Phương pháp sấy thăng hoa Được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vậy sấy nhờ quá trình thă
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SẤY
Vật liệu sấy
Theo số liệu của Tổng Cục thống kê, hàng năm tổng sản lượng ngô khoảng 5 triệu tấn/năm Ngô là một trong hàng hóa nông sản chính của thị trường ngũ cốc thế giới Ngô là nguồn giàu vitamin B, C, khoáng chất và chất xơ đem lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Nhưng ngô là thực phẩm khó bảo quản lâu.Với kỹ thuật sấy ngô có thể bảo quản nguyên liệu được lâu hơn và chế biến được nhiều món ăn hơn
Hiện nay vẫn còn nhiều hình thức sấy thực phẩm truyền thống như đốt củi, treo mái nhà và phơi nắng Với những kỹ thuật đó còn bị phụ thuộc nhiều vào thời tiết, môi trường Không an toàn thực phẩm, bảo vệ môi trường
Từ xa xưa cho đến hiện nay, nhiều vùng trồng ngô ở Việt nam thường áp dụng phương pháp làm khô truyền thống Các phương pháp này làm khô hạt ngô một cách tự nhiên đơn giản, tận dụng được lao động, có đầu tư ban đầu thấp Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là tốn nhiều diện tích, lâu khô, phụ thuộc vào thời tiết Nếu gặp thời tiết bất lợi, mưa dài ngày thì ngô dễ bị hỏng gây tổn thất lớn Hiện nay các phương pháp này trong thực tế chỉ phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ lẻ, tại những vùng sản xuất lớn ngô hàng hóa, sau khi thu hoạch ngô từ ngoài đồng về, nếu không làm khô kịp thời, ngô rất dễ bị ẩm mốc, hư hỏng Do vậy phải sử dụng các thiết bị sấy để khắc phục những hạn chế trên và đảm bảo chất lượng hạt Sấy làm cho độ ẩm của thực phẩm thấp, bề mặt ngoài hẹp, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật cũng như tiêu diệt vi sinh vật trong quá trình sấy, đảm bảo vệ sinh cho thực phẩm.
Công nghệ sấy
Định nghĩa: Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi Đối tượng của quá trình sấy là các vật chứa ẩm, là những vật có chứa một lượng chất lỏng nhất định Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước Một số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ
- Chi phí vận chuyển giảm do giảm bớt được khối lượng trong khi vận chuyển
- Vốn đầu tư thấp nhất nhưng giữ được những đặc tính tốt đặc trưng của sản phẩm: độ dẻo, giòn, dai, màu sắc hương vị, độ bóng sáng của sản phẩm, không nứt mẻ, cong vênh
- Tăng khả năng bảo quản
Yêu cầu tác động cơ bản đến vật ẩm là:
- Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi
- Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường
Quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thể xảy ra ở bất kì nhiệt độ nào
1 Các phương pháp sấy a Phương pháp sấy đối lưu
Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt b Phương pháp sấy bức xạ
Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại hoặc bức xạ hồng ngoại dải tần hẹp c Phương pháp sấy tiếp xúc
Nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiệp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt d Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần
Nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên e Phương pháp sấy thăng hoa Được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vậy sấy nhờ quá trình thăng hoa f Phương pháp sấy tầng sôi
Nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi và buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và được thoát ra ngoài g Phương pháp sấy sấy phun Được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng
Kết luận: Từ đề bài và điều kiện, chọn phương pháp sấy đối lưu
2 Tác nhân sấy a, Định nghĩa:
Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy
- Gia nhiệt cho vật sấy
- Tải ẩm: Mang ẩm từ bề mặt vào môi trường
- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt b, Các loại tác nhân sấy
Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất Ưu:
- Rẻ, có sẵn trong tự nhiên, có thể dùng hầu hết cho các loại sản phẩm
- Không làm ô nhiễm sản phẩm
- Cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt không khí( calorife khí-hơi hay khí-khói)
- Nhiệt độ không khí để sấy không thể quá cao.( Thường < 500 độ C) Vì nếu nhiệt độ cao hơn làm ảnh hưởng lớn đến thiết bị nên phải sử dụng các vật liệu như thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao
- Phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng chục đến hàng nghìn độ C
- Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt
- Vốn đầu tư thấp do không yêu cầu calorife
- Giảm tiêu hao điện năng do giảm trở lực hệ thống
- Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của hệ thống
- Có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy
- Chỉ dùng cho các vật liệu không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, 1 số loại hạt có vỏ
- Có thể gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không cần thiết ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm sấy không ổn định nhất là hệ thống sấy đối lưu tự nhiên (không có quạt cưỡng bức)
- Khó điểu chỉnh nhiệt độ sấy cho chính xác
• Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước
- Dùng khi cần có độ ẩm tương đối 𝝋 cao
- Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy là chất dễ cháy nổ
Kết luận: Từ đề bài và điều kiện, chọn không khí ẩm
Mục đích: để gia nhiệt cho không khí
+ Thiết bị gọn nhẹ, sạch sẽ
+ Dễ điều chỉnh nhiệt độ của tác nhân
• Nhiên liệu ( than, củi,…) (calorife khí - khói)
+ Rẻ, thiết bị đơn giản
+ Khó điều chỉnh nhiệt độ tác nhân
• Hơi nước (dùng calorife khí - hơi)
+ Khó điều chỉnh nhiệt độ tác nhân
→ Chọn nguồn nhiên liệu calorife hơi nước để phù hợp với điều kiện thực tế
Thiết bị sấy
• Thiết bị sấy đối lưu
Sử dụng phương pháp truyền nhiệt đối lưu :
- Tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấp năng lượng cho vật liệu sấy và mang ẩm thoát ra từ vật liệu sấy thải vào môi trường Thường sử dụng không khí nóng hoặc khói lò
- Thường dùng để sấy các vật liệu dạng cục, hạt với năng suất không lớn lắm
- Làm việc theo chu kì
- Buồng sấy có thể làm bằng thép tấm 2 lớp, giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không
- Dung lượng: Từ mấy dm 3 ->mấy m 3 , nhỏ
- Tác nhân sấy: Thường là không khí nóng hoặc khói lò
Không khí được đốt nóng nhờ calorife điện hoặc calorife khí-khói Calorife đc đặt dưới các thiết bị đỡ vật liệu hoặc 2 bên sườn buồng sấy
- Cấu tạo đơn giản dễ vận hành không yêu cầu mặt bằng lớn nhưng năng suất không cao, khó cơ giới hóa, vốn đầu từ không đáng kể, do đó thiết bị buồng sấy thích hợp với các xí nghiệp bé, lao động thủ công là chính, chưa có điều kiện kinh phí để xây dựng các thiết bị sấy khác có năng suất cao, dễ cơ giới hóa
- Sấy vật liệu dạng cục hạt, với năng suất cao và dễ dàng cơ giới hóa
- Khác với sấy buồng sấy từng mẻ, thiết bị sấy hầm vật liệu sấy được đưa vào và lấy ra gần như liên tục
- Hầm sấy thường dài từ 10-15m hoặc lớn hơn, xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không
- Thiết bị chuyền tải thường là xe goong hoặc băng tải
- Tác nhân sấy: Chủ yếu là không khí nóng
- Calorife dùng để gia nhiệt cho không khí thường là calorife khí- hơi hoặc khí- khói, tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu là hơi nước hay khói lò, thường được bố trí trên nóc hầm sấy Có 2 cách đưa tác nhân sấy hầm từ trên xuống hoặc đưa vào từ 2 bên
-Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm:
+ Hệ thống máy sấy gồm calorifer hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác
+ Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy (đặc điểm này khác với các thiết bị sấy buồng và hầm) Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồng lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các bề mặt đó Vì vậy trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần: thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó
+ Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gàu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc zích zắc trong tháp sấy Để tăng năng suất thiết bị ngoài phương pháp mở rộng dung lượng của tháp thì ở một mức độ đáng kể người ta còn tìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt Tốc độ này có thể từ 0.2 ÷ 0.3m/s đến 0.6 ÷ 0.7 m/s hoặc lớn hơn Tuy nhiên, tốc độ tác nhân khi ra khỏi ống góp kênh thải theo kinh nghiệm không nên vượt quá 6m/s để tránh hạt bị cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm (đọng lại trong các đoạn ống, dẫn đến quạt thải…)
- Các loại máy sấy tháp phổ biến:
• Máy sấy tháp tam giác
• Máy sấy tháp hình thoi
- Là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu, …
