Thiết kế hệ thống sấy gỗ keo ( lá tràm).

Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Thiết kế hệ thống sấy gỗ keo ( tràm) Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Đề cương chi tiết: Chương Nghiên cứu tính chất gỗ keo 1.1 Tổng quan gỗ keo 1.2 Tình hình phát triển ngành chế biến gỗ keo 1.3 Tính chất liên quan đến gỗ keo 1.3.1 Tình hình phát triển keo 1.3.2 Điều kiện để khai thác 1.3.3 Cấu trúc gỗ keo 1.3.4 Độ ẩm gỗ keo 1.3.5 Tính chất vật lý gỗ 1.3.6 Ý nghĩa việc sấy gỗ keo 1.3.7 Các phương pháp sấy áp dụng 1.3.8 Các thiết bị sấy sử dụng cho việc sấy gỗ keo 1.3.9 Biến dạng gỗ sấy 1.4 Những tượng vật lý xảy trình sấy gỗ 1.4.1 Quá trình di chuyển ẩm bên gỗ sấy 1.4.2 Quá trình bay nước bề mặt gỗ sấy 1.4.3 Quá trình trao đổi ẩm với môi trường xung quanh 1.4.4 Biến dạng ứng suất sinh trình sấy 1.5 Chế độ sấy quy trình sấy gỗ 1.5.1 Các chế độ sấy 1.5.2 Xử lý gỗ trình sấy 1.5.3.Quy trình sấy 1.6 Bảo quản gỗ sau sấy 1.6.1 Các phương pháp bảo quản gỗ sấy 1.6.2 Các loại thuốc bảo quản Chương Nghiên cứu công nghệ sấy gỗ keo Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ 2.1 Các cơng nghệ sấy thích hợp 2.2 Phân tích chọn cơng nghệ sấy 2.3 Phân tích lựa chọn thiết bị sấy 2.4 Phân tích lựa chọn tác nhân sấy 2.5 Lựa chọn vị trí lắp đặt 2.6 Tính tốn thiết kế thiết bị sấy 2.6.1 Tính tốn kích thước yêu cầu 2.6.2 Chọn tác nhân sấy 2.6.3 Phân tích lựa chọn chất tải nhiệt lưu lượng cần thiết 2.6.4 Chọn thời gian sấy 2.6.5 Quy cách sấy 2.6.6 Tính chọn khác Chương Tính tốn nhiệt thiết bị sấy 3.1 Xác định lượng nước bay 3.1.1 Khối lượng riêng qui ước 3.1.2 Lượng ẩm bay từ m3 gỗ 3.1.3 Lượng ẩm bay mẻ gỗ sấy 3.1.4 Lượng ẩm bay bình quân lò 3.2 Xây dựng q trình sấy lý thuyết xác định lượng khơng khí tuần hồn 3.2.1 Quá trình sấy lý thuyết 3.2.2 Xác định lưu lượng khơng khí tuần hồn 3.2.2.1 Lượng khơng khí cần thiết để làm bay 1kg ẩm 3.2.2.2 Lượng không khí tuần hồn buồng sấy 3.2.2.3 Lượng khơng khí tuần hồn theo thể tích 3.2.2.4 Tốc độ tác nhân sấy đống gỗ 3.2.2.5 Nhiệt lượng hưu ích dùng đê làm bay 1kg ẩm 3.2.2.6 Nhiệt lượng dùng để nung nóng đống gỗ trước sấy Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ 3.3 Tổn thất nhiệt môi trường xung quanh 3.3.1 Tổn thất nhiệt qua buồng sấy 3.3.2 Tổn thất nhiệt qua trần 3.3.3 Tổn thất nhiệt qua cửa 3.4 Tính tốn q trình sấy thực tế 3.4.1 Xác định thơng số trình sấy thực tế 3.4.1.1 Xác định trạng thái khơng khí khỏi buồng sấy 3.4.1.2 Xác định trạng thái khơng khí hỗn hợp 3.4.2 XÁc định lượng khơng khí tuần hồn 3.4.3 Nhiệt lượng có ích dùng để làm bay 1kg ẩm khỏi vật liệu 3.4.4 Tổng nhiệt tiêu hao Chương Tính chọn thiết bị phụ trợ 4.1 Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt 4.2 Chọn thiết bị lượng 4.3 Tính chọn calorife 4.4 Chọn thiết bị vận chuyển vật liệu sấy 4.5 Tính trở lực buồng sấy để chọn quạt 4.6 Chọn thiết bị lọc bụi 4.7 Chọn thiết bị vận chuyển tác nhân sấy Chương Lập dự toán thiết bị sấy 5.1 Bảng dự toán giá thành phận 5.2 Tính khả thi hệ thống Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Chương NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT GỖ KEO 1.1 Tổng quan gỗ keo: - Cây keo dễ trồng, trồng loại đất nghèo chất dinh dưỡng, nơi có điều kiện thời tiết khắc nghiệt Ở Việt Nam keo trồng với quy mô ngày lớn trồng nhiều tỉnh Bắc Trung Bộ đến Nam Trung Bộ ( đặc biêt Nam Bộ ) Tây Nguyên - Keo gỗ thẳng, thuộc nhóm gỗ chất lượng tốt, màu vàng trắng có vân, có giác lõi phân biệt, gỗ có tác dụng nhiều mặt keo lai phù hợp với dự án lâm nghiệp thương mại Có nhiều loại keo nhiên gỗ keo thường biết đến với loại như: keo lai, keo dậu keo vàng, loại có đặc tính riêng bật - Cây keo gọi cơng