Thiết kế thiết bị sấy tảo xoắn ứng dụng công nghệ bơm nhiệt

Các quy luật cơ bản của quá trình sấy

• ðường cong tốc ủộ sấy
• Cỏc yếu tố ảnh hưởng ủến chế ủộ và cường ủộ sấy

Tựy thuộc vào sự khỏc nhau giữa nhiệt ủộ của hơi ẩm thoỏt ra và nhiệt ủộ bóo hũa mà trị số tốc ủộ sấy cũng khụng thay ủổi.Trong giai ủoạn làm núng vật nhiệt ủộ ban ủầu t0 cũng cú thể lớn hơn hay nhỏ hơn nhiệt ủộ bóo hũa tbh. - Nếu t0> tbh thỡ khụng cần ủến quỏ trỡnh làm núng mà ngay từ ban ủầu ẩm trong vật sẽ húa hơi và nhiệt ủộ trong vật sẽ giảm tới nhiệt ủộ bóo hũa Trong giai ủoạn sấy tốc ủộ khụng ủổi, ẩm bốc hơi chủ yếu từ bề mặt ,vật hơi ẩm thoỏt ra là hơi bóo hũa cú nhiệt ủộ là tbh. Trong trường hợp do bức xạ nhiệt từ vỏch buồng sấy , nhiệt ủộ của vật lớn hơn nhiệt ủộ lớn hơn nhiệt ủộ nhiệt kế ướt thỡ cường ủộ bay hơi ẩm của giai ủoạn sấy tốc ủộ khụng ủổi lớn hơn khoảng 20% so với cường ủộ bay hơi của nước tự do.

Nhiệt lượng mụi chất cung cấp cho vật giai ủoạn này khụng ủể chỉ làm bay hơi ẩm như giai ủoạn 1 mà cũn làm quỏ nhiệt cho hơi ẩm bay ra và gia nhiệt cho vật sấy cho nhiệt ủộ vật sấy tăng lờn.Vỡ vậy tốc ủộ sấy ở giai ủoạn này nhỏ hơn giai ủoạn ủầu và tốc ủộ sấy cũng giảm liờn tục do nhiệt truyền từ môi chất sấy sang vật sấy giảm liên tục (tv tăng liên tục), khi ẩm liên kết càng chặt chẽ càng cần năng lượng húa hơi cao, do ủú phải chi phớ nhiệt nhiều hơn ủể quỏ nhiệt hơi ẩm thoỏt ra với nhiệt ủộ ngày càng cao và do chi phớ nhiệt ủể gia nhiệt cho vật sấy càng tăng lờn. Trờn hỡnh 2.4a ta thấy ủộ ẩm tương ủối của tỏc nhõn sấy càng cao thỡ thời gian sấy tăng, hàm ẩm vật sấy lỳc kết thỳc giai ủoạn thứ nhất giảm (wb3<wb2<wb1).Giai ủoạn sấy thứ hai (tốc ủộ sấy giảm dần) cú ủiểm chung là B’.

Sơ ủồ cấu tạo

Khụng khớ (tỏc nhõn sấy) ủược quạt giú thổi qua dàn ngưng tụ, bị ủốt núng qua ống dẫn giú vào buồng sấy. Khụng khớ sau khi qua buồng sấy, qua ống dẫn giú vào dàn bay hơi 1, ở ủõy khụng khớ ủược làm lạnh và một phần hơi ẩm ủược ngưng tụ thoỏt ra ngoài qua bộ thu hồi nước và tiếp tục vào dàn ngưng tụ và lặp lại quỏ trỡnh. Nhiệt ủộ của tỏc nhõn ủược kiểm soỏt trong suốt quỏ trỡnh nhờ ủầu dũ nhiệt.

Như vậy chu trình của tác nhân sấy là tuần hoàn kín nên không bị ảnh hưởng từ mụi trường. Mặt khỏc nhiệt ủộ của tỏc nhõn sấy ủược kiểm soỏt trong suốt quỏ trỡnh cho nờn chất lượng sấy ủược ủảm bảo tốt hơn những thiết bị sử dụng tỏc nhõn sấy tuần hoàn hở.

Vật liệu sấy

Căn cứ vào chu trỡnh hoạt ủộng của hai tỏc nhõn ủó núi ở phần trờn: Tỏc nhõn lạnh thụng qua ủồ thị LgP-i và tỏc nhõn sấy thụng qua ủồ thị I-d ta cú thể xỏc ủịnh ủược cỏc thụng số cơ bản phự hợp với yờu cầu cụng nghệ sấy. Lượng ẩm bốc hơi thực tế ủối với mỏy sấy bơm nhiệt dao ủộng nhiều theo thời gian, từ ủầu ủến cuối quỏ trỡnh sấy phụ thuộc rất nhiều vào ủộ ẩm của vật sấy, nờn giỏ trị wTB khụng ủược dựng làm cơ sở ủể tớnh lưu lượng khụng khớ cần ủối lưu. Từ số liệu bên ngoài trên ta có thể tìm các thông số khác như phân áp suất, entanpi, ủộ chứa hơi…Bằng cỏch tra bảng hoặc ủồ thị I-d của khụng khớ ẩm.

