NGHIÊN cứu các môi CHẤT tải NHIỆT DÙNG TRONG kỹ THUẬT sấy ở NHIỆT độ CAO

Môi chất tải nhiệt có nhiệm vụ truyền tải nhiệt năng từ nơi sản xuất nhiệt đến nơi tiêu thụ. Ngày nay, môi chất tải nhiệt được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Đặc biệt với các hệ thống sấy ở nhiệt độ cao, môi chất tải nhiệt đóng vai trò quan trọng để gia nhiệt cho tác nhân sấy. Báo cáo này trình bày nghiên cứu các môi chất tải nhiệt dùng trong kỹ thuật sấy ở nhiệt độ cao, trong đó chúng tôi đã giới thiệu, phân tích các tính chất nhiệt động, truyền nhiệt và khả năng không bị phân hủy do nhiệt độ của một số môi chất tải nhiệt phổ biến, qua đó lựa chọn dầu truyền nhiệt là môi chất tải nhiệt tối ưu và tiến hành nghiên cứu hệ số tỏa nhiệt của môi chất này. Các kết quả nghiên cứu là cơ sở cho những doanh nghiệp, đơn vị thiết kế chế tạo lò dầu truyền nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt… có thể tham khảo khi tính toán, lựa chọn môi chất tải nhiệt mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Từ khóa: Môi chất tải nhiệt, kỹ thuật sấy, nhiệt độ cao, hệ số tỏa nhiệt, tư vấn, hiệu quả kinh tế,…

NGHIÊN CỨU CÁC MÔI CHẤT TẢI NHIỆT DÙNG TRONG KỸ THUẬT SẤY Ở

NHIỆT ĐỘ CAO

A RESEARCH HEAT LOAD SUBSTANCES USED IN HIGH TEMPERATURE DRYING

TECHNIQUE

SVTH: Nguyễn Phi Hùng – Trần Ngọc Quảng

Lớp 08N1 – 11NLT, Khoa Nhiệt – Điện lạnh, Trường ĐHBK Đà Nẵng

GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang

Khoa Nhiệt – Điện lạnh, Trường ĐHBK Đà Nẵng

TÓM TẮT

Môi chất tải nhiệt có nhiệm vụ truyền tải nhiệt năng từ nơi sản xuất nhiệt đến nơi tiêu thụ Ngày nay, môi chất tải nhiệt được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và đời sống Đặc biệt với các hệ thống sấy ở nhiệt độ cao, môi chất tải nhiệt đóng vai trò quan trọng để gia nhiệt cho tác nhân sấy Báo cáo này trình bày nghiên cứu các môi chất tải nhiệt dùng trong kỹ thuật sấy ở nhiệt độ cao, trong đó chúng tôi đã giới thiệu, phân tích các tính chất nhiệt động, truyền nhiệt và khả năng không bị phân hủy do nhiệt độ của một số môi chất tải nhiệt phổ biến, qua đó lựa chọn dầu truyền nhiệt là môi chất tải nhiệt tối ưu và tiến hành nghiên cứu hệ số tỏa nhiệt của môi chất này Các kết quả nghiên cứu

là cơ sở cho những doanh nghiệp, đơn vị thiết kế chế tạo lò dầu truyền nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt…

có thể tham khảo khi tính toán, lựa chọn môi chất tải nhiệt mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.

Từ khóa: Môi chất tải nhiệt, kỹ thuật sấy, nhiệt độ cao, hệ số tỏa nhiệt, tư vấn, hiệu quả kinh tế,

…

ABSTRACT

Thermal fluid heat transfer has mission to transport heat energy from producing place to the place of consumption Nowadays, the refrigerant heat load is applied widely in industry and daily life Especially with the drying system at high temperature, thermal fluid plays an important role to heat the drying agent This report presents the research of thermal environment in the technique used in high-temperature drying, in which we introduce and analyze the thermodynamic properties, heat transfer and capability can not be destroyed by heat of some universal heat load refrigerants, which is the choice of thermal oil is optimum heat load substance and studied heat coefficients of this refrigerant The research results are the basis for the business, units design and manufacture of heat transfer oil furnace, heat exchange equipment can refer to calculations, choose heat load refrigerant to bring benefits economic highest.

