Khái niệm chung về quá trình sấy
Khái niệm
Sấy là quá trình trong đó hơi ẩm bốc hơi tự vật liệu ướt và bị cuốn ra khỏi bề mặt Mục đích của quá trình sấy:
- Kéo dài thời gian bảo quản
- Tăng tính cảm quan cho thực phẩm
- Làm chín một phần sản phẩm thực phẩm
- Tạo hình cho sản phẩm thực phẩm
- Giảm nhẹ khối lượng thuận tiện cho quá trình vận chuyển
Nguyên lí quá trình sấy
Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa hơi ẩm thoát khỏi vật liệu. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy
Phân loại phương pháp sấy
Tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió… (gọi là quá trình bay hơi tự nhiên).
+ Ưu điểm của phương pháp này là:
- Tiến hành một cách đơn giản, dễ dàng, không đòi hỏi kĩ thuật cao.
- Chi phí đầu tư thấp.
+ Nhưng bên cạnh đó phương pháp này lại đem theo rất nhiều nhược điểm:
- Khó điều chỉnh các thông số kĩ thuật khi sấy, phụ thuộc vào khí hậu.
- Cần diện tích lớn để thực hiện quá trình sấy.
- Độ ẩm sau khi sấy không điều chỉnh được để đảm bảo yêu cầu.
- Sản phẩm sấy không đều, dễ bị nhiễm bẩn, nhiễm vi sinh vật.
- Đòi hỏi sức lao động, nhân công lớn.
- Tốn thời gian, năng suất thấp.
Thường được tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra thành nhiều dạng:
- Sấy đối lưu: Phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò…
- Sấy tiếp xúc: Phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
- Sấy bằng tia hồng ngoại: Phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
- Sấy bằng dòng điện cao tần: Phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóng toàn bộ chiều dày của vât liệu sấy.
Sấy thăng hoa là một phương pháp sấy độc đáo diễn ra trong môi trường chân không cao và nhiệt độ rất thấp Đặc điểm nổi bật của sấy thăng hoa là độ ẩm tự do trong vật liệu sẽ đóng băng trực tiếp và chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi mà không phải trải qua trạng thái lỏng Quá trình này giúp duy trì cấu trúc, hương vị, màu sắc và thành phần dinh dưỡng của vật liệu được sấy.
Ngoài sấy tự nhiên, còn có các phương pháp sấy nhân tạo như sấy lạnh, sấy phun Sấy nhân tạo khắc phục nhược điểm của sấy tự nhiên, tuy nhiên lại tốn kém chi phí đầu tư và vận hành thiết bị.
Tổng quan về gỗ dăm
Khái niệm gỗ dăm
Vật liệu gỗ dăm (hình 1.1) là những mảnh gỗ có kích thước nhỏ đến trung bình được hình thành bằng cách cắt hoặc băm gỗ lớn hơn như cây, cành, tàn dư khai thác gỗ, gốc cây, rễ cây và chất thải gỗ.
Hình 1.1 Hình ảnh gỗ dăm
Mục đích của gỗ dăm
Nguyên liệu chính để sản xuất các loại ván ép:
Hình 1.2 Ván ép được tạo bởi gỗ dăm
Dăm gỗ được tạo ra từ các phế phẩm của gỗ sau khi nghiền ra Sau dó trộn với một số nguyên liệu khác kết hợp với keo kết dính chuyên dụng, rồi mang đi ép lại dưới nhiệt độ cao để tạo ra các tấm ván gỗ như hình 1.2 Gỗ dăm được ứng dụng nhiều trong việc sản xuất đồ gỗ nội thất rẻ tiền.
Nguyên liệu để sản xuất viên nén gỗ:
Dăm gỗ là vật liệu sinh khối dùng để sản xuất viên nén mùn cưa hay viên nén gỗ Thông qua dây chuyền sản xuất hiện đại, dăm gỗ được ép thành các viên gỗ nhỏ và cứng (hình 1.3).
Viên nén gỗ có độ ẩm thấp, độ tro thấp và có nhiệt lượng phát ra cao nên viên nén gỗ được dùng để thay thế các loại chất đốt truyền thống Bên cạnh đó, viên nén gỗ còn rất an toàn cho người sử dụng và bảo vệ môi trường, nên ngày càng được ưa chuộng trên thị trường hiện nay.
Việt Nam là một trong các nước đang thiếu hụt nguồn gỗ tự nhiên, bởi các cơ sở sản xuất và chế biến gỗ đang trên đà tăng đột biến Vì thế, việc sử dụng dăm gỗ được nghiền từ phế phẩm gỗ làm nhiên liệu đốt thay thế nguồn gỗ tự nhiên là một sự lựa chọn hoàn hảo Ngoài ra, dăm gỗ có giá thành rẻ hơn các nguồn gỗ tự nhiên nhưng rất dễ bén lửa, lượng sinh nhiệt cao.
Nguyên liệu sản xuất giấy:
Hình 1.4 Bột giấy được tạo bởi gỗ dăm
Bột giấy (hình 1.4) được nghiền từ dăm gỗ là nguyên liệu chính để sản xuất giấy Hiện nay, công suất sản xuất giấy tại Nhật Bản và Trung Quốc rất lớn, kéo theo đó là nhu cầu cực cao của các nước này về nguồn bột giấy.
Quy trình sản xuất gỗ dăm
Hình 1.5 Quy trình sản xuất gỗ dăm
Khai thác, thu mua nguyên liệu gỗ: Gỗ cây nguyên liệu được khai thác từ rừng trồng hoặc thu mua từ các hộ trồng rừng hoặc các công ty lâm nghiệp, chủ yếu là gỗ keo (hình 1.6) Gỗ làm nguyên liệu được khai thác có độ tuổi từ 4 năm trở lên để đảm bảo chất lượng dăm gỗ xuất khẩu Gỗ được khai thác có chu vi ≥ 30cm, có thể được bán cho các đơn vị hoặc nhà máy sản xuất gỗ pallet Gỗ có chu vi < 30 cm được vận chuyển bằng ô tô tải hoặc đường thủy đến nhà máy sản xuất để làm nguyên liệu cho quy trình sản xuất dăm gỗ xuất khẩu Để đo được sản lượng đầu vào, tất cả các xe chở gỗ sẽ được chạy qua bàn cân điện tử trong nhà máy băm dăm gỗ xuất khẩu.
Khai thác, thu mua nguyên liệu gỗ Máy bóc vỏ Máy băm dăm
Bãi chứa Sàng phân loại dăm
Hình 1.6 Gỗ keo, cao su nguyên liệu chủ yếu tạo ra gỗ dăm
Máy bóc vỏ: Nguyên liệu được xác định khối lượng bằng cân điện tử sau đó được máy gắp hoặc xe gắp đưa vào máy bóc vỏ cây để loại bỏ cây theo tiêu chuẩn gỗ băm Sau khi bóc vỏ cây, gỗ nguyên liệu theo băng chuyền đến máy băm dăm gỗ.
Máy băm dăm (hình 1.7): Tại đây cây gỗ nguyên liệu sẽ được đưa vào máy băm gỗ dạng đĩa để chế biến thành dăm mảnh và dăm mảnh theo băng chuyền đến sàng dăm.
Sàng phân loại dăm gỗ và ra bãi chứa: sử dụng loại máy sàng dăm gỗ loại lắc có nhiệm vụ chọn lọc và phân loại dăm gỗ:
Dăm đẹp, đúng kích thước, đạt yêu cầu sẽ được hệ thống băng tải chuyển đến bãi chứa dăm.
Dăm lớn không đúng kích thước yêu cầu sẽ quay trở lại máy băm dăm gỗ để chế biến lại thành kích thước chuẩn và khi đạt yêu cầu sẽ chuyển đến bãi chứa.
Mùn cưa và rác gỗ không đảm bảo các yêu cầu sẽ được đưa ra bãi xử lý.
Bãi chứa: Các sản phẩm từ các bãi chứa sẽ được vận chuyển, chuyên chở bằng đường thủy, tập trung tại các cảng xuất khẩu.
Các thông số trạng thái của vật liệu ẩm, tác nhân sấy
Độ ẩm ban đầu của sản phẩm: w1 = 45% Độ ẩm cuối cùng của sản phẩm: w2 = 15% Độ ẩm tác nhân sấy vào: w= 25% Độ ẩm môi trường: φ0 = 75%
Nhiệt độ tự bốc cháy của gỗ dăm: tb = 250 o C
(theo https://daihocpccc.bocongan.gov.vn/2021/05/13/dam-bao-an-toan- chay-no-he-thong-hut-phe-lieu-trong-qua-trinh-gia-cong-va-che-bien-go)
Các đặc trưng nhiệt vật lý của vật liệu ẩm
Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng của vật liệu nói chung và vật liểu ẩm nói riêng được xác định bằng thực nghiệm trên cơ sở định nghĩa Có nhiều phương pháp xác định nhiệt dung riêng. Tuy nhiên, để xác định nhiệt dung riêng chúng ta phải xác định được nhiệt lượng mà một kg vật liệu nhận được hoặc mất đi để nhiệt độ nó tăng lên hoặc giảm đi một lượng Δt Như vậy, để xác định nhiệt dung riêng chúng ta phải đo được nhiệt lượng q và độ chênh lệch nhiệt độ Δt.
Nhiệt dung riêng của gỗ dăm có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào kích thước, độ tinh khiết và thành phần hóa học của gỗ dăm Kích thước càng nhỏ thì nhiệt dung riêng càng cao Độ tinh khiết càng cao thì nhiệt dung riêng càng cao Thành phần hóa học càng có nhiều tạp chất thì nhiệt dung riêng càng thấp
Như vậy thông số về nhiệt dung riêng của gỗ dăm bằng 1.25 kJ/kgK (PLV, tr 271,TL2)
Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm nói chung phụ thuộc không những vào bản chất vật khô, độ ẩm của nó mà còn phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc, đường kính của vật liệu ẩm
Hơn nữa, như chúng ta đã biết trong quá trình sấy, hiện tượng dẫn ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt và thải vào môi trường cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình dẫn nhiệt mà đặc trưng của nó là hệ số dẫn nhiệt Tuy nhiên, hệ số dẫn nhiệt của gỗ dăm có thể thay đổi tùy thuộc vào kích thước và thành phần hóa học của gỗ dăm Hệ số dẫn nhiệt của gỗ dăm = 1.13 W/mK (PL2, tr 347, TL1).