nghiệp lâu năm cho thu hoạch lần Cây gỗ keo khai thác từ cánh rừng keo trồng từ 13 năm trở lên, gỗ phải có đường kính 18cm, gỗ có màu sắc vàng sáng, khuyết tật, độ cứng chắc, tỷ lệ co rút thấp , biến dạng q trình gia cơng chế biến - Trong nhiều năm nay, gỗ sãn phẩm gỗ đứng đầu xuất nhóm hàng nơng lâm sản có triễn vọng khả quan nước ta Trong nhóm hàng nơng lâm sản, gỗ sản phẩm gỗ đứng đầu kim ngạch xuất , chiếm 27% tổng kim ngạch nhóm hàng - Không xuất tăng trưởng tốt, ngành gỗ Việt Nam chiếm lĩnh thị trường nội địa, với mức tiêu thụ khoảng tỷ USD/năm, tăng 6%/năm 1.2 Tình hình phát triển ngành chế biến gỗ keo: Diện tích rừng tự nhiên dần bị thu hẹp quy hoạch sản xuất chưa hợp lí, nạn chặt phá rừng ,tình trạng du canh du cư số dân tộc người…Vì phải có biện pháp bổ sung để phủ xanh đồi trọc.Cây keo lựa chọn đặc tính ưu việt như:hiệu kinh tế cao ,cây phát triển nhanh đặc biệt thời gian sinh trưởng ngắn thu hoạch nhanh.Mỗi keo cho sản lượng 200-250 𝑚3 gỗ Diện tích keo trồng trải dài nước ,tập trung chủ yếu vùng Đông Bắc, duyên hải miền Trung ,Tây Nguyên vùng Đông Nam bộ…Vì diện tích keo lớn sản lượng hàng năm lên tới hàng trăm triệu 𝑚3 gỗ Keo thành phẩm sử dụng chủ yếu mục đích chính: dùng mĩ nghệ, xây dựng cung cấp cho ngành sản xuất giấy Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Tính chất liên quan đến gỗ keo: 1.3.1 Tình hình phát triển keo: - Keo tràm hay tràm vàng có danh pháp khoa học Acacia auriculiformis loài thuộc chi Keo (Acacia), họ Đậu Loài tiếng Việt có tên gọi khác keo lưỡi liềm, tên sử dụng nhiều loài nhập nội vào Việt Nam (thập kỷ 1960-1970), sau người ta sử dụng rộng rãi tên gọi keo tràm Keo tràm phân bố tự nhiên vùng Indonesia Papua New Guinea Hiện trồng rộng rãi Việt Nam - Keo tràm dạng gỗ lớn, chiều cao đạt tới 30 m - Vỏ có rạn dọc, màu nâu xám Lá giả, thật bị tiêu giảm, kích thước giả rộng từ 3–4 cm, dài từ 6–13 cm - Keo tràm thực vật quen sống nơi có khí hậu nóng, với khả chịu hạn tốt nhiên chịu rét lại kém, trồng hầu khắp Việt Nam Như Vân Canh, Bình Định với mật độ 2.000 cây/ha mà keo tuổi có đường kính trung bình 11,3cm, chiều cao 15,2m, suất bình quân đạt 21,8m3/ha/năm Rừng trồng keo tràm tuổi Bình Phước với mật độ 1.660 cây/ha có đường kính bình quân 13,2cm, chiều cao 17,1m suất đạt 28,3m3/ha/năm - Ở rễ có nốt sần ký sinh chứa vi khuẩn nốt rễ có tác dụng tổng hợp đạm tự do, cải tạo mơi trường đất, chống xói mòn rừng phòng hộ, khối lượng vật rơi rụng keo tràm hàng năm cao cung cấp mùn cao - Đặc điểm sinh trưởng loài nhanh thích nghi rộng, nên keo tràm nhanh chóng trở thành lồi trồng phủ xanh đất trống đồi trọc - Gỗ keo tràm dùng công nhiệp sản suất giấy, đồ gia dụng, nhựa gôm… Ở Việt Nam dùng làm đồ gia dụng, đồ mỹ nghệ xuất cho kinh ngạch cao 1.3.2 Điều kiện để khai thác: - Khai thác gỗ gồm có khai thác trắng khai thác chọn loc: + Khai thác trắng đốn toàn vùng đất khai thác + Khai thác chọn lọc chọn đủ điều kiện khai thác - Để khai thác, tuổi thọ phải từ năm trở lên, đường kính từ 25- 45 cm tùy thuộc vào địa phương khác - Không phải rừng đầu nguồn hay rừng phòng hộ, nơi có nguy sạt lở cao 1.3 Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ 1.3.3 Cấu trúc gỗ keo: Hình - Gỗ có tỷ trọng cao (0,6-0,75), màu nâu đỏ xám nâu, nặng rắn, có vân thớ đẹp giống gỗ cẩm lai nên có nhiều nơi gọi gỗ cẩm lai giả - Cây có lớp vỏ dày lượng gỗ cao Vỏ keo chứa tanin (hàm lượng 13%) dùng cho nghề thuộc da Hình Cấu trúc gỗ keo 1.3.4 Độ ẩm gỗ keo: a Độ ẩm tương đối: Là lượng nước chứa gỗ quy đơn vị gỗ tươi b Độ ẩm tuyệt đối: Là lượng nước chứa gỗ quy đơn vị khối lượng gỗ khơ kiệt c Tính hút nước gỗ độ ẩm cân bằng: Gỗ loại vật liệu có khả hút