2 ống x": khoảng cách giữa ống ngoài cùng đến calorifer dg: đường kính của gân
+ Chiều cao của calorifer: Hx = H + 2.Hch
Trong đó: H: chiều cao ống, H = 1,2 (m)
Hch: chiều cao của lớp chắn, chọn Hch = 0,15 (m)
5.3 Tính trở lực và chọn quạt
Quạt đẩy để đẩy không khí từ calorifer vào thùng sấy.
Quạt hút ở cuối hệ thống để hút không khí thải vào cyclone lọc bụi.
5.3.1 Tính trở lực của quá trình
Hệ số trở lực qua cyclone được tính theo công thức sau: ΔPP=ξ ×w q 2 × ρ
, là hệ số trở lực phụ thuộc vào kiểu cyclone; tra bảng ta có = 60.
, là khối lượng riêng của không khí = 1,1 kg/m 3 thay số vào ta có: ΔPρ xyclon `×4,9666 2 ×1,1
- Trở lực từ quạt đến calorifer (khoảng cách từ quạt đến calorifer là 1,75 m)
Chọn ống dẫn không khí có đường kính là Φ 0 mm
Vận tốc dòng khí thổi trong ống: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
R e n "0× ( Φ ε ) 9 8 ( CT II.62, P379) Chọn ống bằng tôn có sơn chống rĩ sét, e = 0,5 mm ε Φ=0,5
Hệ số ma sát được tính theo công thức sau: λ=0,1× ( 1,46 × Φ ε + 100 R e ) 0,25 =0,1 × ( 1,46× 0,5 160 + 100261325,3731) 0,25 =0,0265
(P380, [I]) Trở lực từ quạt đến calorifer là: ΔPρ1=λ × L Φ× ρ ×ω 2
2 (CT II.56, P377 [1]) Trong đó: w: vận tốc không khí trong calorifer. ρ: khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ cần tính. ξ: hệ số trở lực cục bộ, ξ =8,3
Nhiệt độ không khí ban dầu là 27 0 C vào calorifer được gia nhiệt đến 90 0 C.
Nhiệt độ trung bình dòng khí trong calorifer: t tb '+90
Từ ttb thì ta có các thông số vật lí của không khí: Tra trong (Bảng 1.255, P318 [1]) μ ,01×1 0 −6 Ns/m 2 λ=2,9×1 0 −2 W/m.độ v',2×1 0 −6 m 2 /s ρ=1,060 Kg/m 3 pr=0,696Vận tốc không khí trong calorifer là: w= L '
Với F là tiết diện mặt cắt ngang trong calorifer:
Trong đó: Π: chu vi mặt cắt ngang trong calofifer. Π=2×(H+L c )=2×(1,5+1,647)=6,294 m Suy ra: d=4×1,6343 6,294 =1,0386 m
Re=0,4191×1,0386 20,01×10 −6 !655,5851>4000 Vậy ta chọn chế độ chảy xoáy.
Vậy trở lực trong calorifer là: ΔP p 2 =8,3×0,4191 2 ×1,06
- Trở lực từ calorifer đến phòng sấy
Khoảng cách từ calorifer đến buồng sấy là 10 m. Ống dẫn khí có đường kính Φ0mm.
Tương ứng với nhiệt độ sau khi ra khỏi calorifer t1= 90 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được: ρ=0,972 Kg/m 3 v1,90×1 0 −6 m 2 /s Vận tốc không khí trong ống dẫn: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
- Trở lực trong thiết bị sấy
Tại nhiệt độ trung bình te 0 C ta có: ρ=1,0445 Kg/m 3 , v,495×1 0 −6 m 2 /s
Vận tốc không khí trong ống dẫn: ω k = 4×L' ρ × π ×1,27 2 = 4×2613,8596
- Trở lực đường ống từ buồng sấy đến xyclon
Chọn L= 10 m: chiều dài ống dẫn từ buồng sấy đến xyclon. w=V
Lưu lượng không khí đi trong ống chính là lưu lượng không khí sau khi ra khỏi buồng sấy V=ρ×L'=1,0445×2613,8596'30,1764m 3 /h = 0,7584 m 3 /s.