Hệ số dẫn nhiệt độ
Hệ số dẫn nhiệt độ a có thể xác định theo phương pháp Nếu biết hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng và mật độ của vật liệu thì hệ số dẫn nhiệt độ a được xác định theo công thức định nghĩa sau: a= λ Cρ
Trong đó a : Hệ số dẫn nhiệt độ (Wm 2 /kJ)
: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm (W/mK)
C : Nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm (kJ/kgK) ρ : Mật độ của vật liệu (kg/m 3 ) ρ = 300 kg/m 3 (PL2, tr 347, TL1)
Thay vào công thức, ta có hệ số dẫn nhiệt độ của gỗ dăm: a= ❑
Thành phần hóa học của gỗ dăm
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của gỗ dăm
Theo Handbook.of.Industrial.Drying.Fourth.Edition.pdf
TÍNH TOÁN NHIỆT LÝ THUYẾT THIẾT BỊ SẤY
Tính cân bằng vật liệu
Trong đồ án này, em có nhiệm vụ là tính toán thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy gỗ dăm Chọn các thông số cho tính toán như sau:
- Độ ẩm vật liệu vào: ω 1 E%
- Độ ẩm vật liệu ra: ω 2 %
- Nhiệt đô cháy của gỗ: t g = 250℃
- Độ ẩm tác nhân sấy đầu vào: ω 0 %%
- Mật độ của gỗ dăm: ρB0 kg / m 3
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí sử dụng khói lò làm tác nhân sấy
1 – Buồng đốt 2 – Buồng hòa trộn 3 – Buồng sấy 4 – Quạt
2.1.1 Lượng ẩm được tách ra
Lượng ẩm tách ra W được tính bằng công thức sau:
W là lượng ẩm được tách ra, (kg/h).
G 1 ,G 2 là lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy, (kg/h). ω 1 là độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, (% ). ω 2 là độ ẩm của vật liệu sau khi sấy, (%).
2.1.2 Khối lượng vật liệu vào thùng sấy
Khối lượng vật liệu vào thùng sấy G1 được tính bằng công thức sau:
G 2 = 7000 là lượng vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy, ( kg h )
W 818,18 là lượng ẩm được tách ra, ( kg h )
2.1.3 Lượng vật liệu khô tuyệt đối
Lượng vật liệu khô tuyệt đối Gk được tính bằng công thức sau:
G 2 p00là lượng vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy, ( kg h ) ω 2 là độ ẩm ban đầu của vật liệu ra, (%).
Trạng thái không khí ngoài trời
2.2.1 Phần áp suất bão hòa theo nhiệt độ Để xác định áp suất bão hòa của hơi nước nói chung và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí nói riêng khi biết nhiệt độ người ta thường dùng bảng thông số vật lý của nước và hơi ngước bão hòa Tuy nhiên, như trong tài liệu đã chỉ rõ, để thực hiện mọi tính toán không khí ẩm bằng ngôn ngữ lập trình trên máy vi tính (ngôn ngữ Pascal chẳng hạn) thì việc xác định phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ bằng bảng thật không tiện lợi Vì vậy giải tích hóa quan hệ p₁ = f(t) là bước khởi đầu cho phép chúng ta thực hiện mọi tính toán không khí ẩm bằng máy vi tính.
Phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ Pb được tính bằng công thức sau:
Với t 0 % là nhiệt độ môi trường, ( ℃ ¿
2.2.2 Dung ẩm của không khí
Lượng chứa ẩm d của không khí được định nghĩa là khối lượng tính bằng kg hoặc gam của hơi nước chứa trong một kg không khí khô Dung ẩm của không khí d0 được tính bằng công thức sau: d 0 = 0,621 p− φ 0 P P b b φ 0 (2.5)
Với φ 0 u là độ ẩm tương đối, ( % ).
P b = 0,0315 là phần áp bão hào theo nhiệt độ, (bar).
2.2.3 Entanpy của không khí ẩm
Trong kỹ thuật sấy người ta tính entanpy I của không khí ẩm là entanpy của nó ứng với một kg không khí khô Do đó, đơn vị của I là J/kgkk hay calo/kgkk Theo định nghĩa, lượng chứa ẩm ở là 28 kg hơi nước chứa trong 1 kg không khí khô nên entanpy của không khí ẩm I là entanpy của 1 kg không khí khô và của d kg ẩm Entanpy của không khí ẩm I0 được tính bằng công thức sau:
Với t 0 % là nhiệt độ môi trường, ( ℃ ¿
Tính toán các thông số của nhiên liệu
Nhiên liệu của than đá bao gồm các thành phần sau:
Bảng 2.1 Thành phần của gỗ dăm
Nhiệt trị của gỗ Qc được tính bằng công thức sau:
2.3.2 Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg gỗ
Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy một kg nhiên liệu là lượng không khí khô cung cấp đủ oxy cho phản ứng cháy Trong không khí, thành phần của oxy chiếm khoảng 21%.
Lượng không khí khô lí thuyết L0 để đốt cháy 1 kg than:
2.3.3 Khối lượng hơi nước chứa trong khói lò ở buồng đốt
Có thể thấy hơi nước chứa trong khói lò gồm: Nước trong nhiên liệu bốc hơi, nước do phản ứng cháy hyđro và nước do không khí mang vào Nước trong nhiên liệu chính là thành phần ẩm chứa trong nhiên liệu và bằng A Nước do cháy hyđro sinh ra, như trên kia đã tính được bằng 9H Lượng hơi nước do không khí mang vào buồng đốt, theo định nghĩa lượng chứa ẩm trong chương 2, bằng α bđ Lodo Do đó, khôí lượng hơi nước chứa trong khói lò ở buồng đốt Ga’ được tính bằng công thức sau:
Với α bđ =1,2 là hệ số không khí thừa ở buồng đốt, (TL1,Tr57).
L 0 =5,91 là lượng không khí lý thuyết để đốt 1 kg nhiên liệu, (kg ¿¿kk/kg nl ).¿ d 0= 0,015 là dung ẩm của không khí, (kg/ kg kkk ¿.
2.3.4 Khối lượng khói khô sau buồng đốt
KhỐi lượng khói khô sau buồng đốt được biểu diễn bằng tổng khối lượng không khí khô ban đầu $α bđ Lo$ và khối lượng nhiên liệu trừ đi thành phần tro $Tr$ và hơi nước do phản ứng cháy $9H$ cũng như nước trong nhiên liệu $A$ Do đó, khi đốt cháy một kg nhiên liệu sẽ thu được một khối lượng khói khô sau buồng đốt $Lk’$ bằng:
2.3.5 Lượng ẩm chứa trong buồng đốt
Cũng như không khí ẩm, chúng ta định nghĩa lượng chứa ẩm của khói là số kilogam hoặc gam hơi nước chứa trong một kilôgam khói khô Do đó lượng chứa ẩm d' của khói lò sau buồng đốt bằng: d ' = G L a ' k ' = 6 0,68 , 48 = 0,087 (kgẩm/kgkk) (2.11) Với
G a ' =0,71 là khối lượng hơi nước chứa trong khói lò ở buồng đốt, (kg ¿¿ ẩm) ¿
L k ' =8,09 là khối khối lượng khói khô sau buồng đốt, ( kg kk )
2.3.6 Entanpi của khói lò sau buồng đốt
Cũng như không khí ẩm, entanpy của khói lò được tính cho một kilogam khói khô Entanpi của khói lò sau buồng đốt I’ được tính bằng công thức sau:
Q c 641,6là nhiệt trị cao của nhiên liệu, ( kg kJ kkk ) η bđ =0,75 là hiệu suất của buồng đốt.
C nl =1,25 là nhiệt dung riêng của gỗ,( kg K kJ ¿ ( TL2,Tr271) t nl % là nhiệt độ của nguyên liệu, ( ℃ ). α bđ =1,2 là hệ số không khí thừa ở buồng đốt.
L 0 =5,91 là lượng không khí lý thuyết để đốt 1 kg nhiên liệu, (kg ¿¿kk/kg nl )¿.
I 0 c,03 là entanpy của không khí ẩm, ( kJ / kg kk ).
L k ' =8,09là khối lượng không khí khô sau buồng đốt, ( kg kk )
2.3.7 Nhiệt độ khói sau buồng đốt
Như vậy, từ (2.11 và 2.12) chúng ta có thể tính được nhiệt độ của khói lò khi biết entanpy I’ và lượng chứa ẩm ở của nó Chẳng hạn, nhiệt độ khói lò sau buồng đốt t' có thể tính theo công thức: t ' = 1,004 I ' −d +d ' 2500 ' 1,842 (2.13) ¿ 1885,35−0,087 2500
I’ = 1885,35 là entanpy của khói lò sau buồng đốt, (kJ/kg). d’ = 0,087 là lượng chứa ẩm của khói sau buồng đốt, ( kg kg ẩm kk )
Thông số khói sau buồng hòa trộn và sau khi ra khỏi buồng sấy
2.4.1 Thông số khói sau buồng hòa trộn
2.4.1.1 Entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồng hòa trộn
Entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồng hòa trộn được tính theo công thức sau:
2.4.1.2 Entanpy của hơi nước trong không khí ngoài trời
Entanpy của hơi nước trong không khí ngoài trời được tính theo công thức sau:
2.4.1.3 Hệ số không khí thừa ở buồng hòa trộn
Hệ số không khí thừa α phản ánh mức độ hoàn thiện của quá trình cháy trong buồng đốt, cho biết lượng không khí cung cấp thực tế so với lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu Khi hệ số α lớn, chứng tỏ lượng không khí cung cấp nhiều hơn lượng lý thuyết, giúp cho quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn Ngược lại, khi hệ số α nhỏ, lượng không khí cung cấp không đủ, dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn, tạo ra nhiều khí thải độc hại.
Rõ ràng, khi g càng lớn thì khả năng cung cấp oxy càng tốt nhưng nhiệt độ buồng đốt lại giảm và do đó quá trình cháy lại không tốt Như vậy, đối với một loại buồng đốt và một loại nhiên liệu có một hệ số không khí thía tối ưu Buống đối được thiết kế và xây dựng càng hoàn thiện thì hệ số không khí thừa tối ưu càng bé Trong các lò đốt lấy khôi của HTS có thể lấy g = 1,2 ÷ 1,3
Tuy nhiên, do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, trong các HTS dùng khói lò làm tác nhân người ta phải tổ chức hòa trộn với không khí ngoài trời để cho ta một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp Vì vậy, trong HTS người ta xem hệ số không khí thừa ở là tỷ số giữa không khí khô cần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa vào buồng hòa trộn chia cho lượng không khí khô lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy Sơ đồ nguyên lý sử dụng khói lò làm TNS trong các HTS đối lưu biểu diễn trên hình 2.1.
Hệ số không khí thừa ở buồng hòa trộn được tính theo công thức sau: α = 19800 ( 1− A ) η bđ +C nl t nl − [ 1−0,451 ( 1− A ) ] i a −0,431(1− A ) C pk t
: Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn η bd
Cnl : Nhiệt dung riêng của than; Cnl = 1,25 kJ/kg.K. tnl : Nhiệt độ không khí; tnl = 25ºC. t : Nhiệt độ của khói ra khỏi buồng trộn; t "0°C.