nước khơng khí Khi hút nước gỗ nở ra, thoát nước gỗ co lại Khả hút thoát nước gỗ phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm tương đối không khí Khi nhiệt độ giảm nhanh gỗ hút nước mạnh độ ẩm khơng khí cao gỗ hút nước nhiều Trong khơng khí, điều kiện nhiệt độ độ ẩm khơng đổi sau thời gian dài gỗ hút ẩm độ ẩm gỗ khơng đổi d Các hình thức tồn nước gỗ: tồn chủ yếu hai dạng sau: Nước tự do: Là nước ruột khe hở tế bào, thành phần ảnh hưởng đến khối lượng riêng gỗ, đến cháy khả thấm tẩm dịch thể vào gỗ Nước thấm: Là nước nằm mixencellulose vách tế bào, nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tính chất gỗ e Độ ẩm bão hoà thớ gỗ : Gỗ ẩm ướt để ngồi khơng khí, nước gỗ bốc ngồi Khi nước tự hết, nước thấm bão hồ gỗ (Vách tế bào), điểm gọi điểm bão hồ thớ gỗ độ ẩm tương ứng gọi độ ẩm bão hồ thớ gỗ, kí hiệu: W bhtg Ngược lại gỗ khó hút nước, nước thấm vách tế bào nước tự bắt đầu xuất điểm gọi điểm bảo hồ thớ gỗ Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ 1.3.5 Tính chất vật lý gỗ: a Tính chất dãn nở nhiệt: Thơng thường vật nóng lên dãn nở ngược lại đem làm lạnh co lại Với gỗ thực tế gỗ vật xốp, tính chất gỗ phụ thuộc vào độ ẩm nên nhiệt độ gỗ tăng, gỗ có độ ẩm bé W bhtg kết hợp với tượng thoát nước gỗ co rút lại Về mặt giá trị độ co rút khô lớn nhiều so với dãn nở nhiệt b Tính chất dẫn nhiệt gỗ: Thơng thường vật liệu có cấu tạo xốp hệ số dẫn nhiệt  tăng theo khối lượng riêng Theo thực nghiệm người ta đưa công thức:  = 0,168. + 0,022, kcal/m.K Trong đó: (2.1) : Khối lượng riêng gỗ, kg/m3 Theo chiều hướng khác hệ số dẫn nhiệt  theo chiều dọc lớn lần so với chiều ngang thớ 1.3.6 Ý nghĩa việc sấy gỗ keo: Sấy gỗ để ngăn ngừa phá huỷ gỗ tạo nên tính chất cần thiết sử dụng gỗ Do yêu cầu việc sử dụng gỗ ngành khác mà có mục đích sấy gỗ khác Khi sấy nhà máy xẻ gỗ mục đích việc sấy gỗ ngăn ngừa phá huỷ gỗ, ngăn ngừa công côn trùng, làm giảm trọng lượng gỗ khâu vận chuyển đến nơi tiêu thụ, làm giảm giá thành vận chuyển Tóm lại, mục đích( ý nghĩa) chung sấy gỗ biến gỗ từ nguyên liệu tự nhiên thành vật liệu công nghiệp đồng thời với việc gia tăng tính chất vật lý kỹ thuật, tính chất cơng nghệ gỗ gỗ sau sấy có chất lượng cao chế tạo sản phẩm có chất lượng tốt gỗ chưa sấy Vì để đảm bảo nhu cầu xuất thành phẩm đồ gỗ sấy khâu công nghệ quan trọng thiếu ngành chế biến lâm sản 1.3.7 Các phương pháp sấy áp dụng: Sấy tình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu Có hai phương pháp sấy : sấy tự nhiên sấy nhân tạo Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Qua trình sấy tiến hành lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió, gọi trình phơi hay sấy tự nhiên Dùng phương pháp đỡ tốn điện không chủ đông điều chỉnh vận tốc trình theo yêu cầu kỹ thuật sấy, suất thấp Bởi ngành công nghiệp người ta thường tiến hành trình sấy nhân tạo nguồn lượng người tạo Tùy theo phương pháp truyền nhiệt người ta chia ra: - Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy cho tiếp xúc với vật liệu sấy với tác nhân sấy - Sấy đối lưu: phương pháp cung cấp nhiệt cho vật ẩm phương thức trao đổi nhiệt đối lưu - Sấy tia hồng ngoại: phương pháp dùng lượng tia hồng ngoại nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu sấy - Sấy sóng điện cao tần: phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu - Sấy thăng hoa: phương pháp sấy môi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp nên độ ẩm tự vât liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành không qua trạng thái lỏng Trong công nghiệp, công nghệ sử dụng phương pháp sấy đối lưu sấy tiếp xúc sử dụng phổ biến cả, phương pháp sấy đối lưu Nó có nhiều dạng khác sấy hầu hết