Key words: Refrigerant heat load, drying techniques, high temperature, heat coefficient,

Thermal oil, advise, economic efficiency,

1 Đặt vấn đề

Phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp tránh được hư hại sản phẩm, nhưng có thể làm cho thời gian sấy kéo dài khiến những sản phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch không được sấy khô kịp thời, dẫn đến sản phẩm sẽ giảm phẩm chất, thậm chí bị hỏng gây ra tình trạng mất mùa sau thu hoạch Vì vậy để quá trình sấy diễn ra nhanh nhằm giảm độ ẩm một cách nhanh chóng, ngăn chặn sự hư hỏng và đảm bảo chất lượng sản phẩm, người ta đã áp dụng phương

1

pháp sấy ở nhiệt độ cao

Phương pháp sấy ở nhiệt độ cao yêu cầu các vật liệu sấy là vật ẩm dễ sấy, chứa ẩm tự

do hay ẩm mao dẫn, cường độ thoát ẩm diễn ra nhanh nên thời gian sấy ngắn Do vậy, phương pháp này thiết bị sấy thường sử dụng là thiết bị sấy đối lưu với phương pháp cấp nhiệt gián tiếp hoặc trực tiếp Trong đó phương pháp dùng môi chất tải nhiệt cấp nhiệt gián tiếp cho tác nhân sấy để sấy nhiên liệu trước khi đưa vào buồng đốt, sấy các hạt nông sản, sấy quặng và sấy các loại tinh bột mà đặc biệt biến là tinh bột sắn được sử dụng rất phổ biến

Hiện nay các môi chất tải nhiệt như hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt, khói nóng, dầu truyền nhiệt… đang được dùng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất tinh bột sắn của các nước trên thế giới như Thái Lan, Indonexia và ngay cả ở Việt Nam Tuy nhiên, ở nước ta do điều kiện khí hậu thay đổi thất thường, nguồn điện không được duy trì liên tục trong quá trình sản xuất, chế độ vận hành chưa phù hợp gây mất an toàn, cháy nổ hệ thống, hơn nữa vấn đề lựa chọn và sử dụng các môi chất tải nhiệt cũng chưa có tài liệu nào hướng dẫn cụ thể nên hiệu quả mà các môi chất tải nhiệt mang lại còn nhiều hạn chế

Như vậy để giảm giá thành trong công đoạn sấy, nâng cao hiệu quả kỹ thuật sấy ở nhiệt độ cao Cần phải có những nghiên cứu cũng như đưa ra đánh giá một cách tổng thể về các môi chất tải nhiệt này thì mới có thể tư vấn cho các doanh nghiệp cũng như các đơn vị sản xuất nhằm lựa chọn môi chất tải nhiệt tối ưu mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

2 Nội dung nghiên cứu

2.1 Tổng quan về các thiết bị sấy sử dụng nhiệt độ cao

Như ta đã biết, thiết bị sấy sử dụng nhiệt độ cao có nhiệt độ tác nhân sấy lớn hơn nhiệt

độ bão hòa ứng với áp suất không khí ẩm (chẳng hạn áp suất không khí ẩm p = 745mmHg nhiệt độ bão hòa tương ứng là 1000C)

Khi sấy ở nhiệt độ cao, trao đổi nhiệt ẩm giữa tác nhân sấy với vật liệu sấy (vật xốp mao dẫn chứa ẩm tự do, ẩm liên kết chiếm tỉ lệ thấp) chủ yếu là trao đổi nhiệt đối lưu và diễn

ra rất mãnh liệt Vì vậy cả không gian và thời gian sấy cần thiết đều giảm

Do thời gian sấy không thể kéo dài nên trong kỹ thuật sấy ở nhiệt độ cao các thiết bị sấy được sử dụng phổ biến nhất là thiết bị sấy khí động và thiết bị sấy phun, ngoài ra cũng có thể

sử dụng thiết bị sấy tầng sôi

Như vậy thiết bị sấy sử dụng nhiệt độ cao có thể ứng dụng để sấy nông sản như sấy thóc, bắp, mì, sấy thực phẩm – dược liệu như sấy cá, thịt bò khô, thức ăn thú cảnh, thảo dược hay trong công nghệp như sấy gỗ và các sản phẩm bằng gỗ như bút chì, que diêm, vỏ bao diêm, các vật liệu xây dựng, xi măng, giấy, đồ gốm sứ…