Cpk: Nhiệt dung riêng của khói; Cpk = 1,004 kJ/kgºC. do : Hàm ẩm của không khí; do = 0,015 kg/kg kkk. ia : Entanpin của nước trong khói; ia = 2905,24 kJ/kg. iao : Entapin của nước trong không khí;iao = 2546,05 kJ/kg.
Tỉ lệ hòa trộn được tính theo công thức sau: n = α −α α bd bd = 10,58−1,3 1,3 = 7,14 (2.17)
2.4.1.5 Lượng khói sau buồng đốt
Lượng khói sau buồng đốt Mkhoi được tính bằng công thức sau:
Mkhoi = Gk’ + Lk’ = 0,71+ 8,087= 8,79 (kg) (2.18) Với
G a ' =0,71 là khối lượng hơi nước chứa trong khói lò ở buồng đốt, (kg ¿¿ ẩm) ¿
L k ' =8,087 là khối khối lượng khói khô sau buồng đốt, ( kg kk )
2.4.1.6 Lượng không khí cần cấp để hòa trộn mkk = mkhoi.n = 8,79.7,14 = 62,8 (kgkk) (2.19)
2.4.1.7 Entanpi sau khi hòa trộn
Entanpi sau khi hòa trộn IB được tính bằng công thức sau:
I’ = 1885,35 là entanpy của khói lò sau buồng đốt, (kJ/kg).
I 0 = 63,03 là entanpy của không khí ẩm, ( kJ / kg kk ).
2.4.1.8 Dung ẩm sau khi hòa trộn
Dung ẩm sau khi hòa trộn dB được tính bằng công thức sau: dB = d ' 1+ + n d n 0 = 0,087 +7,14 0,015
= 0,024 ( kg / kg kkk ) Với d’ = 0,087 là lượng chứa ẩm của khói sau buồng đốt, ( kg kg ẩm kk ) d 0 = 0,015 là dung ẩm của không khí, (kg/ kg kkk ¿.
2.4.1.9 Nhiệt độ sau khi hòa trộn
Nhiệt độ sau khi hòa trộn tB được tính bằng công thức sau: tB = 1,006 I B −d +d B 2501
2.4.2 Thông số khói sau buồng sấy
Trạng thái C, của TNS sau quá trình sấy lý thuyết được xác định bởi cặp thông số, trong đó I2 = I1 Các thông số còn lại như d₂ và φ 2 dễ dàng tìm thấy bằng đồ thị hoặc bằng giải tích Sau đây chúng ta giới thiệu cách xác định các thông số này bằng giải tích.
2.4.2.1 Nhiệt độ khói sau khi ra khỏi buồng sấy
2.4.2.2 Dung ẩm sau khi ra khỏi buồng sấy
Dung ẩm sau khi ra khỏi buồng sấy d2 được tính bằng công thức sau: d2 = 2501+ I B −1,006 1,86 t t 2
2.4.2.3 Phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ Để xác định áp suất bão hòa của hơi nước nói chung và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí nói riêng khi biết nhiệt độ người ta thường dùng bảng thông số vật lý của nước và hơi ngước bão hòa Tuy nhiên, như trong tài liệu đã chỉ rõ, để thực hiện mọi tính toán không khí ẩm bằng ngôn ngữ lập trình trên máy vi tính (ngôn ngữ Pascal chẳng hạn) thì việc xác định phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ bằng bảng thật không tiện lợi Vì vậy giải tích hóa quan hệ p₁ = f(t) là bước khởi đầu cho phép chúng ta thực hiện mọi tính toán không khí ẩm bằng máy vi tính Phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ Pb được tính bằng công thức sau:
2.4.2.4 Độ ẩm tương đối của khói sau khi ra khỏi buồng sấ Độ ẩm tương đối của khói sau khi ra khỏi buồng sấy φ được tính bằng công thức sau: Φ= P d B P b ( 0,6219 + d B ) = 0,024.1,01325
Với dB = 0,024 là dung ẩm khi sau khi ra khỏi buồng sấy, (kJ/kgkkk).
Pb = 0,197 là phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ, (bar).
Lượng khói yêu cầu Lk được tính bằng công thức sau:
W = 3818,18 là lượng ẩm được tách ra, (kg/h). d B = 0,024 là dung ẩm điểm hòa trộn, (kg/ kg kkk ¿.
Công suất tiêu hao Q được tính bằng công thức sau:
I’ = 1885,35 là entanpy của khói lò sau buồng đốt, (kJ/kg).
I B = 286,9 là entanpy điểm hào trộn, ( kJ / kg kk ).
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY
Phân tích lựa chọn
Thùng quay HTS là loại HTS chuyên dùng để sấy hạt và các cục nhỏ Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy hạt ngũ cốc Cấu tạo chính của thùng sấy quay HTS là thùng sấy hình trụ tròn Trống sấy được nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ 1/15 + 1/50 Trống sấy quay với tốc độ (1,5 + 8) vòng/55/ nhờ động cơ điện thông qua hộp giảm tốc VLS từ phễu đi vào thùng sấy cùng với tác nhân Trống sấy quay, VLS bị xáo trộn đồng thời di chuyển dần từ đầu cao của trống xuống đầu thấp Trong quá trình này, TNS và VLS trao đổi nhiệt và độ ẩm với nhau Nguyên liệu đi suốt chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển về kho bằng băng tải trong khi TNS đi qua lốc xoáy để thu gom VLS và thải ra môi trường.
HTS sấy lúa và lúa mì ở Mỹ /38/ có thùng sấy có thể có đường kính lên tới (1 + 2) m và chiều dài lên tới (15 + 30) m Nhiệt độ TNS có thể bằng (121 + 288)°C và thời gian sấy từ (10 + 20) phút.
Hình 3.1 Cấu tạo hệ thống sấy thùng quay
1 Buồng đốt 2 Buồng hòa trộn 3 Phễu cấp không khí
4 Quạt thổi 5 Phễu cấp vật liệu sấy 6 Motor bộ giảm tốc
7 Bộ giảm tốc thùng quay 8 Con lăn thùng quay 9 Thùng quay
10 Vòng quay 11 Phễu hứng sản phẩm 12 Băng tải
Nguyên lí hoạt động của thiệt bị sấy thùng quay:
Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang
Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ.
Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ giúp điều chỉnh góc nghiêng của thùng, từ đó điều chỉnh thời gian lưu vật liệu bên trong Trục quay của thùng được truyền động từ động cơ thông qua hộp giảm tốc và bánh răng dẫn động, ăn khớp với bánh răng trên thùng.
Nguyên liệu ẩm liên tục được nạp vào đầu thùng sấy qua phễu chứa, sau đó được vận chuyển nhờ các đệm ngăn Đệm ngăn có vai trò phân bổ vật liệu đều trong thùng, đảo trộn nguyên liệu và tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy với tác nhân sấy Cấu tạo đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước, tính chất và độ ẩm của nguyên liệu sấy Tốc độ của khí nóng hoặc khói lò trong máy sấy dao động từ 2÷3 m/s, trong khi thùng quay với tốc độ từ 3÷8 vòng/phút Vật liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm và vận chuyển vào kho bằng băng tải.
Khói lò hay không khí thải được quạt hút vào hệ thống tách bụi… để tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải Các hạt bụi thô được tách ra, hồi lưu trở lại băng tải xích.
Khí sạch thải ra ngoài Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn 3m/s bởi nếu tốc độ lớn hơn 3m/s thí vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối đều vật liệu theo tiết diện thùng, vừa đảo trộn vật liệu làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của các đệm ngăn (cánh đảo trộn) phụ thuộc vào kích thước vật liệu và độ ẩm của nó Các loại đêm ngăn được dùng phổ biền trong máy sấy thùng quay gồm: a b c d b e
Sơ đồ cấu tạo cánh trong thiết bị sấy thùng quay: a) Cánh nâng b) Cánh nâng chia khoang c) Cánh phân bố đều( cánh phân phối chữ thập) d) Cánh hỗn hợp e) Cánh phân vùng Đối với vật liệu dạng cục to nhưng xốp, nhẹ trong thùng sấy có thể bố trí cánh nâng( hình a).
Ngược lại với dạng vật liệu cục to, nặng thì nên bố trí cành nâng có chia khoang( hình b).
Khi sấy vật liệu dạng hạt hoặc cục nhỏ, nhẹ người ta dùng cánh phân phối chữ thập( hình c). Đối với vật liệu có kích thước quá bé có thể tạo thành bụi thì nên dùng cánh loại chia khoang kín( hình e)
Vận hành máy sấy quay
Máy sấy quay bao gồm một xi lanh quay lớn (gọi là “trống”) đặt nằm ngang nhưng ở một góc nhỏ Vật liệu đi qua trống và được làm nóng bằng môi trường gia nhiệt theo đặc tính nhiệt độ và thời gian lưu (hoặc lưu) được xác định trước để đạt được độ ẩm mục tiêu Đầu đốt được lắp ở một đầu của trống và thiết bị xử lý khí thải được lắp ở đầu kia Các vòng đệm linh hoạt kết nối trống quay với các ống nối đầu vào và đầu ra cố định
Vòng đệm hoặc lốp hỗ trợ tang trống và tạo điều kiện cho thiết bị quay trơn tru trên cụm con lăn trục Bộ truyền động, phổ biến nhất là loại bánh răng và bánh răng nhỏ, cung cấp năng lượng để quay tang trống
Vật liệu được đưa vào trống ở một đầu và thải ra ở đầu kia, nhờ trọng lực và chuyển động quay của vỏ trống giúp truyền vật liệu dọc theo độ dốc đi xuống nhẹ qua thiết bị.
Một số lợi ích khi sử dụng thiết bị sấy thùng quay:
- Năng suất lớn (3-15 tấn /giờ).
- Tùy chỉnh: Máy sấy quay có khả năng tùy chỉnh cực kỳ cao, cho phép nhà sản xuất điều chỉnh hệ thống phù hợp với mục tiêu xử lý và nguyên liệu chính xác của họ
- Độ tin cậy và tuổi thọ: Nhờ kết cấu chắc chắn và hoạt động cơ học đơn giản, máy sấy quay được công nhận về độ tin cậy và tuổi thọ Khi được bảo trì đúng cách, máy sấy quay có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ mà không gặp vấn đề gì
- Khả năng chịu đựng sự thay đổi của nguyên liệu: Một ưu điểm chính đặc biệt phù hợp với nhiều hoạt động xử lý chất rắn số lượng lớn là khả năng chịu đựng của máy sấy quay đối với sự thay đổi nguyên liệu và điều kiện xử lý Không giống như một số loại máy sấy khác, những thay đổi nhỏ trong phân bố kích thước hạt, độ ẩm và thậm chí cả thông lượng không gây ra rối loạn trong quá trình.