Tương ứng với nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy là 40 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được: ρ=1,128 Kg/m 3 v,96×1 0 −6 m 2 /s ω k = 4×L' ρ × π ×1,27 2 = 4×2613,8596
Re=w ×d v = 3,2799×0,521,595×1 0 −6 u941,1900>4000Nên chọn chế độ chảy xoáy.
- Trở lực đường ống từ xyclon đến quạt hút ΔP p 6 =λ ×L d × ρ ×w 2
2 Chọn L= 2 m: chiều dài ống dẫn từ xyclon đến quạt hút.
Tương ứng với nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy là 40 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được: ρ=1,128 Kg/m 3 v,96×1 0 −6 m 2 /s
Lưu lượng không khí đi trong ống chính là lưu lượng không khí sau khi ra khỏi xyclon:
Re=w ×d v =4,1722×0,5 16,96×1 0 −6 3001,1792>4000 Nên chọn chế độ chảy xoáy.
- Trở lực do đột mở vào calorife
Trong đó F 0 là diện tích mặt cắt ngang của ống m 2
❑ 0 : chu vi mặt cắt ngang của ống m. Π 0 =2× π ×d
2 =0,503 m Suy ra d td =4×0,0201 0,503 =0,1598 m Diện tích mặt cắt ngang trong calorifer
=0,0201 1,6343=0,0123 Vận tốc dòng khí thổi trong ống: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
27,2×1 0 −6 = 200398,825>4000 Nên ξ được xác định theo (P387 [1]), suy ra ξ=0,491 ΔP p7=ξ ×w 2 × ρ
- Trở lực do đột thu từ calorife ra ống dẫn không khí nóng
Trong đó F 0 là diện tích mặt cắt ngang của ống m 2
❑ 0 : chu vi mặt cắt ngang của ống m. Π 0 =2× π ×d
2 =0,503 m Suy ra d td =4×0,02010,503 = 0,1598 mDiện tích mặt cắt ngang trong calorifer
F cat =0,0201 1,6343=0,0123 Vận tốc dòng khí thổi trong ống: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
27,2×1 0 −6 = 200398,825>4000 Nên ξ được xác định theo (P387 [1]), suy ra ξ=0,491 ΔP p 8 =ξ ×w 2 × ρ
- Trở lực do đột mở từ đường ống vào buồng sấy
Tương ứng với nhiệt độ không khí đi vào buồng sấy là 90 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được : ρ=0,972 Kg/m 3 v1,90×1 0 −6 m 2 /s Diện tích mặt cắt ngang của ống:
4 =0,0201 m 2 Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:
4 =1,2668 m 2 Vận tốc không khí là: ω k = 4× L ' ρ × F × π ×3600=4×2613,8596
F s =0,0201 1,2668=0,0159 Nên ξ được xác định theo ( Tr387 [1]), suy ra ξ= 0,488 ΔP p 9 =ξ ×w 2 × ρ
- Trở lực do đột thu ra khỏi buồng sấy
Tương ứng với nhiệt độ không khí đi ra buồng sấy là 40 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được : ρ=1,128 Kg/m 3 v,96×1 0 −6 m 2 /s Diện tích mặt cắt ngang của ống:
4 =0,0201 m 2 Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:
4 =1,2661 m 2 Vận tốc không khí là: ω k = L ' ρ × F ×3600&13,8596
R e =ω k × d v 2,0239×0,16 16,96×1 0 −6 02112,2642>4000 Nên chọn chế độ chảy xoáy.
F s =0,0201 1,2661= 0,0159 Nên ξ được xác định theo (Bảng N o 13, P387 [1]), suy ra ξ=0,5 ΔP p10=ξ ×w 2 × ρ
Vậy tổng trở lực là: ΔPP=ΔP p xyclon +∑ n=1
5.3.2.1 Quạt đẩy đặt trước calorife
Lưu lượng không khí được đẩy vào
Q d =V 0 ' =L ' × v 0 &13,8596×0,86"47,9192 m 3 /h=0,6244 m 3 /s Áp suất làm việc toàn phần
B × p kk ρ (CT II.238a, P463, [1]) Trong đó: Hp là trở lực của toàn hệ thống N/m 2
2 28,2567N/m 2 t0 là nhiệt độ làm việc lúc đầu của không khí: t0= 27 0 C
B là áp suất làm tại chỗ làm việc: Bs5,5 mmHg Ρ là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn: ρ=1,181 Kg/m 3 ρ k là khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc: ρ=1,16 Kg/m 3
Thay số vào ta có:
Dựa vào năng suất, áp suất làm việc mà quạt cần và theo đồ thị đặc tuyến cả quạt (Tr489 [1]) và ta chọn quạt Π9−57 N 0 5 có hiệu suất khoảng 0,6.