- Đặc điểm khác với sấy buồng và sấy hầm là các kênh thông gió nóng và các kênh thải ẩm được bố trí xen kẽ ngay trong lớp vật liệu sấy Tác nhân sấy từ kênh gió nóng luồn lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình sấy rồi nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài
→Trong thiết bị sấy tháp nhiệt lượng vật liệu sấy gồm có hai thành phần:
- Thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối hạt
-Thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó
-Hệ số truyền nhiệt giữa tác nhân và lớp hạt có thể xác định bằng công thức thực nghiệm của V.W
Kết cấu và cách bố trí các kênh dẫn và kênh thải ẩm có một ý nghĩa đặc biệt đến sự dịch chuyển cuả lớp hạt và độ sấy đồng đều của sản phẩm Nói cách khác, nó góp phần tăng năng suất thiết bị và nâng cao chất lượng sản phẩm, Kết cấu và cách bố trí các kênh dẫn và thải tác nhân có thể thực hiện theo sơ đồ sau
Cấu tạo của máy sấy tháp
Thông số cơ bản của 1 thiết bị sấy tháp
(Sấy / Sức chứa) kg 4,000 ~ 20,000 kg
Quạt Kiểu Quạt Quạt hướng trục Đường kính mm hút ứ650
Lò đốt Lò đốt trấu tự động HSHF-25S
Công suất yêu cầu KW 3PHASE 220V 380V ( 12.55KW)
Công suất đề nghị 3PHASE 220V 380V (Trên 13KW)
Thông số quá trình sấy
Thời gian sấy một pass Phút 60 (Tốc độ nhanh)/ 80 (Tốc độ chậm)
Các thiết bị an toàn và thiết bị phụ trợ
Van điều chỉnh áp suất gió, bộ tự động điều khiển nhiệt, nam châm tách từ, bộ đếm và hiển thị thời gian, cảnh báo sự cố, hệ thống hiển thị, cảm biến đầy, bộ tự động dò tìm ẩm độ, bộ ngăn ngừa nguy cơ cháy
• Thiết bị sấy thùng quay
-Thiết bị sấy thùng quay cũng là một thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng hạt hoặc bột nhão, cục nhưng có thể có độ ẩm ban đầu lớn, và khó tự dịch chuyển nếu dùng thiết bị sấy tháp
Phần chính của thiết bị sấy thùng quay là một trụ tròn đặt nằm nghiêng một góc với mặt phẳng Độ điền đầy của vật liệu sấy trong thùng tùy theo cấu tạo và vật liệu sấy.Có thể đạt trong khoảng
Tác nhân sấy chủ yếu trong thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng hoặc khói lò Nó có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu sấy
Tốc độ tác nhân sấy trong thiết bị thường không nên vượt quá 2-3m/seek
Thiết bị thùng quay không nên làm việc ở áp suất dương
• Thiết bị sấy khí động
Thường để dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ, xốp như than cám, cỏ, hoặc rau băm nhỏ, các tinh thể,…
Tác nhân sấy chủ yếu dùng là không khí nóng hoặc khói lò
Phần chính là một ống thẳng,vật liệu sấy được không khí nóng hoặc khói lò cuốn từ dưới lên trên và dọc theo ống
Tốc độ tác nhân phụ thuộc vào chủng loại vật liệu sấy, kích thước, khối lượng riêng của hạt, có thể đạt tới 10-40m/seek
Nhược điểm: Tiêu tốn năng lượng lớn, nhất là điện dùng cho quạt, điều kiện vệ sinh công nghiệp khó thực hiện tốt và có khả năng gây nguy hiểm nếu vật liệu có thể gây cháy hoặc nổ
• Thiết bí sấy tầng sôi
Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt, cục Ưu điểm:
- Cường độ sấy rất lớn, có thể đạt hàng trăm kg ẩm/m 3
- Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đều
- Tiêu tốn năng lượng rất lớn để tạo ra áp lực đáng kể để duy trì trạng thái
Chuyên dùng để sấy các dịch thể Sản phẩm sấy dùng để sấy dạng bột hòa tan như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, café tan, …
Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, là một tháp hình trụ
Dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa vào qua vòi phun cùng với tác nhân tạo thành sương mù và quá trình sấy được thực hiện
→ Kết luận: Từ đề bài và điều kiện ta chọn thiết bị sấy tháp
Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy
Quá trình sấy xảy ra 3 giai đoạn
-Giai đoạn làm nóng vật
-Giai đoạn sấy tốc độ không đổi
- Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần
1 Giai đoạn làm nóng vật
Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho đến khi nhiệt độ đạt đến bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt ( 𝑡 ư ) Trong quá trình này, toàn bộ vật sấy được gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí buồng sấy( 𝑡 ư ) Do được làm nóng nên nhiệt độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần từ nhiệt độ ban đầu cho đến khi bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Tuy vậy sự tăng nhiệt độ xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạt tới 𝑡 ư chậm hơn Đối với những vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xẩy ra rất nhanh
2 Giai đoạn tốc độ sấy không đổi
Kết thúc giai đoạn nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật,ẩm lỏng bên trong vật sẽ truyền ra ngài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật không đổi, nên chênh lệch nhiệt độ vật và môi trường cũng không đổi Do vậy tốc độ bay hơi ẩm của vật cũng không thay đổi Điều này sẽ làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm của vật theo thời gian( 𝜕𝑢
𝜕𝜏 ) không đổi, cũng có nghĩa là tốc độ sấy không đổi:
𝜕𝜏 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Trong giai đoạn sấy tốc độ không dổi biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính Ẩm được thoát ra trong gia đoạn này là ẩm tự do Khi độ ẩm của vật đạt đến trị số giới hạn 𝑢 𝑘=𝑢 𝑐𝑏𝑚𝑎𝑥 thì giai đoạn có tốc độ sấy không đổi kết thúc.Đồng thời cũng chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyến sang giai đoạn tốc độ sấy giảm
3 Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần
Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn so với ẩm tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ ( liên kết càng chặt) Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cân bằng ứng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy (𝑢 𝑐𝑏, 𝜔 𝑐𝑏 ) thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại có nghĩa là tốc độ sấy bằng không( 𝜕𝑢
𝜕𝜏 = 0) Trong khi giai đoạn sấy tốc độ giảm nhiệt độ sấy tăng lên lớn hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt Nhiệt độ ở các lớp bên ngoài mặt tăng nhanh hơn còn càng sâu vào bên trong vật nhiệt độ tăng chậm do đó hình thành gradient nhiệt độ trong vật sấy Khi độ ẩm của vật đã đến độ ẩm cân bằng thì lúc này giữa vật sấy và môi trường có sự cân bằng nhiệt và ẩm Ở cuối quá trình sấy do tốc độ sấy nhỏ nên thời gian sấy kéo dài Người ta sấy đến độ ẩm cuối 𝑢 2 (𝜔 2 ) lớn hơn độ ẩm cân bằng.
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
Chọn sơ bộ kết cấu
• Gồm 2 vùng sấy và 1 vùng làm mát
Kết cấu bên trong tháp có các kênh dẫn và kênh thải xen kẽ nhau và xếp sole
Chọn chế độ sấy
➢ Nhiệt độ TNS vào các vùng sấy trong hệ thống tháp sấy đối với các loại hạt ngô, lúa… Vào khoảng 45-90°C Do đó ta chọn và phân bố nhiệt độ TNS vào các vùng như sau:
➢ Nhiệt độ của TNS ra khỏi các vùng:
➢ Nhiệt độ vào và ra khỏi các vùng của vật liệu sấy: chọn nhiệt độ vào và ra khỏi các vùng của VLS theo nguyên tắc: nhiệt độ vào vùng sau bằng nhiệt độ ra vùng trước, trong đó nhiệt độ ra của các vùng sấy theo nhiệt độ TNS bằng quan hệ: tv2i= t2i – (5- 10°C) Theo nguyên tắc đó ta có:
- Vùng sấy 2: tv12 =tv21 = 35°C, tv22 = 50°C
- Vùng làm mát: tv13 =tv22 P°C, tv23 = 40°C
➢ Nhiệt độ cho phép đốt hat: nếu xem thời gian sấy trong 1 vùng bằng nửa thời gian sấy tổng thỡ τ1 = τ2= 1/2τ = ẵ 6 = 3h
Tính nhiệt độ cho phép đốt hạt trong các vùng bằng công thức: th = 2.218 – 4,343ln τ + 23.5
Tính cân bằng ẩm cho từng vùng
Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ:
Với vùng sấy thứ nhất:
Khi đó khối lượng VLS ra khỏi vùng sấy thứ nhất 𝐺 21 :
Do 𝐺 21 = 𝐺 12 = 951,22 kg/h nên với vùng sấy thứ hai:
Khối lượng VLS ra khỏi vùng sấy thứ hai hay khối lượng VLS đi vào buồng làm mát 𝐺 22 bằng:
Do 𝐺 22 =𝐺 13 = 917 kg/h nên lượng ẩm cần bốc hơi trong vùng làm mát 𝑊 3 :
Lượng VLS ra khỏi buồng làm mát 𝐺 23 :
Các quá trình sấy thông qua đồ thị I-d
Biểu diễn quá trình sấy của 2 vùng thông qua đồ thị hình vẽ dưới đây
Ta có thể biểu diễn quá trình sấy của hai vùng thông qua đồ thị hình vẽ dưới đây: a) Vùng sấy thứ nhất b) Vùng sấy thứ hai
Nút (0) ≡ (01): Trạng thái không khí môi trường ngoài trời
Nút (11): Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt trong vùng sấy thứ nhất Nút (21):
Trạng thái không khí sau khi sấy trong vùng sấy thứ nhất Trạng thái không khí môi trường ngoài trời
Nút (12): Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt trong vùng sấy thứ hai Nút (22): Trạng thái không khí sau khi sấy trong vùng sấy thứ hai
Quá trình (01) – (11): Quá trình gia nhiệt cho vùng sấy thứ nhất (d = const)
Quá trình (11) – (21): Quá trình sấy LT của vùng sấy thứ nhất (I = const)
Quá trình (02) – (12): Quá trình gia nhiệt cho vùng sấy thứ hai (d = const)
Quá trình (12) – (22): Quá trình sấy LT của vùng sấy thứ hai (I = const).