Tính toán thiết bị sấy
Thể tích thùng sấy có thể xác định khi chọn cường độ bốc hơi ẩm A theo kinh nghiệm trong bảng trên đây và lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ W Thể tích thùng sấy Vt được tính bằng công thức sau:
W 818,18 là lượng ẩm được tách ra, ( kg h )
A = 30 là cường độ bốc hơi ẩm của gỗ, ( kg ẩm m 3 h ¿ (Bảng 10,Tr207,TL1)
Chiều dài thùng sấy Lt được tính bằng công thức sau:
D t là đường kính trong của thùng, (m).
Ta có D L t t = 3,5÷ 7 Chọn D L t t = 5 → L t = √ 3 4.25.127,27 π = 15,94 (m) Chọn Lt = 16 m
3.2.3 Đường kính thùng sấy Đường kính thùng sấy Dt được tính bằng công thức sau:
3.2.4 Thời gian lưu lại của gỗ dăm trong lúc sấy
Thời gian lưu lại của gỗ dăm trong lúc sấy τ được tính bằng công thức sau: τ = 120 β ρ ( ω 1 −ω 2 )
30 [ 200− ( 45−15 ) ] = 60 (Phút) Với β=0,3 là hệ số điền đầy (Tr207,TL1) ρB0là mật độ gỗ dăm,( kg / m 3 ¿ (Tr 101 ,TL1)
A = 30 là cường độ bốc hơi ẩm của gỗ, ( kg m 3 ẩm h ¿ (Bảng 10,Tr207,TL1) ω 1 E là độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, (% ). ω 2 là độ ẩm của vật liệu sau khi sấy, (%).
3.2.5 Tốc độ quay của thùng quay
Tốc độ quay của thùng quay n được tính bằng công thức sau: n m.k L t τ D t tg ( α π 180 ) = 60.3,19 1.2.16 tg ( 3 180 π ) =¿ 3,18 (Vòng/phút) (3.5)
Với m = 1, k = 2 là lần lượt hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí trong thùng. α=3 o là góc nghiêng của thùng.
3.2.6 Công suất điện cần thiết của động cơ để quay thùng sấy
Công suất điện cần thiết của động cơ để quay thùng sấy N được tính bằng công thức sau:
Với a = 0,063 là hệ số phụ thuộc vào dạng cánh.
D t =3,2 là đường kính trong của thùng, (m).
L t là chiều dài của cánh khuấy trong thùng, (m). n = 3,18 là tốc độ quay của thùng, (vòng/phút) ρB0là mật độ gỗ dăm,( kg / m 3 ¿ (Tr 101 ,TL1)
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TỔN THẤT NHIỆT VÀ QUA TRÌNH SẤY THỰC
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra ngoài
4.1.1 Nhiệt dung riêng của gỗ dăm ra khỏi thùng sấy
Nhiệt dung riêng của gỗ dăm ra khỏi thùng sấy Cv2 được tính bằng công thức sau:
Ca = 4,18 là nhiệt dung riêng của nước, (kJ/kg.K).
Cvk = 1,25 là nhiệt dung riêng của gỗ dăm, (kJ/kg.K). ω 2 = 15 là độ ẩm vật liệu ra, (%).
4.1.2 Tổn thất nhiệt do gỗ dăm mang đi
Tổn thất nhiệt do gỗ dăm mang đi Qv được tính bằng công thức sau:
G2 = 7000 là năng suất sản phẩm sấy, (kg/h).
Cv2 = 1,69 nhiệt dung riêng ủa gỗ dăm ra khỏi thùng sấy, (kJ/kg.K) t2 = 60 là nhiệt độ khói sau khi sấy, ( ℃ ). t0 = 25 là nhiệt độ môi trường, ( ℃ ).
4.1.3 Tổn thất nhiệt do gỗ dăm mang đi cho 1kg không khí ẩm
Tổn thất nhiệt do gỗ dăm mang đi cho 1 kg không khí ẩm qv được tính bằng công thức sau: qv = Q W v (4.3)
Qv = 413927,5 là tổn thất do gỗ dăm mang đi, (kJ/h).
W = 3818,18 là khối lượng ẩm tách ra, (kg/h).
Tổn thất nhiệt ra môi trường khi có bọc cách nhiệt
Diện tích thùng sấy Fts được tính bằng công thức sau:
D t =3,2 là đường kính trong của thùng, (m).
L t là chiều dài của cánh khuấy trong thùng, (m).
4.2.2 Tiết diện tự do của thùng sấy
Tiết diện tự do của thùng sấy Ftd được tính bằng công thức sau:
Với β = 0,3 là hệ số điền đầy.
Fts = 169,66 là diện tích thùng sấy, (m 2 ).
4.2.3 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS tới bề mặt trong của thùng sấy
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa tác nhân sấy với bề mặt trong của thùng sấy α 1 được tính bằng công thức sau: α 1= 6,15 + 4,17 ω n (4.6) = 6,15 + 4,17 4
Với ω n = 4 là tốc độ TNS trong quá trình sấy thực, (m/s)
4.2.4 Nhiệt độ khói bên trong thùng sấy
Nhiệt độ dịch thể nóng tf2 được tính bằng công thức sau:
Với t1 = 220 là nhiệt độ điểm hòa trộn, ( ℃ ). t2 = 60 là nhiệt độ khói sau khi sấy, ( ℃ ).
4.2.5 Nhiệt trở của thùng sấy
Hình 4.1: Cấu tạo của thùng sấy
Nhiệt trở R được tính bằng công thức sau:
Với các thông số δ1 = 0,003m, λ1 = 71,58 W/mK, δ2 = 0,05m, λ2 = 0,04 W/mK, δ3 = 0,001m, λ3 = 71,58 W/mK tương ứng với độ dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp thép trong thùng quay.
4.2.6 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α 2 được tính bằng công thức: α2 = 1,715.(tw2 - tf2) 0,333 (4.9)
= 4,4 (W/m 2 K) Với tw2 = 42,13 là nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy, ℃ tf2 = 25 là nhiệt độ môi trường, ℃
4.2.7 Mật độ dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài thùng quay đến môi trường
Mật độ dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài thùng quay đến môi trường q3 được tính bằng công thức: q3 = α2.(tw2 - tf2) = 4,4.(42,13 – 25) (4.10) = 75,6 (W/m 2 )
Với tw2 = 42,13 là nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy,( ℃ ). tf2 = 25 là nhiệt độ môi trường,( ℃ ¿. α 2= 4,4 là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, (W/m 2 K).
Mật độ dòng nhiệt phải thỏa mãn các đẳng thức: q1 = q2 = q3
Vậy nên: q1 = q3 α1.(tf1 - tw1) = α2.(tw2-tf2) Suy ra từ công thức ta tìm được tw1 : tw1= tf1 - α 1 α 2 (tw2 - tf2)
Hệ số truyền nhiệt k được tính theo công thức: k 1 1 α 1 + δ 1 λ 1 + δ 2 λ 2 + δ 3 λ 3 + 1 α 2
Với độ dày lớp thép của thùng quay lần lượt là δ1 = 0,003 m, δ2 = 0,05 m và δ3 = 0,001 m, các hệ số dẫn nhiệt tương ứng là λ1 = 71,58 W/mK, λ2 = 0,04 W/mK và λ3 = 71,58 W/mK Ngoài ra, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS tới bề mặt trong của thùng sấy là α1 = 22,83 W/m2K, còn hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ vách ngoài ra môi trường là α2 = 4,4 W/m2K.
4.2.9 Mật độ dòng nhiệt qua thùng
Mật độ dòng nhiệt qua thùng q được tính theo công thức: q = k.(tf1 - tf2) (4.12) = 0,657.(140 – 25) = 75,62 (W/m 2 )
Với k = 0,658 là hệ số truyền nhiệt. tf1 = 140 là nhiệt độ dịch thể nóng ( ℃ ). tf2 = 25 là nhiệt độ mỗi trường ( ℃ ).
4.2.10 Tổn thất nhiệt ra môi trường
Tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt được tính theo công thức:
= 3,6.75,62.169,66 = 46201,8 (kJ/h) Với q = 75,62 là mật độ dòng nhiệt qua thùng, (W/m 2 ).
F = 169,66 là diện tích thùng sấy, (m 2 ).
Tổng tổn thất nhiệt Qtt được tính theo công thức:
Qv = 413927,5 là tổn thất nhiệt do gỗ dăm mang đi, (kJ/h).
Qmt = 46201,8 là tổn thất nhiệt ra môi trường, (kJ/h).
4.3 Quá trình sấy thực tế
4.3.1 Tổng tổn thất của quá trình sấy
Tổng tổn thất của quá trình sấy ∆ được tính theo công thức:
Ca = 4,18 là nhiệt dung riêng của nước, (kJ/kg.K). t0 = 25 là nhiệt độ môi trường, ( ℃ ). qv = 108,41 tổn thất nhiệt do gỗ dăm mang đi cho 1kg không khí ẩm, (kJ/kg ẩm). qmt = 75,64 là mật độ dòng nhiệt qua thùng, (kJ/kg ẩm).
4.3.2 Nhiệt dung riêng của TNS trước QTS
Nhiệt dung riêng của TNS trước QTS Cdx(d1) được tính theo công thức:
Cpa = 1,93 là nhiệt dung riêng của không khí khô, (kJ/kg.K).
Cpk = 1,004 là nhiệt dung riêng của khói khô, (kJ/kg.K). d1 = 0,024 là dung ẩm điểm hòa trộn, (kg/kgkkk).
4.3.3 Entanpy của hơi nước ở nhiệt độ t 2
Entanpy của hơi nước ở nhiệt độ t2 là i2 được tính theo công thức: i2 = 2500+1,842t2 (4,17)
= 2500+1,842.60 = 2610,52 (kJ/kg) Với t2 = 60 là nhiệt độ khói sau khi sấy, ( ℃ ).
4.3.4 Lượng chứa ẩm d 2 của TNS sau QTS
Lượng chứa ẩm d2 của TNS sau QTS d2 được tính theo công thức: d2 = dB + C dx(d1).(t 1-t 2 ) i₂ -∆
Với dB = d1 = 0,024 là dung ẩm điểm hòa trộn, (kg/kgkkk).
Cdx(d1) = 1,05 là nhiệt dung riêng của TNS trước QTS, (kJ/kg.K). t1 = 220 là nhiệt độ khói sau buồng hòa trộn, ( ℃ ). t2 = 60 là nhiệt độ khói sau khi sấy, ( ℃ ).