Công suất trên trục động cơ điện là
Trong đó: η q =0,6 là hiệu suất của quạt. η tr =0,95 là hiệu suất truyền động qua bánh đai.
Thay số vào ta được
Công suất thiết lập của động cơ điện: N dc=k × N (CT II.240, P464 [1])
Trong đó k là hệ số dự trữ, với N >5 ta chọn k = 1,1 (Bảng II.48, P464 [1])
Vậy công suất của động cơ là:
5.3.2.2 Quạt hút đặt sau cyclon
Q h =L ' × v 2 =0,91×2613,8596#78,6122m 3 /h = 0,6607 m 3 /s Áp suất làm việc toàn phần:
B × p kk ρ (CT II.238a, P463, [1]) Trong đó:
Hp là trở lực toàn phần của hệ thống: H p =ΔPρ
Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy là t2 = 40°C Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện làm việc là ρkk = 1,1 kg/m³, còn ở điều kiện tiêu chuẩn là ρ = 1,181 kg/m³.
B: áp suất tại nơi đặt quạt: Bs5,5 mmHg
Thay số vào công thức trên ta có:
Dựa vào năng suất, áp suất làm việc mà quạt cần và theo đồ thị đặc tuyến cả quạt (Tr485 [1]) và ta chọn quạt Π4−70 N 0 8 có hiệu suất khoảng 0,72.
Công suất trên trục động cơ điện là
Trong đó: η q =0,7 là hiệu suất của quạt. η tr =0,95 là hiệu suất truyền động qua bánh đai.
Thay số vào ta được
1000×0,95×0,7 !,6366 kW Công suất thiết lập của động cơ điện: N dc=k × N (CT II.240, P464 [1]) Trong đó k là hệ số dự trữ, với N >5 ta chọn k = 1,1 (Bảng II.48, P464 [1]) Vậy công suất của động cơ là:
- Đường kính trong của vành đai:
DT : đường kính trong của vành đai , m
DN : đường kính ngoài của thùng sấy, m
- Chọn bề rộng vành đai: B = 100mm
Gọi h là bề dày vành đai:
- Đường kính ngoài của vành đai:
- Vật liệu làm đai: Thép CT3 (ρ thép x50kg/m 3 )
- Khối lượng vành đai: m T =V T ρ T =0,0534.7850A9,19kg
5.5 Tính tải trọng thùng sấy:
+ Thể tích vật liệu làm thùng sấy:
+ Khối lượng vật liệu thân thùng sấy: m T =V T ρ T =0,08892.7850i8,022kg
Tương tự như trên ta tính được khối lượng cửa lớp cách nhiệt và lớ bảo vệ:
Thông số Vật liệu Khối lượng riêng (kg/m 3 ) Đường kính trong (m) Đường kính ngoài (m)
Lớp bảo vệ Thép CT3 7850 1,287 1,289 201,70
Tổng khối lượng thùng sấy (kg) 925,29
Bảng 15: Thông số than thùng, lớp cách nhiệt, lớp bảo vệ
+ Tải trọng của thùng sấy:
Q=( m thùng +m cánh +m đai +m vật liệu ) =(925,29 + 64,938+ 354,349+ 1425,755).9,81',177.10 3 N
Chọn góc giữa 2 con lăn đỡ là 2.φ` 0 → φ0 0 Phản lực của mỗi con lăn đỡ trên vành đai:
Phản lực T gồm 2 thành phần:
+ Lực đẩy con lăn trượt theo phương ngang:
+ Lực ép gối đỡ con lăn lên bệ:
+ Bề rộng con lăn đỡ:
Bc = B + 50 = 100 + 50 = 150 mm (CT 5-34, Tr245, [7]) + Bề rộng con lăn bằng thép: d c = T
300.15 =3,925cm9,25mm (CT 5-36, Tr245, [7]) Mặt khác:
Lực dọc thừng U được xác định:
Lực U có khuynh hướng kéo thùng tụt xuống, do đó ta đặt con lăn chặ sát vành đai để giữa thùng ở bị trí ổn định Trên thùng quay, ta lắp hai con lăn chặn nằm về hai phía của vành đai đặt gần bánh rang vòng. Đối với thung có kích thước lớn và năng, ta làm con lăn chặn mặt nón.
