Tính toán và thiết kế hệ thống Sấy cơm dừa tầng sôi

Thông số tác nhân sau khi khỏi calorife trước khi vào ra máy sấy Nhiệt độ tác nhân sấy khi sấy cơm dừa bằng sấy tầng sôi thường từ 85 – 950C... Tính Toán Vận Tốc Tác Nhân Sấy a.. Bằng

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY

1 Thông Số Thiết Kế

- Vật liệu: (chọn vật liệu sấy là cơm dừa) có các thông số sau theo [TL1/t260]:

Độ ẩm ban đầu của vật liệu: đ = 25 %

Độ ẩm cuối của vật liệu: c = 13,5 %

- Tác nhân:

Không khí khô, được gia nhiệt bởi khói của than đá qua calorife khí – khói Trước khi vào calorife: t0=320C, 0= 80%

Sau khi ra khỏi calorife: t1= 900C

Nhiên liệu sấy là hơi bão hòa ẩm p = 5 bar

2 Tính Toán

2.1 Tính Toán Quá Trình Sấy Lý Thuyết(theo TL[1]/t260)

2.1.1 tính toán thông số tại các điểm nút

a Thông số tác nhân trước khi đưa vào calorife (khí ngoài trời)

Địa điểm lắp đặt tại Tp Hồ Chí Minh có: t0 = 320C, 0 = 80 (%) lấy theo nhiệt

h

p p

p p

p

p d

621,0

621,0

0.8,01

047934,

0.8,0.621,

Enthalpy:

).842,12500.(

.0048,

b Thông số tác nhân sau khi khỏi calorife (trước khi vào ra máy sấy)

Nhiệt độ tác nhân sấy khi sấy cơm dừa bằng sấy tầng sôi thường từ 85 –

950C Ở đây chọn nhiệt độ tác nhân: t1 = 900C Tra bảng nước và hơi nước bão hòa

theo nhiệt độ, ta được: pbh = 0,7011 bar

Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy trong calorife là quá trình gia nhiệt đẳng

02476,0621,0(

1.02476,0)

621,0(

p d



Enthalpy:

).842,12500.(

.0048,

c Thông số tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy

Đối với quá trình sấy lý thuyết: I2 = I1 = 156,437 (kJ/kg)

Nhiệt độ tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy: Thông thường chọn t2 = 1,15.tư

Nhiệt độ bầu ướt tại điểm 1 tra theo đồ thị I – d với Iư = I1 và ư = 1 là 410C

Do đó: t2 = 1,15.tư = 1,15.41 = 470C Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo

nhiệt độ, ta được: pbh = 0,10684 bar

Dung ẩm:

0422,047.842,12500

47.0048,1437,156

842,12500

.0048,1

2

2 2

Độ ẩm sau khi sấy:

56,595956,010684,0)

0422,0621,0(

1.0422,0)

621,0(

p d

Lượng nguyên liệu đầu vào máy sấy:

667,230625

100

5,13100.2000100

100

1

2 2

1 1

0 2

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi lượng ẩm trong vật liệu sấy:

17584339

,57.667,306.0

Lượng không khí ẩm cần thiết:

18019)

02476,01.(

17584)

3600

18019 )

Chọn hơi bão hòa ẩm có độ khô là 0,9 Nước ngưng tụ là nước sôi ở áp suất

5bar, hiệu suất nhiệt là 70%

Vậy

).(

)

n h

k h

I I

I I G G







Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất 5bar ta được:

7,0

)51,95437,156.(

2.1.2 Tính Toán Vận Tốc Tác Nhân Sấy

a Xác định đường kính tương đương của cơm dừa

Sử dụng phương pháp sàng rây ta có thể xác định được đường kính tương

đương của hạt Bằng thực nghiệm cụ thể đã xác định được đường kính hạt đường

là 2,28mm

dtđ = 2,28mm = 2,2810–3 m  R = 1,14mm = 1,14.10–3 (m)

b Vận tốc bắt đầu tạo ra chế độ sôi V S

Lúc bằng đầu chế độ sôi, trở kháng thủy lực của dòng tác nhân sấy ở vận tốc

VS cân bằng với trọng lực của khối hạt Khi đó, tiêu chuẩn Reynolds được tính

theo công thức sau:

ArRe

+ : là độ xốp của khối hạt Lúc bắt đầu chế độ sôi thường lấy =0,4

Thông số vật lý của không khí khô ở 900

C theo phụ lục 15 [TL1/t313]là:

4 , 0

92333 75 , 1 4

, 0

4 , 0 1 150

92333 Re

3 3

)972,0400.(

81,9.4.10.28,2

.3

).(

.4

12 2

3 3

k

k v td

g d

.5,21.1650

)972,0400.(

10.28,2.81,9

1650

).(

6

6 2 2

d g V

d



Tính tiêu chuẩn Reynolds theo tiêu chuẩn Phedorov:

Ở chế độ làm việc tối ưu:

206 , 130 698

, 50 285 , 0 ).

285 , 0 19 , 0 (

Ret   Fe1,56  1,56 

 1,262

10.28,2

10.1,22.206,130

Tính tiêu chuẩn Reynolds theo tiêu chuẩn Archimedes:

Ở chế độ làm việc tối ưu:

037 , 126 92333

33 , 0 ).

33 , 0 22 , 0 (

Ret   Ar0,52 0,52

10.28,2

10.1,22.037,126

222,1262,1

Thời điểm này tương ứng với độ xốp lớn nhất  1, bắt đầu có sự lôi cuốn các

hạt vật liệu theo dòng khí Tốc độ trạng thái này được xác định theo các tiêu chuẩn

sau:

Tiêu chuẩn Reynolds:

044 , 454 92333

61 , 0 18

92333

61 , 0 18

044,454

,4972

,0

)972,0400.(

81,9.10.5,21.764,1013

).(

3

2 6

3

2 max

s m

g Ly V

k

k v k

e xác định độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy

Ta xác định độ ẩm cân bằng của vật liệu bằng công thức nghiệm của Egorov

1

2 1

100

100 ln 435 ,

Trong đó: k1, k2: Là những hằng số thực nghiệm và được đoán định trong

những khoảng ẩm độ cân bằng hạt và độ ẩm tương đối của không khí

100ln

.5,19.435,07,2

cb

2.1.3: Xác Định Thời Gian Sấy Vật Liệu (có 3 giai đoạn sấy) [1]/t99

a Thời gian đốt nóng vật liệu

Thông số nhiệt độ theo quang hệ:

41 90

10.14,1.2(

)972,0.222,1(.6,3)

.2(

).(.6,

6 , 0 4

, 0

6 , 0

10.14,1.496,

Vậy thời gian đốt nóng vật liệu:

2 0

Fo.R a

10.14,1.57,

1

7

6 2

Giai đoạn sấy đẳng tốc:

2 100.

.

b v

J U

2  , cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật sấy

74,0.100

b Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc

Chuyển đổi từ độ ẩm cơ sở ướt sang độ ẩm cơ sở khô:

- 2 = 13,5%  k2 = 15,6 (%)

2.2 Tính Toán Quá Trình Sấy Thực [TL1/t267]

2.2.1 Tính Nhiệt Cho Thiết Bị Sấy

a Tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Ta có: Q2 G C2 V.(t V2t0) (kJ/kg)



W

t t C G

85,2.)1

)3242.(

03,3.2000

b Tổn thất nhiệt ra môi trường:

Ta tiến hành tính toán kích thước sơ bộ của buồng sấy:

Lượng vật liệu thường xuyên nằm trên ghi:

Chọn G = 2 2 2.2000 800

- Thể tích ghi phân phối khí:

800 2 400

V

G V



- Diện tích ghi phân phối khí:

Ghi có dạng hình chữ nhật a.b, chiều cao khối hạt h thì V = a.b.h và S = a.b

Chọn sơ bộ chiều cao khối hạt là h = 200 mm

Vậy chọn ghi có kích thước a = 2 m và b = 5 m

- Diện tích xung quanh buồng sấy:

Để dễ tính ta có thể quy đổi hình dạng buồng sấy về hình trụ chiều dài là 5 m

và đường kính H = 2 m thì:

Sxq = 2.Smb + Strụ – Ssàn+ Diện tích hai mặt bên:

Ssàn = a.b = 2.5 = 10 (m2)

 Sxq = 2.3,14 + 31,4 – 10 = 27,68 (m2)

Tính toán tổn thất:

Giả thiết thiết bị sấy được làm bằng thép dày 1 = 2 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 =

50 (W/mK), bên ngoài được bọc một lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 2 = 50

mm, hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,055 (W/mK) Ngoài cùng là lớp tole dày 0,5 mm, lớp

tole xem như cách nhiệt hoàn toàn

Không khí trong buồng chuyển động đối lưu cưỡng bức với vận tốc 1,222 m/s

nên mật độ dòng nhiệt được tính:

) ( 1 11

,0

1,1).(

05.0

055,0)

333 , 1 3 2

3 2

1 1 3

mt w w

q t

t   vì (tw1 = tw2)

333 , 0 3

2  1 , 715 (t w  32 )

Dùng phương pháp lặp, giả định đã biết tw1 rồi tìm ra giá trị của tw3,2 theo tw1

Giải hệ phương trình trên ta có bảng giá trị sau:

Vậy chọn nhiệt độ bề mặt trong: tw1 = 85,6 (0C)

Nhiệt độ bề mặt ngoài: tw3 = 43,65 (0C)

Hệ số tỏa nhiệt ra bên ngoài: 2 = 3,884 (W/m2K)

Mật độ dòng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt:

tw3 (0C)

2 (W/m2K)

qmt4(W/m2)

Q q W

c Xác định thông số quá trình sấy thực bằng phương pháp tính toán:

Trong quá trình sấy lý thuyết ta xác định điểm 2 nhờ giả thuyết I1 = I2 trong

quá trình sấy thực tồn tại một giá trị nhiệt tổn thất 

Ta tiến hành xây dựng đồ thị I – d cho quá trình sấy thực:

)).(

(

i

t t d C d

Độ ẩm tương đối:

)621,0.(

2 2

2 2

d p

d p

42,402612

exp5

,235

42,402612

* Tính theo phương trình cân bằng nhiệt lượng:

q’ = q1 +q2 +qv +qmt = 2452,662 +929,754 +197,608+14,93

= 3594,954 (kJ/kg ẩm)

Ta có sai số: 3596,3 3594,954.100% 0, 037

3596,3

Ta được bảng cân bằng nhiệt lượng và hiệu suất buồng sấy:

(kJ/kg ẩm)

Hiệu suất (%)

2 Tổn thất do TNS mang đi q2 929,754 25,86

5 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3594,954 100

Nhiệt lượng tiêu hao cho cả quá trình sấy thực:

Q = W.q = 306,667 3594,954 = 1102454 (kJ/h) = 306,2 (kW)

2.2.2 Xác Định Không Gian Máy Sấy

Từ những tính toán trên ta xác định được không gian máy sấy, như sau:

- Vận tốc tác nhân thổi qua ghi máy sấy là V1 = 1,222 (m/s)

- Diện tích ghi chọn là F1 = 2x5 = 10 (m2)

- Chọn phần rộng nhất mặt cắt ngang máy sấy là V2 = 0,5 (m/s) Tính đến tổn

thất qua ghi phân phối khí và chiều cao chuyển động của không khí nên chọn F2 =

3x5 = 15 (m2)

Từ đó ta tính trở lực qua lớp sôi:

g h

F

g G

037 , 126 36 , 0 037 , 126 18 Re

36 , 0 Re

4 , 0 1 2 , 0 1

1 0

Với: h0: chiều cao lớp hạt, h0 = 200 (mm)