4.3.5 Entapi I 2 của TNS sau QTS
Entapi I2 của TNS sau QTS được tính theo công thức:
Với t2 = 60 là nhiệt độ khói sau khi sấy, ( ℃ ). d2 = 0,086 là lượng chứa ẩm d2 của TNS sau QTS, (kg/kgkkk).
Cpk = 1,004 là nhiệt dung riêng của khói khô, (kJ/kg.K). i2 = 2610,52 là Entanpy của hơi nước ở nhiệt độ t2, (kJ/kg).
4.3.6 Độ ẩm tương đối của TNS sau QTS Độ ẩm tương đối của TNS sau QTS được tính theo công thức: φ = d₂.B p bh2 (0,622+d2 ) (4.20)
= 61,54 (%) Với d2 = 0,086 là dung ẩm điểm hòa trộn, (kg/kgkkk).
Pbh2 = 0,197 là phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ, (bar).
4.3.7 Lượng TNS thực tế để bốc hơi 1 kg ẩm
Lượng TNS thực tế để bốc hơi 1 kg ẩm l được tính theo công thức sau: l = 1 d
Với d1 = 0,024 là dung ẩm điểm hòa trộn, (kg/kgkkk). d2 = 0,086 là lượng chứa ẩm d2 của TNS sau QTS, (kg/kgkkk).
Lượng TNS thực tế L được tính theo công thức:
= 16,01 3818,18 3600 = 16,99 (kgkhói/s) Với l = 16,01 là lượng TNS thực tế để bốc hơi 1 kg ẩm, (kg khói/kgẩm).
W = 3818,18 là lượng ẩm được tách ra, (kg/h)
4.3.9 Lưu lượng thể tích ở trạng thái trước QTS
Lưu lượng thể tích ở trạng thái trước QTS V1 được tính theo công thức:
= 1,42.16,99 = 24,12 (m 3 /s) Với v1 = 1,42 là thể tích khói ẩm chứa 1 kg khói khô trước quá trình sấy thực, (m 3 /kgkk).
L = 16,99 là lượng TNS thực tế, (kgkhói/s).
4.3.10 Lưu lượng thể tích ở trạng thái sau QTS
Lưu lượng thể tích ở trạng thái sau QTS V2 được tính theo công thức:
= 1,2.16,99 = 20,38 (m 3 /s) Với v2 = 1,2 là thể tích khói ẩm chứa 1 kg khói khô sau quá trình sấy thực,(m 3 /kgkk).
L = 16,99 là lượng TNS thực tế, (kgkhói/s).
4.3.11 Lưu lượng thể tích trung bình trong QTS
Lưu lượng thể tích trung bình trong QTS Vtb được tính theo công thức:
V1 = 24,12 là lưu lượng thể tích ở trạng thái trước QTS, (m 3 /s).
V2 = 20,38 là Lưu lượng thể tích ở trạng thái sau QTS , (m 3 /s).
Tốc độ TNS ω được tính theo công thức: ω = Vtb/Ftd = 22,25 5,59 (4.26) = 3,98 (m/s)
Vtb = 22,25 là lưu lượng thể tích trung bình trong QTS, (m 3 /s).
Ftd = 5,59 Tiết diện tự do của thùng sấy,(m 2 )
Nhiệt lượng tiêu hao q được tính theo công thức: q = l.(I1 - I0) (4.27)
= 16,01.(286,9 - 63,03) = 3585,39 (kJ/kgẩm) Với l = 16,01 là lượng TNS thực tế để bốc hơi 1 kg ẩm, (kg khói/kg ẩm).
IB = 286,9 là entanpi điểm hòa trộn, (kJ/kgkk).
I0 = 63,03 là entanpi của không khí ẩm, (kJ/kgkk).
Nhiệt lượng có ích q1 được tính theo công thức sau: q1 = I2 – Ca.tv1 (4.28)
I2 = 2610,52 là Entanpy của hơi nước ở nhiệt độ t2, (kJ/kg).
Ca = 4,18 là nhiệt dung riêng của nước, (kJ/kg.K). tf2=tv1 = 25 là nhiệt độ mỗi trường,( ℃ ).
4.3.14 Nhiệt dung riêng dẫn suất của TNS
Nhiệt dung riêng dẫn suất của TNS được tính theo công thức sau:
Cpk = 1,004 là nhiệt dung riêng của khói khô, (kJ/kg.K).
Cpa = 1,93 là nhiệt dung riêng của không khí khô, (kJ/kg.K). d0 = 0,015 là dung ẩm của không khí, (kg/kgkkk)
4.3.15 Tổn thất nhiệt do TNS mang đi
Tổn thất nhiệt do TNS mang đi được q2 tính theo công thức sau: q2 = l.Cdx(d0) (t2 - t0) (4.30)
= 16,01.1,03 (60 - 25) = 578,84 (kJ/kgẩm) Với l = 16,01 là lượng TNS thực tế để bốc hơi 1 kg ẩm, (kg khói/kg ẩm).
Cdx(d0) = 1,03 là nhiệt dung riêng dẫn xuất của TNS, (kJ/kg.K). t2 = 60 là nhiệt độ khói sau khi sấy, ( ℃ ). t0 = 25 là nhiệt độ môi trường, ( ℃ ).
4.3.16 Tổng nhiệt lượng có ích và tổng các tổn thất q’ = q1 + q2 + qv + qmt (4.31)
Với qv = 108,41 là tổn thất nhiệt do gỗ dăm mang đi cho 1kg không khí ẩm (kJ/kgẩm) qmt = 75,64 là mật độ dòng nhiệt qua thùng
Sai số tương đối ε được tính theo công thức sau: ε = q−q q ' (4.32)
3585,39 = 0,088 Với q = 3585,39 là nhiệt lượng tiêu hao, (kJ/kgẩm). q’ = 3268,91 là tổng nhiệt lượng có ích và tổng các tổn thất, (kJ/kgẩm).
Theo số liệu cân bằng nhiệt, tổn thất nhiệt do không khí thải và hơi nước là đáng kể Tổn thất ra môi trường không đáng kể Do đó, nhiệt độ không khí thải ra khỏi lò sấy đảm bảo vai trò quan trọng Khi thiết kế lò sấy gỗ dăm, cần lưu tâm đến vấn đề này Thêm vào đó, nhiệt độ của gỗ dăm cho phép cao hơn nhiều so với nhiệt độ kinh tế Vì vậy, trong tính toán HTS gỗ dăm có thể không cần quan tâm đến vấn đề này.
TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ CỦA HỆ THỐNG SẤY
Thiết bị chuyển tải
5.1.1 Phân tích và lựa chọn
Thiết bị chuyển tải (TBCT) trong hệ thống kho vận tự động (HTS) là các thiết bị dùng để vận chuyển vật liệu trong hệ thống lưu trữ tạm thời (TBS), cũng như trước và sau quá trình sấy Các loại TBCT rất đa dạng, bao gồm xe gòng, băng tải Để lựa chọn phù hợp, cần xác định kích thước cơ bản và công suất của động cơ kéo băng tải.
Băng tải hay còn gọi băng chuyền là một thiết bị dùng vận chuyển, chuyền tải vật liệu, hàng hóa từ vị trí này đến vị trí kia So với các phương thức vận tải khác như vận tải đường bộ và đường sắt, hệ thống băng tải có nhiều lợi thế như công suất cao hơn, chi phí thấp hơn, hiệu quả cao hơn, ít sự tham gia của con người và độ tin cậy đã được chứng minh Một số loại băng tải thông dụng nhất hiện nay:
Băng tải con lăn là tổ hợp giữa con lăn và khung đỡ chịu lực Trong khi các loại băng tải thông thường được chế tạo từ các bộ phận cơ khí, thì băng tải con lăn được sản xuất sẵn bởi các đơn vị chuyên nghiệp Không chỉ là linh kiện chính của băng tải con lăn, con lăn còn là vật tư quan trọng để thiết kế các loại băng tải khác.
Các loại con lăn có thể chế tạo từ những vật liệu chính sau: thép mạ kẽm, inox 201, inox 304 và nhựa.
Vì bộ phận chính của băng tải này là các con lăn, vậy nên sẽ dùng để vận chuyển các sản phẩm dạng hộp hoặc dạng thùng Tuy nhiên, băng tải con lăn không thể vận chuyển các sản phẩm dạng hạt, hoặc các sản phẩm rời hoặc các sản phẩm có hình dạng bất thường.
Vật liệu sản xuất con lăn phụ thuộc vào môi trường sử dụng Trong môi trường có nhiều nước, nên sử dụng inox 304 để chống gỉ sét Nếu môi trường không cần quan tâm đến vấn đề gỉ sét con lăn, ta có thể sử dụng thép mạ kẽm Trong trường hợp tải hành chất nhẹ và cần băng tải cần chạy êm, ta có thể sử dụng con lăn nhựa.
Theo cấu trúc cơ khí chung của băng tải con lăn có thể được phân loại vào các dòng chính như:
Băng tải con lăn truyền động.
Băng tải con lăn tự do.
Băng tải con lăn chạy cong.
Băng tải con lăn chạy thẳng.
Băng tải con lăn xếp.
Nhiều dòng này có thể kết hợp với nhau, ví dụ như băng tải con lăn xếp chạy cong truyền động dùng motor giảm tốc kéo.
Vế giá cả của băng tải con lăn thì không quá cao, nó phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế để đáp ứng đúng nhu cầu sử dụng từ khách hàng Đối với các dòng yêu cầu cao hơn về chất lượng và thiết kế (tích hợp tự động hóa và mô tô chuyển động cho mỗi con lăn hay motor drum) thì giá sẽ cao hơn.
Chọn băng tải con lăn bởi nó những ưu điểm vượt trổi so với các băng khác như:
- Khung băng tải thiết kế đơn giản, dễ dàng tháo lắp và đầu tưu hợp lí.
- Con lăn có hệ số ma sát thấp, khả năng chống nước, chống hóa chất tốt.
- Dễ dàng vệ sinh băng tải.
- Khung băng tải được gia công chính xác giúp vận hành êm ái không gây ra tiếng ồn lớn.
- Băng tải có khả năng chịu lực tốt, tuổi thọ lâu dài.
- Có nhiều kích thước, chất liệu và kiểu dáng phù hợp trong nhiều lĩnh vực sản xuất.