Khi lắp đặt, lắp sao cho trục của con lăn vuông góc với mặt đất.
Góc nghiêng của con lăn sinα= d
Trong đó: d – Đường kính con lăn chặn α=3 0 – Góc nghiêng của thùng quay.
Lực lớn nhất tác dụng lên con lăn chặn:
Trong đó: f – là hệ số ma sát giữa vành đai và con lăn chặn. f = 0,1
Ta chọn cơ cấu nhập liệu bằng gầu tải vì chúng có những ưu điểm sau: cấu tạo đơn giản, kích thước gọn, có khả năng vận chuểyn vật liệu lên độ cao lớn, năng suất cao.
5.8.1 Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải:
Băng được làm bằng vải cao su
Chọn chiều rộng băng là 400mm, chọn số lớp vải z = 5 (do vật liệu ở dạng hạt).
Chọn loại gầu nông đáy tròn có các kích thước cơ bản sau:
Chiều dài: A = 145 mm Chiều rộng: B = 320 mm Chiều cao: h = 190 mm
Các gầu đáy tròn được lắp trên bộ phận kéo cách nhau một khoảng:
Khi bắt gầu vào băng, ta dập lõm phần kim loại xung quanh lỗ bắt vít, để khi ghép gầu với băng, mặt băng và đầu bulông nằm trên mặt phẳng, như vậy băng sẽ ôm khít với tang.
Tang của gầu tải băng được chế tạo bằng cách hàn Đường kính tang được xác định:
(P199-[8]) Chọn đường kính của tang theo tiêu chuẩn D = 800 mm.
Theo bảng 5.11/201–[8], chọn chiều dài tang L = 450 mm.
5.8.2.Xác định năng suất và công suất của gầu tải:
Năng suất của gầu tải:
(P210-[8]) Trong đó: v = 3 m/s : vận tốc của cơ cấu kéo bằng băng.
V = 850 kg/m 3 : khối lượng riêng của vật liệu.
= 0.6 : hệ số chứa đầy vật liệu trong gầu, cho vật liệu dạng hạt.
Công suất của gầu tải:
Công suất cần thiết của động cơ truyền chuyển động cho gầu tải dùng băng: ủc 26.1 2.5 0.25( )
H = 2.5m : chiều cao nâng vật liệu của gầu tải.
= 0.7 : hiệu suất của gầu tải băng, đối với H 30m
Trong quá trình thực hiện đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay, sinh viên được củng cố kiến thức lý thuyết đã học về kỹ thuật sấy Họ hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động, tính toán và thiết kế hệ thống Sinh viên rèn luyện kỹ năng tìm kiếm và tra cứu tài liệu, nắm bắt mối liên hệ giữa lý thuyết và thực tiễn, đồng thời nhận thức rõ tầm quan trọng của thiết bị sấy trong sản xuất công nghiệp.
Vì đây là đồ án môn học đầu tiên mà chúng em tiếp xúc, với kiến thức còn hạn hẹp và nhiều hệ số tự chọn nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những sai sót Và đồng thời, các công thức và phương pháp tính toán dựa vào nhiều nguồn tài liệu khác nhau dẫn đến việc không đồng nhất trong tính toán cũng như sai số trong kết quả cuối cùng.
Vì vậy, em mong nhận được những sự góp ý kiến từ quý thầy cô để có để rút được kinh nghiệm, sửa chữa những sai sót cho những lần làm đồ án tiếp theo.
Em xin chân thành cảm ơn!