Quá trình sấy lý thuyết
Ta có các công thức tính áp suất bão hòa của hơi nước, lượng chứa ẩm, entanpy như sau: Công thức tính áp suất bão hòa của hơi nước:
235,5+𝑡) Công thức tính độ chứa hơi: d = 0,621 𝑃 ℎ𝑚𝑎𝑥 φ
𝑃 ℎ𝑚𝑎𝑥 : là áp suất bão hòa của hơi nước [bar] t: là nhiệt độ môi trường [ o C] d: là độ chứa hơi của không khí [kg ẩm/kgkk] φ: là độ ẩm tương đối của không khí [%]
I∶ là entanpy của không khí [kJ/kgkk]
1 Trạng thái không khí ngoài trời
Dựa vào công thức ta tính được áp suất bão hòa tương ứng với 𝑡 0 = 30°C bằng
235,5+30) = 0,0422 (bar) Độ chứa ẩm d0 tính theo công thức: d0= 0,621 0,85.0.0422
Khối lượng riêng của không khí ngoài trời là:
2 Tính toán ở vùng sấy thứ nhất
2.1 Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt trong vùng sấy thứ nhất
Nhiệt độ không khí sau gia nhiệt t11`°C Do đây là quá trình cấp nhiệt cho không khí trước khi vào vùng sấy thứ nhất nên độ chứa hơi của không khí không đổi, ta có : d11= d0= 0,0231 kg ẩm/kgkk
I11 = 1,004.60+0,00231.(2500+1,842.60) = 120,548 (kJ/kgkk) Áp suất bão hòa tại điểm 11 có t11= 60°C có:
235,5+60) = 0,1968 (bar) Độ ẩm tương đối được xác định là:
Khối lượng riêng của không khí sau khi gia nhiệt là:
2.2 Trạng thái không khí sau khi sấy trong vùng sấy thứ nhất
Quá trình sấy lý thuyết 11-21 là quá trình entanpi không đổi I21= I11= 120,548 kJ/kgkk Theo công thức ta xác định được dung ẩm của không khí d21 sau khi đi ra khỏi vùng sấy thứ nhất với t21= 40°C là: d21= 141,033−1,004.50
Phân áp suất hơi bão hòa max của không khí khi ra khỏi vùng sấy thứ nhất:
235,5+50) = 0,0732 (bar) Độ ẩm tương đối được xác định là:
(0,621+0,271).0,1221 100% = 65,45 % Khối lượng riêng của không khí sau khi gia nhiệt là:
2.3 Lượng TNS lý thuyết cần thiết để bốc hơi một kg ẩm của vùng thứ nhất
Lượng nhiệt cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm của vùng thứ nhất: l1= 1
0,0313−0,0231 = 122,96 kg/kg ẩm Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi W1 kg ẩm của vùng thứ nhất:
Lượng không khí ẩm cần cấp cho vùng thứ nhất:
Nhiệt lượng cần cấp cho vùng thứ nhất:
3 Tính toán của vùng sấy thứ hai
3.1 Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt trong vùng sấy thứ hai
Nhiệt độ không khí sau gia nhiệt t12°C Do đây là quá trình cấp nhiệt cho không khí trước khi vào vùng sấy thứ hai nên độ chứa hơi của không khí không đổi, ta có : d12= d0= 0,0231 kg ẩm/kgkk
I12 =1,004.90+0,0231.(2500+1,842.90)= 151,94 (kJ/kgkk) Áp suất bão hòa tại điểm 12 có t12= 90°C có:
235,5+90) = 0,6908 (bar) Độ ẩm tương đối được xác định là:
Khối lượng riêng của không khí sau khi gia nhiệt là:
3.2 Trạng thái không khí sau khi sấy trong vùng sấy thứ hai
Quá trình sấy lý thuyết 12-22 là quá trình entanpi không đổi I22= I12= 151,94 kJ/kgkk Theo công thức ta xác định được dung ẩm của không khí d21 sau khi đi ra khỏi vùng sấy thứ hai với t21= 60°C là: d22= 151,94 −1,004.60
Phân áp suất hơi bão hòa max của không khí khi ra khỏi vùng sấy thứ hai:
235,5+60) = 0,1968 (bar) Độ ẩm tương đối được xác định là:
Khối lượng riêng của không khí sau khi gia nhiệt là:
3.3 Lượng TNS lý thuyết cần thiết để bốc hơi một kg ẩm của từng vùng thứ hai
Lượng nhiệt cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm của vùng thứ hai: l2 = 1
0,0351 − 0,0231 = 83,15 (kg/kg ẩm) Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi W1 kg ẩm của vùng thứ hai:
Lượng không khí ẩm cần cấp cho vùng thứ hai:
0,0351 − 0,0231.(1 + 0,0271) = 2855,92 (kg/h) Nhiệt lượng cần cấp cho vùng thứ hai:
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
Tính các tổn thất nhiệt
a Tổn thất nhiệt do VLS mang đi Để tính năng lượng này, trước hết ta tính nhiệt dung riêng Cvi của Thóc khi ra khỏi hai vùng sấy
Với Ca là nhiệt dung riêng của nước
Nếu Ck=1,55 kJ/kg thì nhiệt dung riêng của VLS ra khỏi hai vùng sấy tương ứng là:
Cv2 = 1,55 + (4,1868 −1,55).0,15 = 1,94 (kJ/kg) Khi đó, nhiệt lượng tổn thất do VLS mang đi khỏi hai vùng sấy:
Qv2 = (tv22−t0).G22Cv2 = (55−30).917,65.1,95 = 35706,014 (kJ/h) hay qv1 = 𝑄 𝑣1
33,57 = 1063,629 (kJ/kg ẩm) b Tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh
Như chúng ta đã biết tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh tính theo công thức: q = k.F.∆t
W Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt k = 1 1
𝛼2 Để xác định tổn thất này ta cần tính diện tích xung quanh tháp sấy:
Theo kinh nghiệm ta chia chiều cao của tháp theo các vùng với tỉ lệ Vùng sấy
1/Vùng sấy 2/ Vùng làm mát = 1.5/1/1
Do đó diện tích xung quanh của 3 vùng tương ứng là:
F2 = F3 = 37 m² Để tính 𝛼 1 , 𝛼 2 ta xác định sơ bộ tốc độ tác nhân đi trong TBS và tốc độ không khí ngoài TBS Chọn tác nhân trong TBS qua các lớp hạt 0,3 m/s Tốc độ không khí trong gian máy 0,1 m/s
Tường thiết bị sấy ta xây bằng bê tông cốt thép có chiều dày δ=0,25 m và có hệ số dẫn nhiệt là λ = 1,54 (W/m.K) k = 1 1
Nhiệt độ trung bình TNS của 2 vùng sấy tương ứng được tính theo công thức sau:
Vì vậy tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh cho 2 môi trường tương ứng là qm1 = 1
Xây dựng quá trình sấy thực
1 Tính giá trị Δ Δ = Cat0 – (qv – qmt) Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có
Thay Ca = 4,186 KJ/KgK, t0 = 30 0 C, qv=qmt, qv=qmti ta tìm được giá trị Δ của hai vùng sấy bằng:
Xác định thông số sau quá trình sấy thực
Cũng như các TBS đối lưu khác, từ I1i và I2i và ∆i (i = 1,2) chúng ta hoàn toàn xác định được trạng thái TNS sau quá trình sấy thực Ci (i = 1,2) Nếu tính bằng giải tích ta được
2 Lượng chứa ẩm của TNS ra khỏi vùng sấy thực d 2i
2573,68 +199,548 = 0,0306 kg ẩm/kg kk với i21 = 2500 + 1,842.t21 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 (kJ/kgkk) d22t = d12 + 𝐶 𝑑𝑥2 (𝑡 12 − 𝑡 22 )
2610,52 + 1169,132 = 0,0314 kg ẩm/ kg kk với i22 = 2500 + 1,842.t22 = 2500 + 1,842.60 = 2610,52 (kJ/kgkk)
3 Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối của TNS ra khỏi hai vùng sấy tương ứng bằng:
5 Thể tích TNS trung bình ở các vùng sấy
Từ phụ lục trên ứng với độ ẩm tương đối và nhiệt độ đã biết ta tìm được:
Vùng sấy 1: Với t11 = 60 o C và 𝜑 11 = 18,22% ta được v11 = 0,997 m 3 /kgkk
Với t21 = 50 o C và 𝜑 21 = 65,45% ta được v21 = 1,015 m 3 /kgkk
Vùng sấy 2: Với t12 = 90 o C và 𝜑 12 = 5,19% ta được v12 = 1,092 m 3 /kgkk
Với t22 = 60 o C và 𝜑 22 = 27,21% ta được v22 = 1,014 m 3 /kgkk
Do đó, thể tích trung bình của TNS trong các vùng bằng:
Tổng nhiệt lượng cần thiết q: q1 = l1.(I11 - I0) = 1
Nhiệt lượng có ích q11 q11 = i21 – Catv11 = 2573,68 – 4,1868.30 = 2448,076 (kJ/kg ẩm)
Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q21: q21 = I1.Cdx1.(t21 – t0) = 1
Tổng lượng nhiệt tổn thất và có ích 𝑞 1 ′ :