- Năng suất khối lượng của băng tải: B = G1 = 10,82 tấn/h
- Mật độ gỗ dăm: ρ = 260 kg/m 3 (Tr101,TL1)
- Chọn chiều rộng băng tải: bbt = 1 m (Bảng17.2,Tr 317,TL1)
- Chiều cao băng tải của VLS:
- Góc dốc sẽ chọn trong khoảng 0-26 o nên chọn α d = 25 o
Chọn chiều dài băng tải Lbt = 9,5 m
Bảng 5 3.Thông số băng tải BTLM-01
Chiều dài băng tải 9,5 m Đường kính con lăn 3 dãy ϕ 76, 89, 114 mm Đường kính tang băng tải (Bọc cao su) ϕ 800 mm
Công suất điện động cơ 0.75 - 41 kW
Tốc độ băng tải 10 - 60 m/phút
Chọn góc nghiêng của băng tải là 25 o là vì để tránh việc nguyên liệu đốt bị trượt xuống trong quá trình vận chuyển nên chọn loại có gờ để tăng khả năng tiếp xúc , giảm thiểu khả năng nguyên liệu bị trượt xuống.
Hình 5.1 Bản vẽ thiết kế của băng tải
Tính toán buồng đốt và buồng hào trộn
Buồng đốt giữ vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động của hệ thống lò hơi công nghiệp Thứ nhất, buồng đốt tạo ra nguồn khói lò có nhiệt độ cao, được sử dụng làm nguồn nhiệt nóng để đốt nóng không khí trong máy gia nhiệt khói Thứ hai, buồng đốt cũng tạo ra nguồn khói lò với nhiệt độ thích hợp để dùng làm nhiên liệu trong quá trình sản xuất nhiệt trong lò hơi.
Do nhiệt độ TNS thông thường thấp nên nhiên liệu dùng trong các buồng đốt của HTS không cần loại có nhiệt trị cao Mặt khác, khi dùng khói lò làm TNS thì thông thường sau buồng đốt là buồng hòa trộn giữa khói và không khí ngoài trời để có một TNS với nhiệt độ thích hợp Vì vậy, hệ số không khí thừa ωbd trong các buồng đốt HTS thường lấy từ 2÷2,5.
Diện tích bề mặt ghi lò F được tính theo công thức:
Với r = 470000 là cường độ nhiệt của ghi (W/m 2 ) (Bảng 3.3,Tr105,TL3)
B = 518,12 là lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ (kg/h).
Qt = 19144,1 là nhiệt trị thấp nhiên liệu (kJ/kgnl).
Thể tích buồng đốt V được tính theo công thức:
= 39,68 (m 3 ) Với q = 250 là mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt (kW/m 3 ) (Bảng 3.4,Tr106,TL3)
B = 518,12 là lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ (kg/h).
Qt = 19144,1 là nhiệt trị thấp nhiên liệu (kJ/kgnl).
Chiều cao buồng đốt Hbđ được tính theo công thức:
V = 39,68 là thể tích buồng đốt (m 3 ).
F = 5,9 là diện tích bề mặt ghi lò (m 2 ). Đối với các buồng đốt cơ khí, do công suất nhiệt lớn nên ghi có diện tích lớn và kích thước các chiều nên chọn tương đương nhau:
5.2.2 Tính toán buồng hòa trộn
1 Lưu lượng khói vào buồng hào trộn Lkhói được tính theo công thức:
Lk = 56979,7 là lượng khói yêu cầu (kgkhoi/h). n = 6,73 là tỉ lệ hòa trộn.
2 Lưu lượng không khí vào buồng hòa trộn Lkk được tính theo công thức:
3 Thể tích khói vào buồng hòa trộn Vkhoi được tính theo công thức:
3600 = 8,5 (m 3 ) (5.8) Với vkhoi = 4,16 là thể tích riêng của khói (m 3 )
4 Thể tích không khí vào buồng hòa trộn Vkk được tính theo công thức:
3600 = 12,1 (m 3 ) (5.9) Với vkk = 0,88 là thể tích riêng của không khí (m 3 )
5 Tổng thể tích không khí và khói vào buồng hòa trộn V được tính theo công thức:
6 Chọn chiều cao của buồng hòa trộn Hht = 5,7 m
7 Diện tích mặt cắt ngang của buồng hòa trộn Fht được tính theo công thức:
Fht = V/Hht = 20,6 5,7 = 3,6 (m 2 ) (5.11) Suy ra: Chiều ngang của buồng hòa trộn nht = √ 3,6 = 1,9 m,
Chiều sâu của buồng hòa trộn lht = √ 3,6 = 1,9 m.
5.2.3 Tính bọc cách nhiệt buồng hào trộn và buồng đốt
Bọc cách nhiệt buồng hòa trộn và buồng đốt sẽ giảm thiểu sự trao đổi nhiệt giữa chúng với môi trường (tránh gây ra sự thất thoát nhiệt), đảm bảo được công suất theo yêu cầu cảu thiết kế, giúp tăng tuổi thọ của thiết bị Đồng thời cũng đảm bảo an toàn cho công nhân làm việc quanh khu vực đó Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều loại vật liệu cách nhiệt và phổ biến là bông khoáng có khả năng cách nhiệt, cách ẩm tốt nhất.
Bông khoáng là loại vật liệu được tạo ra từ 2 loại quặng đá là Dolomit và Bazan Chế tạo bằng cách cho nóng chảy ở nhiệt độ cao trong lò nung, lên đến 1600 o C Sau đó dùng lực ly tâm xe thành những sợi nhỏ rồi ép thành tấm, cuộn, ống Đây là loại vật liệu có khả năng cách nhiệt, cách âm rất tốt, thân thiện với môi trường, được sử dụng nhiều ở các công trình xây dựng hiện nay. Đặc điểm cấu tạo của bông khoáng:
- Màu sắc: Sợi bông khoáng có tone màu nhạt và trầm, thường là màu vàng nhạt hoặc vàng nâu.
- Kết cấu: Từ các sợi cấu tạo ngắn, nhỏ, tạo nên sự liên kết chặt chẽ, bền vững trong khối bông khoáng được tạo ra.
- Tỷ trọng: Các miếng bông khoáng được sản xuất với tỷ trọng cao, tức là khối lượng trên 1 đơn vị mét khối cao từ 40 – 180 kg/m 3
- Chịu được áp lực cao: Do đặc điểm cấu tạo của các sợi liên kết mà các khối bông khoáng có mức độ chịu áp lực cao nhưng bề mặt ít đàn hồi.
- Sức chịu nhiệt: Bông khoáng có thể chịu được nhiệt độ lên đến 750 ° C và nhiệt độ nóng chảy cũng rất cao, lên đến trên 1000 ° C.
- Khả năng hấp thụ âm thanh lớn: Do kết cấu có nhiều khoảng trống vi mô giữa các liên kết sợi bông khoáng.
5.2.3.1 Tính bọc cách nhiệt buồng hào trộn
Các thông số ban đầu:
- Nhiệt độ môi trường bên trong buồng hòa trộn tf1 = 230 o C
- Nhiệt độ môi trường tf2 = 25 o C
- Bề dày lớp cách nhiệt δ2 = 0,05 m
- Hệ số dẫn nhiệt của bông khoáng λ2 = 0,04 W/mK
- Bề dày lớp thép của buồng hòa trộn δ1 = 0,003 m
- Hệ số dẫn nhiệt của thép λ1 = 71,58 W/mK
1 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS vs bề mặt trong của buồng hòa trộn α1 được tính theo công thức sau: α1 = 6,15 + 4,17.ωn = 6,15 + 4,17.4 = 22,83 (W/m 2 K) (5.12)
2 Nhiệt trở R được tính theo công thức sau:
3 Chọn nhiệt độ mặt ngoài của buồng hòa trộn tw2 = 51,8 o C
4 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 được tính theo công thức sau: α2 = 1,715(tw2 - tf2) 0,333 = 1,715.(51,8 – 25) 0,333 = 5,129 (W/m 2 K) (5.14)
5 Mật độ dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài buồng hòa trộn đến môi trường q3 được tính theo công thức sau: q3 = α2(tw2-tf2) = 5,129.(51,8 – 25) = 137,7 (W/m 2 ) (5.15)
6 Nhiệt độ bề mặt trong thùng quay tw1 được tính theo công thức sau: tw1 = tf1 - q3/α1 = 230 + 22, 137,7 83 = 224 ( o C) (5.16) Hoặc tw1= tw2 + q3.R = 51,8 + 137,7.1,25 = 224 ( o C) (5.17)
7 Mật độ dòng nhiệt truyền từ bên trong thùng quay đến vách thùng q1 được tính theo công thức sau: q1 = α1(tf1-tw1) = 22,83.(230 + 224) = 137,69 (W/m 2 ) (5.18)
8 Mật độ dòng nhiệt truyền qua thùng quay q được tính theo công thức sau: q2 = λ2/δ2(tw1-tw2) = 0 0,05 , 04 (224 - 51,80) = 137,70 (W/m 2 ) (5.19)
5.2.3.2 Tính bọc cách nhiệt cho buồng đốt
Các thông số ban đầu:
- Chọn tốc độ TNS trong quá trình sấy thực ωn = 4 (m/s)
- Nhiệt độ môi trường bên trong buồng đốt tf1 = 1431,62 o C
- Nhiệt độ môi trường tf2 = 25 o C
- Bề dày lớp cách nhiệt δ2 = 0,2 m
- Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt λ2 = 0,04 W/m
- Hệ số dẫn nhiệt của gạch λ1 = 0,14 W/mK
1 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS vs bề mặt trong của buồng đốt α1 được tính theo công thức sau: α1 = 6,15 + 4,17.ωn = 6,15 + 4,17.4 = 22,83 (W/m 2 K) (5.20)
2 Nhiệt trở R được tính theo công thức sau:
3 Chọn nhiệt độ mặt ngoài của buồng đốt tw2 = 64,8 o C
4 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 được tính theo công thức sau: α2 = 1,715(tw2-tf2) 0,333 = 1,715.(64,8 – 25) 0,333 = 5,850 (W/m 2 K) (5.22)
5 Mật độ dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài buồng đốt đến môi trường q3 được tính theo công thức sau: q3 = α2(tw2-tf2) = 5,850.(64,8 – 25) = 233,03 (W/m 2 ) (5.23)
6 Nhiệt độ bề mặt trong thùng quay tw1 được tính theo công thức sau: tw1 = tf1 - q3/α1 = 1431,62 + 233,03 22,83 = 1421,41 ( o C) (5.24) Hoặc tw1= tw2 + q3.R = 64,8 + 233,03.5,82 = 1421,42 ( o C) (5.25)
7 Mật độ dòng nhiệt truyền từ bên trong thùng đến vách thùng q1 được tính theo công thức sau: q1 = α1(tf1-tw1) = 22,83.(1431,62 + 1421,42) = 233,03 (W/m 2 ) (5.26)
8 Mật độ dòng nhiệt truyền qua thùng quay q được tính theo công thức sau: q2 = λ2/δ2(tw1-tw2) = 0,04 0,2 (1421,42 – 64,8) = 233,03 (W/m 2 ) (5.27)
Hình 5.2 Bản vẽ thiết kế của buồng đốt và buồng hòa trộn
Tính chọn Cyclon
Thiết bị thu hồi bụi ly tâm kiểu đứng có tên gọi là cyclon, vì có lưu lượng lớn nên chọn cyclon chùm Cyclon chùm là cụm bao gồm nhiều cyclon đơn đặt đứng có đường kính nhỏ lắp đặt song song với nhau Sơ đồ bố trí cyclon chùm được thể hiện như hình bên.