tất vật liệu sấy Đối với gỗ keo ta sử dụng phương pháp sấy đối lưu 1.3.8 Các thiết bị sấy sử dụng cho việc sấy gỗ keo: Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu ta gặp dạng sau: - Thiết bị sấy buồng: Năng suất thấp, làm việc không thường xuyên - Thiết bị sấy hầm: Năng suất sấy cao, làm việc bán liên tục Đối với vật liệu sấy gỗ keo suất yêu cầu : 20 m3/ mẻ tương đối thấp nên ta chon phương pháp sấy buồng Vì chọn phương pháp sấy hầm suất sấy cao yêu câu mặt xây dựng hầm tăng chi phí đầu tư 1.3.9 Biến dạng gỗ sấy: Do đặc điểm cấu tạo nên độ ẩm phân bố gỗ khác nhau, nguyên nhân sinh ứng lực bên trình sấy Thời kỳ đầu q trình sấy: Lớp mặt ngồi khơ nhanh W gỗ < W bhtg xảy tượng co rút Các lớp bên độ ẩm cao nên chưa xảy co rút Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ hình thành ứng suất bên gỗ (hình vẽ 2.3) Lớp ngồi tượng co rút mà kích thước ngắn lại (n ), lớp bên chưa co rút nên kích thước nguyên Do gỗ khối liên tục nên chiều dài thực tế gỗ giá trị n đó, bên gỗ ứng lực đồng thời sinh nên ứng lực vượt giới hạn đó, biến dạng tăng vượt giới hạn chịu đựng gỗ bị phá hoại sinh nứt nẻ W, % n1 n2 n3 (a)  (b) (c) Hình1.2 Biến dạng ứng suất gỗ sấy thời kì đầu Thời kỳ hai trình sấy: Khi độ ẩm bên gỗ W gỗ > W bhtg lớp bên co rút mạnh hơn, lớp co rút bị biến dạng ỳ làm cản trở co rút bên Về tính chất ứng lực thời kỳ đầu sinh nứt nẻ bề mặt, thời kỳ hai sinh nứt nẻ bên vật Trong trình sấy tốc độ biến đổi hàm lượng nước gỗ không giống giai đoạn trình sấy Hình 1.3a: biểu diễn thay đổi độ ẩm gỗ sấy theo thời gian sấy Hình 1.3b: biểu diễn tốc độ sấy giai đoạn khác nhau, tốc độ sấy nói lên tốc độ biến thiên độ ẩm gỗ thời gian sấy Đồ thị biểu diễn trình sấy 10 Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Nhiệt độ khơng khí sau hỗn hợp: t3  t0  nt2 14, 66  103  58   57,58o C n 1 103  Entanpi khơng khí sau hỗn hợp: I3  C pk t3  d3 (2500  C pht3 )  1 57,58  0,1117.(2500  1,842  57,58)  348,91 kJ/kg Ta có:  4020, 42  4020, 42   t3  57,58o C  ph3  exp 12,00    exp 12,00    0,1758(bar ) 235,5  t3  235,5  57,58    - Độ ẩm tương đối khơng khí trạng thái hỗn hợp: 3  d3  p 0,1117 1   0,866 (0,622  d3 ) ph3 (0,622  0,1117)  0,1793 3  86,6% Hay: - Khối lượng riêng khơng khí khơ trạng thái điểm 2: p  3 ph3 1.105  0,866.0,1758.105 3    0,8945 kg/ m RK (273  t3 ) 286, 68(273  57,58) Bảng 3.2 Thông số trạng thái không khí điểm 0, 1, 2, Trạng thái t d  I (kJ/kgkkk)  (0C) (kg/kg kkk) (%) 14,66 0,0086 82,3 36,4 1,196 60 0,11175 77,4 352,02 0,8879 58 0,1127 85,5 352.02 0,8923 57,58 0,1117 86,6 348,91 0,8945 (kg/m3) 3.2.2 Xác định lưu lượng khơng khí tuần hồn: 3.2.2.1 Lượng khơng khí cần thiết để làm bay kg ẩm: l= 1   1000 kg kkk/kg ẩm d2  d3 0,1127  0,1117 3.2.2.2 Lượng khơng khí tuần hồn buồng: L = Mtt l, kg/h Trong đó: Mtt = 31,2 kg/h: Lượng ẩm bay bình quân l = 1000 kg kkk/kg ẩm Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 33 Đồ án mơn học: Sấy Vậy: Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ L = 31,2.1000 = 31200 kg/h = 13,18 kg/s 3.2.2.3 Lượng khơng khí tuần hồn theo thể tích: Ta có: L L 47450 V= == = = 53308 m3 /h ρk 0,5 (ρk1 + ρk2 ) 0,5 (0,8879 + 0,8923) = 14,8 m3 /s 3.2.2.4 Tiết diện không khí qua đống gỗ: - Đống gỗ xếp từ pallet chồng lên có tổng chiều cao : h = 2,5 m Thanh kê có tiết diện: 25 x 25 mm Vậy số lượng lớp ván hay số khe hở là: N= h 2500   50 lớp  k   25  25 Với: k = 25 mm: Chiều dày kê  = 25 mm: Chiều dày vật liệu sấy Vậy số lượng lớp ván N = 50 lớp - Theo mặt cắt ngang ta xếp đống gỗ nên ta xó tiết diện khơng khí qua đống gỗ : fđống = 4.