Tính toán thiết bị sấy

Tính toán thiết bị sấy

PHẨN 2 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY Vật liệu sấy là muối có các thơng số cơ bản sau: • Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy là( theo vật liệu ẩm): ω 1 = 6% = 0,06 • Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (nt) : ω 2 = 0.2% = 0.002 • Khối lượng riêng  r =2350 kg/m 3 • Khối lượng riêng xốp( thể tích)  v =1020 kg/m 3 • Nhiệt dung riêng của vật liệu khơ Cvl = 0.712 kJ/kg.K • Đường kính hạt d =[ 0.2-0.9 mm (60%), < 0.2 mm (20%), 1- 2 mm (20%)] D tb = 0.5 mm • Năng suất theo sản phẩm G 2 = 2000 kg/h I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1. CÁC THƠNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY Dùng tác nhân sấy là khơng khí Nhiệt độ đầu t 0 = 30 0 C , ϕ = 70% ( thơng số này lấy từ nhiệt độ trung bình ở Phan Thiết – Bình Thuận) Nhiệt độ vào thiết bị gia nhiệt t 1 = 200 0 C, Nhiệt độ ra thiết bị sấy t 2 = 90 0 C Tính các thơng số của tác nhân Trạng thái khơng khí ngồi trời, được biểu diễn bằng điểm A có (t o ,  o ). Từ thơng số đó ta tra giản đồ I-x để tìm các thơng số cần thiết hoặc tính tốn - Phân áp suất hơi bão hòa của hơi nước trong khơng khí ầm theo nhiệt độ: 4026,42 4026,42 exp 12 exp 12 0,0422 235,5 235,5 30 o b o p t     = − = − =  ÷  ÷ + +     ,bar - Độ chứa ẩm . 0,7.0,0422 0,622 0,622 0,0193 . 0,981 0,7.0,0422 o bo o o bo p x B p ϕ ϕ = = = − − ,kg ẩm/kg kkk Entanpi H 0 = (1000 + 1,97.10 3 .x 0 ).t 0 +2493. 10 3 . x 0 =(1000 + 1,97.10 3 .0.0193).30 +2493. 10 3 .0.0193 = 79.25 ,kJ/kg kkk 1 Không khí được đưa vào thiết bị gia nhiệt và được đốt nóng đẳng áp ((x 1 = x o ) đến trạng thái B (x 1 , t 1 ). Điềm B : t 1 = 55 o C x 1 = x o = 0,0194 (kg/kgkk) Vì nhiệt độ sấy lớn hon 100 0 C nên Pb 1 =P Nên độ chứa ẩm 1 1 1 0,622 1 x ϕ ϕ = − ⇒ 1 1 1 . (0,622 ) 0,0193 0.03 (0,622 0,0193) x x ϕ = + = = + Entanpi H 1 = (1000 + 1,97.10 3 .x 1 ).t 1 +2493. 10 3 . x 1 =(1000 + 1,97.10 3 .0.0193).200 +2493. 10 3 .0.0193 = 255.72 ,kJ/kg kkk không khí ở trạng thái B được đưa vào thiết bị sấy và thực hiện quá trình sấy lý thuyết (H 1 = H 2 ) trạng thái ổn định của đấu ra thiết bị sấy. t 2 = 90 0 C với H 1 = H 2 = 255.72 ,kJ/kg kkk 2 2 4026,42 4026,42 exp 12 exp 12 0,6908 235,5 235,5 90 b p t     = − = − =  ÷  ÷ + +     , bar H 2 = (1000 + 1,97.10 3 .x 2 ).t 2 +2493. 10 3 . x 2 2 2 2 2 1,004. 255.72 1,000.90 0,0624 2500 1,842. 2493 1,79.90 H t x t − − ⇒ = = = + + ,kg ẩm/kg kkk 2 2 2 2 . 0,0624.0,981 0,129 (0,622 ) 0,6908.(0,622 0,0624) b x B p x ϕ = = = + + 2 Bảng 1. trạng thái của tác nhân sấy trong q trình sấy lý thuyết. Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu (A) Trạng thái không khí vào thiết bò sấy (B) Trạng thái không khí ra khỏi thiết bò sấy (C) t ( o C) 30 200 90  (đơn vò) 0,7 0,03 0,129 x (kg/kgkk) 0,0193 0,0193 0,0624 H (kJ/kgkk) 79,25 255,72 255,72 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Năng suất thiết bị tính thoe nhập liệu: 2 1 2 1 1 1 0,002 . 2000. 2123,4 1 1 0,06 G G ω ω − − = = = − − kg/h - Lượng ẩm cần tách: W = G 1 – G 2 = 2123,4 – 2000 =123,4 kg/h - Lượng tác nhân khô cần thiết: 2 1 123,4 2863,11 0,0624 0,0193 W L x x = = = − − kg/h - Lượng tác nhân tiêu hao riêng: 2 1 1 1 23.20 0,0624 0,0193 L l W x x = = = = − − kgkk/kg ẩm 3 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Ta sấy theo phương pháp ngược chiều để q trình truyền nhiệt là tốt nhất vì nhiệt dộ mà ta chọn sấy còn rất thấp so với nhiệt độ nóng chảy của muối Do q trình sấy do nhiều yếu tố mà ta bị mất 1 lượng nhiệt vì thế ta có các loại nhiệt sau Q trình sấy khơng có bổ sung nhiệt lượng, Q BS = 0 Thiết bị sấy thùng quay khơng có thiết bị chuyển tải, Q CT = 0 - Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:  Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong carorife L(I 1 – I o )  Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G 1 - W)C v1 + WC a ].t v1 - Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:  Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi: L(I 2 – I o )  Nhiệt lượng thất thốt do cơ cấu bao che: Q m  Nhiệt lượng do vật liệu mang ra: G 2 .C v2 .t V2 3 Với o t v1 nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường: t v1 = t o = 30 o C o t v2 : nhiệt độ cuối của vật liệu sấy lấy bằng: t v2 = t 1 – (5 10 o C) = 200 –10= 190 o C o C v1 = C v2 = C v .nhiệt dung riêng của vật liệu sấy lấy ω 2 : C v = C vk (1-ω 2 ) + C a .ω 2 ,kJ/kg o K ä C a : nhiệt dung riêng của ẩm. Với ẩm là nước thì C a = C n = 4,18 kJ/kg . K ⇒ C v = C vk (1-ω 2 ) + C a .ω 2 = 0,712.(1 - 0,002) + 4,18.0,002 = 0,719 (kJ/kg o K) - Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sấy: L(H 2 –H 1 ) + [(G 1 - W)C v1 + WC a ].t v1 = L(H 2 – H o ) + Q m + G 2 .C v2 .t V2 Đặt: Q v = G 2 C v (t v2 – t v1 ) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra. Mặt khác: G 2 = G 1 – W C v1 = C v2 = C v - Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực: Q = L(H 1 – H o ) = L(H 2 – H o ) + Q m + Q v - WC a t v1 - Nhiệt lượng tiêu hao riêng ( 1 kg lượng ẩm) q = l(H 1 –H o ) = l(H 2 – H o ) + q BC + q v – C a t v1 trong đó: m m Q q W = ; W ttCG W Q q vvvv v )( 122 − ==  Tổn thất do vật liệu sấy: Q v = G 2 C v (t v2 – t v1 ) =2000.0,719.(190– 30) =230080 (kJ/h) 230080 1864.51 123.4 v v Q q W = = = (kJ/kg aåm)  Nhiệt do vật liệu ẩm đưa vào WC a t v1 = 123.4.4,18.(30 +273)= 156291,036 (kJ/h) 4 C a .t v1 = 4,18.(30 + 273)=1266.54 (kJ/kg ẩm)  Tổn thất cơ cấu bao che: Q m = (0,03  0,05).Q hi [14] Q hi : nhiệt hữu ích là nhiệt làm bay hơi lượng ẩm : Q hi = W.[r tv1 + C a (t 2 – t v1 )] [8] Với: o r tv1 :ẩn nhiệt hóa hơi của nước , r tv1 = 2500 kJ/kg o C a nhiệt dung riêng của ẩm: C a = C pa = 1,9kJ/kg.K ⇒ Q hi = 123,4.[2500 + 1,9.(90– 30)] = 322567,6 kJ/h ⇒ Q m = 0,05.Q hi = 0,05. 322567,6 = 16128,38 kJ/h 16128,38 130,7 123,4 m m Q q W = = = kJ/kg ẩm - Đặt ∆ = C a t v1 – q BC – q v :nhiệt lượng bổ sung cho q trình sấy thực nó đặc trưng cho sự khác biet giữa sấy lý thuyết và sấy thực.  Với quá trình sấy lý thuyết: ∆ = 0 Nhiệt lượng tiêu hao cho q trình sấy lý thuyết Q = L(H 2 – H o ) = 2863,11.(255,72 – 79,25) = 505281.653 kJ/h q = l(H 2 –H o ) = 23,20.(255,72 – 79,25) = 4094,104 (kJ/kg ẩm)  Với quá trình sấy thực tế: ∆ ≠ 0 ∆ = C a t v1 – q BC – q v =1266,54 -1864,51- 130,7= -728,67(kJ/kg ẩm) ∆ < 0 ⇒ C a t v1 < q BC + q v ⇒ H 2 < H 1 ⇒ trạng thái tác nhân sấy đường H 2 nằm dưới đường sấy lý thuyết điều này xảy ra là do có tổn thất nhiệt trong q trình sấy. Từ đó ta xác dịnh các tính chất cùa tác nhân sấy ra khỏi thiết bị: l II í ∆ += 2 5 Vì l chưa biết nên ta xác định x 2 thơng qua cân bằng nhiệt : 1 2 2 2 1 2 1 2 ( ) ( ) ( ) ( ) [( ) ] [( ) ] 1,000(200 90) 0,0194.[(2500 1,9.200) ( 728,67)] 0,0529 [(2500 1,9.90) ( 728,67)] pk o í pk o pa pa C t t x i x i C t t x r C t r C t − + − ∆ = − ∆ − + + − ∆ = + − ∆ − + + − − = = + − − H 2 = (1000 + 1,97.10 3 .x 2 ).t 2 +2493. 10 3 . x 2 =(1000+1,97.10 3 .0,0529).90+2493. 10 3 .0,0529 = 231,259 kJ/kg kkk 2 2 4026,42 4026,42 exp 12 exp 12 0.6908 235,5 235,5 90 b p t     = − = − =  ÷  ÷ + +     bar 2 2 2 2 . 0,0529.0,981 0,111 (0,622 ) 0,6908.(0,622 0,0529) b x B p x ϕ = = = + + Bảng 3:trạng thái của tác nhân trong q trình sấy thực: Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu (A) Trạng thái không khí vào thiết bò sấy (B) Trạng thái không khí ra khỏi thiết bò sấy (C’) t ( o C) 27 200 90  (đơn vò) 0,7 0,03 0,111 x (kg/kgkk) 0,0193 0,0193 0,0529 H (kJ/kgkk) 79,25 255,72 231,259 6 7 Đồ thị biểu diễn quá trình sấy - Lượng tác nhân khô cần thiết 2 1 123,4 3672,62 0,0529 0,0193 W L x x = = = − − kg/h Lượng nhiệt tiêu hao riêng: 2 1 1 1 29,76 0,0529 0,0193 L l W x x = = = = − − kg/kg aåm - Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực: Q = L(H 2 –H o ) + Q m + Q v - WC a t v1 = 3672,62.(231,259-79,25) + 728,67 =559000 kJ/h Lượng nhiệt cung cấp riêng: Q q W = = 4530 kJ/kg aåm - Hiệu suất sấy: 8 2614 0.577 4530 hi Q qhi Q q η = = = = TÍNH THỜI GIAN SẤY Tính cường độ sấy - Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị: 1 2 200 90 145 2 2 k t t t + + = = = o C - Độ ẩm trung bình của tác nhân sấy trong thiết bò sấy: 1 2 0,03 0,111 0,0705 2 2 k ϕ ϕ ϕ + + = = = - Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong tác nhân sấy: 4026,42 4026,42 exp 12 exp 12 0,59216 235,5 235,5 145 b p t     = − = − =  ÷  ÷ + +     bar - Khối lượng riêng của tác nhân: 3 0,378. . 1 1,293.273 0,378.0,0705.0,59216 1 0,8309 / (145 273) 0,981 o o b k T p T B kg m ρ ϕ ρ   = −  ÷     = − =  ÷ +   Thời gian sấy: 1 2 1 2 2 . .( ) [200 ( )] v W W A W W ρ β τ − = − + Với β là hệ số chứa đầy ,đối với thiết bị sấy ta chon thiết bị có cánh nâng và sấy ngược chiều ,ta chọn β =0,18 % Cường độ bay hơi A= 7,2 kg/m 3 h (sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2) ⇒ 1 2 1 2 2 . .( ) 2.1020.0,18.(6 0,2) 1,5263 [200 ( )] 7,2.[200 (6 0,2)] v W W A W W ρ β τ − − = = = − + − + h Ta lấy thời gian sấy bằng với thời gian lưu của vật liệu trong thiết bị. τ=τ 1 TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH - Thể tích thùng sấy: 123,4 17,14 7,2 T W V A = = = (m 3 ) 9 - Chọn đường kính thường theo tiêu chuẩn: D T = 1,6 m - Chiều dài thùng: 2 2 4 4.17,14 8,53 .1,6 T T T V L D π π = = = (m) Chọn L T = 9m ⇒ 9 5,625 1,6 T T L D = = ⇒ thỏa điều kiện 3,5 7 T T L D = ÷ Khi đó thể tích thùng sấy 2 2 .1,6 . .9 18,086 4 4 T T D V L π π = = = (m 3 ) Thời gian lưu: Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng: 1 1 . 18,068.0.18.1020 1,562 2123,4 T v V G β ρ τ = = = h Thời gian lưu của vật liệu đảm bảo được τ 1 >= τ Tính tốc độ vòng quay của thùng sấy 1 1 . . . . T T m k L n D tg τ α = Trong đó: . k 1 : hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu Trường hợp ta chọn sấy ngược chiều k 1 = 0,5 2,0  Chọn k 1 = 1 . m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng. Đối với cánh nâng, m = 0,5 Chọn góc nghiêng thùng 2,5  3 .chọn α = 3 ⇒ 1 1 . . 0,5.1.9 0,572 . . 93,735.1,6. 3 T T m k L n D tg tg τ α = = = (vg/ph) Chọn vòng quay của thùng là 1 vòng. TÍNH VẬN TỐC DỊNG KHÍ: - Lưu lượng dòng khí : 1 2 3672,62 4420,05 2 0,8309 V V L V k ρ + = = = = m 3 /h =1,23 m 3 /s - Tiết diện chảy của tác nhân 10 [...]... chọn là thỏa TÍNH CÁC LỰC Ờ VĨ TRÍ ĐỞ VÀ ĐỘ BỀN THÙNG TÍNH THIẾT BỊ CẤP NHIỆT: 23 Vì nhiệt độ sấy của ta khá cao 2000 C nên ta sử dụng bộ sấy khơng khí kiểu ống và tác nhân sấy là khói lò , nhiên liệu đốt là than bùn Bảng thơng số Tác nhân sấy Than bùn Nhiệt độ vào t2đ = to Nhiệt độ ra t2c = t1 Áp suất Nhiệt độ khói Khơng khí Khói lò 27oC 55oC 1 at 250oC TÍNH CÁC HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT : Tính hệ số cấp... 0,32D 224 α 15 Độ ξ 105 Đợn vị TÍNH TỐN KHÍ ĐỘNG VÀ CHỌN QUẠT GIĨ: Tính trở lực hệ thống đường ống Do hệ thống sấy dài nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống • Quạt đặt ở đầu hệ thống có tác dụng đưa khí vào thiết bị trao đổi nhiệt và đưa khí đó vào thiết bị sấy, qua 2 đoạn ống cong 900 • Quạt đặt ở sau hệ thống nhằm đưa khí ra khỏi hệ thống và đưa khí vào thiết bị loc xyclon , qua 1 đoạn ống... ma sát λ , theo Bảng PH 2 (kỹ thuật sấy của Hồng Văn Chước) - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực ma sát trong ống dẫn: ∆ Pms = λ = λ L v k2 ρ k (N / m 2 ) D tđ 2 L v k2 ρ k (mmH 2O ) D tđ 2.g Kết quả tính trở lực ma sát trên đường ống STT Đoạn ống Từ sau quạt đẩy đến trước thiết bị truyền nhiệt Từ sau thiết bị truyền nhiệt đến trước thiết bò sấy Từ sau thùng sấy đến xyclon Từ sau xyclon đến quạt... (W/mK) 16,3 0,05 50 Tính tốn các hệ số cấp nhiệt: • Tính tốn hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành của thiết bị α 1 STT 1 2 3 4 Các thơng số của tác nhân sấy trong thùng sấy: Thơng số Kí hiệu Đơn vị Vận tốc m/s vk o Nhiệt độ trung bình C tk Hệ số dẫn nhiệt W/m.oK k Dộ nhớt Ns/m2 k Giá trị 0,612 145 0,03854 1,7802.10-5 14 5 6 kg/m3 k m2/s k Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị: Chuẩn số Reynolds:... • Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng sấy đến mơi trường xung quanh α 2: Q trình truyền nhiệt từ thành ngồi của thiết bị sấy đến mơi trường xung quanh là q trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và bức xạ nhiệt Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α ’2: do góc nghiêng hok lớn nên ta coi thiết bị là ống đặt nằm ngang, ta lấy nhiệt độ trung bình ngồi thiết bị bảng thơng số khơng khí ngồi ống: STT 1... Ký hiệu Ghi chú Tra đồ thò đặc tuyến quạt ly tâm Ц 9-57, No5 (Hình II.58, tập 1) Bảng P1.3, tập 1 35 Tốc độ quay Hệ số công suất vđc (vg/ph) cosϕ 1460 0,88 TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ: Tính giá thành vật tư – thiết bò STT Vật liệu – Thiết bò Đơn vò tính Đơn giá 1 2 3 4 Thép Vật liệu cách nhiệt Quạt (cả môtơ) Bulon Môtơ điện quay thùng Ống thép φ > 50mm Van thép, φ > 50mm Lưu lượng kế φ > 50mm 10000 (kg)... +α2’’ = 2,088 + 5,33 = 7,42 W/m2.K Tính hệ số truyền nhiệt Ktt: K tt = 1 δ 1 1 +∑ i + α1 i =1 λi α 2 = 3 1 = 1,83W/m 2 K 1 0,0035 0,001 0,001 1 + + + + 2,56 16,3 0,05 50 7, 42 Vì hệ số Ktt < K nên lớp cách nhiệt ta chọn rất thỏa mãn TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY: Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy khơng những đi qua lớp vật liệu nằm trên cánh và tren mặt thùng sấy mà còn di qua dòng hạt rơi từ... vận tốc dòng khí phụ thuộc vào kích thước ở kỹ thuật sấy của Nguyễn Văn Lụa v tra =0,7 m/s) Mặt khác ta có : vk π 1,62 4.V 4.1, 23 = V ⇒ vk = = = 0.612 m/s 2 4 π 1,6 π 1,62 Để đảm bảo ta chon vk =0,612 m/s TÍNH BỀ DÀY CỦA THÙNG SẤY: Vật liệu sấy là vật liệu có độ ăn mòn hóa học cao và làm việc ở nhiệt độ cao vì thế chọn vật liệu 1X18H10T Các thơng số tính tốn ,vì nhiệt độ làm việc do khí nóng mang vào... mm Bảng thiết kế đường ống: S T T Bắt đầu đoạn ống Kích Điểm bắt thước đầu (mm) 1 Cửa ra quạt đẩy 2 Cửa ra thiết bị truyền nhiệt ∅250 2 ∅400 1,368 3 Cửa ra thùng tháo liệu 429 x169 2 429 x169 4 Cửa ra của nhóm cyclon ∅400 2 ∅400 350 Chiều dài l (m) 2 Đoạn ống Kích Lưu thước lượng khí (mm) V (m3/s) ∅400 0,858 Kết thúc đoạn ống Vận tốc Kích Điểm kết khí v thước thúc (m/s) (mm) Lối vào thiết bị 6,83 ∅250... thỏa điều kiện S −Ca < 0,1 DT - Ứng suất lớn nhất cho phép của thiết bị: [ p] = 2[σ ].φh ( S − Ca ) 2.115, 2.0,9.(7 − 2) = = 0,646 N/mm2 DT + ( S − Ca ) 1600 + (7 − 2) Vậy với bề dày thiết kế thì phù hợp do [p]>p TÍNH BỀ DÀY CÁCH NHIỆT : Nhằm tránh mất mát nhiệt và đảm bảo an tồn cho người vận hành ta nên làm thêm phầm cách nhiệt Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt k: 12 1 2 3 1 : bề dày thân thùng 2