Về nguyên tắc 𝑞 11 ′ phải bằng q1 Tuy nhiên do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn và do nhiều nguyên nhân khác, chẳng hạn chúng ta chọn tốc độ TNS trong các vùng sấy ω = 0,3 m/s nhưng không thể kiểm tra lại Do đó, chúng ta phạm phải sai số tuyệt đối ∆q và sai số tương đối ε: ε = |𝑞 1 −𝑞 1 ′ |
4186,27 =0,407 % Như vậy mọi tính toán có thể chấp nhận được
Từ tính toán trên, ta lập được bảng cân bằng nhiệt cho vùng sấy 1 như sau:
Bảng cân bằng nhiệt vùng sấy 1
STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị, kJ/kg ẩm %
3 Tổn thất do VLS qv1 197,403 4,715
4 Tổn thất ra môi trường qm1 127,749 3,052
5 Tổng nhiệt lượng tính toán 𝑞 1 ′ 4169,228 99,593
7 Tổng nhiệt lượng cần thiết q1 4186,27 100
Tính toán tương tự như vùng sấy 1, ta cũng sẽ thiết lập được bảng cân bằng nhiệt cho vùng sấy 2 như sau:
Bảng cân bằng nhiệt vùng sấy 2
STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị, kJ/kg ẩm %
3 Tổn thất do VLS qv2 1063,629 14,059
4 Tổn thất ra môi trường qm2 231,107 3,055
5 Tổng nhiệt lượng tính toán 𝑞 2 ′ 7563,989 99,98
7 Tổng nhiệt lượng cần thiết q2 7565,542 100
7 Tính toán vùng làm mát
7.1 Tính thông số không khí trong buồng làm mát
Nhiệt lượng VLS nhả ra cho không khí trong buồng làm Q3 Trước hết chúng ra tính nhiệt dung riêng trung bình CV3:
Cv3 = Ca ωtb3 + (1 - ωtb3).Ck = 4,1868.0,145 + (1 - 0,145).1.55
Do đó, nếu lấy nhiệt độ VLS vào tv13 = (t22 – 10) o C = 50 o C và nhiệt độ VLS ra khỏi buồng làm mát tv23 = 40 o C thì nhiệt lượng Q3 bằng:
Q3 = G23.Cv3.(tv13 - tv23) = (G13 – W3)Cv3(tv13 - tv23) (kJ/h)
Rõ ràng nếu bỏ qua nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh kết cấu bao che của buồng làm mát ta có:
7.2 Tính thông số không khí sau buồng làm mát
Nếu lấy nhiệt độ không khí ra khỏi buồng làm mát t23 = 35 o C thì trạng thái C3 của không khí ra khỏi buồng làm mát hoàn toàn xác định
Cdx(d0) = 1,004 + 1,842 d0 = 1,004 + 1,842 0,0231 = 1,047 [kJ/kg.K] i23 = 2500 + 1,842.t23 = 2500 + 1,842.35 = 2564,47 (kJ/kgKK) Độ ẩm tương đối 𝜑 23 bằng
235,5 +35) = 0,0558 Lượng không khí cần thiết cho quá trình làm mát
Thể tích trung bình của không khí trước và sau buồng làm mát: Từ (t0, 𝜑 0 ) và (t23,
𝜑 23 ) ta được v0 = 0,902 (m 3 /kgkk) và v23 = 0,938 (m 3 /kgkk) Khi đó thể tích trung bình V3 là:
LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH
CHỌN DẠNG BỐ TRÍ KÊNH DẪN, KÊNH THẢI
Chúng ta chọn cách bố trí và kích thước các kênh dẫn kênh thải như hình dưới đây
Hình bố trí hệ thống kênh dẫn, kênh thải
Do đó trên một tiết diện ngang ta có thể bố trí được 10 hàng và theo chiều cao 64 hàng Ở vùng sấy 1 ta đặt 28 hàng theo chiều cao gồm 14 hàng thuộc kênh dẫn và
14 hàng thuộc kênh thải xen kẽ nhau Ở vùng sấy 2 ta có 18 kênh trong đó 9 kênh dẫn và 9 kênh thải Để đảm bảo diều kiện tác nhân vào kênh thải không nên vượt quá 6 m/s trong buồng làm mát ta đặt 18 kênh trong đó có 9 kênh dẫn và 9 kênh thải
Từ cách bố trí và chọn kích thước các kênh như bên trên, ta có thể tính được tốc độ của TNS đi trong kênh:
Diện tích 10 kênh trên một tiết diện ngang Fh:
Fh = 10 [0,5 (65 100) + (60 100)] = 92500 [mm 2 ] ≈ 0,0925 [m 2 ] Tổng diện tích các kênh dẫn hoặc kênh thải ở vùng sấy 1:
F1 = 14 Fh = 14.0,0925 = 1,295 [m 2 ] Tổng diện tích các kênh dẫn hoặc kênh thải ở vùng sấy 2 F2 cũng như của vùng làm mát F3:
F2 = F3 = 9 Fh = 9.0,0925= 0,8325 [m 2 ] Khi đó, tốc độ TNS đi trong các kênh của các vùng wi (i = 1, 3) tương ứng là:
→ Nhận xét: Tốc độ trong các kênh đều thỏa mãn điều kiện kinh nghiệm w < 6 m/s.
THIẾT KẾ CALORIFER
Với yêu cầu sản phẩm sấy, tính toán kĩ thuật, ta chọn thiết kế cho hai vùng sấy, mỗi vùng một calorifer kiểu khí – hơi ống cánh, có hơi nước áp suất cho vùng sấy 1 là 2 bar, cho vùng sấy 2 là 3,5 bar đi trong ống và TNS là không khí chuyển động đi bên ngoài chùm ống nhận nhiệt để đáp ứng yêu cầu nhiệt độ đề ra
2.1 Thiết kế Calorifer cho vùng sấy 1
• Công suất nhiệt của calorifer
Q n1 là nhiệt cấp cho vùng sấy 1 ղ c là hiệu suất nhiệt của calorifer
• Lượng tiêu hao hơi nước ở calorifer
D 1 = Q c1 i h1 − i 1 ′ Trong đó: i h1 là entanpy của hơi nước vào calorifer Đây là hơi bão hòa khô ở áp suất 2 bar Vậy ta tra bảng nước và hơi nước bão hòa có i h1 = i 1 " = 2707 [kJ/kg] i 1 ′ là entanpy của hơi nước bão hòa, i 1 ′ = 504,8 [kJ/kg]
• Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorifer
Chọn ống thép dẫn hơi có: d2/d1 = 22/20 mm; 𝜆 = 110 W/m.K
Chùm ống được xếp so le với bước ống bước ngang, bước ống dọc được xác định:
Cánh tròn được gắn ngoài ống làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λc = 110 W/m.K, chiều dày cánh là 𝛿c = 1 mm, đường kính cánh là dc = 39mm, bước cánh là sc = 1 mm, chiều cao cánh h = d c − d 2
Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là:
F 2 : Bề mặt truyền nhiệt phía có cánh [m 2 ] k F t 2 : Hệ số truyền nhiệt ứng với diện tích mặt ngoài làm cánh F 2 [W/m 2 K]
∆t tb : Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit [ o C hoặc K] Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit được xác định theo công thức:
Trong đó: t s - nhiệt độ bão hòa của hơi nước ở áp suất 4 bar, t s = 120,23℃ t k1 - nhiệt độ không khí vào calorifer, t k1 = t 0 = 30 o C t k2 - nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer, t k2 = 60 o C
Hệ số truyền nhiệt ứng với diện tích mặt ngoài làm cánh F 2 được xác định theo công thức: k F 2 = εc 1 α1 + 𝛿
Trong đó: ε c là hệ số làm cánh, với cánh tròn thì được xác định qua biểu thức: ε c = 1 + d c 2 −d 2 2
2.20.3 = 9,642 α 1 là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của hơi ngưng với bề mặt trong của ống [W/m 2 K]
Với hơi nước bão hòa ngưng ở nhiệt độ t N = 120,23℃ Ta tra bảng thông số vật lý của nước ngưng bão hòa được: λ = 68,6.10 −2 W/m.K; 𝜌 = 943,37 kg/m 3 ; r = 2201,36 kJ/kg; 𝜗 = 0,2516.10 −6 m 2 /s
Tốc độ hơi đi trong ống:
Khi đó, ta có hệ số trao đổi nhiệt của hơi ngưng trong ống được xác định theo công thức:
[W/m 2 K] (4-1) Δt N = t N − t W1 là độ chênh nhiệt độ giữa hơi ngưng với nhiệt độ vách trong của ống, do α 1 rất lớn nên Δt N rất nhỏ Giả thiết Δt N = 1,6K sau đó ta phải kiểm tra lại giả thiết này
Tra thông số vật lý ở 𝑡 𝑓 = 𝑡 𝑁 −∆𝑡 𝑁 +𝑡 𝑁
Thay số vào công thức (4-1) ta có:
• Tính α 2 α 2 là hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống được xác định: α 2 = α c η s Với α c là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh được xác định: α c = C λ kk d 2 Re 0,625 ( F 2
C = 0,45 cho chùm ống so le
Tiêu chuẩn Reynoild được xác định: Re = ω.d 2 υ (4-3) Tốc độ không khí tại khe hẹp của cánh được xác định qua biểu thức: ω = ω 0
Chọn tốc độ của TNS (không khí) đi vào calorifer là ω 0 = 1,3 m/s