Đặc biệt ở Việt Nam, thiết bị sấy sử dụng nhiệt độ cao đã và đang được ứng dụng rất có hiệu quả trong công nghệ sản xuất tinh bột sắn nhằm phục vụ cho các ngành công nghiệp như công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp thức ăn gia súc, công nghiệp thực phẩm… Việt Nam sản xuất hàng năm hơn 2 triệu tấn sắn củ tươi, chỉ đứng hàng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn, nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Indonexia Hiện nay cả nước có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn nằm rải rác chủ yếu ở các tỉnh Tây Ninh, Nghệ An, Bình Phước, Dăk Lăk, Kon Tum, Hòa Bình, Gia Lai, Phú Yên

Hầu hết các nhà máy đều sử dụng thiết bị sấy khí động có thời gian sấy ngắn (5 ÷ 7) s

cho phép sấy ở nhiệt độ cao (100 ÷ 150)0C mà không sợ ảnh hưởng đến chất lượng của hạt tinh bột, nhiệt độ tác nhân sấy vào ống sấy khoảng 1600C

2.2 Giới thiệu về các môi chất tải nhiệt dùng trong kỹ thuật sấy ở nhiệt độ cao

Trong thiết bị sấy sử dụng nhiệt độ cao, tác nhân sấy được sử dụng nhiều nhất là không khí nóng Vì vậy, môi chất tải nhiệt thường dùng để cấp nhiệt cấp nhiệt gián tiếp cho không khí trong các thiết bị trao đổi nhiệt Các môi chất tải nhiệt phổ biến là hơi nước bão hòa, hơi nước quá nhiệt, khói nóng và dầu truyền nhiệt

2.2.1 Hơi nước bão hòa

Hơi nước bão hoà sinh ra trong thiết bị lò hơi công nghiệp Ở Việt nam hiện nay, hơi nước bão hoà là môi chất tải nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành công nghiệp Tính chất nhiệt vật lý của hơi nước bão hòa trong khoảng nhiệt độ làm việc (150 ÷ 250)

0C được cho ở bảng dưới đây

Bảng 1 Thông số nhiệt vật lý của hơi nước bão hòa

Thông số

Nhiệt độ(0C)

Nhiệt dung riêng khối lượng

đẳng áp Cptb(kJ/kgK)

Nhiệt dung riêng khối lượng

Nhiệt dung riêng thể tích

đẳng áp Cptb’(kJ/m3

tcK)

Nhiệt dung riêng thể tích

đẳng tích Cvtb’(kJ/m3

tcK)

Độ nhớt động học

ν.105 (m2/s)

Ưu điểm của hơi nước bão hòa:

+ Hơi nước bão hòa có rất nhiều ưu điểm so với các môi chất khác như nước có nhiều

trong thiên nhiên, rẻ tiền và đặc biệt là không độc hại đối với môi trường và không ăn mòn thiết bị, do đó nó được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp

+ Hơi nước bão hòa ngưng tụ tỏa nhiệt lớn (nhiệt ẩn hóa hơi r lớn) nên hệ số tỏa nhiệt khi hơi ngưng tụ lớn (α = 5000 ÷ 20000 [W/mW/m2K]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích thước thiết bị trao đổi nhiệt (calorife khí – hơi) gọn hơn các thiết bị sử dụng môi chất tải nhiệt khác có cùng công suất trao đổi nhiệt (Q = kFt) và thường có thể làm cánh về phía không khí Thiết bị không bị bám bẩn do khói, lại làm việc ở nhiệt độ thấp hơn nên tuổi thọ cao hơn

so với calorife khí – khói Hơn nữa do làm việc ở nhiệt độ thấp hơn 2000C nên calorife có thể

chế tạo bằng kim loại màu như như đồng, nhôm ít bị han gỉ nên tuổi thọ càng cao.

+ Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính cho một đơn vị môi chất tải nhiệt) vì đó là lượng nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ hơi

+ Cấp nhiệt được đồng đều vì hơi nước ngưng tụ trên toàn bộ bề mặt truyền nhiệt ở nhiệt độ không đổi

+ Nhiệt độ ổn định, dễ điều chỉnh nhiệt độ hơi bằng cách điều chỉnh áp suất của hơi + Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống

 Nhược điểm:

+ Không thể làm việc ở nhiệt độ cao vì nếu nhiệt độ hơi càng tăng thì áp suất hơi nước bão hòa càng tăng đồng thời nhiệt ẩn hóa hơi càng giảm Chẳng hạn hơi nước ở 3500C áp suất hơi bão hòa là 180 at; Ở 3740C (nhiệt độ tới hạn), áp suất là 225 at và nhiệt ẩn hóa hơi bằng 0

Do đó khi tăng nhiệt độ thiết bị sẽ phức tạp thêm, hiệu suất sử dụng nhiệt sẽ bị giảm Vì vậy hơi nước bão hòa chỉ sử dụng tốt nhất khi làm việc ở nhiệt độ không quá 1800C

+ Phải có lò hơi để tạo ra hơi nước bão hòa Lò hơi là thiết bị chịu áp lực, tiềm ẩn khả năng nguy hiểm cho người và thiết bị Hơn nữa, luôn luôn có mất mát môi chất do xả đáy lò hơi và thất thoát hơi giãn nở từ nước ngưng nóng Vì thế phải trang bị thêm hệ thống cung cấp

và xử lý nước bổ sung Vốn đầu tư cho một đơn vị công suất nhiệt vì thế tăng cao, hiệu quả kinh tế bị giảm

2.2.2 Hơi nước quá nhiệt

Hơi nước quá nhiệt thường được sử dụng để cấp cho tuabin bởi vì trong tuabin nếu chứa các giọt nước sẽ rơi vào cánh tuabin, lực li tâm có thể gây mất cân bằng cánh động và phá vỡ chúng Hơn nữa hơi nước quá nhiệt cung cấp nguồn năng lượng trực tiếp lớn hơn hơi bão hòa thay vì ngưng tụ để mất khả năng mang lại năng lượng Trong kỹ thuật sấy ở nhiệt độ cao thì hơi nước quá nhiệt được ứng dụng để cấp nhiệt trực tiếp cho vật liệu sấy

Ta có bảng một số thông số nhiệt vật lý của hơi nước quá nhiệt trong khoảng nhiệt độ (150 ÷ 250) 0C

Bảng 2 Thông số nhiệt vật lý của hơi nước quá nhiệt

0C)

Khối lượng

riêng ρ(kg/cm3)

Entanpi i(kJ/kg)

Entropi

s(kJ/kgK)

Nhiệt dung riêng

đẳng áp

Cp(kJ/kgK)

lực học

Hệ số dẫn nhiệt

λ(W/mK)

 Ưu điểm của hơi nước quá nhiệt:

+ Hơi nước quá nhiệt có rất nhiều ưu điểm so với các môi chất khác như nước có nhiều trong thiên nhiên, rẻ tiền và đặc biệt là không độc hại đối với môi trường và không ăn mòn thiết bị, do đó nó được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp

+ Lượng nhiệt lớn và cấp nhiệt được đồng đều

+ Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống

+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao hơn so với hơi nước bão hòa nên có thể dùng để sấy các vật liệu dễ cháy, dễ nổ

 Nhược điểm:

+ Hơi nước quá nhiệt rất khó điều chỉnh nhiệt độ và năng lượng của nó vì nó đã trở thành một chất cách điện và dẫn nhiệt kém như các chất khí khác

+ Hơi nước quá nhiệt thường dùng để sấy trực tiếp nhưng lại dễ ngưng tụ thành nước rơi vào vật liệu nên một số thiết bị cần lót một lớp cách nhiệt Hơn nữa nhiệt độ cao làm độ bền kim loại giảm nên yêu cầu thiết bị phức tạp và giá thành vì thế cũng không rẻ

+ Cần phải có lò hơi và lò hơi phải có bộ quá nhiệt để tạo ra hơi quá nhiệt nên chi phí tương đối cao

+ Dùng hơi nước quá nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt không hiệu quả vì mặc dù hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn hơi nước bão hòa cùng áp suất nhưng hệ số truyền nhiệt thấp và lượng nhiệt quá nhiệt không lớn lắm

2.2.3 Khói lò

Khói lò được tạo thành khi đốt cháy các nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí ở trong các lò đốt Trong các hệ thống sấy, khói lò có thể được dùng với tư cách là tác nhân sấy hoặc với tư cách

là nguồn cung cấp nhiệt lượng để đốt nóng không khí trong calorife khí – khói

Bảng 3 Thông số nhiệt vật lý của khói

t, 0C ρ, kg/m3 Cp,

kJ/kg0C

λ.10, W/

mC

α.106, m2/ s

μ.106, Pa.s

ν.106, m2/ s

Pr

100

200

300

400

500

600

700

0,950 0,748 0,617 0,525 0,457 0,405 0,363

1,068 1,097 1,122 1,151 1,185 1,214 1,239

3,13 4,01 4,84 5,70 6,56 7,42 8,27

30,8 48,9 69,9 94,3 121,1 150,9 183,8

20,4 24,5 28,2 31,7 34,8 37,9 40,7

21,54 32,80 45,81 60,38 76,30 93,61 112,1

0,69 0,67 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61

900

1000

0,330 0,301 0,275

1,264 1,290 1,306

9,15 10,0 10,90

219,7 258,0 303,4

43,4 45,9 48,4

131,8 152,5 174,3

0,60 0,59 0,58

 Ưu điểm của khói lò:

+ Nhiệt độ làm việc cao có thể đạt tới 10000C

+ Được sử dụng phổ biến ở nước ta vì rất kinh tế do không cần thiết phải trang bị lò hơi

 Nhược điểm:

+ Khói có hệ số tỏa nhiệt đối lưu α rất nhỏ (không quá 1000 W/m2K) nên diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn so với dùng hơi nước hay chất lỏng, thiết bị cồng kềnh

+ Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ nên lượng tiêu hao khói lớn

+ Cấp nhiệt không được đồng đều vì khói vừa cấp nhiệt vừa nguội đi

+ Khó điều chỉnh nhiệt độ làm việc hơn so với hơi và chất lỏng nên dễ có hiện tượng quá nhiệt cục bộ và gây ra phản ứng phụ không cần thiết

+ Calorife khí – khói làm việc ở nhiệt độ cao cần dùng vật liệu chịu nhiệt

+ Khói lò thường có bụi và khí độc của nhiên liệu (nhất là nhiên liệu rắn) do đó khi cấp nhiệt gián tiếp thì bề mặt trao đổi nhiệt sẽ bị bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt còn cấp nhiệt trực tiếp sẽ bị hạn chế

+ Trong khói luôn có một lượng ôxy dư (nhất là khi điều chỉnh nhiệt độ khói bằng cách hòa trộn với không khí bên ngoài trời) ở nhiệt độ cao, khi tiếp xúc với thiết bị sẽ ôxy hoá kim loại làm hỏng thiết bị Để làm giảm lượng ôxy trong khói lò người ta có thể dung khí thải (khói lò sau khi trao đổi nhiệt) để hòa trộn

+ Nếu cấp nhiệt cho các chất dễ cháy, dễ bay hơi thì không an toàn

+ Hiệu suất sử dụng thiết bị thấp, lớn nhất 30%

2.2.3 Dầu truyền nhiệt

Dầu truyền nhiệt là sản phẩm được sản suất từ các dầu khoáng paraffin chọn lọc dùng cho các hệ thồng truyền nhiệt gián tiếp hoặc truyền nhiệt thứ cấp

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại dầu truyền nhiệt Nhưng nhìn chung mỗi loại đều phải đảm bảo các yêu cầu chất lượng sau:

- Phải truyền nhiệt tốt

- Có độ nhớt cao

- Nhiệt độ bắt cháy cao

- Có thể trộn lẫn tương thích với các dầu gốc khoáng khác

- Độ ổn định nhiệt tốt

Các thông số kỹ thuật của một số loại dầu truyền nhiệt được trình bày trên bảng 4 và bảng 5

Bảng 4 Thông số vật lý của dầu truyền nhiệt SERIOLA K 3120

Bảng 5 Thông số kỹ thuật một số loại dầu truyển nhiệt theo tiêu chuẩn của Tổ chức Kiểm

định và Thiết bị Hoa Kỳ(ASTM)

Các loại dầu Các

thông số

kỹ thuật

BP Transcal N

Castrol Perfecto

HT 5

SERIOLA K2120

Mobiltherm 605

CPC 32A

Khối lượng riêng ở 150C

(kg/l)

Nhiệt dung riêng ở 150C

(kJ/kg0C)

Độ dẫn nhiệt ở 150C (W/

m0C)

Điểm chớp cháy (0C)

Nhiệt độ tự bốc cháy (0C)

221 383

245 420

220 378

230 402

260 431

Độ nhớt động học ở 400C

1000C

2000C

3000C

mm2/s (Cst )

30 5,1 1,08 0,59

30 5,2 1,16 0,60

46,37 5,22 1,17 0,61

30,4 5,4 1,21 0,62

45,65 6,8 1,26 0,67

Trị số trung hòa (mgKOH/

g)

0,05

0,06

 Các tính năng nổi bật của dầu truyền nhiệt:

- Chống hình thành cặn bám: Khả năng bền oxy hoá và bền nhiệt (điểm chớp cháy) rất cao do chúng đã được hydro hoá để tạo nên sản phẩm có khả năng chống oxy hoá và cracking nhiệt giúp chống sinh ra cặn bùn và cặn cacbon, do đó kéo dài thời gian sử dụng dầu và không cần bảo trì Đồng thời cũng đảm bảo an toàn cháy nổ trong quá trình sử dụng ở nhiệt độ cao

- Duy trì tính năng truyền nhiệt cao

- Điểm đông đặc thấp giúp bơm dầu dễ dàng ở nhiệt độ thấp

- Tính đồng hoá tốt nên dễ dàng trộn chúng với dầu truyền nhiệt gốc paraffin khác ở bất

cứ tỷ lệ nào

- Thiết bị khởi động nhanh: Chỉ số độ nhớt cao và tính năng lưu động ở nhiệt độ thấp cho phép dầu tuần hoàn nhanh chóng

- Khả năng bay hơi thấp dù ở nhiệt độ cao, ngăn ngừa khả năng tắc do bay hơi trong khi bơm

- Kinh tế khi vận hành ở áp suất thấp: Áp suất hơi thấp ở nhiệt độ cao giúp giảm thiểu

sự bay hơi, hạn chế hiện tượng tạo nút khí và xâm thực bơm, cho phép vận hành hữu hiệu khi

áp suất hệ thống nhỏ Vì vậy, không cần dùng thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống ống chịu áp lực cao đắt tiền

Nhược điểm chính của dầu truyền nhiệt là giá thành cao, dễ bị phân hủy và dầu thải ra gây ảnh hưởng đến môi trường

Dưới đây chúng tôi tiến hành so sánh các môi chất hơi nước bão hòa, hơi nước quá nhệt, khói lò với dầu truyền nhiệt sử dụng cho hệ thống sấy ở nhiệt độ cao dựa trên các tính chất về khả năng trao đổi nhiệt, khả năng điều chỉnh nhiệt độ, khả năng không bị phân hủy do nhiệt

độ, chất lượng sản phẩm, giá thành sản phẩm, chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo vệ môi trường, phạm vi ứng dụng, vv…

Bảng 6 Đánh giá so sánh tính chất của dầu truyền nhiệt với hơi nước bão hòa, hơi nước quá

nhiệt và khói lò

Chỉ tiêu so sánh

Hơi nước bão hòa

Hơi nước quá nhiệt

Khói lò

6 Kích thước thiết bị trao đổi

nhiệt

7 Tuổi thọ của thiết bị trao đổi

nhiệt

12 Phạm vi ứng dụng Hẹp hơn Hẹp hơn nhiều Như nhau

Từ bảng so sánh tính chất của dầu truyền nhiệt với các môi chất khác ta nhận thấy: Dầu truyền nhiệt có những ưu điểm hoàn toàn nổi trội như khả năng điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng, nhiệt độ làm việc cho phép cao, có thể làm việc ở áp suất thấp, đảm bảo an toàn, thiết bị nhỏ gọn hoạt động lâu dài với hiệu suất sử dụng cao Hơn nữa dầu truyền nhiệt có khả năng trao đổi nhiệt rất tốt, phạm vi ứng dụng rộng và không gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Như vậy: Khi lựa chọn môi chất tải nhiệt cho hệ thống sấy ở nhiệt độ cao mà đặc biệt ở Việt Nam ở các nhà máy sản xuất tinh bột sắn thì dầu truyền nhiệt được xem là phương án tối

ưu và mang lại hiệu quả kinh tế lớn nhất

2.3 Tìm hiểu hệ số tỏa nhiệt của dầu truyền nhiệt.

2.3.1 Cơ sở lý thuyết

Trong hầu hết tất cả các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng dầu truyền nhiệt thì dầu thường chuyển động cưỡng bức bên trong ống dưới tác dụng của bơm dầu và trao đổi nhiệt giữa dầu với môi chất chuyển động bên ngoài ống chủ yếu là trao đổi nhiệt đối lưu

Xét một ống trơn nằm ngang có đường kính d2/d1, chiều dài L làm bằng thép hợp kim Vách ống mỏng có chiều dày δ, hệ số dẫn nhiệt của thép λt Dầu truyền nhiệt chuyển động cưỡng bức trong ống với tốc độ 1, nhiệt độ dầu khi vào ống t1’, nhiệt độ dầu khi ra khỏi ống

t1, nhiệt độtrung bình của dầu theo chiều dài ống là tf1 =

2

"

1 '

Hình 1 Ống trao đổi nhiệt

Tiêu chuẩn Nutxen (Nu) tính toán hệ số tỏa nhiệt của dầu truyền nhiệt chuyển động bên trong đường ống xác định theo công thức như sau:

- Ở chế độ chảy tầng Ref1 < 2300:

Nuf1 = 0,15.Ref10,33.Prf10,43.Grf10,1 (

1

1

Pr

Pr

w

f

)0,25.1 (1)

- Ở chế độ chảy quá độ Ref1  [W/m2300 ÷ 104]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích:

- Ở chế độ chảy rối Ref1 > 104:

Nuf1 = 0,021.Ref10,8.Prf10,43.(

1

1

Pr

Pr

w

f

2.3.2 Ảnh hưởng của một số đại lượng đến hệ số tỏa nhiệt của dầu truyền nhiệt

Để tìm hiểu ảnh hưởng của một số đại lượng như nhiệt độ truyền nhiệt, tốc độ dầu truyền nhiệt, kích thước hình học đến hệ số tỏa nhiệt của dầu truyền nhiệt ta tiến hành tính toán xác định hệ số tỏa nhiệt của dầu truyền nhiệt chảy trong ống và tính toán với các dữ liệu

cụ thể như sau:

- Nhiệt độ truyền nhiệt tf1: 200, 220, 240, 260, 280 và 3000C

- Tốc độ dầu truyền nhiệt 1: 0,5; 1,2; 1,8; 2,5 và 3 m/s

- Đường kính trong của ống d1: 40, 52, 68, 84, 97, 110 và 125mm

Các kết quả tính toán được thể hiện trên các bảng 7, 8 và 9 theo nhiệt độ truyền nhiệt, tốc độ dầu truyền nhiệt và đường kính trong của ống

Bảng 7 Hệ số tỏa nhiệt của dầu theo nhiệt độ truyền nhiệt (W/m 2K)

Giả thiết Nhiệt độ truyền nhiệt của dầu tf1 [W/m0C]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích

1 [W/mm/s]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích d1 [W/mm]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích 200 220 240 260 280 300

Hình 2 Hệ số tỏa nhiệt theo nhiệt độ truyền nhiệt của dầu truyền nhiệt

Bảng 8 Hệ số tỏa nhiệt của dầu truyền nhiệt theo tốc độ  1 (W/m 2 K)

Giả thiết Tốc độ dầu truyền nhiệt 1 [W/mm/s]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích

tf1 [W/m0C]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích d1 [W/mm]), do đó bề trao đổi nhiệt nhỏ tức là kích 0,5 1,2 1,8 2,5 3