(l  k N - N  k nk bk), m2 Trong đó: l=2m : Chiều dài kê S = 0,025m : Chiều dày kê bk = 0,025 m : Bề rộng kê nk = Vậy: : Số kê lớp fđống = (2 0,025 50 - 50 0,025 0,025) = 4,625 m2 3.2.2.5 Tốc độ tác nhân sấy đống gỗ: V 12,5 đống = = = 7,875 m/s fđống 4,625 3.2.2.6 Nhiệt lượng hữu ích dùng để làm bay kg ẩm: Theo [1] ta có : q1  I2  I0  Cn tM , kJ/kg ẩm d  d0 Trong : + tM = 55 o C nhiệt độ nhiệt kế ướt +Cn = 4,187 kJ/kg.độ - nhiệt dung riêng nước Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 34 Đồ án mơn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Vậy ta có: 352,02 − 36,4 − 4,187.55 = 2801,6 kJ/kg ẩm 0,1127 − 0,0086 3.2.2.7 Nhiệt lượng dùng để nung nóng gỗ trước sấy: - Nhiệt lượng cần để nung nóng lượng gỗ khơ lượng nước chứa m gỗ: q1 = W   Qgn    0,38  a  Cn (ttb  t0 ) 100   60    700  0,38  4,187.(59  14,66)  127356,98 kJ/kg ẩm 100   Với : ttb = t1  t2 60  58   59o C - Nhiệt độ trung bình hầm sấy 2 - Nhiệt lượng nung nóng gỗ quy kg ẩm bay hơi: qgn  Qgn M  127356,98  363, 27 kJ/kg 350 Với: M = 350 kg/m - Lượng ẩm bay từ 1m3 gỗ 3.3 Tổn thất nhiệt môi trường xung quanh: Trong tính tốn thiết kế hệ thống sấy gỗ kết cấu tường buồng cần đạt u cầu: kín, cách ẩm, cách nhiệt tốt, có cấu trúc bền vững, bề mặt tường buồng sấy cần làm chất liệu không thấm nước phải trán lớp sơn cách ẩm không cho nước thấm vào, không ý đến vấn đề tường bị hoen ố, mục rữa, làm yếu cấu trúc hầm sấy Mặc khác khơng khí giai đoạn đầu thường ẩm khơng có lớp sơn cách ẩm nước nước ngưng tụ thấm vào vách tường buồng khơng khí buồng sấy khơ nước tường lại bay dần trở lại khuếch tán vào môi trường sấy làm môi trường sấy không đồng làm cho trạng thái khơng khí buồng thay đổi gây khó khăn cho việc điều tiết khống chế nhiệt độ sấy, sấy loại gỗ có yêu cầu chất lượng cao 3.3.1 Tổn thất nhiệt qua buồng sấy: Cấu trúc buồng sấy: Buồng sấy thường làm lớp theo thứ tự từ xuống Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 35 Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Lớp vữa xi măng Lớp bê tông Lớp gạch vỡ Lớp đá dăm Hình 3-2 Cấu trúc lò Bảng 3.3 Thơng số kết cấu buồng STT Vật liệu  (mm) (Kcal/m.h.độ) Lớp vữa xi măng 20 0,93 Lớp bê tông 120 1,1 Lớp gạch vỡ 60 0,8 Lớp đá dăm 200 0,93 Nền buồng sấy xây nghiêng với độ nghiêng  %, có rãnh nhỏ nước phía thấp cuối đường rãnh có lỗ nhỏ thơng ngồi buồng sấy nhằm mục đích dẫn nước ngưng tụ ( có ) tạo điều kiện tháo nước dễ dàng vệ sinh buồng sấy Diện tích buồng sấy:F n = F tr = L × B = 4,2.3 = 12,6 m Theo thực nghiệm , tổn thất qua phụ thuộc vào khoảng cách X tường thiết bị sấy với phân xưởng nhiệt độ trung bình ttb tác nhân sấy thiết bị sấy Với X = 2,5 m ttb = 59o C ,theo [2] có tổn thất qua 1m thiết bị sấy : qn = 36,7 W/m Tổn thất nhiệt qua buồng sấy: Qn = qn × Fn = 36,7 × 12,6= 462,42 W 3.3.2 Tổn thất nhiệt qua tường buồng: Kết cấu tường tường ngăn buồng: Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 36 Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ 1,4- Lớp vữa xi măng 2- Lớp bitum cách ẩm 3- Lớp gạch Hình 3-3 Kết cấu tường bao buồng sấy Tường buồng thường xây gạch, trát vữa, xi măng,cát Tường tiếp xúc với môi trường xung quanh không tô vữa xi măng, để vữa từ tường ngồi dễ dàng Nhưng tính thẩm mỹ cơng trình nên ta tơ lớp vữa mỏng bên ngồi Bảng 3.4 Thơng số kết cấu tường bao STT Vật liệu  ( mm ) λ (kcal/m.h độ) Lớp vữa xi măng 15 0,93 Lớp gạch 170 0,82 Lớp vữa xi măng 15 0,93 Lớp bitum cách ẩm 0,3 0,74 Tổn thất nhiệt qua tường bao quanh là: Qt = kt.Ft.