Thay vào công thức (4-4) ta xác định được: ω = 1,3
Nhiệt độ trung bình của không khí qua calorifer: tk = 0,5.(30 + 60) = 45℃
Tra bảng các thông số vật lý của không khí ta được: λ = 2,795.10 −2 W/m.K; 𝜌 = 1,1105 kg/m 3 ; 𝜐 = 17,455 10 −6 m 2 /s; Pr = 0,6985
Thay vào công thức (4-3) ta xác định được:
Re = 4,216 0,022 17,455.10 −6 = 5313,778 Diện tích mặt ngoài phần không cánh với chiều dài 0,6m:
Số cánh trên chiều dài 0,6m ống là: n c = l
Khoảng hở thông thủy giữa 2 cánh là: t = s c − δ c = 3 − 1 = 2 [mm]
Diện tích mặt ngoài phần không chứa cánh là:
4 ) 200 = 0,3258 [m 2 ] Tổng diện tích mặt ngoài ống có cánh là:
F 2 = F 0 + F c = 0,0276 + 0,3258 = 0,3534 [m 2 ] Thay vào công thức (4-2) ta có hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh là: α c = 0,45 2,795.10 −2
Hệ số hiệu quả làm cánh: η S = 1 − (1 − η c ) F c
Hiệu suất cánh η c được tra trên đồ thị theo: d C d 2 = 39
Tra đồ thị tài liệu [9] ta được η C = 0,96
Thay vào công thức (4-5) ta xác định được: η S = 1 − (1 − 0,96) 0,922 = 0,9631
⇒ α 2 = α C η S = 46,883 0,9631 = 45,15 [W/m 2 K] Trong thực tế, ta phải kể tới bám bụi bẩn ở cánh, đóng cặn của hơi nước bên trong ống ta có hệ số trao đổi nhiệt tính với hệ số bám bẩn φ = 0,85 là: k F t 2 = k F 2 φ = 42,06 0,85 = 35,751 [W/m 2 K] với Với 𝑘 𝐹 2 = εc 1 α1 + 𝛿 𝜆 𝜀 𝑐 + 1 α2
Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là:
35,751 74,22 ≈ 14,914[m 2 ] Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt trong của các ống là:
9,642 ≈ 1,547 [m 2 ] Với chiều dài ống đã chọn ở trên là l = 0,4m ta có tổng số các ống n là: n = F 1 π.d 1 l = 1,547 π.0,02 0,4 ≈ 61,55 [ống] → Chọn n = 63 [ống]
Số ống trong 1 hàng ống là: m = n z = 63
7 = 9 [ống] với z là số hàng ống, z = 7
Chiều cao của bộ sấy không khí là: b ≈ m.s1 = 9 40 = 360 [mm] = 0,36 [m]
Chiều ngang của bộ sấy không khí là: c ≈ z.s2 = 7 35 = 245 [mm] = 0,245 [m]
Chiều dài của bộ sấy không khí bằng chiều dài ống: l = 0,4 [m]
2.2 Thiết kế Calorifer cho vùng sấy 2
• Công suất nhiệt của calorifer
Q n1 là nhiệt cấp cho vùng sấy 2 ղ c là hiệu suất nhiệt của calorifer
• Lượng tiêu hao hơi nước ở calorifer
D 2 = Q c2 i h2 − i 2 ′ Trong đó: i h1 là entanpy của hơi nước vào calorifer Đây là hơi bão hòa khô ở áp suất 3,5 bar Vậy ta tra bảng nước và hơi nước bão hòa có i h2 = i 2 " 2732 [kJ/kg] i 1 ′ là entanpy của hơi nước bão hòa, i 1 ′ = 584,5 [kJ/kg]
• Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorifer
Chọn ống thép dẫn hơi có: d2/d1 = 22/20 mm; 𝜆 = 110 W/m.K
Chùm ống được xếp so le với bước ống bước ngang, bước ống dọc được xác định:
Cánh tròn được gắn ngoài ống làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λc = 110 W/m.K, chiều dày cánh là 𝛿c = 1 mm, đường kính cánh là dc = 39mm, bước cánh là sc = 1 mm, chiều cao cánh h = d c − d 2
Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là:
F 2 : Bề mặt truyền nhiệt phía có cánh [m 2 ] k F t 2 : Hệ số truyền nhiệt ứng với diện tích mặt ngoài làm cánh F 2 [W/m 2 K]
∆t tb : Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit [ o C hoặc K] Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit được xác định theo công thức:
Trong đó: t s - nhiệt độ bão hòa của hơi nước ở áp suất 4 bar, t s = 138,88℃ t k1 - nhiệt độ không khí vào calorifer, t k1 = t 0 = 30 o C t k2 - nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer, t k2 = 90 o C
Hệ số truyền nhiệt ứng với diện tích mặt ngoài làm cánh F 2 được xác định theo công thức: k F 2 = εc 1 α1 + 𝛿
Trong đó: ε c là hệ số làm cánh, với cánh tròn thì được xác định qua biểu thức: ε c = 1 + d c 2 −d 2 2
2.20.3 = 9,642 α 1 là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của hơi ngưng với bề mặt trong của ống [W/m 2 K]
Với hơi nước bão hòa ngưng ở nhiệt độ t N = 138,88℃ Ta tra bảng thông số vật lý của nước ngưng bão hòa được: λ = 68,511.10 −2 W/m.K; 𝜌 = 929,314 kg/m 3 ; r = 2148,136 kJ/kg; 𝜗 = 0,2188.10 −6 m 2 /s
Tốc độ hơi đi trong ống:
Khi đó, ta có hệ số trao đổi nhiệt của hơi ngưng trong ống được xác định theo công thức:
[W/m 2 K] (4-1) Δt N = t N − t W1 là độ chênh nhiệt độ giữa hơi ngưng với nhiệt độ vách trong của ống, do α 1 rất lớn nên Δt N rất nhỏ Giả thiết Δt N = 1,6K
Tra thông số vật lý ở 𝑡 𝑓 = 𝑡 𝑁 −∆𝑡 𝑁 +𝑡 𝑁
Thay số vào công thức (4-1) ta có:
• Tính α 2 α 2 là hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống được xác định: α 2 α c η s
Với α c là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh được xác định: α c = C λ kk d 2 Re 0,625 ( F 2
C = 0,45 cho chùm ống so le
Tiêu chuẩn Reynoild được xác định: Re = ω.d 2 υ (4-3) Tốc độ không khí tại khe hẹp của cánh được xác định qua biểu thức: ω = ω 0
Chọn tốc độ của TNS (không khí) đi vào calorifer là ω 0 = 1,3 m/s
Thay vào công thức (4-4) ta xác định được: ω = 1,3
Nhiệt độ trung bình của không khí qua calorifer: tk = 0,5.(30 + 90) = 60℃
Tra bảng các thông số vật lý của không khí ta được: λ = 2,9.10 −2 W/m.K; 𝜌 = 1,060 kg/m 3 ; 𝜐 = 18,97 10 −6 m 2 /s; Pr = 0,696
Thay vào công thức (4-3) ta xác định được:
Re = 4,216 0,022 18,97.10 −6 = 4638,904 Diện tích mặt ngoài phần không cánh với chiều dài 0,6m:
Số cánh trên chiều dài 0,6m ống là: n c = l
Khoảng hở thông thủy giữa 2 cánh là: t = s c − δ c = 3 − 1 = 2 [mm]
Diện tích mặt ngoài phần không chứa cánh là:
4 ) 200 = 0,3258 [m 2 ] Tổng diện tích mặt ngoài ống có cánh là:
F 2 = F 0 + F c = 0,0276 + 0,3258 = 0,3534 [m 2 ] Thay vào công thức (4-2) ta có hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh là: α c = 0,45 2,9.10 −2
Hệ số hiệu quả làm cánh: η S = 1 − (1 − η c ) F c
` Hiệu suất cánh η c được tra trên đồ thị theo: d C d 2 = 39
Tra đồ thị tài liệu [9] ta được η C = 0,99
Thay vào công thức (4-5) ta xác định được: η S = 1 − (1 − 0,99) 0,922 = 0,991
⇒ α 2 = α C η S = 1411,276 0,991 = 1398,57 [W/m 2 K] Trong thực tế, ta phải kể tới bám bụi bẩn ở cánh, đóng cặn của hơi nước bên trong ống ta có hệ số trao đổi nhiệt tính với hệ số bám bẩn φ = 0,85 là: k F t 2 = k F 2 φ = 425,35 0,85 = 361,55 [W/m 2 K] với Với 𝑘 𝐹 2 = εc 1 α1 + 𝛿
Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là:
361,55 74,92 ≈ 2,717 [m 2 ] Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt trong của các ống là:
9,642 ≈ 0,2818 [m 2 ] Với chiều dài ống đã chọn ở trên là l = 0,6m ta có tổng số các ống n là: n = F 1 π.d 1 l = 0,2818 π.0,02 0,4 = 11 [ống]
Số ống trong 1 hàng ống là: m = n z = 12
4 = 3 [ống] với z là số hàng ống, z = 4
Chiều cao của bộ sấy không khí là: b ≈ m.s1 = 3 40 = 120 [mm] = 0,12 [m]
Chiều ngang của bộ sấy không khí là: c ≈ z.s2 = 4 35 = 140 [mm] = 0,14 [m]
Chiều dài của bộ sấy không khí bằng chiều dài ống: l = 0,4 [m].
