Thiết kế Hầm sấy (full) BK HCM Hoàng Trung Ngôn

Thiết kế Hầm sấy (full) BK HCM Hoàng Trung NgônThiết kế Hầm sấy (full) BK HCM Hoàng Trung NgônThiết kế Hầm sấy (full) BK HCM Hoàng Trung NgônThiết kế Hầm sấy (full) BK HCM Hoàng Trung Ngôn

Trường ĐHBK TP.HCM

Thiết kế hệ thống:

(TCVN và ASME)

HẦẦM SẦẤY

Giáo viên hướng dẫn:

Hoàng Trung Ngôn

Cơ sở thiết kế máy

Nội dung chính

1 2 3 4

Tính toán thiết kế kích thước hầm sấy theo TCVN – ASME (Mỹ)

Tính toán cho Buồng đốt

Hầm sấy là gì?

Tính toán cho Calorife – Mặt bích

5Tính toán cho Quạt

- Đối lưu nhiệt

- Năng lượng điện trường cao tần

Quá trình sấy diễn ra gồm quá trình trao đổi nhiệt và quá trình trao đổi

HầẦm sầẤy là gì?

 Hệ thống sấy hầm là hệ thống sấy lớn; là hệ thống

sấy đối lưu cưỡng bức gồm:

+thiết bị chính: hầm sấy, xe gòong +thiết bị phụ: calorife, quạt, buồng đốt, động cơ kéo tời, tấm lọc bụi…

 Hầm sấy có kích thước lớn gấp nhiều lần tủ sấy so với chiều rộng và chiều cao

 Cấu tạo: thường được làm bằng gạch, bê tông bên

trong có các xe chứa vật liệu sấy

 Các khay chứa nguyên liệu được chất lên các xe goòng , được lập trình để chuyển động qua hầm cách nhiệt có tác nhân sấy chuyển động theo một hoặc nhiều hướng khác nhau

 Một hầm sấy tiêu biểu dài 20 m,12-15 xe goòng với tổng sức chứa 5000 kg nguyên liệu.

HầẦm sầẤy là gì?

HầẦm sầẤy trong công nghi p ệ

8/65

S ĐôẦ Quy Trình Tính Toán HT HầẦm SầẤy ơ

Quy trình tính toán

1 Năng suất sấy trong 1 giờ: khối lượng G (kg/năm hoặc kg/ h) hoặc thể tích V (m3/năm

hoặc m3/ h)

2 Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ:

3 Chọn chế độ sấy: TNS và NLS đi ngược chiều; TNS: không khí bên ngoài; có hồi lưu.

4 Xác định thông số TNS trước và sau calorife:

S ĐôẦ HầẦm SầẤy ơ

5 SầẤy Lý ThuyếẤt

5.2/ Thông số của không khí sau Calorife (đi vào thiết bị sấy): t1, ϕ1,I1,d1

5.3/Thông số của không khí sau buồng hòa trộn :

tM, ϕM,IM,dM với

lý thuyết lưu chuyển

trong thiết bị:

=>Lưu lượng thể tích

không khí :

Lưu lượng không khí

khô ngoài trời lý thuyết :

; d1 , I1

Xét năng suất, tính kinh tế, vật liệu thị trường

6.ThiếẤt kếẤ hầẦm sầẤy, xe gòong, khay sầẤy

Chọn TNTT (truyền tải) là xe gòong

Khay sấy : Vật liệu: thường là nhôm, thép (chịu nhiệt, không gỉ)

• Dày: 1-2 mm, Dài×rộng: b×a mm(thường 1200×800)

• Số khay: a (thường 10-15 tùy vật liệu sấy); Khoảng cách các khay: k

Chiều cao toàn bộ của xe: hx (mm) (quy tròn∼ 20k)

Kích thước của xe goòng : (Bx= a+C; Lx= b+ C; Hx=hx+C’)

Khối lượng VLS/xe = G vls Số xe gòong cần thiết:

Tính khối lượng xe goòng:

• Khối lượng khung xe, số thanh đứng, ngang, dọc…Vật liệu thép vuông, 304

• Khối lượng khay+ vật liệu mỗi khay

• Khối lượng bánh xe goòng đường kính D bánh (ổ bi,miếng cao su chịu va đập)

+ Kích thước phủ bì hầm sấy: hầm được xây bằng gạch, tráng vữa có bề dày δ1

+ Trần hầm sấy được đổ bê tông, cốt thép, có vỉ cách nhiệt có chiều dày δ2 và lớp cách nhiệt

bằng bông thủy tinh có chiều dày δ3

+ Chiều rộng phủ bì: B = Bh + 2δ1 +C’’

+ Chiều cao phủ bì: H = Hh + δ2 + δ3 +C’’’ (C’’’, C’’: hệ số điều chỉnh)

16/65

Bước 2 : Tốc độ dòng khí cần cho vào hầm:

Bước 3: Tính tốc độ sấy: Tốc độ sấy tại thời điểm bất kì

λ: ẩn nhiệt hóa hơi (kJ/kg)

KP: hệ số truyền khối đẳng áp (g/sm 2bar)

Ps: áp suất bão hòa (Pa)

PG: áp suất dòng khí (Pa) PMG: khối lượng mol của không khí khô (g/mol) PMA: khối lượng mol của nước (g/mol)

HS: độ ẩm tuyệt đối bão hòa của khí (kgẩm/kgkk) HG: độ ẩm tuyệt đối của không khí (kgẩm/kgkk) KH: hệ số truyền khối ứng với độ ẩm

6.Xác đ nh kích th ị ướ c hầẦm sầẤy

Bước 4: Tính tổng S sấy: At= Ac+ Ad

diện tích sấy cho giai đoạn đẳng tốc: Ac

diện tích sấy cho giai đoạn giảm tốc

Bước 6: Thời gian sấy:

Xe gòong thường chọn theo yêu cầu xí nghiệp, năng suất, giá thành….

Tốc độ sấy

giảm tốc Rd

7.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che qMT [kJ/kg ẩm]

Tiết diện tự do của tác nhân sấy nóng đi trong hầm là: Ftd = FHầm +Fxe

Qn=Fn.qn với qn tra bảng 6.1, trang 74, [8]

7.3.4 Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm sấy Qcửa

Ca.to – thành phần nhiệt vật lí do TNS đưa vào tvl=to

Tổng các tổn thất của hệ thống sấy là:

FTrần = Bh.Lh, m2QTr = Ftrần.ktrần.(ttb-to), W

QMT= QTrần + QTường + Qnền + Q cửa

8.1 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (thải ra ngoài, cũng như không khí hoàn lưu)

i1=r+Cpa.t1; i2=r+ Cpa.t2 ; I2t = x2t (1,01+1,97 d2t ).t2 + 2490 d2t

 Nhiệt độ t2t  ϕ2t

Không khí ra khỏi thiết bị sấy (2t) có: t2t, ϕ2t, d2t, I2t

8.2 Thông số của không khí sau buồng trộn (Mt):

8.Tính toán quá trình sầẤy th c ự

8.3 Thông số không khí sau khi ra khỏi Calorife (đi vào thiết bị sấy) (1t)

d1t=dMt, kg ẩm/kh kkk; I1t = x1t (1,01+1,97 d1t ) t2 + 2490 d1t

Có nhiệt độ tMt  pbhM  ϕ Mt (tra bảng và tính)

không khí sau khi ra khỏi Calorife đi vào thiết bị sấy (1t) có: t1t, ϕ1t, d1t, I1t

8.4 Lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong thiết bị sấy: , kg kkk/h

Lưu lượng thể tích không khí: , m3/s;

tốc độ của tác nhân sấy: ,m/s

8.5 Lượng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết:

với

, kgkkk/h

8.6 Nhiệt lượng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorife: Q= W.q, kW

Nhiệt lượng có ích q1: q1=i2 – Ca.tv1, kJ/kg ẩm

Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2:

Với Cdx(d0)=Cpk+Cpa.d0

• Tổng nhiệt lượng có ích và tổn thất q’:

q’=q1+q2+qvl+qTBTT+qMT, kJ/ kg ẩm

8.7 Sai số tính toán: ε

9 Cần bằẦng nhi t ệ

Ký hiệu (kJ/kg ẩm)

Chọn vật liệu, kết cấu calorife

(ống bằng thép, cánh bằng đồng)

Độ chênh lệch nhiệt độ ∆ttb Thông số kk vào , ra calorife

Số ống, Kích thuốc của calorife (dài, rộng, cao)

10.TÍNH CH N CALORIFE Ọ

10.TÍNH CH N CALORIFE Ọ

A.Tính Calorife

Diện tích trao đổi nhiệt F của Calorife:

Chọn ống thép dẫn hơi có đường kính trong d1, đường kính ngoài d2

Thiết kế cánh:

Chọn vật liệu cho cánh (đ ng)ồ

Hệ số dẫn nhiệt λC ( W/mK)

Chiều dày cánh δC (mm)

Đường kính cánh dC (mm)

Bước cánh SC (mm)

Nhiệt độ làm việc tối đa của cánh t (0C)

Ứng suất cho phép của ống [σ]*= (Công thức 1-4 trang 13, [4])

•

Calorife khí -hơi

Calorife

Ở nhiệt độ t, tra bảng 1-6, trang 15,[4]

+Diện tích bề mặt ngồi các ống cĩ cánh F2 =

Δt1 = tN – t M Δt=

Δt2 = tN – t1; kF2 = với εC : hệ số làm cánh,

α1 : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của hơi ngưng với bề mặt trong của ống

α2 : Hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống

•

Tính toán bề dày của thân thiết bị

Thân thiết bị hình tròn có tâm nằm trên giao 2 đường chéo của vỉ hình chữ nhật nên tính được đường kính hình tròn Dt : P= P0 + ρgHống

•

Kim loại giòn, phi kim

Kim loại dẻo

• Chọn hệ số bổ sung để qui tròn kích thước C= Ca +Cb+ C0

• Bề dày thực của thân thiết bị S= S’ +C

Kiểm tra áp suất tính toán cho phép [P] :P [P]

Kim loại giòn, phi kim

Kim loại dẻo

Tính các hệ số trao đổi nhiệt

Tính bề mặt truyền nhiệt của calorife

Kích thước hình học của ống và calorife

Tính tốn tổn thất áp suất (trở lực) của dịng khơng khí (TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorife

• Trở lực của khơng khí: Δp= ξ Z

•

của Calorife

ρ : Khối lượng riêng của không khí

: Hệ số trở lực của ξ

ống chùm so le

=0.72 ξ

Calorife

Calorife

Bề dày ống calorife tính theo ASME

S: ứng suất cho phép sử dụng, psi

E1,E : Hệ số mối hàn dọc

tp : Bề dày thân thiết bị trong,in

t : Bề dày hiện tại ( trừ hệ số bổ sung chống ăn mòn), in

Quy trình tính toán bếẦ dày thần ôẤng

Xác định thông số tính toán

Tính bề dày tối thiểu t

Tính bề dày thực t’ rồi chọn bề dày tiêu chuẩn tn

Áp suất tính toán P (psi)

Ứng suất cho phép S (psi)

Hệ số bền mối hàn E

P, T: Thông thường:

• T=max(Tm) Tm là nhiệt độ môi trường 2 bên vách thiết bị

• P=Pm+ρgH Pm: Áp suất làm việc nguy hiểm nhất của thiết bị

H: Chiều cao thiết bị

Xác đ nh ng xuầẤt cho phép S ị ứ (Tham kh o b ng 1A, phầần D, m c II c a ASME)ả ả ụ ủ

37

38

Calorife -ASME

39

Hệ số bền mối hàn E :Tham khảo UD-12 của ASME

40

Calorife -ASME

41

• Thân trụ: +Biết bán kính trong

+Biết bán kính ngoài

 Tính Toán Bề Dày Tối Thiểu T

Tính toán bề dày thực tế t’ và

bề dày chuẩn tn

Bề dày thực tế: t’=t+C.A (in)

t là bề dày tối thiểu C.A bề dày bù ăn mòn, thường lấy C.A=0.065 in tối đa là 0.125 in

Bề dày tiêu chuẩn: Sau khi tính bề dày thực tế ta phải chọn bề dày tiêu chuẩn tn trên thị

trường sao cho

tn ≥ t’

Mặt bích: là sản phẩm dùng để nối giữa các đầu ống lại với nhau tạo thành một dòng chảy trong đường ống

chọn bích liền (chế tạo từ thép chịu nhiệt)

Tính bích theo Hồ Lê Viên (Trang 142)

Tính các thông số cơ bản

Dn: đường kính ngoài mặt bích , mm

Do: đường kính ngoài vòng đệm, mm

Dt : đường kính trong thân thiết bị, mm

Db : đường kính vòng bulong , mm

s : bề dày thân thiết bị , mm

l : cánh tay đòn của moment gây uốn bích

Bước 2: Tính lực cần thiết để xiết chặt vòng đệm:

(q0 là áp suất riêng cần thiết biến dạng vòng điệm ,tra ở bảng 7-4/p156/HLV)

•

+b0 là bề rộng tính toán của vòng đệm, mm, b0 = (0,50,8)b

+b là bề rộng thự của vòng đệm + Hệ số áp suất riêng m = 2,75 (m tra bảng 7- 4/p156/HLV)

Quy trình tính toán bulông cho bích

Bước 3: Tính lực tác dụng lên 1 bulong:

Xác định lực nén chiều trục sinh ra do xiết

BuôẦng đôẤt

Sơ lượt về cấu tạo:

+ Buồng đốt có đường kính trong

Dt, chiều cao H

+ Vật liệu chế tạo là thép 304

BuôẦng đôẤt (TCVN)

Tính toán bề dày tối thiểu smin

+ Buồng đốt làm việc ở điều kiện áp suất dư nên chịu áp suất trong

+ Hơi đốt là hơi nước bõa hòa ở áp suất tuyệt đối nên buồng đốt chịu áp suất trong

Pm, bỏ qua áp suât thủy tĩnh  áp suất tính toán P

+ Nhiệt độ của hơi đốt vào lò là tD ( tra “ bảng I.251 Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất “, ở áp suất tuyệt đối, trang 314 “ sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập 1 “)

+ Nhiệt độ tính toán của buồng đốt là ttt

+ Với các thông số trên ta tra được

 Áp suất tính toán, thân chịu áp suât trong

 Ứng suất cho phép chịu nén [σ]

 Hệ số bền môi hàn E=0,95

•

BuôẦng đôẤt (ASME)

Buồng đốt có đường kính trong Dt, chiều cao H

Bán kính trong của thân

Áp suất tính toán, thân chịu áp suât trong P

Ứng suất cho phép lớn nhất

( tra ở bảng TABLE 1A trang 90 và 92, Line No: 1 cho thép 304 ở nhiệt độ làm việc t “ ASME

2012 section II – part D – Material “)

 Chọn buồng đốt có: Đáy nón, nắp ellip

•

Chọn thép tấm theo tiêu chuẩn

bề dày thép có trên thị trường

Thân chịu ứng suất vòng:

NằẤp ellip buôẦng đôẤt ch u áp suầẤt ngoài ị

Sơ lược về cấu tạo: (Hình a)

• Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn

• Nắp có gờ và chiều cao gờ là

• Nắp có lỗ thoát hơi thứ

• Vật liệu chế tạo thép 304

Chọn bề dày tối thiểu

Đáy nón buôẦng đôẤt (ASME)

Đối với đáy nón có đoạn chuyển tiếp, ta thực hiện tính bề dày tối thiểu tương tự khi tính cho đáy côn không có đoạn chuyển tiếp Tuy nhiên, ta cần thực hiện thêm bước chọn bán kính cong của đoạn uốn r sao cho:

• r không nhỏ hơn 6% đường kính ngoài của thân thiết bị

• r không nhỏ hơn 3 lần bán kính ngoài của thân thiết bị

Chọn đáy nón tiêu chuẩn

Góc ở đáy là

Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là

α

•

Đáy nón ch u áp suầẤt trong ị (ASME)

Tính bề dày tối thiểu của đáy nón t

Tính bán kính cong đoạn chuyển tiếp

Không

phù hợp

Bề dày thực t

r ≥6% đường kính ngoài của thân thiết bị

r ≥ 3 lần bán kính ngoài của thân thiết bị.

Phù hợp

• Chọn đáy nón tiêu chuẩn

• Đáy nón có phần gờ cao và góc ở đáy là

• Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là

• Vật liệu chế tạo thép 304, các thông số tính toán:

• Ứng suất cho phép của thép 304, tại nhiệt độ làm việc T

• : Hệ số bền mối hàn

• : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học

• Xác định hệ số hình dạng y

• Căn cứ vào và nên ta chọn hệ số hình dáng

• Đáy chịu áp suất ngoài,

•

Đáy nón buôẦng đôẤt (TCVN)

Đáy nón ch u áp suầẤt trong ị (TCVN)

Tính

Tính áp suất cho phép, Chọn giá trị bé

Bề dày thực S

Quạt ly tâm tải nhiệt cho lò sấy ,lò đốt

a) Trở lực từ miệng quạt đến Calorifer

• Chọn ống nối từ quạt đến Calorifer có đường kính d, chiều dài l

c)Trở lực do đột mở vào Calorifer: ΔP3= ξρ

d) Trở lực do đột thu từ Calorifer ra ống dẫn khơng khí nĩng: ΔP4= ξρ

e) Trở lực đường ống dẫn khơng khí từ Calorifer đến phịng sấy

Chọn chiều dài ống dẫn : l’, đường kính ống dẫn : d’

Tính tốn giống ống từ miệng quạt đến calorife

g) Trở lực đột mở vào phịng sấy: ΔP6= ξρ

•

F0 = ϖ

Diện tích cắt ngang của Calorifer Ft =>

Tra [2] trang 387, suy ra ξ

t0 : Nhiệt độ làm việc của thiết bị

B : áp suất tại nơi đặt quạt

là khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc và tiêu chuẩn

[1].Bùi Hải, Trần Thế Sơn Kỹ thuật sấy NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2007

[2].Hoàng Văn Chước Thiết Kế Hệ Thống Thiết Bị Sấy NXB Khoa học và kỹ thuật 2006

[3].Hồ Lê Viên Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí NXB Văn hóa

Dân tộc 2006

[4] Trần Văn Phú Kỹ thuật sấy Nhà xuất bản Giáo dục, 2001

[5] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên Sổ tay quá trình và thiết bị công số hóa chất

tập 1 NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội 1992

[6] Vũ Bá Minh, Võ Văn Bang Quá trình và thiết bị tập 3 – Truyền khối NXB Đại học Quốc gia

TPHCM 2008

[7] KIL JIN BRANDINI PARK, LUÍS F T ALONSO, FÉLIX E P CORNEJO, INÁCIO M D FABBRO, and KIL JIN PARK,

Drying System Designs: Global Balance And Costs

[8] Harvey M Kane, Albert W Starkweather Jr, Handbook of Food Engineering Practice

Thank you!