Δtf Trong + Ft: tổng diện tích tường bao quanh buồng sấy Ft = × (L+B) × H – Fct - Fcs -Fckt + L,H,B: chiều dài, chiều cao, chiều rộng buồng sấy L = 4,2; H = 4,2 ; B = + Fct: Diện tích cửa trước: Fct = x 2,5 = m Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 37 Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ + Fcs: Diện tích cửa sau: Fcs = 0,5 x 0,75 = 0,375 m + F ckt : Diện tích cửa kiểm tra F ckt= 0,7 x = 0,7 m Vậy ta có: Ft = × ( 4,2 + 3) × 4,2 - - 0,375 - 0,7 = 54,405 m2 + kt : Hệ số truyền nhiệt qua tường buồng sấy kt = , W/m2 K δi +∑ + α1 λ i α2 Trong + α1 - hệ số tỏa nhiệt đối lưu dòng khơng khí đến tường buồng sấy Theo [1] ta có : α1 = 7,5 kcal/m h.độ=8,722 W/m K +α2 - hệ số trao đổi nhiệt đối lưu 2 tường ngồi buồng sấy Theo [1] ta có : α2 = 15 kcal/m h.độ = 17,44 W/m K +δi , λi - chiều dày hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i, W/m.K Vậy ta có: kt   2,64 W/m.K 0,003 0,015 0,17 0,15      8,722 0,74 0,93 0,82 0,93 17, 44 - Độ chênh lệch nhiệt độ buồng sấy: Δtf = t tb - t = 59-14,6 = 44,4 C Vậy ta có: Qt = kt.Ft.Δtf = 2,64 x 54,405 x 44,4 = 6377,1 W 3.3.3 Tổn thất nhiệt qua trần buồng sấy: Kết cấu trần buồng sấy: Trần buồng sấy phải có kết cấu vững chắc, an tồn, đảm bảo cách nhiệt, cách ẩm nhẹ, trần buồng sấy thường làm tôn tráng kẽm bên bọc thuỷ tinh có chiều dày 0,05  0,15 m Hình 3-4 Kết cấu trần buồng sấy - Lớp tôn kẽm ; -9Lớp thuỷ tinh Khoa CN Nhiệt –1,3 Điện lạnh nhóm 38 Đồ án mơn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Bảng 3.5 Thông số kết cấu trần buồng STT Vật liệu δ (m) λ ( kcal/m.h độ ) Tôn kẽm 0,003 46,44 Bông thuỷ tinh 0,05 0,03 Tôn kẽm 0,003 46,44 Hệ số toả nhiệt đối lưu khơng khí bên đến trần buồng sấy α1 , chọn theo [1] ta có: α1 = 7,8 ( kcal/m h độ ) = 9,071W/m K Hệ số toả nhiệt đối lưu từ trần môi trường xung quanh Theo [1] ta có α2 = 10 kcal/m2.h.độ = 11,63 W/m2.K Hệ số truyền nhiệt qua trần buồng sấy k tr : k tr = = 0,513 W/m2 K 0,0005 0,07 +2 + + 9,071 46,44 0,04 11,63 Độ chênh lệch nhiệt độ buồng sấy: Δtf = ttb- t = 59-14,6 = 44,4 C Diện tích trần buồng sấy: F = Fn = 12,6 m2 Tổn thất nhiệt qua trần buồng sấy: Q tr  K tr  Ftr  t = 0,513 × 12,6 × 44,4 = 287 W 3.3.4 Tổn thất nhiệt qua cửa buồng sấy: Kết cấu cửa buồng sấy: Cửa buồng sấy cần phải kín hai mép phải có roăn cao su chịu nhiệt để chèn kín, khe cửa chèn chặt sợi amiăng Ngoài cửa cần phải nhẹ, thao tác đóng mở dễ dàng, bền giữ nhiệt tốt Phía cửa buồng sấy bọc lớp tơn mỏng mm nhơm để tránh bị ăn mòn ẩm Phía ngồi phủ lớp thép mỏng 1mm, chèn lớp thuỷ tinh cách nhiệt dày 100 mm Hệ số truyền nhiệt qua cửa kc: Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 39 Đồ án mơn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ kc = , W/m2 K δi +∑ + α1 λ i α2 Trong + α1 - hệ số tỏa nhiệt đối lưu dòng khơng khí đến tường buồng sấy Theo [1] ta có: α1 = 7,5 kcal/m2.h.độ=8,722 W/m2.K +α2 - hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 tường buồng sấy Theo [1] ta có: α2 = 15 kcal/m2.h.độ = 17,44 W/m2.K kc = = 0,703 W/m K 0,0005 0,05 2   8,722 46, 44 0,04 17, 44 Độ chênh lệch nhiệt độ buồng sấy: Δtf = t tb - t = 59-14,6 = 44,4 C Tổng diện tích cửa buồng sấy: Fc = Fct + Fcs + Fckt = + 0,375 + 0,7 = 6,075 m2 Tổn thất nhiệt qua cửa buồng sấy: Qc = kc × Fc  t f = 0,703 x 6,075 x 44,4 = 189,6 W Tổng tổn thất nhiệt qua vỏ buồng sấy: Q0   Q  Q n  Q t  Q tr  Qc = 462,42 + 6377,1+ 287+ 189,6  = 7316,12 W Ngồi có tổn thất qua khe hở hầm sấy nên tổng tổn thất qua vỏ lò thực tế tăng lên 1,2 lần so với tính tốn Q5  1,   Q = 1,2 × 7316,12 = 8779,34 W - Tổng tổn thất môi trường làm bay kg ẩm q5 = Q 8779,34 × 3600 = = 1013 kJ/kg ẩm Mtt 31,2 × 1000 Với Mtt = 31,2 kg/h: lượng ẩm bay bình quân - Những tổn thất khác chưa kể đến xử lí ẩm làm nóng trang thiết bị buồng sấy: Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 40 Đồ án mơn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ qk = 0,25 × ( q + q gn + q ) = 