TÍNH TOÁN TRỞ LỰC
Hình ảnh sơ bộ của hệ thống sấy
3.1.1 Trở lực a) Trở lực từ quạt tới Calorife
Chọn ống dẫn có đường kính d = 0,2m, chiều dài 2m Với 𝜌kk=1,165 kg/m 3 khối lượng riêng của không ở 30°C
Vận tốc không khí: vk = 4.𝑉 𝑇𝐵𝑇𝑁𝑆 π.d 2 3600 = 4 6543,024
Hệ số nhớt động học của không khí ở 30°C: v = 16.10 -6 m 2 /s
=>Dòng chảy ở chế độ rối λ tính theo công thức Brazuya λ = 0,316
Khối lượng riêng của không khí ở 60°C: 𝜌k = 1,060 kg/m 3 Độ nhớt không khí ở 60°C:𝜇 = 0,0201.10 -3 pas
Vận tốc không khí: vk = 4.𝑉 𝑇𝐵𝑇𝑁𝑆 πD 2 3600 = 4.6543,024
0,0201.10 −3 = 1,94.10 5 < 10 6 =>Dòng chảy ở chế độ rối λ = 0,316
2 = 2,096 N/m 2 c) Trở lực qua ống dẫn
Chiều dài ống dẫn: 3m, ống có đường kính: 0,2m
Khối lượng riêng của không khí ở 60°C: 𝜌k = 1,060 kg/m 3 Độ nhớt không khí ở 60°C:𝜇 = 0,0201.10 -3 pas
Vận tốc không khí đi trong ống: vk = 57,853 m/s
0,0201.10 −3 = 6,1.10 5 < 10 6 =>Dòng chảy ở chế độ rối
tính theo công thức Brazuyca λ = 0,316
2 = 292,69 N/m 2 d) Trở lực trên kênh dẫn kênh thải Đường kính tương đương của 1 kênh:
Nhiệt độ trung bình TNS: tmt = (30+60)/2 = 45 o C
=> Dtd = 0,08m Đường kính tương đương 1 kênh:Dtd = 0,08m
N: tổng số kênh trong buồng làm mát, N = 280 kênh
L: chiều dài kênh, L = 1m vk: vận tốc không khí đi trong kênh, v = 2 m/s
k : khối lượng riêng của không khí ở 45 o C, k = 1,105 kg/m 3
k : độ nhớt không khí ở 45 o C, = 0,01935.10 -3 pas
=> λ tính theo công thức Brazuyca λ = 64
𝑅𝑒 𝜑= 0,007trong đó 𝜑 = 1 đối với ống tròn
=> ∆𝑝 4 = 54,145 N/m 2 e) Trở lực qua lớp hạt
Trong đó: vk: vận tốc TNS đi trong tháp, v = 0,3 m/s dn: đường kính tương đương của ngô, dn = 8 mm
Ho: chiều dày lớp ngô mà không khí đi qua(cũng chính là khoảng cách giữa hai máng) Ho: = 100 mm
Chọn kênh dẫn làm bằng thép có tiết diện dạng hình vuông cạnh= 400 mm, tốc độ không khí đi trong ống:
Công thức tính trở lực ma sát:
Trong đó: λ: Hệ số trở lực ma sát, ta chọn λ = 0,05 l: Chiều dài kênh dẫn [m] dtl: Đường kính thủy lực kênh dẫn [m]
𝜔 k : Tốc độ trung bình của không khí đi trong đoạn kênh dẫn [m/s]
𝜌 0𝑘 : Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn, 𝜌 0𝑘 = 1,293 [kg/m 3 ]
𝑡 k : Nhiệt độ trung bình của không khí trong đoạn kênh dẫn [ o C]
Từ sơ đồ thủy lực, ta tiến hành tính toán trở lực cục bộ cho từng nút của các đoạn kênh dẫn
Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả tính toán trở lực ma sát cho vùng sấy 1 Đoạn 𝜆 l [m] dtl [m] 𝜔 k [m/s] 𝑡̅ 𝑘 [ o C] ∆P ms [Pa]
Tổng 30,65 g Tính trở lực cục bộ
Công thức tính trở lực cục bộ:
Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục bộ ωk: Tốc độ không khí tại vị trí gây ra trở lực [m/s] ρ0k: Khối lượng riêng không khí ở điều kiện chuẩn [kg/m 3 ], 𝜌 0𝑘 = 1,293 [kg/m 3 ]
Từ sơ đồ thủy lực, ta tiến hành tính toán trở lực cục bộ cho từng nút của các đoạn kênh dẫn
Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả tính toán trở lực cục bộ cho vùng sấy 1
Tổng trở lực của vùng sấy 1:
Không khí vào ở nhiệt độ 30 o C: H = 658,858 273+30
Tốc độ 9,2 m/s Áp suất động: 51 Pa điện tiêu thụ 1,1 kW
Hiêu suất 70% Độ ồn của quạt Lw(A) = 90dB(A)
3.2.1 Trở lực a) Trở lực từ quạt tới Calorife
Chọn ống dẫn có đường kính d = 0,2m, chiều dài 2m Với 𝜌kk=1,165 kg/m 3 khối lượng riêng của không ở 30°C
Vận tốc không khí: vk = 4.𝑉 𝑇𝐵𝑇𝑁𝑆 π.d 2 3600 = 4 4258,951
Hệ số nhớt động học của không khí ở 30°C: v = 16.10 -6 m 2 /s
=>Dòng chảy ở chế độ rối λ tính theo công thức Brazuya λ = 0,316
Khối lượng riêng của không khí ở 90°C: 𝜌k = 0,972 kg/m 3 Độ nhớt không khí ở 90°C:𝜇 = 0,0215.10 -3 pas
Vận tốc không khí: vk = 4.𝑉 𝑇𝐵𝑇𝑁𝑆 πD 2 3600 = 4.4258,951
0,0215.10 −3 = 1,25.10 5 < 10 6 =>Dòng chảy ở chế độ rối λ = 0,316
2 = 0,924 N/m 2 c) Trở lực qua ống dẫn
Chiều dài ống dẫn: 3m, ống có đường kính: 0,2m
Khối lượng riêng của không khí ở 60°C: 𝜌k = 0,972 kg/m 3 Độ nhớt không khí ở 60°C:𝜇 = 0,0215.10 -3 pas
Vận tốc không khí đi trong ống:
Vận tốc không khí: vk = 37,676 m/s
0,0201.10 −3 = 3,4.10 5 < 10 6 =>Dòng chảy ở chế độ rối
tính theo công thức Brazuyca λ = 0,316
2 = 134,52 N/m 2 d) Trở lực trên kênh dẫn kênh thải Đường kính tương đương của 1 kênh:
Nhiệt độ trung bình TNS: tmt = (30+90)/2 = 60 o C
=> Dtd = 0,08m Đường kính tương đương 1 kênh:Dtd = 0,08m
N: tổng số kênh trong buồng làm mát, N = 180 kênh
L: chiều dài kênh, L = 1m vk: vận tốc không khí đi trong kênh, v = 2 m/s
k : khối lượng riêng của không khí ở 60 o C, k = 1,060 kg/m 3
k : độ nhớt không khí ở 60 o C, = 0,0201.10 -3 pas
=> λ tính theo công thức Brazuyca λ = 64
𝑅𝑒 𝜑= 0,008trong đó 𝜑 = 1 đối với ống tròn
=> ∆𝑝 4 = 38,16 N/m 2 e) Trở lực qua lớp hạt
Trong đó: vk: vận tốc TNS đi trong tháp, v = 0,3 m/s dn: đường kính tương đương của ngô, dn = 8 mm
Ho: chiều dày lớp ngô mà không khí đi qua(cũng chính là khoảng cách giữa hai máng) Ho: = 100 mm
Chọn kênh dẫn làm bằng thép có tiết diện dạng hình vuông cạnh = 400 mm, tốc độ không khí đi trong ống:
Công thức tính trở lực ma sát:
Trong đó: λ: Hệ số trở lực ma sát, ta chọn λ = 0,05 l: Chiều dài kênh dẫn [m] dtl: Đường kính thủy lực kênh dẫn [m]
𝜔 k : Tốc độ trung bình của không khí đi trong đoạn kênh dẫn [m/s]
𝜌 0𝑘 : Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn, 𝜌 0𝑘 = 1,293 [kg/m 3 ]
𝑡 k : Nhiệt độ trung bình của không khí trong đoạn kênh dẫn [ o C]
Từ sơ đồ thủy lực, ta tiến hành tính toán trở lực cục bộ cho từng nút của các đoạn kênh dẫn
Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả tính toán trở lực ma sát cho vùng sấy 2 Đoạn 𝜆 l [m] dtl [m] 𝜔 k [m/s] 𝑡 𝑘 [ o C] ∆P ms [Pa]
Tổng 13,7 g Tính trở lực cục bộ
Công thức tính trở lực cục bộ:
Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục bộ ωk: Tốc độ không khí tại vị trí gây ra trở lực [m/s] ρ0k: Khối lượng riêng không khí ở điều kiện chuẩn [kg/m 3 ], 𝜌 0𝑘 = 1,293 [kg/m 3 ]
Từ sơ đồ thủy lực, ta tiến hành tính toán trở lực cục bộ cho từng nút của các đoạn kênh dẫn
Bảng 4.4 Tổng hợp kết quả tính toán trở lực cục bộ cho vùng sấy 2
Tổng trở lực của vùng sấy 2:
760 𝑘 Không khí vào ở nhiệt độ 30 o C: H = 330,35 273+30
Tốc độ 6 m/s Áp suất động: 21 Pa điện tiêu thụ 0,28 kW
Hiêu suất 75% Độ ồn của quạt Lw(A) = 80dB(A)
Sơ đồ thể hiện ma sát cục bộ của 2 vùng sấy
3.3.1 Trở lực a) Trở lực trên kênh dẫn, kênh thải Đường kính tương đương 1 kênh:Dtd = 0,08m
N: tổng số kênh trong buồng làm mát, N = 15 kênh
