tính toán và thiết kế hệ thống sấy thóc
ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG MỞ ĐẦU Việt Nam đất nước nông nghiệp với truyền thống trồng lúa từ lâu đời. Chúng ta tự hào xem nôi lúa. Từ năm khó khăn phải nhập lương thực, vươn lên thành nước xuất gạo đứng thứ hai giới. Tuy nhiên giá trị xuất gạo Việt Nam chưa cao công nghệ sau thu hoạch lạc hậu. Do đó, việc tìm hiểu tính `chất hạt thóc, biện pháp hạn chế tổn thất sau thu hoạch, quy trình chế biến để nâng cao giá trị sử dụng thóc vấn đề cần quan tâm giải nhanh chóng. Trước nguy gây hư hỏng điều kiện thời tiết thất thường, vi sinh vật, nấm… phương pháp nhằm giảm tối đa hư hỏng hạt lúa phương pháp sấy. Không vậy, sấy góp phần làm giảm lượng tiêu tốn trình vận chuyển thuận lợi cho trình gia công làm sạch, tách vỏ… Sấy trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu đến giá trị độ ẩm cần thiết để bảo quản. Khi áp dụng biện pháp sấy kỹ thuật giảm độ ẩm hạt đến mức an toàn cho tồn trữ giữ phẩm chất hạt. Điều cho thấy tính cần thiết việc tính toán thiết kế hệ thống sấy thóc. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Nguồn gốc, thành phần tầm quan trọng thóc Lúa nguồn lương thực gần nửa dân số trái đất. Lúa trồng nhiều khu vực Đông Nam Á. Gạo ngũ cốc quan trọng giới, nguồn lượng thu nhập cho người phần lớn dân số người giới. Ngoài lương thực chủ yếu, carbohydrate thành GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG phần bữa ăn, gạo sử dụng nhiều công nghiệp. Sử dụng chế độ ăn uống ngành công nghiệp phụ thuộc vào tính chất nấu ăn mình. Về diện tích đất canh tác lúa hàng thứ hai sau lúa mỳ xuất lúa loại cao nhất. Cấu tạo hạt thóc gồm: Vỏ hat, lớp alơrôn, nội nhủ, phôi. Các lớp vỏ gạo lột chiếm khoảng 4-5% khối lượng hạt, lớp tế bào alơron chiếm khoảng 2-3%, nội nhủ chiếm tỉ lệ 65-67%. Thành phần hóa học hạt lúa gồm chủ yếu tinh bột, protein, xenlulose. Ngoài hạt lúa chứa số chất khác với hàm lượng so với thành phần kể như: đường, tro, chất béo, sinh tố. Thành phần hóa học hạt lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố giống, đất đai trồng trọt, khí hậu chế độ chăm sóc. Cùng chung điều kiện trồng trọt sinh trưởng. Thành phần hóa học hạt lúa: Thành phần hóa học Protein Tinh bột Xenluloze Tro Đường Chất béo Đectrin Hàm lượng chất ( % ) Nhỏ Lớn Trung bình 6.66 47.70 8.74 4.68 0.10 1.60 0.80 10.43 68.00 12.22 6.90 4.50 2.50 3.20 8.74 56.20 9.41 5.80 3.20 1.90 1.30 Khi thu hoạch lúa thường có độ ẩm cao nên số giống lúa nảy mầm, men mốc nấm dễ phát triển, làm hư phẩm chất thóc gạo. Độ ẩm trung bình thóc thu hoạch 20- 27%. Để lúa không bị hư hại giảm phẩm chất, vòng 48 tiếng sau thu hoạch phải làm khô lúa đạt độ ẩm 20%. GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG Theo thống kê, độ ẩm an toàn hạt thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình trạng thóc, khí hậu điều kiện bảo quản. Khi thóc có độ ẩm 13- 14% bảo quản từ 2-3 tháng, muốn bảo quản tháng độ ẩm thóc tốt từ 12- 12,5%. Độ ẩm thóc, công nghệ sấy ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi gạo tỷ lệ gạo trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho trình xay xát từ 13- 14%. Ngoài ra, thóc loại vật liệu yêu cầu sấy chế độ mềm tính bền chịu nhiệt thóc kém, không cho phép nâng nhiệt độ đốt nóng hạt lên cao. Nguyên nhân hình thành vết nứt nội nhủ trình sấy độ ẩm lớp hạt giảm nhanh, tạo nên trạng thái căng thể tích phần trung tâm, tăng nhiệt độ làm cho sức căng vượt độ bền hạt tạo nên vết nứt. Các vết nứt xuất theo vách protein ngăn cách hạt tinh bột. Do thiết kế hệ thống sấy ta cần xác định rõ thông số tác nhân sấy phù hợp cho thóc, để thóc bảo quản lâu, chất lượng tốt lượng phế phẩm xay xát thấp. 1.2 Tình hình sản xuất lúa Việt Nam Ở Việt Nam, lúa gạo nguồn lương thực thiếu đời sống người. Lúa nguyên liệu để sản xuất tinh bột, sử dụng nhiều ngành công nghiệp thực phẩm. Lúa làm thức ăn gia súc, gia cầm. Hiện nay, Việt Nam đứng thứ hai giới lượng gạo xuất giới, tiếp tục đẩy mạnh việc xuất gạo sang nước giới. Đây nguồn thu ngoại tệ đất nước. Diện tích trồng lúa chiếm tỷ lệ lớn tổng diện tích trồng trọt Việt Nam. Và tương lai, Việt Nam GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG không tăng diện tích trồng lúa mà tập trung tăng suất cách cải tạo giống, phương cách trồng trọt, kỹ thuật canh tác…nhằm tăng sản lượng lúa gạo. Lượng lúa gạo Việt Nam chủ yếu tập trung vùng đồng sông Cửu Long đồng sông Hồng. Với điều kiện thuận lợi cho lúa nước, Việt Nam trở thành nước sản xuất xuất lúa gạo hàng đầu giới. Ngoài giống lúa cao sản, giống lai cho suất cao (có thể đạt tấn/ha) đáp ứng nhu cầu lúa gạo mặt số lượng, Việt Nam thực trồng trọt sản xuất giống gạo đặc sản có giá trị dinh dưỡng cảm quan. Các giống lúa đặc sản không cho suất cao, với đặc tính mùi thơm, màu sắc…các giống lúa có thị trường định.Sản lượng lúa nước: Sản lượng lúa địa phương không ngừng tăng qua năm. Trong đó, vùng đồng sông Hồng chiếm 50% sản lượng lúa miền Bắc, đồng sông Cửu Long chiếm 80% sản lượng lúa miền nam. Đồng sông Hồng sông Cửu Long coi hai nơi sản xuất lúa chủ yếu vùng với diện tích trồng, suất, sản lượng lúa đạt cao địa phương khác nước. The rice grain (rough rice or paddy) consists of an outer protective covering, the hull, and the rice caryopsis or fruit (brown, cargo, dehulled or dehusked rice), (Juliano and Bechtel, 1985), (Figure 2). 1.3. Sơ lược trình sấy 1.3.1 Tầm quan trọng việc sấy lúa Trong mùa mưa độ ẩm hạt lúa đồng lúc thu hoạch khoảng 28-30%, không phơi sấy kịp thời (để bao đổ đống) sau 24 hạt nảy mầm. Với điều kiện thời tiết bất thường vụ Hè Thu Thu Đông, phơi lúa GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG gặp nhiều khó khăn như: không phơi ngày mưa dầm, phụ thuộc nhiều vào sân bãi, chi phí lao động cao, khó tìm nhân công, hạt dễ bị lẫn tạp chất, hạt khô không phơi dày cào đảo, chất lượng hạt bị giảm không đủ nắng, phơi không kỹ thuật cho tỉ lệ gạo xay xát thấp.Vì mùa mưa cần làm khô hạt kịp thời biện pháp sấy. Khi áp dụng biện pháp sấy lúa kỹ thuật giảm độ ẩm hạt đến mức an toàn cho tồn trữ xay xát, giữ phẩm chất hạt màu sắc, mùi vị, giá trị dinh dưỡng, tăng tỉ lệ thu hồi gạo nguyên xay xát, giảm hao hụt hạt mùa mưa; việc sấy lúa hạn chế tình trạng phơi lúa lề đường làm ảnh hưởng đến an toàn giao thông, mở dịch vụ thu hút lao động nông thôn. Nếu áp dụng sấy lúa cách góp phần nâng cao chất lượng gạo, gia tăng giá trị hạt gạo Việt Nam thị trường giới. Tuy nhiên để đạt hiệu tối ưu khâu sấy lúa cần ý vấn đề sau: - Nếu lúa bị lên mộng, mốc, ẩm vàng dù có sấy kỹ chất lượng lúa không cao, cần đem lúa sấy lúc, kịp thời. - Lúa đem sấy không lẫn nhiều tạp chất như: rơm vụn, dây buộc bao, bùn đất . - Chọn máy sấy đạt yêu cầu kỹ thuật. - Chọn chủ lò sấy có uy tín, giá sấy chấp nhận 1.3.2 Sơ lược trình sấy GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG Sấy trình tách ẩm khỏi vật liệu phương pháp nhiệt. Kết trình sấy hàm lượng chất khô vật liệu tăng lên. Hay trình sấy trình không khí có độ ẩm tương đối thấp không khí nóng tiếp xúc với hạt. Trong trình không khí lấy ẩm từ hạt. Kết thủy phần hạt giảm. Thủy phần tồn hạt nông sản hai dạng: ẩm bề mặt ẩm bên trong. Ẩm bề mặt bay sau tiếp xúc với không khí nóng. Quá trình bay ẩm bên chậm phải trải qua hai giai đoạn: giai đoạn di chuyển từ bên nội nhũ bề mặt giai doạn chuyển ẩm từ bề mặt không khí xung quanh. Vì vậy, tốc độ thoát ẩm ẩm bề mặt ẩm bên khác nhau. Kết tốc độ sấy (tốc độ giảm thủy phần hạt) trình sấy thay đổi. Để thực trình sấy, người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, máy sấy thùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi, máy sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tác nhân, quạt, bơm số thiết bị phụ khác, … Trong đồ án em tính toán thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải. Máy sấy băng tải máy sấy đa sử dụng để sấy nhiều loại sản phẩm với kích cỡ, cấu tạo hình dạng khác nhau. Nhìn chung loại máy sấy thích hợp để sấy vật liệu dạng hạt có đường kính từ – 50mm, không thích hợp để sấy vật liệu màng huyền phù đặc. Với yêu cầu chất lượng sản phẩm sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiều băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy không khí nóng. Vật liệu sấy cung cấp nhiệt phương pháp đối lưu. Ưu điểm phương thức sấy thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm sấy đều, tốc độ GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG không khí qua phòng sấy lớn, suất cao, hiệu quả, thực sấy chiều, chéo chiều hay ngược chiều. 1.4. Sơ đồ quy trình công nghệ: Vật liệu vào Hơi nước Không khí IV Vật liệu Hơi nước bão hòa Chú thích: 1- quạt đẩy GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG 2- calorife 3- phòng sấy 4- cyclon 5- quạt hút Thuyết minh quy trình công nghệ. Do thóc loại vật liệu sấy dạng hạt nên thiết bị sấy thích hợp sấy băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy không khí nóng. Vật liệu sấy cung cấp nhiệt theo phương pháp đối lưu. Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm phòng sấy hình chữ nhật có hay vài băng tải chuyển động nhờ tang quay, băng tựa lăn để khỏi bị võng xuống. Băng tải làm lưới kim loại, không khí quạt đưa vào đốt nóng Caloripher 2, không khí nhận nhiệt gián tiếp từ nước bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt. Hơi nước ống, không khí ống, sau cho vào phòng sấy IV. Vật liệu sấy chứa phễu tiếp liệu, đưa vào phòng sấy I, hai trục lăn để vào băng tải cùng. Nếu thiết bị có băng tải sấy không lớp vật liệu không xáo trộn loại thiết bị có nhiều băng tải sử dụng rộng rải. Vật liệu từ băng di chuyển đến đầu thiết bị rơi xuống băng chuyển động theo chiều ngược lại cuối vật liệu khô đổ vào ngăn tháo III. Không khí nóng chéo dòng với chiều chuyển động băng. Do lượng không khí nóng thóc tiếp xúc với lớn làm cho lượng ẩm tách triệt để hơn. Không khí sau khỏi phòng sấy II có lẫn bụi tạp chất khác thu hồi xyclon 5, không khí sau làm đươc quạt đẩy Chương 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG 2.1. Các số liệu ban đầu -Năng suất tính theo sản phẩm -Độ ẩm vật liệu vào -Độ ẩm vật liệu -Nhiệt độ sấy cho phép : : : G = 8.5 (tấn/ngày) W1 = 23% W2 =13% : t1 = 70oC suy p1bh = 0.3177(at) ( bảng I .250.STQTTB I / Trang 313) -Nhiệt độ tác nhân sấy : t2 = 46oC suy p2bh =0,103 (at) -Chất tải nhiệt : nước bão hòa -Trạng thái không khí trời nơi đặt thiệt bị sấy Huế nên ta chọn nhiệt độ + t0 = 25oC suy Pbh0 = 0,03166(at ) ϕ + = 81% suy pkq = p =1.033 at 2.2. Xử lý số liệu - Đặt số ký hiệu: G1,G2 : Lượng vật liệu trước vào sau khỏi sấy (Kg/h) Gk : Lượng vật liệu khô tuyệt đối qua sấy (Kg/h) W1, W2 : Độ ẩm vật liệu trước sau sấy tính theo % khối lượng vật liệu ướt W : Độ ẩm tách khỏi vật liệu qua máy sấy (Kg/h) L : Lượng không khí khô tuyệt đối qua sấy (Kg/h) xo : Hàm ẩm không khí trước vào caloripher sưởi (Kg/Kgkkk) x1, x2 : Hàm ẩm không khí trước vào sấy (sau qua caloripher sưởi) sau khỏi sấy,(Kg/Kgkkk) - Hàm ẩm không khí tính theo công thức sau: x0 = 0,622 *ϕ * Pbh0 P − ϕ . * Pbh0 ( Công thức 16-3/sách QTTBII-156) Thay số vào ta có 0,622 * 0,81 * 0,031660 x0= 1,033 − 0,81 * 0,03166 =0,01588( kg/kkk ) Nhiệt lượng riêng không khí trước vào calorife GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG I0=Ckkk*t0+x0*ih = Ckkk*to+(r0+Ch*t0)x0 (Công thức 16-4/sách QTTBII trang 156) Ckkk: nhiệt dung riêng không khí J/kg độ Ckkk=103 J/kg độ to: nhiệt độ không khí to=25 C Ch: nhiệt lượng riêng nước r0 t0 J/kg - Nhiệt lượng riêng nước t0 tính theo công thức: Ih=Ch*T0+r0=(2493+1,97 t0)*103 J/kg ( sách QTTB2-156) Trong ro:2493*103:Nhiệt lượng riêng nước 00c Ch=1.97*103: nhiệt dung riêng nước J/kg độ I0=(1000+1,97*103 x0)T0+2493*103x0 J/kgKKK = 65,17*103 J/kgkkk =65,17 kJ/kgkkk Trạng thái không khí sau khỏi calorife ( sổ tay QTTBT-312) T1=70 P1bh= 0.3177 at qua calorife không khí thay đổi nhiệt độ hàm ẩm không thay đổi. Do x1 = x0 nên ta có : x1 * p kg ϕ = (0.622 + x1 ) * P1bh (VII.11-sổ tay QTTB2) = = 0.081 = 8.1% Nhiệt lượng riêng không khí sau khỏi calorife I1 = (1000+1,97*103*x1)T1+2493*103*x1 = (1000+1,97*103*0,01588)*70+2493*103*0,0158 = 111,80*103 (J/kgkkk) = 111,80 (kJ/kgkkk) GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 10 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG 3.2.2.3. Tổn thất qua trần Trần đúc lớp bêtông Trần đúc lớp bê tông δ =0,1 m Lớp cách nhiệt dày δ =0,07 m Để tính tổn thất qua trần ta xác định: α tr =13* α =137,19=93,47 (w/m2k) Do hệ số truyền nhiệt qua trần λ2 =0,922(w/m độ) λ3 =0,057(m) δ 1 δ2 δ3 + + + Ktr = α λ2 λ3 α Vậy tổn thất qua trần Qtr= 3,6KtrFtr ∆ t = 3,60,653(6,951,7)(58-25) = 916,57(KJ/Kg ẩm) Vậy nhiệt tải riêng: QTR qtr = W = 13,29 (KJ/Kg ẩm) 3.2.2.4 Tổn thất qua cửa Hai đầu phòng sấy có cửa làm thép dày δ = 0.005m lớp cách nhiệt dày δ =0.02m có hệ số dẩn nhiệt nhôm λ4 = 0.5 w/mk, λ5 = 0.057w/m độ Do hệ số dẫn nhiệt Kc bằng: 1 δ4 δ5 + + + k = α λ λ5 α c ( w/ Cửa phía tác nhân sấy vào có độ chênh lệch nhiệt độ (t1-t2) đầu có độ chênh lệch bằng(t1-t0) Qc= 3,6KcFc(t1-t2)+(t2-t0) =3,61,776 (1,71,7)(70-25)+(46-25) = 852,49(KJ/h) qc = = 12,36 (KJ/Kg ẩm) GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 25 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG Như tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che môi trường xung quanh Qmt = Qt + Qc + Qtr + Qn = 5567,84+852,49+916,57+2929 = 7366,19 = 106,82(kJ/kg ẩm) Xây dựng đường sấy thực tế Ta xác định thông số trình sấy thực phương pháp giải tích dựa công thức tính toán nên xác hơn. - Nhiệt lượng bổ sung thực tế Δ = qbs + Cn tvl- ∑ q qbs= ( không sử dụng caloripher bổ sung) tvl :nhiệt độ vật liệu trước vào máy sấy tổng tổn thất trình sấy Nhiệt lượng vào Nhiệt độ calorige cung cấp ∑q =qvl+qmt =553,96+106,82 =660,78 (KJ/kg ẩm) ∆ =4,1925-660,78 = -556,03 (KJ/Kg ẩm) Hàm ẩm không khí khởi phòng sấy trình sấy thực là: = x2' − Ι + ∆ * X + CR * t2 ∆ − ( ro + c h * t ) ( Công thức VII.26 sổ tay QTTBII/ trang 105) Nhiệt dung riêng không khí sau sấy: I2'=(1+1,97x2')t2+2493x2' = (1+1,970,022)46+24930,022 = 108,01 (KJ) Hàm ẩm không khí khởi máy sấy là: ' ϕ = x2 * Ρ '′ (0,622 + x ) * pbh So với sấy lý thuyết có ϕ = 0,4072 nên nhiệt độ t2 = 46 thích hợp. Lượng không khí cần thiết để bốc 1kg ẩm trình sấy thực là: l' = = 123,152(kgkkk/kg ẩm) L'= l'w = 123,15268,96 = 8492,56(kg/h) GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 26 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG 3.2.3. Cân nhiệt lượng: - Nhiệt lượng tiêu hao(q)trong trình sấy q = l'(I'2-Io)- ∆ (16-26 QTTBI trang168) = 123,152(108,01 - 65,17) + 556,03 = 5831,86 (KJ/kg ẩm) - Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q' = q1+q2+ Σ q Nhiệt lượng có ích bốc kg ẩm q1=i2-catkk i2: Nhiệt dung riêng kg nước i2= r+cpat r : nhiệt hóa KJ/kg Cpa: nhiệt dung riêng nước 1,842 KJ/kg T : nhiệt độ tác nhân sấy i2= 2500+461,842 = 2584,732 (KJ/kg) q1 = 2584,732 - 4,1925 = 2479,982 (kJ/kg) Với Ca : nhiệt dung riêng nước 4,19 KJ/kg độ nhiệt lượng tác nhân thải mang Nhiệt lượng tác nhân thải mang đi: q2 = l'Ck(t2-t0) (kỹ thuật sấy nông sản trang53) với Ck= ckkk+0,47x0 = 1,005+0,470,01588 = 1,0125 KJ/kg q2 = 123,1521,0125(46-25) = 2618,5194 (KJ/kg) Vậy tổng lượng nhiệt có ích tổn thất q' = q1+q2+ Σ q = 2479,982 + 2618,5194 + 660,78 = 5759,2814 (KJ/kg) Theo cân nhiệt lượng, trình tính toán có q q' sai khác sai khác sai Đại lượng Nhiệt có ích Tổn thất nhiệt tác nhân sấy GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang Kí hiệu q1 q2 27 kJ/ kg ẩm 2479,982 2618,5194 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG Tổn thất nhiệt vật liệu sấy Tổn thất môi trường Tổng lượng nhiệt tính toán Tổng lượng nhiệt tiêu hao qvl qmt q’ q 553,96 106,82 5759,2814 5831,86 Chương 4. TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 4.1. Calorife Do yêu cầu chất lượng sản phẩm thóc sau sấy nên phải dùng tác nhân sấy không khí nóng. Không khí qua caloripher sưỡi nhận nhiệt gián tiếp từ nước bão hòa qua thành ống. Không khí dùng để sấy phải có nhiệt độ theo yêu cầu 70 oC chất truyền nhiệt nước bão hoà. Thiết bị chọn loại ống chùm. Không khí nóng ống, nước bão hòa ống. Hai lưu thể chuyển động chéo dòng. 4.1.1. Chọn kích thước truyền nhiệt. Chọn ống truyền nhiệt đồng,có gân để nâng hệ số truyền nhiệt,hệ số dẫn nhiệt đồng λ = 385 W/mđộ (sách QTTB tập I trang 125) Chọn ống: - Đường kính ống : dng = 0,025 (m) - Đường kính ống : dtr = 0,020(m) d ng − d tr δ = - Chiều dày ống - Đường kính gân - Bước gân : : : = 0,0025 (m) Dg = 1,4 dng = 0,035(m) bg = 0,02 m - Chiều cao gân - Chiều dài ống : : h = = 0,005 (m) l = 1,4 (m) D g − d ng l bg - Số gân ống : m = = 70 - Bề dày bước gân : b = 0,003(m) - Tổng chiều dài gân : Lg=b*m=0,003*70=0,21(m) - Tổng chiều dài không gân : Lkg=l-Lg = 1,4-0.21=1,19(m) - Lượng không khí cần thiết cho trình sấy (theo tính toán thực tế): l’ = 123,152 ( Kg/Kgẩm) L’ =8492,56 ( Kg/h) - Nhiệt độ không khí ban đầu là: t = 25oC GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 28 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG - độ không khí sau khỏi caloripher là: t1=70oC - Thể tích riêng không khí V70oC = 1/ρ70o = 1/1,029 =0,97 (m3/kg) ( công thức I.5 sổ tay QTTB tập 1) o o V46 C =1/ρ46 = 1/1,107 = 0,903 (m /kg) v25oC =1/ρ25o = 1/1,18 = 0,844 (m3/kg) vtb =(v25o+v70o)/2 = 0,907 (m3/kg) - Lượng không khí khô vào caloripher là: V=L’*vtb = 8492,56 0,907=7702,75 (m3/h) - Hệ số cấp nhiệt α + Nhiệt độ trung bình không khí caloripher ttb ttb = thn- ∆t tb ∆t tb = ∆t d − ∆t c ∆t ln d ∆t c Mà: + Chọn nhiệt độ nước bão hòa vào thnd = 105oC + Chọn nhiệt độ nước ngưng tụ thnc = 79oC Nên ta có: ∆t d = t hnd − t d = 105 − 25 = 80 o C tc = thnc tc = Thay số vào ta có: ttb = 32,5 Suy : ttb = 105 – 32,5 = 72,5oC Ứng với giá trị ttb ta có: = 1,022 (kg/m3) � = 0,02983 (w/m) = 20,725 10-6 (Ns/m2) 4.1.2. Tính toán. Diện tích bề mặt ống : (phía ống) Ftr = π *dtr*l = 3,14*0,02*1.4 = 0,0879( m2) Diện tích mặt ống: Fng = π * dng*l = 3,14*0,025*1,4= 0,1099 (m2) Diện tích phần bề mặt ống Fbm = Fgân+Fkgân -Diện tích phần có gân Fgân = π * Dg * Lg + GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang π π * D g − * d ng 4 = 0,02355(m2) 29 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG -Diện tích phần không gân Fkgân = Lkg* π * d ng = 0,0934 (m2) Vậy : Fbm = 0,02355+0,0934 = 0,117(m2) Chọn số ống xếp hàng là: i = 20 Khoảng cách ống ống d= 0,008(m) Khoảng cách ống đến caloripher 0,01 (m) Diện tích tự caloripher Ftd - Chiều dài caloripher Lx = Dng*i+i*Dg+(i-1)d = 0,01*2+(20-1)*0,008+20*0,035 = 0,872(m) - Diện tích tiết diện caloripher Fx= Lx*hcao = 1,4*0,872 = 1,2208 (m2) - Diện tích cản gân là: Fcg = Dg*Lg*i = 0,035*0,21*20 = 0,15 (m2) - Diện tích cản ống là: Fcống = dng*Lkg*i = 0,025*1,19*20 = 0,6( m2) Vậy diện tích phần tự do: Ftd = Fx-Fcống-Fcg = 1,2208- 0,75=0,47(m2) Vận tốc không khí = (m/s) Hệ số cấp nhiệt từ nước bão hoà đến bề mặt ngang ống: α = 2,04 * A * ( r ) 0, 25 H * ∆t (W/m2độ) ( công thức 7-64 QTTB I ) Với H = 1,4 : chiều cao ống r : ẩn nhiệt hoá J/kg (Tra bảng I250-sổ tay QTTB tập ) Từ thnđ = 1050C tra bảng I.250 STQTTB I ta có r = 2248103(J/Kg) - Hệ số A có trị số phụ thuộc vào tm Chọn tT = 104,35oC : Nhiệt độ thành ống ống 105 + 104,35 Vậy tm = = 104,6750C ( trang 29 sổ tay QTTBII ) Sử dụng phương pháp ngoại suy, tra bảng QTTBII trang 27 ta có A = 181,1 - ∆t : Hiệu số nhiệt độ nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ thành caloripher: ∆t bh = t - t = 105-104,35 = 0,65oC hnđ T Vậy thay số vào ta tính được: 1= 14646,62 (W/m độ) GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 30 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG q1 = α * ∆t = 9520,303 (W/m2) Tính hệ số cấp nhiệt từ mặt ống đến không khí chuyển động caloripher α - Lưu thể chảy qua bên ống chùm ống có gân: d ng b Nu = C g −0 , 54 h * b g −0 ,14 n * Re * Pr 0, (sách QTTB I trang 226) Trong đó: Dng : đường kính ống; dng = 0,025 (m) bg : bước gân ; bg = 0,02 (m) H :chiều cao gân ; hg = 0,005 (m) C,n : đại lượng phụ thuộc cách xếp ống Đối với ống xếp hàng : C = 0,116 ; n =0,72 - Chuẩn số Reynol : Re > 3000 : Không khí chảy theo chế độ độ Pr = 0,6929 0,025 Nu = 0.116 0,02 Vậy - Hệ số cấp nhiệt đối lưu: −0 , 54 0,005 * 0,02 −0,14 * Re , 72 * Pr 0, =45,22 - Hệ số cấp nhiệt đố lưu thực tế: dùng phương pháp ngoại suy từ hình 7-10 QTTBI /trang 227 α 2tt =187 Vậy ( trang 34 QTTBII) -Vậy nhiệt lượng riêng: q2 = k*ttb = 138,8872,5 = 10068,88 (kJ/kgẩm) So sánh Vậy tất giả thiết chấp nhận 4.1.3. Xác định bề mặt truyền nhiệt - Lượng nhiệt caloripher cung cấp: qs = I '− I o ' x2 − xo Trong đó: −∆ (công thức 3.4QT&TBTN Phạm Ngọc Trung) = 556,03 (kJ/Kgẩm) GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 31 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG Qs = qs*W = 5831,8968,96 = 402167,1344 (kJ/h) - Hiệu suất caloripher lấy η = 0,9 - Lượng nhiệt thực tế caloripher cấp: - Gọi D lượng nước tiêu tốn 1h Qt Qt = D*r suy D = r = = 198,78 (kJ/Kg) - Lượng nhiệt thực tế truyền từ nước ống đến thành ống: Qt = 3.6*k*F* ∆t tb Suy (m2) - Bề mặt truyền nhiệt thực: Ft = k*F ; k = 1,2 đến 1,5 Chọn k = 1,2 Suy Ft = 251,2 =30 (m2) - Bề mặt truyền nhiệt trung bình: Fbm + Ftr 0,117 + 0,0879 = = 0,10245 2 Ftb= (m2) - Số ống truyền nhiệt caloripher: n = =293 ống - Số ống xắp theo chiều ngang: m = = = 15 ống Vậy kích thước caloripher: + Chiều dài caloripher Lx = 0,872 (m) + Chiều rộng caloripher: Bx = (15-1)0,008+0,012+150,035 = 0,657 (m) + Chiều cao caloripher là: Hx = H+0,052 =1,5( m) 4.2.Cyclon 4.2.1. Giới thiệu cyclon Do yêu cầu độ xác thóc,cũng khí thải người ta dùng tác nhân không khí nóng.Trong trình sấy, không khí nóng chuyển động với vận tốc lớn nên phần thóc theo không khí . Để làm khí thải thóc người ta đặt đường ống không khí nóng cyclon để tách nhiều hơn. GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 32 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG 4.2.2. Tính toán - Ở nhiệt độ 47oC thể tích riêng không khí là: V46oC = 0,903(m3/Kg) - Lưu lượng không khí khỏi phòng sấy V2 = L’v46o = 8492,560,903= 7668,78 (m3/h) -Gọi ∆P trở lực cyclon thì: 540 ≤ ∆P ≤ 750 ρK (Sổ tay QTTB I / trang 522) Mà KLR khí 46 C = 1,107 kg/m3 Ta có P = 597,78 (N/m) - Tốc độ quy ước Wq * ∆P ξ * ρk Wq= ( công thức III.48 STQTTBI / Trang 522) Wq = 2,2 -2,5 Chọn Wq= 2,5 Với ξ = 60 - Đường kính cyclon là: V2 0,785 * Wq * 3600 D= = = 1,04 m (công thức III.47 sổ tay QTTB I) Dựa vào đường kính D = 1,04(m) ta chọn cyclon đơn loại LIH III.4 (sổ tay QTTB I trang 524) - Kích thước cyclon LIH III.4 + Chiều cao cửa vào (kt bên trong) : a = 1,11*D = 1,1544 (m) + Chiều cao ống tâm có mặt bích : h1 = 2,11*D = 2,1944 (m) + Chiều cao phần hình trụ : h2 = 2,11*D = 2,1944 (m) + Chiều cao phần hình nón : h3 = 1,75*D = 1,82 (m) + Chiều cao phần bên ống tâm : h4 = 0,4*D = 0,416 (m) + Chiều cao chung : H = 4,26*D = 4,4304 (m) + Đường kính ống : d1 = 0,6*D = 0,624 (m) + Đường kính cửa tháo bụi : d2 = 0,3*D = 0,312 (m) + Chiều rộng cửa vào : == + Chiều dài ống cửa vào : l = 0,6*D = 0,624 (m) + Khoảng cách từ tận cyclon đến mặt bích : h5 = 0,24*D = 0,2496 (m) + Góc nghiêng nắp ống vào : α = 24 GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 33 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG + Đường kính cyclon : D = 1,04 (m) + Hệ số trở lực cyclon : ξ = 60 4.3. Quạt 4.3.1. Giới thiệu quạt - Quạt phận vận chuyển không khí tạo áp suất cho dòng khí qua thiết bị: Caloripher, sấy, đường ống, cyclon. Năng lượng quạt tạo cung cấp cho dòng khí áp suất động học để di chuyển phần để khắc phục trở lực đường ống vận chuyển. - Năng suất quạt đặc trưng thể tích khí vào hay thiết bị sấy - Sử dụng hai quạt: + Một dùng để hút khí thải cyclon + Một vừa hút khí vào calorife 4.3.2. Tính trở lực toàn trình 1-Trở lực từ miệng quạt đến caloripher. Chọn ống nối từ quạt đến caloripher có đường kính 0,25 (m) chiều dài (m) -Vận tốc khí ống là: ωd = L' 3600 * ρ * F Ta có = 1.18 (Kg/m3) tM = 25 oC π * d 3,14 * 0,25 = = 0,05 F= ( m2 ) L’ = 8492,56 (Kg/h) Vậy = 39,984 (m/s) Chuẩn số Reynol : Re >10 Vậy không khí ống theo chế độ chảy xoáy - Chuyển động chảy xoáy dựa làm vùng + Vùng 1: Nhẵn thuỷ lực học: Khu vực độ nhám không ảnh hưởng đến hệ số ma sát Regh d 7 = 6 ε (Công thức II.60 STQTTB I / Trang 378) 0,25 −4 = 45868,153 = 10 GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 34 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG ε =10 −4 : Độ nhám tuyết đối tôn ( Bảng II-15-sổ tay QTTB-trang 381) + Vùng 2: Khu vực nhám:Khu vực hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào Re d 8 0,25 −4 = 1462531,3 ε Ren = 220* =220* 10 Vậy Regh[...]... vật liệu sấy mang ra : Trong nông sản, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứng từ (5 ÷ 10 0C ) trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy và tác 0 nhân sấy chéo dòng nên tvl =t1 - ( 5 ÷ 10 C ) vì vậy ta lấy tvl = 70-7 =63 0C Gvl * C vl * (t vlc − t vlđ ) qvl = W (Trang 103 sổ tay QTTBII) tvlđ =250C tvlc =630C Nhiệt dung riêng của thóc ra khỏi hầm sấy Cvl =... tông dày δ = 0,1 m Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường là: + Chiều dài L= 6,9+ 2*( 0,04+0,2 ) = 7,38m + Chiều rộng B = 1,79 + 2*( 0,04+0,2 ) = 2,27 m + Chiều cao H =1,7 + 0,17 + 0,02 = 1,89 m 3.1.4.Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy a.Vận tốc của không khí trong phòng sấy ( tính toán và thiết kế hệ thống sấy trang 198) b.Chế độ chuyển động của không... lượng ẩm trong không khí ra khỏi máy sấy là L.x 2 thì có phương trình cân bằng: L.x1 + W = L.x2 (728-QTTB4-290) W L = x 2 − x1 W = x 2 − x0 = = 6882,24( kg/h ) L: Là lượng không khí tối thiểu khô cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩm trong vật liệu ta lại có t0=250C,ứng với ϕ ρ =1,185 kg/m3 (phục lục 6 tính toán và thiết kế hệ thống sấy Trần Văn Phú) Lượng không khí cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong... 2618,5194 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy Tổn thất ra môi trường Tổng lượng nhiệt tính toán Tổng lượng nhiệt tiêu hao qvl qmt q’ q 553,96 106,82 5759,2814 5831,86 Chương 4 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 4.1 Calorife Do yêu cầu về chất lượng của sản phẩm thóc sau khi sấy nên phải dùng tác nhân sấy là không khí nóng Không khí đi qua caloripher sưỡi và nhận nhiệt gián tiếp... trong phòng sấy là chuyển động xoáy 3.1.5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh Với: ∆ t1 : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không khí bên ngoài t1 7025= 45 ∆ t2: Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy đi ra khỏi phòng sấy với tác nhân sấy bên ngoài ∆ t2 = 46-25 = 210C 3.2 Cân bằng nhiệt lượng GVHD: Ts Nguyễn Hiền Trang 17 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ... phụ thêm;Ls= 1 (m) T : Thời gian sấy, chọn T= 0,5h T+Ls (trang 121 sổ tay QTTBII) = = 11,8 (m) - Ta chọn số băng tải là i = 2 chiều dài mỗi băng tải =5,9 (m) Đường kính băng tải d=0,3 (m) 3.1.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy - Chiều dài Lph= Lb+2Lbs = 5,9+2*0,5 = 6,9(m) GVHD: Ts Nguyễn Hiền Trang 15 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG (sách tính toán và thiết kế hệ thống sâý trang 191 Trần Văn Phú)... 8,1 0,01588 111,80 46 0,103 40,72 0.0259 111.80 (VII.20 sổ tay QTTBII trang 102) Chương 3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 3.1 Các thông số về thiết bị sấy 3.1.1 Thể tích không khí : a Thể tích riêng của không khí vào thiết bị sấy: GVHD: Ts Nguyễn Hiền Trang 13 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG R * T1 v1= P − ϕ1 * P1bh (m3/kgkkk) (Công thức 7.2 QTTB4 trang275) T1 = 70+273 = 343K =>... khí GVHD: Ts Nguyễn Hiền Trang 16 ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ Wkk * ltđ γ Re = KHOA : CƠ KHÍ CÔNG (Công thức V.36 sách QTTBII trang 35) Re : là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chảy của dòng ltđ : Đường kính tương đương Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy -Từ nhiệt độ trung bình này tra bảng phụ lục 6 Trang 350 sách '' tính toán và thiết kế hệ thông sấy '' Với: = 18,7710-6 m2/s Vậy Re = 5,8104 ⇒... ĐỒ ÁN QT&TB NGHỆ KHOA : CƠ KHÍ CÔNG = = 68,96 ( kg/h) Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy: G1 = G2+ W = 531+68,96=599,96 ( kg/h) 2.3.2 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy: Cũng như vật liêu khô, coi như không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy không bị mất mát trong suốt quá trình sấy Khi qua quá trình làm việc ổn định lượng không khí đi vào máy sấy mang theo lượng ẩm là: Lx1 Sau khi sấy xong lượng... tác nhân sấy trong thiết bị λtb : hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình λtb = 0,02886 (W/m.độ) ( Bảng I.255, sổ tay QTTB I) , Nu1 : chuẩn số Nuselt Đối với không khí ta có công thức sau: , Nu1 = 0,008Re0,9*Pr0,4 ( Công thức 1.34 sách Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản) Trong đó: Pr: chuẩn số Prandtl theo ttb = 580C của tác nhân sấy Pr . trình sấy thay đổi. Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, máy sấy thùng quay, sấy phun, sấy. sôi, máy sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ khác, … Trong đồ án này em tính toán và thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải. Máy sấy băng tải là máy sấy đa. tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy. a.Vận tốc của không khí trong phòng sấy ( tính toán và thiết kế hệ thống sấy trang 198) b.Chế độ chuyển