Vậy: P G 0,298.(10,598).(4000,972).9,81468,937 (Pa)

Chương II TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ

Hoặc có thể chọn siclon từ bảng 7.5 (“Tính toán và thiết kế hệ thống sấy công

nghiệp – Bùi Trung Thành) theo thể tích không khí qua siclon, ta có bảng quan hệ

kích thước của siclon như sau:

18626,4 2,5 0,625 1,25 0,5 0,88 1,145 2 1,2 1,875

TÍNH CHỌN CALORIFE KHÍ – HƠI

Để nâng nhiệt độ không khí lên trước khi đưa vào máy sấy, ta dùng calorife

dạng ống truyền nhiệt, trên bề mặt ống có gân để tăng bề mặt trao đổi nhiệt Chất

tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hoà có áp suất p = 5 bar

Tác nhân sấy là không khí nóng sau khi qua calorife có nhiệt độ là 900

+ F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2

 F =

.

c tb

+  : Hiệu suất cung cấp nhiệt, với  = 90%

Lượng hơi cần cung cấp cho calorife:

tbh = 151,840C; i” = 2749 kJ/kg; i’= 640,1 kJ/kg;

Với độ khô x = 0,9 thì ih1 = x.i” + (1 – x)i’ = 0,9.2749 + 0,1.640,1 = 2538,11 kJ/kg

Hơi ra khỏi calorife là nước ngưng ở áp suất 5 bar nên ih2 = i’ = 640,1 kJ/kg

Vậy lượng hơi cần thiết cho calorife là:

Áp suất hơi nước bão hoà p = 5 bar, ta có nhiệt độ hơi nước bão hoà tương

ứng là tbh = 151,840C

+ tmax = 151,84 – 32 = 119,840C

+ tmin = 151,84 – 90 = 61,840C

0 max min

max min

119,84 61,84

87, 67 119,84

ln ln



Tính hệ số truyền nhiệt k:

a) Chọn kích thước calorife, chọn chiều lưu thể hơi nước đi trong ống vuông

góc với chiều không khí được gia nhiệt trong calorife

- Chọn ống truyền nhiệt có gân vuông góc với trục ống

+ Đường kính ngoài của ống Dh = 0,057 m

+ Chiều cao gân h =

+ Tổng chiều dài số gân trên ống: l = m.’ = 107 x 0,001 = 0,107 m

+ Chiều dài phần ống không gân: L1 = H – l = 1,5 – 0,107 = 1,393 m

- Chọn số ống xếp trên 1 hàng ngang của calorife là n1 = 14 ống, xếp sole

Chiều rộng của calorife:

Fgân cản = D.l.n1 = 0,074.0,107.14 = 0,11 m2

Fống cản= Dh.(H – l).n1 = 0,057.(1,5 – 0,107).14 = 1,112 m2  Ftự do= F – Fcản= Rc.H – (Fgân cản+ Fống cản)

L V



d) Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu :

- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khi ngưng hơi về phía hơi nước bão hoà (theo

“Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.253):

1 =

3 4

J/kg + H : Chiều cao của ống truyền nhiệt, H = 1,5 m

+ t1: Hiệu số giữa nhiệt độ ngưng (nhiệt độ bão hoà) và nhiệt độ phía mặt

tường tiếp xúc với hơi ngưng, chọn t1 = 1,840C

+ Nhiệt độ trung bình tính toán tm = 0,5.(tt + tbh)

- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:

Theo “Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.487 khi tính hệ số tỏa

nhiệt đối với calorife gia nhiệt bằng hơi có thể sử dụng công thức sau:

 - Hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m2K

Re = k D h



 - độ nhớt động học của không khí, m2/s

Fn – tổng diện tích bề mặt ngoài của ống, m2

F1 – tổng diện tích bề mặt ngoài của ống trơn, m2

Nhiệt độ trung bình tính toán về phía không khí:

k

F

r F

+ Fn: Bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho 1 đơn vị

chiều dài ống, m2

+ Ftr: Bề mặt trong của ống tính cho 1 đơn vị chiều dài ống, m2

+ 1,2: Hệ số cấp nhiệt phía trong và ngoài ống, W/m2 độ

ct c

tb

Q F

- Số ống truyền nhiệt trong calorife : 121,82 196

0, 623

c n

F n F

- Số hàng sắp các ống truyền nhiệt: 2

1

196 14 14

n n n

 Trở lực qua lớp vật liệu trên ghi:

Khối lượng của lớp liệu trên ghi, G= 800 (kg)

Khối lượng riêng của dòng khí tại nhiệt độ tm, k = 0,972 (kg/m3)

Khối lượng riêng của hạt vật liệu, v = 400 (kg/m3)

V

 Trở lực cục bộ qua calorife:

s: khoảng cách giữa hai trục ống kế tiếp: s = d2 + t1 = 0,054 + 0,085 =

.2

ms

l p

Với dòng chảy rối hệ số ma sát được xác định theo phương trình Colbrook:

: độ nhám của vật liệu làm ống Chọn  = 0,5.10–4

0,9 4

0, 014586.3.0,972.10

2,932.0, 726

ms

p

 Trở lực ma sát từ calorife đến buồng sấy:

Chiều dài ống từ calorife đến buồng sấy l = 6 m, đường kính dtđ = 0,726m

2 2

0, 014586.6.0,972.10

5,862.0, 726

Lưu lượng quạt: Q = 5,174 m3/s

Công suất quạt lý thuyết:

TÍNH CHỌN VÍT TẢI

Máy vận chuyển vít tải để sử dụng vật liệu rời như bột, hạt cục nhỏ bên

cạnh các loại vận chuyển khác Vít tải gồm các máng cố định, phần dưới của nó có

hình dạng một nửa hình trụ, nắp máng trục dẫn động trên đó có gắn các cánh vít,

các gối tựa ở các đầu và các gối tựa trung gian của trục, bộ phận truyền động,

máng chất tải và dỡ tải Vật liệu được đẩy bằng vít dọc theo máng, tương tự như

đai ốc, vật liệu bị giữ không bị quay nhờ trọng lực và ma sát với thành máng Việc

dỡ tải được tiến hành qua các lỗ dỡ tải ở đáy máng Các lỗ dỡ tải này được trang bị

nắp và ống nối Các vít tải không sử dụng để vận chuyển các vật dạng cục lớn,yêu

cầu không bị mài mòn, vỡ vụn, đóng tảng và dính trong quá trình vận chuyển

Năng suất của vít tải được tính:

Q = 47.D2.n.s...C (kg/ph)

Đối với vít tải cấp liệu, ta chọn các thông số cơ bản sau:

- Đường kính vít chọn theo tiêu chuẩn, D = 200mm

- Bước vít, s = (0,8 – 1)D = 0,8.200 = 160mm

- Số vòng quay, n = 30 vòng/phút

- Khối lượng riêng,  = 400 kg/m3

- Hệ số chứa đầy chọn theo vật liệu nghiền nhỏ,  = 0,55

- Hệ số tính đến việc giảm năng suất khi đặt vít tải nằm nghiêng, ta đặt vít

tải nghiêng một góc 100

, dựa vào bảng 7.11 được C = 0,8

Thế số vào ta được:

Q = 47.0,22.30.0,16.0,55.400.0,8 = 1588 kg/ph = 26,47 kg/s Vậy ta chọn các thông số kỹ thuật cho vít tải như trên là hợp lý

Công suất của vít tải được xác định theo công thức:

H – chiều cao nâng của vật liệu, H = 2 m

 – hiệu suất truyền động, chọn  = 0,9

k – hệ số tổn thất do ma sát của trục vít với gối đỡ, k = 1,15