L: chiều dài kênh, L = 1m vk: vận tốc không khí đi trong kênh, v = 2 m/s
k : khối lượng riêng của không khí ở 30 o C, k = 1,165 kg/m 3
k : độ nhớt không khí ở 30 o C, = 0,0187.10 -3 pas
=> λ tính theo công thức Brazuyca λ = 64
𝑅𝑒 𝜑= 6,421.10 -3 trong đó 𝜑 = 1 đối với ống tròn
=> ∆𝑝 1 ′ = 29,92 N/m 2 b) Trở lực qua lớp hạt
Trong đó: vk: vận tốc TNS đi trong tháp, v = 0,3 m/s dn: đường kính tương đương của ngô, dn = 8 mm
Ho: chiều dày lớp ngô mà không khí đi qua(cũng chính là khoảng cách giữa hai máng) Ho: = 100 mm
∆𝑝 = ∆𝑝 1 ′ + ∆𝑝 2 ′ = 29,92 + 2,9864 = 32,91 N/m 3 c Tính trở lực ma sát
Chọn kênh dẫn làm bằng thép có tiết diện dạng hình vuông cạnh= 400 mm, tốc độ không khí đi trong ống:
Công thức tính trở lực ma sát:
Trong đó: λ: Hệ số trở lực ma sát, ta chọn λ = 0,05 l: Chiều dài kênh dẫn [m] dtl: Đường kính thủy lực kênh dẫn [m]
𝜔 k : Tốc độ trung bình của không khí đi trong đoạn kênh dẫn [m/s]
𝜌 0𝑘 : Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn, 𝜌 0𝑘 = 1,293 [kg/m 3 ]
𝑡 k : Nhiệt độ trung bình của không khí trong đoạn kênh dẫn [ o C]
Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả tính toán trở lực ma sát cho vùng sấy 2 Đoạn 𝜆 l [m] dtl [m] 𝜔 k [m/s] 𝑡 𝑘 [ o C] ∆P ms [Pa]
Tổng 1,66 d Tính trở lực cục bộ
Công thức tính trở lực cục bộ:
Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục bộ ωk: Tốc độ không khí tại vị trí gây ra trở lực [m/s] ρ0k: Khối lượng riêng không khí ở điều kiện chuẩn [kg/m 3 ], 𝜌 0𝑘 = 1,293 [kg/m 3 ]
Từ sơ đồ thủy lực, ta tiến hành tính toán trở lực cục bộ cho từng nút của các đoạn kênh dẫn
Bảng 4.4 Tổng hợp kết quả tính toán trở lực cục bộ cho vùng sấy 2
Tổng 3,32 Tổng của vùng làm mát là: 29,92 + 32,91 + 1,66 + 3,32 = 67,81 (Pa)
Không khí vào ở nhiệt độ 35 o C: H = 67,81 273+30
Gm = Lt = 1753,094 (kg/h) = 1479,4 (m 3 /h) = 0,41 (m 3 /s) chọn quạt I_I 4-75 N o 2 1/2 , có năng suất V= 1500 m 3 /h
LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ GẦU TẢI
Gàu tải được sử dụng để vận chuyển các vật dạng cục, dạng hạt và dạng bụi như than gỗ, than bùn, sỏi, đá dăm, cát, xi măng, đất, hóa chất, hạt, bột, tro, xỉ,… Gàu tải được sử dụng ở các nhà máy, công trường, nhà máy điện, kho ngũ cốc, máy xay,…
Theo chiều vận chuyển vật, các gàu tải được chia làm gàu tải thẳng đứng và gàu tải nghiêng Loại gàu tải nghiêng thì phức tạp hơn nhiều về kết cấu và được sử dụng ít hơn
Theo kiểu bộ phận kéo, các gàu tải được chia thành: gàu tải băng, gàu tải một xích, gàu tải hai xích và ít hơn là gàu tải cáp Trong hai kiểu gàu tải đầu thì các gàu được bắt cứng vào bộ phận kéo cả ở phần lưng lẫn ở các thành bên
Gàu tải băng được dùng để vận chuyển các vật thể dạng bột, dạng hạt và dạng cục nhỏ, khô Chúng dễ dàng được xúc vào gàu và đổ ra khỏi gàu Các loại gàu tải này làm việc êm và cho phép tốc độ chuyển động đáng kể của băng trong giới hạn từ 0,8 – 3,5m/s nhưng chúng có giới hạn về độ bền của băng: năng suất 80m3 /h và chiều cao nâng tới 50m
Gàu tải xích cho năng suất cao hơn đến 300 m3 /h và được sử dụng để vận chuyển các vật thể dạng cục to, ẩm, khó xúc cũng như làm việc ở chế độ nặng Tốc độ chuyển động của gàu tải xích được lấy trong khoảng 0,4 –1,2 m/s Đối với vật liệu dạng cục cũng như các vật liệu dạng hạt, dạng cục nhỏ không mài mòn và ít mài mòn thì tốc độ được lấy đến 1,6 m/s Gàu tải một xích làm việc với các gàu có chiều rộng 160 – 250 mm, gàu tải hai xích thì làm việc với các gàu rộng hơn
Tùy thuộc vào sự bố trí các gàu ở trên băng hoặc ở trên các xích mà gàu tải có thể có gàu đặt cách nhau (khoảng cách giữa các gàu) và có gàu tiếp hợp (bố trí sát nhau từng cái một) Sự bố trí gàu phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu cần vận chuyển và xác định trước phương pháp chất tải và tháo tải Khi bố trí gàu tiếp hợp thì ống chất tải được bố trí cao và sự chất tải được tiến hành trực tiếp bằng sự truyền vào gàu Phương pháp này được dùng cho các vật dạng cục lớn và mài mòn, với tốc độ chuyển động 1m/s
Máy vận chuyển kiểu gàu tải dùng vận chuyển vật liệu theo phương thẳng đứng, các vật liệu này khi xúc không gây lực cản lớn
Ta chọn cơ cấu kéo dùng băng
- Băng: Băng kéo được làm là băng vải cao su có số lớp i ≥4 nối 2 đầu bằng đinh tán hoặc gấp chìm Chiều rộng được chọn phụ thuộc vào loại băng
- Ưu điểm: Vận tốc vận chuyển cao, chuyển động mẻ, có khả năng chống quá tải bằng hiện tượng trượt tương đối với tang dẫn
- Nhược điểm: Do băng kéo được làm bằng cao su nên không thể làm việc được trong điều kiện nhiệt độ cao
Căn cứ vào vật liệu yêu cầu vận chuyển là ngô và bảng sau thì ta chọn cơ gầu tải băng với số lớp vải cao su là 4 Chiều rộng băng đuợc chọn phụ thuộc loại băng, ta chọn được chiều rộng băng B ≤ 300 mm
Gầu
Dựa vào đặc tính của vật liệu cần vận chuyển là thóc và theo bảng ta chọn loại gầu tải là gầu tải băng vận tốc cao, gầu sâu đáy tròn gắn cố định Thông số được tra theo bảng dưới đây
Các loại gầu đáy tròn được gắn lên bộ phận kéo cách nhau một khoảng a = ( 2,5 3).h Trong đó: h là chiều cao gầu a = (2,5 3).110 = 275 330 mm
Bảng 4.1 Kích thước gàu tải
Kích thước (mm) Dung tích
Xác định vận tốc gầu tải
Theo có thể xác định vận tốc gầu tải như sau:
Q: Năng suất yêu cầu [kg/h] i: Thể tích của một gầu [m 3 ] a: Bước gầu trên băng [m]
: Khối lượng riêng của vật liệu [kg/m 3 ]
: Hệ số điền đầy, với vật liệu dạng hạt = 0,6 0,8 Chọn = 0,6 ta có lượng VLS cần cấp cho hệ thống sấy là G1 = 1000 kg/h, vì vậy ta chọn năng suất yêu cầu là Q = 3000 kg/h
Thay vào công thức (5-1) ta được: 𝜔 𝑔ầ𝑢 = 𝑄.𝑎
Theo bảng đối với vật liệu hạt và tải là băng thì 𝜔 𝑔ầ𝑢 = 1,5 ÷ 4 [m/s]
Tính toán kiểm nghiệm các thông số của gầu
Năng suất làm việc 3000 kg/h, vận tốc 0,925 m/s, dung tích gầu 0,6 dm 3
Hệ số điền đầy gầu 𝜑 = 0,60,8 chọn 𝜑 = 0,6
3000 = 0,3 [m] Chọn chiều cao hệ thống gầu tải là H = 15 m, khi đó số lượng gầu dùng cho cả hệ thống:
Tang dẫn động
Tang dẫn động thường đặt ở phần trên của máy: Tang gầu tải băng chế tạo bằng cách đúc hoặc hàn, đường kính tang phụ thuộc vào lớp vải trong băng và được xác định theo công thức:
Trong đó z là số lớp vải cao su trong băng
Chọn z = 4 đối với vật liệu hạt, thay vào công thức (5-2) được:
Chọn theo kích thước tiêu chuẩn D = 500 [mm]
Chiều dài tang là Lt phụ thuộc vào chiều rộng gầu Tra bảng
Thông số Giá trị mm
Vậy ta có chiều dài tang: Lt = 250 [mm].