0,25 x ( 2801,6 + 215,36 +1013) = 1007,5 kJ / kg ẩm - Tổng tổn thất nhiệt để làm bay 1kg ẩm qΣ = q1 + qgn + q5 + qk = 2801,6 + 215,36 + 1013 + 1007,5 = 5037,46 kJ/kg ẩm - Sản lượng nhiệt cần dùng buồng sấy: Q = Mtt × q  = 31,2 x 5037,46 = 157168,8 kJ/h 3.4 Tính tốn q trình sấy thực tế: Xây dựng trình sấy thực tế đồ thị I-d theo trình sấy lý thuyết ta chấp nhận qui ước: + Trong trình sấy nhiệt lượng không bị mát môi trường xung quanh + Nhiệt độ vật trước sau khỏi hầm sấy thực tế trình sấy thực tế có tổn thất sau:  Tổn thất nhiệt thiết bị vận chuyển, khởi động buồng sấy, mở cửa buồng người vào buồng sấy  Tổn thất nhiệt qua thành, vách buồng sấy vào môi trường xung quanh  Nhiệt độ vật sấy khỏi buồng sấy lớn trước vào buồng sấy Vì ta có đồ thị biểu diễn q trình sấy thực tế có dạng sau: Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 41 Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ Việc xây dựng đường biểu diễn trình sấy thực tế dựa đồ thị trình sấy lý thuyết Ở thông số điểm 0,1,2,3 ta xác định bảng trước, cách xây dựng trình sấy lý thuyết trình bày phần trước đường biểu diễn trình sấy 0312 + Đường ( 1-2 ): biểu diễn trình sấy lý thuyết I = I = const + Đường ( 0-2’ ): biểu diễn q trình hồ trộn khơng khí thực tế + Đường ( 3’-1 ): q trình gia nhiệt thực tế + Đường (1-2 ' ): biểu diễn q trình sấy thực có tổn thất Các thông số điểm ' biểu diễn trạng thái thực tác nhân sau khỏi vật sấy Tính tổng lượng nhiệt tổn thất bổ sung:   qbs  qa  (qgn  q5  qtbvc ) Trong đó: qbs = 0: nhiệt lượng bổ sung vào trình sấy qa: nhiệt lượng ẩm khơng khí mang vào qa = C n × t v = 4,187 14,6 = 61,13 kJ/kg tv = t0 = 26 C: nhiệt độ gỗ trước đưa vào phòng Ca = 4,187 kcal/kg.độ nhiệt dung riêng nước Vậy: Δ = + 61,13 – (215,36 +1013+1007,5) = -2174,56 kcal/kg Ta thấy Δ < tức I < I điểm ' nằm đường I = const ' 3.4.1 Xác định thơng số q trình sấy thực: 3.4.1.1 Xác định trạng thái khơng khí khỏi buồng: Ta có: t2’ = t2 = 58 o C  4020, 42  4020, 42   t2'  58o C  ph 2'  exp 12,00    exp 12,00    0,183(bar ) 235,5  t2'  235,5  58    Theo [4]: Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 42 Đồ án môn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ d 2'  A  .d1 , kg/kg KKK B Trong đó:  A  C pk (t2'  t1 )  d1.(r  C ph t1 )  1.(58  60)  0,1117.(2500  1,842.60)  293,6kJkJ/kg / kg  B  r  C pht2  2500  1,842.58  2606,836 kJ/kg Vậy ta có: d2′ = −293,6 − 2174,56 0,1117 = 0,1122 kg / kgKKK −2174,56 − 2606,836 Từ ta có: l 1 kg/kg ẩm  1/(0,1122 – 0,1117)=1978,7  492,6 d2'  d1 0,1138  0,1117 l2′ = l1 + φ2′ = ∆ −2174,56 = 352,02 + = 351 kJ/kg l 1978,7 d2′ p 0,1122.1 = = 0,835 (0,622 + d2′ )ph2′ (0,622 + 0,1122) 0,183 Hay : φ2′ = 83,5 % Khối lượng riêng khơng khí khơ: ρ2′ = 3.4.1.2 p − φ2′ ph2′ 105 − 0,835.0,183 105 = = 0,8928 kg/m3 R k (273 + t 2′ ) 286,68(273 + 58) Xác định trạng thái khơng khí hỗn hợp : Ta có: d3’ = d1 = 0,1117 kg/kg KKK Theo [3] ,ta có: n= d3′ − d0 0,1117 − 0,0086 = = 240 d2′ − d3′ 0,1122 − 0,01117 Các thông số trạng thái khơng khí sau hỗn hợp : t + nt 2′ 14,6 + 240.58 t 3′ = 240.58 = o = 57,82 ℃ t0  nt2' 14,66 n +  57,82 240 t3'   C +1 n 1 240  I3'  C pk t3'  d3' (r  C ph t3' )  1.57,82  0,1117.(2500  1,842.57,82)  349,3kJ / kg Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 43 Đồ án mơn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ  4020, 42  4020, 42   t3'  58o C  ph3'  exp 12,00    exp 12,00    0,1778(bar ) 235,5  t3'  235,5  57,82    3'  d3' p 0,1117.1   0,856 (0,622  d3' ) ph3' (0,622  0,1117).0,1778 Hay : 3'  85,6% Khối lượng riêng khơng khí khơ : 3'  p  3' ph3' 1.105  0,856.0,1778.105   0,8939 kg/m RK (273  t3' ) 286, 68(273  57,87) Bảng 3.7 Thơng số trạng thái khơng khí điểm 0, 1, 2’, 3’ t Trạng thái d  I (kJ/kgkkk)  (0C) (kg/kg kkk) (%) 14,66 0,0086 82,3 36,4 1,196 60 0,1117 77,4 352,02 0,8879 2’ 58 0,1122 85,2 352,72 0,8928 3’ 57,82 0,1117 85,6 349,3 0,8939 (kg/m3) 3.4.2 Xác định lượng khơng khí tuần hồn: Tiêu hao khơng khí: l= 1 = = 2000 kg/kg ẩm d2′ − d3′ 0,1122 − 0,1117 Lượng không khí tuần hồn buồng sấy: L = Mtt.l ,kg/h Trong đó: Mtt - Lượng ẩm bay bình qn giờ, kg/h Vậy ta có: L = 31,2 x 2000= 62400 kg/h = 17,33 kg/s Lượng khơng khí tuần hồn mõi theo thể tích: Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 44 Đồ án môn học: Sấy V= Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ L L 62400 = = = 70085 m3 /h = 19,5 m3 /s ρk 0,5(ρk2 + ρk2′ ) 0,5(0,8879 + 0,8928) 3.4.3 Nhiệt lượng có ích dung để làm bay kg ẩm khỏi vật liệu: q1  I 2'  I  Cn tM , kJ / kg ẩm d2'  d0 Trong đó: + tM = 55 o C nhiệt độ nhiệt kế ướt +Cn = 4,187 kJ/kg.độ - nhiệt dung riêng nước Vậy ta có: q1  350,02  36,56  4,187.55  2805,37 kJ/kg ẩm 0,1121  0,0086 3.4.4 Tổng nhiệt tiêu hao: Tổng lượng nhiệt tính tốn bao gồm nhiệt có ích tổn thất: q = qΣ = q1 + qgn + q5 + qk = 2801,6 + 215,36 + 1013 + 1007,5 ′ = 5037,46 kJ/kg ẩm Tiêu hao nhiệt riêng: q = L( I1 – I3’ ) = 2000.(352,02-349,3)=5210 kJ/kg ẩm Về nguyên tắc lượng tiêu nhiệt riêng q lượng nhiệt tính toán q ' phải Tuy nhiên sai số q trình tính tốn nên ln tồn sai số Giá trị sai số tuyệt đối: ε=| q − q′ 5210 − 5037,46 | 100% = | | 100% = 3,3% < 5% nên chấp nhận q 5210 Tổng lượng nhiệt cần cho hầm sấy giờ: Q  M tt  q = 31,2 x 5210 = 162552 kJ/h Hiệu suất hầm sấy: η= q1 2801,6 = = 0,54 = 54% q 5210 Lượng khơng khí đưa thêm vào hầm sấy ứng với 1kg ẩm bay hơi: Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 45 Đồ án mơn học: Sấy I0 Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ 1000 1000  1000/(0,1122 - 0,0086)=  9, 66 9652,5g/kg ẩm d 2'  d0 0,1121  0, 0086 = 9,652 kg/kg ẩm Lượng khơng khí cần đưa vào hầm giờ: L = M tt  l = 31,2 x 9,652 = 301,1kg/h Thể tích khơng khí đưa vào hầm giờ: V0 = Lo 293,94  301,1/1,12=268,84  242,93m3 / m h 3/h o 1, 21 Thể tích khơng khí ẩm thải 1giờ: Vth = Lo 293,94  301,1/0,8939=3384  328,83m3 / hm3/h th 0,8939 Trong đó: Lth = L = 301,1 kg/h th - khối lượng riêng khnơng khí trạng thái ' Bảng 3.7 Kết tính cân nhiệt q trình sấy thực tế Đại lượng STT Kí hiệu Đơn vị Giá trị Tiêu hao nhiệt riêng q kJ/kg ẩm 6092,87 Nhiệt lượng có ích q1 kJ/kg ẩm 2805,37 Nhiệt lượng cần để nung nóng gỗ ứng với kg ẩm bay qgn kJ/kg ẩm 363,27 Tổn thtấ nhiệt môi trường q5 kJ/kg 2680 Các tổn thất khác qk kJ/kg 1461 Tiêu hao nhiệt tính toán q' kJ/kg 7309,64 Tổng lượng nhiệt cần cho hầm sấy Q kJ/h 185345,19 Sai số tuyệt đối  % 3,48% Hiệu duất hầm sấy  % 47,7% Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 46 Đồ án mơn học: Sấy Năng suất sấy yêu cầu: 20 m3/ mẻ 10 Lượng không khí ứng với kg ẩm bay lo kJ/kg ẩm 9,66 11 Lượng khơng khí cần đưa vào Lo kg/h 293,94 12 Thể tích khơng khí đưua vào Vo m /h 242,93 13 Thể tích khơng khí thải Vth m /h 328,83 Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh nhóm 47 ... Đây loại hệ thống sấy phổ biến Trong hệ thống sấy đối lưu người ta phân loại: Hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy khí động Theo kết cấu... mặt yêu cầu kết cấu phức tạp để tạo trì độ chân khơng suốt q trình sấy nên chí phí lượng lớn Do dùng hệ thống sấy để sấy gỗ keo Hệ thống sấy đối lưu: Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt... xuất gỗ dán thường phơi tự nhiên Về mặt lượng hệ thống sấy phổ biến hệ thống sấy dùng khơng khí nóng ngồi có hệ thống dùng buồng đốt sinh khối với trao đổi nhiệt khí - khói, số hệ thống sấy đại sấy