Dòng khí và hạt bụi được dẫn vào cyclon theo phương tiếp tuyến với thân trụ ngoài,tạo ra lực ly tâm sẽ cuốn hạt bụi va đập vào thành cyclon làm cho hạt bụi mất động năng và rơi xuống phễu chứa Dòng khí và một số hạt bụi mịn còn lại chuyển động xoáy ốc bên trong thân cyclon nên khi chạm vào phần đáy phễu dòng khí này sẽ chuyển động ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc và cuối cùng theo ống dẫn khí bên trong cuốn ra khỏi cyclon.
Hiệu quả lọc bụi của cyclon chùm chính là hiệu quả của mỗi cyclon đơn, mà đường kính cyclon con nhỏ nên ưu điểm của loại này là hiệu quả lọc cao, đồng thời có thể xem tổn thất áp suất của cyclon chùm gần bằng cyclon con nên tổn thất áp suất cyclon nhỏ.
Hình 5.3 Bản vẽ thiết kế cyclon
Các thông số tính toán cho trước:
- Lượng tác nhân sấy thực tế: L = 57570,73 (kgkkk/h)
- Nhiệt độ khói sau khí sấy: t2 = 60 ( o C)
- Độ ẩm khói sau khi sấy: φ 2 = 65,9 (%) Áp suất khí quyển: P = 760 mmHg
Thể tích riêng của không khí tại nhiệt độ 60 o C và độ ẩm 66%: v2 = 1,11 (m 3 /kgkkk) (PL5,Tr 349,TL1)
Lưu lượng hông khí vào cyclon:
Hệ số sức cản cục bộ, với loại cánh hướng dòng chân vịt = 30 0 thì ξ = 65.
5.3.1 Xác định kích thước cyclon chùm
Chọn cyclon đơn bằng thép có đường kính quy ước Dqư= 250 mm có cánh hướng dòng kiểu chân vịt α = 30 o
Tra bảng 2.4 [TL3] lưu lượng cực đại qua cyclon đơn là v = 900 (m 3 /h)
Số lượng cyclon đơn cần lắp đặt được tính toán theo công thức: n = Vx/v = 63903,51/900 = 71 (cái) (5.29) Tuy nhiên, để thuận tiện cho quá trình lắp đặt, ta chọn số cyclon đơn là 81 cái, bố trí thành 9 dãy, mỗi dãy có 9 cái Khi đó, lưu lượng khí qua mỗi cyclon đơn sẽ là 63903,51/81 = 788,9 m³ / h Theo bảng 2.4 [TL2], giá trị này nằm trong khoảng 770-850 m³ / h, phù hợp với yêu cầu thiết kế.
Dựa theo bảng 2.5, kích thước mỗi tiết diện ngang hình vuông của xyclon chùm là K 2580 mm.
Chọn vận tốc vào ω vào = 12m/s, chiều cao I của cyclon chùm được xác định theo công thức sau:
5.3.2 Xác định tổn thất áp suất của cyclon chùm
Giả thiết áp suất dư trong cyclon chùm khoảng 5 mmHg, khí đó khối lượng riêng của dòng khí ở nhiệt độ t = 60 o C xác định theo công thức: ρ t = 0,464 273+ P t = 0,464 273+ 5+760 60 = 1,066 (kg/m 3 ) (5.31) Vận tốc quy ước của dòng khí đi qua 81 cyclon đơn có đường kính D = 250 mm là: ω = π D 4.V x
Như vậy, tổn thất áp suất trong cyclon chùm là:
Giá trị trở lực ∆ p = 69 mmH2O ≈ 5,07 mmHg nên giá trị áp suất dư giả thiết ở trên có giá trị là 5 mmHg là chấp nhận được.
Quạt và cách chọn quạt
5.4.1 Các loại quạt dùng trong hệ thống sấy Để vận chuyển TNS trong các HTS thường dùng hai loại quạt: Quạt ly tâm và quạt hướng trục Chọn loại quạt nào số hiệu bao nhiêu phụ thuộc vào đặc trưng của HTS,trở lực mà quạt phải khắc phục ∆p, năng suất mà quạt cần tải đi Như vậy chúng ta cần tính được trở lực của tác nhân sấy đi trong thiết bị sấy cũng như năng suất để chọn loại quạt phù hợp Hình 5.4 là hướng di chuyển của tác nhân sấy.
Hình 5.4 Hướng đi của tác nhân sấy
Quạt ly tâm chia làm 3 loại theo tổng cột áp mà nó tọa ra Δ:
- Quạt cao áp: Δp = (300 ÷ 1500) mmH2O Để tiện khí lắp đặt theo yêu cầu sử dụng, người ta sản suất quạt ly tâm có hai chiều quay với các giá đỡ khác nhau Nếu rotor của quạt quay theo chiều kim đồng hồ chúng ta có loại quạt quay phải và ngược lại chúng ta loại quạt quay trái.
Quạt ly tâm có thể gắn trực tiếp với động cơ điện cũng như có thể nối với động cơ qua một cánh đai Cấu tạo và các kích thước cơ bản của quạt ly tâm modele u3 – 57 do Liên Xô trước đay sản xuất cho hai loại: loại động cơ nối trực tiếp và loại nối gián tiếp Các kích thước tính bằng milimet tương ứng với 4 loại quạt modele u3 – 57.
Nhiệt độ trung bình của turbine hơi nước (TNS) được tính bằng công thức trung bình cộng giữa nhiệt độ khói sau buồng hào trộn (tB) và nhiệt độ khói sau khi sấy (t2), cụ thể là: ttb = (tB + t2) / 2 Trong trường hợp này, nhiệt độ sau buồng hào trộn là 230 độ C (tB = 230 độ C) và nhiệt độ sau khi sấy là 60 độ C (t2 = 60 độ C) Từ đó, nhiệt độ trung bình của TNS được tính là (230 độ C + 60 độ C) / 2 = 145 độ C.
Năng suất quạt V được tính theo công thức:
L = 57570 là tổng lượng TNS thực tế, (kgkhoi/h). v = 1,205 là thể tích không khí ẩm tại ttb, (m3/kgkk).(PL5,Tr349,TL1).
Hệ số Reynol được tính theo công thức:
Re = ω.d v = 28,37.10 3,75.0,003 −6 = 3964,6 (5.34) Trong đó ω = 3,75 là tốc độ TNS, (m/s). d = 0.003 là đường kính trung bình của gỗ dăm, (m). v = 28,37.10 -6 (v tra theo bảng ttb,Tr350,TL1).
Hệ số thủy động được tính theo công thức: a = 5,58 + 490 ℜ + 100 ℜ 0,5 = 5,58 + 3964 490 , 6 + 3964,6 100 0,5 = 5,72 (5.35)
Khối lượng riêng dẫn xuất của khối gỗ chuyển động trong thùng Pdx tính theo công thức:
G1 = 10818,18 là khối lượng vật liệu vào thừng sấy, (kg/h).
G2 = 7000 là năng suất sản xuất sản phẩm sấy, (kg/h). β = 0,3 là hệ số điền đầy.
V = 127,27 là thể tích thùng sấy, (m 3 ).
Hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp C1 được tính theo công thức:
Trong đó pv = 420 là mật độ của gỗ dăm, (kg/m 3 ).
Trở lực qua thùng sấy được tính theo công thức:
(5.38) Trong đó a = 5,68 là hệ số thủy động.
L = 16 là chiều dài thùng sấy,(m).
W = 3818,18 là khối lượng ẩm tách ra, (kg/h). ρ k = 0,83 là khối lượng riêng của TNS tại ttb, (kg/m 3 ).
C1 = 0,02 là hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp.