Số vòng quay của tang dẫn trong 1 phút
D: Đường kính tang dẫn, D = 500 [mm] = 0,5 [m]
Thay số liệu vào (5-3) ta được:
Công suất gầu tải
Q: Năng suất gầu tải [tấn/h]
H: Chiều cao nâng vật liệu của gầu tải [m] ղ: Hiệu suất gầu tải, ղ = 0,7 do ta chọn H = 15 [m] < 30 [m]
Thay số liệu vào (5-4) được:
5.2 TÍNH CHỌN LÒ HƠI ĐỐT THAN
Tính lượng than tiêu thụ
Các thành phần phần trăm trong than:
Nhiệt dung riêng của nhiên liệu: 𝐶 𝑛𝑙 = 0,5 (kcal/kg.K)
Nhiệt trị cao của nhiên liệu được xác định theo công thức:
Giả sử hiệu suất buồng đốt là 𝜂 = 60% = 0,6
Vậy lượng than cần cho quá trình sấy là:
TÍNH TOÁN MẶT BẰNG VÀ BẢN VẼ
Chi phí đầu tư sản xuất (Đ)
6.1.1 Chi phí mua thiết bị sấy (A)
Sau khi thiết kế xong hệ thống sấy, ta sẽ tính sơ bộ giá thành của hệ thống được thể hiện trong bảng 5.1 như sau:
Khối lượng thành phần Đơn vị
Giá thị trường Đơn vị
1 Thép không gỉ 320/320L loại dày 5ly
1 Thép không gỉ 320/320L loại dày 5ly
1 Thép không gỉ 320/320L loại dày 3ly
4 Calorife 2 Ống thép kẽm 38/35mm tỷ trọng 15,58 kg/𝑚 3 cây dài 6m
2 Tôn tráng kẽm dày 1,2mm
6 Lò hơi 1 Lò hơi đốt than
Chi phí xây kho chứa ngô: 50m 2 với chi phí để xây dựng là 4 000 000 VND/m 2
Tổng chi phí cần để xây dựng kho là: 4 000 000.50 = 200 000 000 VND
Ta tính thêm thuế = 15% tổng chi phí và chí phí dự phòng = 10% tổng chi phí do đống tổng chi phí để đầu tư cho thiết bị và kho là: 4 529 125 000 VND
6.1.2 Tính toán sơ bộ giá trị kinh tế của hệ thống
6.1.3 Chi phí xây dựng nhà xưởng (B) Ước tính sơ bộ mặt bằng nhà xưởng với hệ thống các thiết bị: buồng đốt, buồng sấy, bể chứa nguyên liệu và sản phẩm, calorifer và cyclone… dự tính khoảng 500 𝑚 2 , chi phí xây dựng nhà xưởng (ước tính 4 triệu VNĐ/𝑚 2 ) là:
Vậy tổng chi phí đầu tư sản xuất Đ = A + B = 3 423 000 000+ 2 000 000 000 = 5 432 000 000 (VND)
Chi phí vận hành (V)
Nguồn điện cung cấp cho hệ thống là 380V/50Hz
Nguồn điện tiêu hao cho hệ thống gồm nguồn điện cấp cho quạt cấp, bơm cấp, hệ thống vòi phun trong buồng sấy
- Công suất điện cần cấp cho quạt: 𝑁 𝑞𝑐 = 4 (𝑘𝑊/ℎ)
- Cống suất điện cần cấp cho gàu: 𝑁 𝑔à𝑢 = 0,18 (kW/t)= 0,0857 (kW/h)
- Công suất điện cần cấp cho bơm: 𝑁 𝑏𝑐 = 0,75 (𝑘𝑊/ℎ)
- Tổng công suất điện cấp cho hệ thống:
𝑁 𝑡 = 𝑁 𝑞𝑐 + 𝑁 𝑔à𝑢 + 𝑁 𝑏𝑐 = 4 + 0,0857 + 0,75 = 4,836 (𝑘𝑊/ℎ) Với thời gian vận hành của hệ thống là liên tục 24h/ ngày Giá điện trung bình hiện hành sử dụng cho 1 số điện với dòng điện 3 pha sử dụng trong công nghiệp là 2.700 VND/kW Chi phí năng lượng điện cho thống trong vòng một tháng là:
Chất đốt được sử dụng là than antraxit có giá thị trường khoảng 7000
Lượng than cần cấp: T = 30,76 ( (kg/h)
Chi phí nhiên liệu than dùng trong 1 tháng:
Hệ thống sấy buồng quy mô trung bình, diện tích làm việc khá lớn nhưng bì lại đó là khả năng tự hoạt động của hệ thống cao nên số lượng nhân công phục vụ cho hệ thống không cần nhiều Đối với hệ thống này số lượng nhân công phục vụ cho hệ thống là 3 người để điều hành, phối hợp và quan sát vận hành của hệ thống Chi phí tiền lương đối với nhân công là 8.000.000 VNĐ/tháng Tổng chi phí tiền lương cần cho nhân công trong 1 tháng là:
Vậy tổng chi phí vận hành tính trong 1 tháng là:
Chi phí nguyên liệu hàng tháng (K)
Nguyên liệu cho hệ thống sấy là ngô với lưu lượng vào thiết bị là 1000 kg/h Khối lượng ngô cần cấp cho hệ thống sấy tính trong một tháng là:
Với giá hiện hành trên thị trường của 1 kg ngô hạt khoảng 8000 VNĐ Ta tính được chi phí nguyên liệu trong 1 tháng là:
Doanh thu hàng tháng (M)
Lượng ngô thành phẩm của hệ thống tính trong 1 tháng là:
Sản phẩm ngô thành phẩm sau khi sấy sẽ được đóng gói với giá thành khoảng 50 000VNĐ/kg
Như vậy ta tính được doanh thu hàng tháng:
Tổng kết
Tổng lợi nhuận hàng tháng là:
Tổng lợi nhuận thu được hàng năm là:
Bởi vì vụ mùa của ngô sẽ có trong 6 tháng
Vụ Xuân: sẽ trồng vào cuối tháng 1 cho đến cuối tháng 2, Vụ Xuân thì ngô sẽ được thu hoạch trong vòng 70-80 ngày
Vụ Hè: Vụ này sẽ trồng vào giữa tháng 4 đến tháng 5, đến khoảng tháng 7 hoặc tháng 8 là có thể thu hoạch được
Vụ Thu- Đông: thì sẽ trồng vào đầu tháng 9 đến giữa tháng 10, khoảng tầm cuối tháng 11 hoặc tháng 12 là có thể thu hoạch được
Chi phí bảo dưỡng sửa chữa hàng năm là:
Tổng lợi nhuận thực tế là:
Thời gian hồi vốn không tính thay đổi tỷ giá: