GIÁO TRÌNH CÁC LOẠI THIẾT BỊ SẤY chuong 4

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY Cân lượng ẩm vật liệu: Gọi: G1, G2 : lượng vật liệu trước vào sau khỏi máy sấy, [kg/s] Gk : lượng vật liệu khô tuyệt đối qua máy sấy, [kg/s] ω1,ω2 : độ ẩm vật liệu vào khỏi máy sấy, [%] W : lượng ẩm tách khỏi vật liệu sấy, [kg/s] L : lượng không khí khô qua máy sấy, [kg/s] d1,d2 : độ chứa không khí ẩm vào khỏi gia nhiệt, [kg/kg k2khô] d3 : độ chứa không khí ẩm khỏi máy sấy, [kg/kg k2khô] Trong trình sấy xem tượng mát vật liệu, lượng vật liệu khô tuyệt đối Gk = const suốt trình I 2 3 =100% 1 t1 d1=d2 d3 d  Vậy lượng vật liệu khô tuyệt đối qua máy sấy là: Gk = G1 100 − ω1 100 − ω = G2 100 100 ⇒ G1 = G2 100 − ω2 100 − ω1 [kg/s] Hoặc G2 = G1 100 − ω1 100 − ω2 Trong Lượng ẩm tách khỏi vật liệu sấy là: W = G1 − G2 100 − ω2 = G2 − G2 100 − ω1  100 − ω2 − 100 + ω1   = G2  100 − ω1    ω − ω2   = G2   100 − ω1  Hoặc W = G1 − G2 = G1 − G1 100 − ω1 100 − ω2  100 − ω2 − 100 + ω1   = G1  100 − ω2    ω − ω2   = G1   100 − ω2   ω − ω2   ω − ω2   = G2   ⇒ W = G1   100 − ω2   100 − ω1   Lượng không khí khô qua máy sấy: Giả sử lượng không khí khô không bò mát qua máy sấy Trong trình sấy lượng không khí vào máy sấy có mang theo lượng ẩm (L d2 ) Sau sấy xong, không khí nhận thêm lượng ẩm từ vật liệu chuyển vào W lượng ẩm không khí khỏi máy sấy (L.d3) Ta có phương trình cân độ ẩm L.d + W = L.d →L= W W = d3 − d d − d1 → lượng không khí khô cần thiết để bốc 1kg nước l= L 1 = = W d3 − d d − d1 II - Cân nhiệt lượng máy sấy Gọi: Q : nhiệt lượng tiêu hao chung (tổng cộng) cho máy sấy, [J] Qs : nhiệt lượng đốt nóng (gia nhiệt) không khí gia nhiệt sưởi (bộ gia nhiệt chính), [J] Qb : nhiệt lượng bổ sung phòng sấy, [J] Qxq : nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh, [J] C1, C2 : Nhiệt dung riêng vật liệu trước vào sau khỏi máy sấy, [J/kg.độ] (thường C1 gần C2) θ1 ,θ : nhiệt độ vật liệu sấy trước vào sau khỏi máy sấy, [ C ] Cvc1 , Cvc : nhiệt dung riêng phận vận chuyển trước vào sau khỏi máy sấy, [J/kg.độ] ( thường Cvc1 = Cvc = Cvc ) Cn : nhiệt dung riêng nước, [J/kg.độ] Gvc1 , Gvc : trọng lượng phận vận chuyển, [kg] Ở Gvc1 = Gvc = Gvc Ta có sơ đồ máy sấy dùng tác nhân sấy không khí khói lò sau: Nguồ n nhiệ t (hơi nướ c, khó i lò , điệ n trở ) Vậ t liệ u ban đầ u G1, , G vc1 , Cvc1 , tvc1 Bộgia nhiệ t bổxung Khô ng khí o Khô ng khí sấ y xong L, I L, I Lọc bụi Bộgia nhiệ t sưở i Vậ t liệ u sấ y xong G2, , G vc2 , Cvc2 , tvc2 + Nhiệt lượng mang vào: • • Do không khí mang vào L.I1 Do vật liệu mang vào G1C1θ1 = G2C2θ1 + W.Cnθ1 ( G1 = G2 + W) ( C1 = C2) • Do phận vận chuyển mang vào Gvc1.Cvc1.tvc1 = Gvc.Cvc.tvc1 • Do cung cấp gia nhiệt sưởi Qs • Do nhiệt bổ sung phòng sấy Qb + Nhiệt lượng mang ra: • Do không khí mang L.I3 • Do vật liệu mang G2.C2.θ2 • Do phận vận chuyển mang Gvc2.Cvc2.tvc2 = Gvc.Cvc.tvc2 • Do mát môi trường xung quanh Qxq + Ta có phương trình cân nhiệt lượng sau: Nhiệt lượng vào = nhiệt lượng LI1 + G2C2θ1 + WCnθ1 + GvcCvctvc1 + Qs +Qb = LI3 + G2C2θ2 + GvcCvctvc2 + Qxq ⇒ Qs + Qb = L(I3- I1) + G2C2(θ2 - θ1) + GvcCvc(tvc2 - tvc1) – WCnθ1 + Qxq (4.1) Ta đặt: Q = Qs + Qb Qvl = G2C2(θ2 -θ1) Qvc = Gvc.Cvc(tvc2 - tvc1) (4.1) → Q = Qs + Qb = L(I3 - I1) + Qvl + Qvc +Qxq – WCnθ1 + Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho toàn máy sấy : q= Q + Qvc + Qxq Q Qs + Qb L = = ( I − I1 ) + vl − Cn θ1 W W W W q = qs + qb = l(I3 – I1) + qvl + qvc + qxq – Cnθ1 Ta đặt ∑q = qvl + qvc + qxq ⇒ phương trình có dạng : qs + qb = l(I3 – I1) + ∑q – Cn.θ1 (4.2) Trong ∑q gọi nhiệt lượng tổn thất chung không làm bốc nước vật liệu mà để đốt nóng vật liệu, thiết bò vận chuyển tổn thất môi trường (4.2) → qs = l(I − I 1) + ∑ q − qb − Cn.θ1 (4.3) Ta đặt: Bs = qb + Cnθ1 nhiệt lượng bổ sung chung cung cấp phòng sấy nước mang vào ∆ = Bs - ∑q nhiệt lượng bổ sung thực tế có phần nhiệt lượng bổ sung tham gia vào trình bốc nước vật liệu sấy Cuối ta có: qs = l( I3 – I1) - ∆ qs = I − I1 - ∆ d3 − d1 III - SẤY LÝ THUYẾT VÀ SẤY THỰC TẾ: 3.1 Sấy lý thuyết: Trong qúa trình sấy lý thuyết người ta coi phần nhiệt bổ sung chung Bs = qb + Cnθ1 đủ để bù vào phần nhiệt tổn thất chung ∑q Tức là: Bs = ∑q = ∆ = qs = l( I3 – I1) - ∆ = l( I3 – I1) (do ∆ = 0) (4.4) Mặt khác qua gia nhiệt sưởi, không khí đốt nóng từ nhiệt độ t1 → t2 nên enthalpy không khí thay đổi từ I1 –> I2 I I =I 3 =100% I1 1 t1 d Vậy: nhiệt lượng tiêu hao cho gia nhiệt sưởi tính là: qs = l( I2 - I1) (4.5) Từ (4.4) (4.5) → l(I3 – I1) = l( I2 –I1) I3 = I2 KẾT LUẬN: Trong trình sấy lý thuyết, enthalpy không khí không đổi qua máy sấy (I = const) 3.1 Sấy thực tế : Trong thực tế, lượng nhiệt bổ sung chung Bs khác với lượng nhiệt tổn thất chung ∑q → ∆ ≠ Ta có : qs = l(I3’ – I1) - ∆ = l(I2 – I1) (4.6) Trong đó: qs = l(I2 – I1) nhiệt lượng cung cấp trình gia nhiệt không khí qua gia nhiệt sưởi Từ (4.6) → l(I3’ – I2) = ∆ I3’ – I2 = ∆ l I3’ = I2 + ∆ l Nếu ∆ < → I2 > I3’ → tổn thất nhiệt lớn nhiệt bổ sung Nếu ∆ > → I2 < I3’ → tổn thất nhiệt nhỏ nhiệt bổ sung Quá trình sấy thực tế biểu diễn đồ thò I-d sau: I t2 I t2 nst co I= t1 t1 d d d Khi >0: I >I I= co ns t 3 =100% t3 t3 3' d 3' 3' =100% 3' d Khi d d 3' d sau: + Trước tiên ta xác đònh điểm A, B, C qúa trình sấy lý thuyết + Trên đường I2 ta lấy điểm e vẽ đoạn eF song song trục hoành, dùng thước đo độ dài đoạn eF từ tính độ dài đoạn eE theo công thức (4.10) + Vẽ đường eE lên biểu đồ, ∆ > → eE phải hướng lên (điểm E nằm bên đường I ) + Vẽ đường BE kéo dài, giao điểm đường BE với đường t3 ϕ3 điểm C1 tương ứng với trạng thái cuối trình sấy thực tế b Trường hợp ∆ < I t2 B e F K t1 D t3 C E C1 =100% A d d C1 d d Nhận xét: trường hợp đường biểu diễn trình sấy đường ABC Vì I 3' < I nên đường I nằm đường I đường BC1 nằm bên đường BC Cách vẽ: Giống trường hợp ∆ > đoạn eE phải hướng xuống (điểm E nằm đường I ) IV CÁC PHƯƠNG THỨC SẤY Trong thực tế sản suất, yêu cầu kỹ thuật sấy, tính chất vật liệu sấy tính kinh tế, người ta tiến hành nhiều phương thức sấy khác 4.1 Sấy có bổ sung nhiệt phòng sấy: Như đề cập phần trên, lượng nhiệt cung cấp cho toàn trình bao gồm: nhiệt gia nhiệt sưởi gia nhiệt bổ sung : q = q s + qb Không khí ban đầu ( ϕ , t , x0 ) qua gia nhiệt sưởi đun nóng đến nhiệt độ t1 vào máy sấy Tại buồng sấy người ta tiếp tục cung cấp thêm nhiệt bổ sung qb lớn hay nhỏ tuỳ theo qs Nếu trạng thái đầu A trạng thái cuối C không đổi bỏ qua lượng nhiệt tổn thất toàn lượng nhiệt cung cấp cho trình đại lượng không đổi Có thể có trường hợp xảy ra: I B I I =1 2 B' t'1 C D t"1 =t2 t0 =100% I' B" A I"1 I0 x0=x1 x2 x' x Biểu đồ sấy lý thuyết có bổ sung nhiệt a Sấy theo đường ABC: sấy bổ sung nhiệt, tức qb = Lúc q = qs Và q = I1 − I AB =m d − d0 DC , m tỉ lệ xích biểu đồ Nhiệt độ sấy trường hợp t2 nhiệt độ cao không khí nóng Lưu ý: q lượng nhiệt cần thiết để lấy kg ẩm từ vật sấy b Sấy theo đường AB’C: sấy có bổ sung nhiệt q = q s + qb Ở đây: I '1 − I AB' =m d − d0 DC I − I '1 BB' qb = =m d2 − d0 DC qs = Vậy q = I1 − I AB =m d − d0 DC Nhiệt độ sấy không khí sau qua gia nhiệt sưởi t’1 < t1 c Sấy theo đường AB”C: sấy có bổ sung nhiệt, nhiệt độ sấy trùng với nhiệt độ cuối không khí t1'' = t q = q s + qb Trong đó: I ' '1 − I AB ' ' =m d2 − d0 DC I − I ' '1 BB' ' qb = =m d2 − d0 DC I1 − I AB =m Vậy q = d − d0 DC qs = Nhiệt độ cực đại không khí nóng t = t , tức nhiệt độ không khí nóng không thay đổi suốt trình d Sấy theo đường AC: Không có gia nhiệt sưởi Toàn lượng nhiệt cần thiết cung cấp phòng sấy q s = nên: '' q = qb = I1 − I AB =m d2 − d0 DC Nhiệt độ cực đại không khí nhiệt độ cuối trình t2, nhiệt độ sấy thấp t0 Nhận xét: + Qua trường hợp trên, ta thấy rõ trường hợp sấy có bổ sung nhiệt, trạng thái đầu A trạng thái cuối không khí sấy C không đổi lượng nhiệt tiêu tốn chung cho trình đại lượng không đổi + Nếu nhiệt độ sấy giảm nhiệt lượng cung cấp cho gia nhiệt sưởi giảm, nhiệt lượng bổ sung gia nhiệt phụ tăng Nhiệt độ sấy lớn lượng nhiệt bổ sung (q b = 0) nhỏ gia nhiệt sưởi q s = + Phương thức sấy có bổ sung nhiệt phòng sấy dùng vật liệu sấy không chòu nhiệt độ cao 4.2 Sấy có đốt nóng không khí chừng - Để giảm nhiệt độ không khí sấy, người ta chia phòng sấy làm nhiều khu vực sấy trước khu vực có đặt gia nhiệt sưởi Khô ng khí o t0,x0, Khô ng khí t2,x2, 1,3,5 : Calorifer sưở i 2,4,6 : Phò ng sấ y I B tB B1 B2 B3 t1 t2 C1 C2 C A t0 x0 =100% x' x Biểu đồ sấy lý thuyết có đốt nóng không khí chừng - Trạng thái không khí đầu A (ϕ , t , x0 ) qua gia nhiệt sưởi đun nóng đến nhiệt độ t1 vào phòng sấy Sau sấy xong nhiệt độ không khí hạ xuống đến t2 qua gia nhiệt nâng nhiệt độ - - - - lên đến t1 vào phòng sấy Sau sấy xong không khí lại tiếp tục qua gia nhiệt để nâng nhiệt độ từ t2 lên t1 vào phòng sấy Sấy ngược chiều thì vật liệu từ phòng sấy đến phòng sấy 2, xuôi chiều vật liệu từ phòng sấy đến Trên biểu đồ ta thấy đường gấp khúc AB 1C1B2C2B3C biểu diễn trình sấy có đốt nóng không khí chừng Mỗi đoạn gấp khúc biểu diễn giai đoạn sấy trình Nếu trạng thái đầu A trạng thái cuối C xác đònh thì: + Sấy thông thường, nhiệt độ sấy cao t B + Sấy có đốt nóng không khí chừng, nhiệt độ sấy đạt đến t1 với t1 < tB nhiều Nếu tính toán với qúa trình sấy thực tế cần tìm đại lượng ∆ khu vực vẽ riêng cho khu vực (cách vẽ giống trình bày phần III) Phương pháp thích hợp cho việc sấy vật liệu không chòu nhiệt độ cao 4.3 Sấy có tuần hoàn khí thải: Đặc điểm phương thức sấy không khí sau sấy xong thải phần, phần cho tuần hoàn trở lại trộn lẫn với không khí bổ sung vào C Hơi đố t Khô ng khí o t0,x0, M( tM,xM , M ) Vậ t liệ u B t1,x1, C t2,x2, Khí thả i tuầ n hoà n t2,x2, Bộ gia nhiệt sưởi Phòng sấy Quạt 2 - Không khí sấy xong trạng thái C ( x , t , ϕ ) thải phần, phần quay trở lại trộn lẫn với không khí ban đầu tạo thành hỗn hợp tương ứng với điểm M ( x M , t M , ϕ M ) Hỗn hợp không khí tiếp tục qua gia nhiệt sưởi gia nhiệt đến nhiệt độ t1 ứng với điểm B1 vào phòng sấy I B t3 B1 I0 t0 M t1 C t2 =100% A x0=x1 xM x2 x' x - - Biểu đồ sấy có tuần hoàn khí thải Trên biểu đồ I – d, đường AMB1C biểu diễn trình sấy lý thuyết có tuần hoàn khí thải Ba điểm A, M, C nằm đường thẳng Nếu sấy không tuần hoàn khí thải nhiệt độ sấy lên đến tB, sấy có tuần hoàn khí thải nhiệt độ sấy đến t1, với t1 < tB Nhận thấy lượng không khí tuần hoàn trở lại nhiều nhiệt độ t1 thấp điểm M dòch chuyển phía điểm C Nếu có kg không khí khô ban đầu hút vào, trộn lẫn với n kg không khí khô tuần hoàn thì: + Nhiệt lượng riêng hỗn hợp tính theo công thức: IM = (4.11) I + nI 1+ n , kJ/kgK3 + Độ chứa hỗn hợp là: dM = d + nd 1+ n , kg/kgK3 (4.12) Từ rút ra: n= d M − d0 d2 − dM (4.13) Hoặc n= IM − I0 I2 − IM + Tìm vò trí điểm M: nhận thấy AM M x d M − d = =n MC.M x d − d M AM AC = n = n +1 Từ rút MC MC AC Suy MC = Như trạng thái ban đầu A n +1 - trạng thái cuối C xác đònh điểm M tính theo công thức Lượng không khí khô ban đầu hút từ vào: l= - , kg/kgẩm d2 − d0 (4.14) Lượng không khí khô hỗn hợp vào máy sấy tính theo: ln = d2 − dM l n = l (n + 1) - ln = (n + 1) d2 − d0 Lượng nhiệt tiêu tốn trường hợp là: q = ln ( I − I M ) = - , kg/kgẩm I2 − IM d2 − dM (4.15) Chú ý biểu đồ I-d: - AM: đặc trưng cho trình hòa trộn không khí không khí tuần hoàn MB1: đặc trưng cho trình đốt nóng không khí gia nhiệt sưởi B1C: đặc trưng cho trình sấy phòng sấy Sấy có tuần hoàn khí thải có ưu điểm là: + Tốc độ sấy điều hòa lượng không khí ban đầu có chứa lượng ẩm đònh, sản phẩm sấy không bò méo mó, dăn dúm nứt nẻ + Giảm lượng nhiệt tiêu tốn cho gia nhiệt sưởi + Tốc độ không khí qua phòng sấy lớn  ... =100% I1 1 t1 d Vậy: nhiệt lượng tiêu hao cho gia nhiệt sưởi tính là: qs = l( I2 - I1) (4. 5) Từ (4. 4) (4. 5) → l(I3 – I1) = l( I2 –I1) I3 = I2 KẾT LUẬN: Trong trình sấy lý thuyết, enthalpy không... = DK eF (4. 8) Nếu gọi tỉ lệ xích trục hoành Md, trục tung MI ta có: DCI × M I I 3' − I = = l ( I 3' − I ) = ∆ DK × M d d 3' − d eE × M I I − I = =∆ Từ (4. 8) (4. 9) → eF × M d d − d (4. 9) Ta đặt... Cn.θ1 (4. 2) Trong ∑q gọi nhiệt lượng tổn thất chung không làm bốc nước vật liệu mà để đốt nóng vật liệu, thiết bò vận chuyển tổn thất môi trường (4. 2) → qs = l(I − I 1) + ∑ q − qb − Cn.θ1 (4. 3)