5.4.3 Tính trở lực do ma sát trên đường ống
Ta có lượng tác nhân sấy thực tế L = 57570 kg/h
5.4.3.1 Trở lực ống dẫn từ miệng vào đến khi ra khỏi thùng sấy
Chọn đường kính ống dẫn: d2 = 3,0 m
Chọn chiều dài ống dẫn từu miệng thùng đến khi ra khỏi thùng sấy: l2 = 16 m
Thể tích riêng của khói tại t = 230oC và φ = 0,14 % : v’ = 1,45 m 3 /kg
Suy ra khối lượng khói tại giá trị đó ρ = 1/v’ = 0,69 kg/m 3
Lưu lương không khí vào quạt đẩy V2’= L.v’ = 57570.1,45/3600 = 23,19 m 3 /s
Vận tốc dòng khí đi trong ống: ω = V2’/F2 = 3,28 m/s
Với v = 0,00001897 m 2 /s là độ nhớt động học của không hí. Độ nhám tương đối : ∆ = d ε
Hệ số ma sát λ : 1/λ 1/2 = -2.lg[(6,81/Re) 0,9 + Δ/3,7] (5.39) Suy ra λ = 0,02
Trở lực ống dẫn từ miệng quạt dẩy dến góc khuỷu: ΔPms2 = ( λ.l2.ρ.ω 2 )/(2.d2) = 0,02.16 0,69 3,28 2
5.4.3.2 Trở lực ống dẫn ra khỏi thùng sấy vào xyclon
Chọn đường kính ống dẫn: d3 = 1,0 m
Chọn chiều dài ống dẫn từu miệng thùng đến khi ra khỏi thùng sấy: l3 = 10 m
Thể tích riêng của khói tại t = 60oC và φ = 65 % : v’ = 1,11 m 3 /kg
Suy ra khối lượng khói tại giá trị đó ρ = 1/v’ = 0,9 kg/m 3
Lưu lương không khí vào quạt đẩy V3’= L.v’ = 57570.1,11/3600 = 17,71 m 3 /s
Vận tốc dòng khí đi trong ống: ω = V3’/F3 = 22,55 m/s
Với v = 0,00001897 m 2 /s là độ nhớt động học của không hí. Độ nhám tương đối : ∆ = d ε
Hệ số ma sát λ : 1/λ 1/2 = -2.lg[(6,81/Re) 0,9 + Δ/3,7]
Trở lực ống dẫn từ miệng quạt dẩy dến góc khuỷu: ΔPms3 = ( λ.l3.ρ.ω 2 )/(2.d3) = 0,02.10.0,69 22,55 2
5.4.3.3 Trở lực ống dẫn từ xyclon đến quạt hút
Chọn đường kính ống dẫn: d4 = 1,0 m
Chọn chiều dài ống dẫn từu miệng thùng đến khi ra khỏi thùng sấy: l4 = 2 m
4 = 0,79 m 2 Thể tích riêng của khói tại t = 60oC và φ = 65 % : v’ = 1,11 m 3 /kg
Suy ra khối lượng khói tại giá trị đó ρ = 1/v’ = 0,9 kg/m 3
Lưu lương không khí vào quạt đẩy V4’= L.v’ = 57570.1,11/3600 = 17,71 m 3 /s
Vận tốc dòng khí đi trong ống: ω = V4’/F4 = 22,55 m/s
Với v = 0,00001897 m 2 /s là độ nhớt động học của không hí. Độ nhám tương đối : ∆ = d ε
Hệ số ma sát λ : 1/λ 1/2 = -2.lg[(6,81/Re) 0,9 + Δ/3,7]
Trở lực ống dẫn từ miệng quạt dẩy dến góc khuỷu: ΔPms4 = ( λ.l4.ρ.ω 2 )/(2.d4) = 0,02.2.0,9 2.1 22,55 2 = 6,11 N/m 2 Suy ra tổng trở lực do ma sát : ΔPms = ΔPms2 + ΔPms3 + ΔPms4 = 0,3 + 30,53 + 6,11 = 36,94 N/m2 (5.41)
5.4.4 Tính trở lực cục bộ trên dường ống
Tra khối lượng riêng của khói: ρ = 0,83 kg/m 3
Chọn tốc độ tác nhân sấy: ω = 4 m/s
Hệ số tổn thất ngoặc dòng qua buồng hào trộn: ξ 1 = 0,8 (PL8.TL1)
Trở lực cục bộ do ngoặt dòng qua buồng hòa trộn: ΔPcb1 = ξ1.ρ.ω1 2/2 = 0,8.0,83.4 2 /2 = 5,31 N/m 2 (5.42)
Hệ số tổn thất qua đột mở từ buồng hòa trộn sang thùng sấy: ξ 2 = 0,9 (PL8.TL1)
Trở lực cục bộ do đột mở từ buồng hòa trộn sang thùng sấy: ΔPcb2 = ξ2.ρ.ω2 2/2 = 0,9.0,83.4 2 /2= 6 N/m 2
Hệ số tổn thất qua do đột thu từ thùng sấy sang ống dẫn: ξ 3 = 0,05 (PL8.TL1)
Trở lực cục bộ do đột thu từ thùng sấy sang ống dẫn: ΔPcb3 = ξ3.ρ.ω3 2/2 = 0,05.0,9.22,55 2 /2 = 11,48 N/m 2
Hệ số tổn thất qua cút cong: ξ 4 = 0,15 (PL8.TL1)
Trở lực cục bộ do qua cút cong: ΔPcb4 = ξ4.ρ.ω4 2/2 = 0,15.0,9.22,55 2 /2= 34,44 N/m 2
Hệ số tổn thất do đột mở từ ống vào xyclon: ξ 5 = 0,9 (PL8.TL1)
Trở lực cục bộ do đột mở từ ống vào xyclon: ΔPcb5 = ξ5.ρ.ω5 2/2 =0,9.0,9.22,55 2 /2= 206,62 N/m 2
Suy ra được tổng trở lực cục bộ: ΔPcb = ΔPcb1 + ΔPcb2 + ΔPcb3 + ΔPcb4 + ΔPcb5 (5.43)
5.4.5 Tổng trở lực quạt hút phải khắc phục
Tổng trở lực quạt hút phải khắc phục ΔP được tính như sau: ΔP = ΔPs + ΔPms + ΔPcb + ΔPx (5.44) Với ΔPs = 31,13 mmH2O là trở lực qua thùng sấy, ΔPms = 36,94 9,8 = 3,77 mmH2O là trở lực do ma sát, ΔPcb = 263,82 9,8 = 26,9 mmH2O là trở lực cục bộ, ΔPx = 69 mmH2O là trở lực qua cyclon.
Bảng 5 4 Thông số của quạt sấy
Tốc độ 4P V/ph Điện áp 380 V
Lưu lượng 80000 m 3 /h Áp suất 1450 Pa
5.4.3 Tính chọn quạt buồng đốt
Tra khối lượng riêng của khói: ρ = 0,83 kg/m 3
Chọn tốc độ tác nhân sấy: ω = 4 m/s
Hệ số tổn thất ngoặt dòng qua buồng đốt : ξ 1 = 0,8
Trở lực cục bộ do ngoặt dòng qua buồng hòa trộn: ΔPcb1 = ξ1.ρ.ω1 2/2 = 0,8.0,83.4 2 /2 = 5,31 N/m 2
Hệ số tổn thất đột mở từ ngoài vào buồng đốt: ξ 2 = 0,9 (PL8.TL1)
Trở lực cục bộ do đột mở từ ngoài vào buồng đốt: ΔPcb2 = ξ2.ρ.ω2 2/2 = 0,9.0,83.4 2 /2= 6 N/m 2
Chọn tổn thất ghi: ΔPghi =3,0 mmH2O
Tổng trở lực cục bộ: Lb = Lo.B.abđ/ρkk ΔPcb = ΔPcb1 + ΔPcb2 +ΔPghi
Lưu lượng không khí cấp cho buồng đốt:
Lo = 5,9 là lượng không khí lý thuyết để đốt 1 kg nhiên liệu (kgkk/kgnl),
B = 518,12 là lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ (kg/h), α bđ = 1,3 là hệ số không khí thừa ở buồng đốt, ρ kk = 1,29 là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn
Bảng 5.3 Thông số của quạt buồng đốt
Tốc độ 4P V/ph Điện áp 380 V
Lưu lượng 3200 m 3 /h Áp suất 200 Pa
5.5 Chọn động cơ tốc độ chậm
Dựa vào các thông số tính toán của băng tải sau đây để tính toán chọn động cơ tốc độ chậm:
- Năng suất khối lượng của băng tải: B = G1 = 10,82 tấn/h
- Mật độ gỗ dăm: ρ = 260 kg/m 3 (Tr101,TL1)
- Chọn chiều rộng băng tải: bbt = 1 m
- Chiều cao băng tải của VLS: H = 4 m
- Góc dốc sẽ chọn trong khoảng 0-26 o nên chọn α d = 25 o
- Chiều dài băng tải: Lbt = 9.5 m
5.5.1 Giới thiệu về động cơ tốc độ chậm
Motor giảm tốc được định nghĩa là động cơ điện có tốc độ thấp, tốc độ đã giảm đi nhiều (có thể là 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/8, 1/10, 1/15…) So với động cơ thông thường ở cùng công suất và số cực Được cấu tạo từ hai thành phần chính là động cơ điện và hộp giảm tốc. Động cơ điện là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, máy móc công nghiệp và các thiết bị gia dụng Phần lớn các động cơ điện phổ biến hiện nay đều hoạt động theo cơ chế hiệu ứng điện từ Động cơ điện sở hữu số vòng quay siêu to, thường 2900rpm, 1450rpm, 960rpm nhưng moment xoắn lại nhỏ.
Hộp giảm tốc là một cơ cấu truyền động được sử dụng để giảm tốc độ quay của các loại máy móc trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác Hộp giảm tốc có chức năng giảm vận tốc góc, tăng momen xoắn và giảm tốc độ vòng quay Hộp giảm tốc là thiết bị trung gian giữa động cơ điện và bộ phận làm việc của máy công tác.
Phân theo cấp số: Với dòng 1 cấp, mẫu 2 cấp, 3 cấp… Lúc ta lắp 2 bánh răng ăn khớp mang số răng khác nhau thì tốc độ của 2 trục bánh răng khác nhau với tỷ lệ nghịch của số răng.
Phân loại theo nguyên lí truyền động: Nếu phân loại theo nguyên lý truyền động thì ta sở hữu các mẫu như: bánh răng trụ, bánh răng côn, bánh răng hành tinh, bánh vít trục vít… Sở dĩ mang phổ biến nguyên lý do mỗi chiếc sở hữu những ưu và nhược điểm riêng, tùy đặc điểm sử dụng mà ta chọn dòng phù hợp Tỉ dụ cái bánh răng trụ thì tốt và ổn định, nhưng chỉ truyền động cho các trục song song; mẫu bánh răng côn thì cho các trục ko song song, cái hành tinh thì đồng trục, mẫu bánh vít thì sở hữu khả năng tự hãm và êm ái v.v…
5.5.2 Tính toán chọn động cơ tốc độ chậm
Dựa vào tốc độ quay của thùng quay đã tính được ở chương 3: n = 3,18 vòng/phút Với tốc độ quay động cơ 3 pha v = 1450 v/p và tỉ số truyền n = 46,65
Suy ra được tốc độ quay V1 = v/n = 1450/46,65 = 32 v/p
Chọn đường kính của bánh quay d1 = 500 mm
Từ đó tính được tốc độ quay thùng V2 = (V1.d1/D) = (32.0,5)/3.2 = 5 ( Chấp nhận được)
Từ đó chọn được motor giảm tốc 37kW, 60 HP, giảm tốc 67 , R147
Bảng 5.4 Thông số của động cơ tốc độ chậm Đường kính trục 110 mm
Sau khi giảm tốc, trục truyện động 32 vòng/phút
Momen xoắn cực đại 11200 Nm
SF- Hệ số làm việc – Hệ số tải 1,15
Khoảng tâm lỗ chân đế dọc trục 500 mm
Khoảng tâm lỗ chân đế ngang trục 380 mm
Hình 5.5 Bản vẽ thiết kế motor giảm tốc
BẢN VẼ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN
Bản vẽ mạch điện
IRS, IRT : Các cặp tiếp điểm thường hở cảu rơle trung gian
T : Cặp tiếp điểm thường đóng của rơle nhiệt độ
: Cuộn hút của rơle trung gian
: Cuộn hút của congtactor cấp điện cho quạt thổi quá trình sấy
: Cuộn hút của congtactor cấp điện cho quạt hút quá trình sấy
: Cuộn hút của congtactor cấp điện cho động cơ quay thùng
: Cuộn hút congtactor cấp điện cho băng tải
ThFT, ThBT, ThFS, ThTQ : Các cặp tiếp điểm thường đóng của rơle nhiệt
: Dùng cho các thiết bị ngoại vi
: Cảm biến tác động biến tần
: Rơle thời gian tác động sau (sau 10 phút)
: Ar cặp tiếp điểm thường hở của rơle cảm biến độ ẩm]
: Lần lượt là cuộn hút rơle trung gian tác động biến tần gảim tải quạt thổi, băng tải