*Công thức tính nhiệt dung riêng trên cơ sở 1 kg vật liệu khô hay còn gọi là nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(d4) [10]. Nhiệt ủộ tỏc nhõn sấy ra khỏi hầm sấy t2 càng nhỏ càng tiết kiệm về mặt nhiệt lượng, do ủộ ẩm sản phẩm ban ủầu cao nờn giai ủoạn ủầu của chu kỳ sấy ủộ ẩm ϕ2 của tỏc nhõn sấy sau quỏ trỡnh sấy cao nờn nhiệt ủộ t2 chờnh khỏ nhiều so với nhiệt ủộ ủầu t1.

Xỏc ủịnh kớch thước cơ bản Tiết diện thông gió của buồng là

Trong ủú T: nhiệt ủộ khụng khớ K; p: Áp suất khớ quyển, mmHg; E: Áp suất hơi nước trong không khí, mmHg.

Tớnh toỏn quỏ trỡnh sấy thực (cú kể ủến tiờu hao năng lượng)

Cửa buồng sấy cũng làm bằng thép hộp ghép tôn tráng kẽm, ở giữa là lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày 0,04 m, như vậy ta coi mật ủộ dũng nhiệt qua cửa và tường bao là như nhau. Trong ủú nhiệt ủộ vật liệu ủưa vào buồng tm = tMo (tMo là nhiệt ủộ nhiệt kế ướt ở ủiều kiện khụng khớ bờn ngoài, tMo = 20,8 oC). Cụng suất lạnh cần thiết ủể tỏch ẩm của tỏc nhõn sấy (tỏc nhõn sấy ra khỏi buồng sấy. Tính toán chu trình lạnh. a) Chọn các thông số của quá trình làm việc.

Với thiết bị là dàn ngưng ủược làm mỏt bằng khụng khớ thỡ hiệu nhiệt ủộ trung bỡnh giữa với môi chất lạnh ngưng tụ và không khí ∆t= 10 ÷ 15oC. Vỡ ở ủõy ta sử dụng mỏy lạnh với mụi chất lạnh Freon-22 có bình hồi nhiệt (BHN) nên việc quá lạnh thực hiện trong bình hoàn nhiệt giữa môi chất lỏng nóng trước van tiết lưu và hơi lạnh ở bình bay hơi ra trước khi về máy nén (MN). *Nhiệt ủộ hơi hỳt về mỏy nộn tqn. Là nhiệt ủộ hơi trước khi vào mỏy nộn. ðể ủảm bảo mỏy nộn khụng hỳt phải lỏng, người ta bố trớ bỡnh tỏch lỏng và phải ủảm bảo hơi hỳt là hơi qua nhiệt. Tựy thuộc vào mụi chất lạnh mà ủộ quỏ nhiệt khỏc nhau Vỡ ở ủõy mụi chất lạnh là R22 nờn ta chọn ∆t = 20oC. b)Chu trình máy lạnh nén hơi một cấp Freon. Chu trỡnh hoạt ủộng như sau: Hơi mụi chất sinh ra ở thiết bị BH1ủược quỏ nhiệt sơ bộ khi ủi vào thiết bị HN, thu nhiệt của chất lỏng cao ỏp, núng, quỏ nhiệt ủến t rồi. hỳt vào mỏy nộn. Qua MN hơi ủược nộn ủoạn nhiệt ủến trạng thỏi 2 và ủược ủẩy vào dàn ngưng tụ NT1. Trong dàn NT1 hơi thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng cao ỏp. Lỏng cao ỏp ủược dẫn qua ống xoắn ruột gà trong bỡnh hoàn nhiệt. Tại ủú lỏng cao ỏp thải nhiệt cho một phần lỏng dư từ dàn bay hơi ra, nhiệt ủộ hạ từ t3 xuống t2. Sau ủú lỏng cao ỏp ủi qua van tiết lưu và giảm ỏp ủến trạng thỏi 4 rồi ủi vào dàn bay hơi. Trong thiết bị bay hơi, lỏng bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Hơi lạnh ủược mỏy nộn hỳt về sau khi ủi qua thiết bị hoàn nhiệt. Như vậy mụi chất ủó thực hiện một vòng tuần hoàn kín. a) Tớnh toỏn chế ủộ làm việc của mỏy nộn.

Bảng thông số làm việc của máy nén

Dàn bay hơi cú tỏc dụng nhận nhiệt của khụng khớ chuyển ủộng bờn ngoài dàn làm nhiệt ủộ khụng khớ giảm xuống dưới nhiệt ủộ ủọng sương ủể tỏch một phần ẩm của khụng khớ trước khi vào dàn bay hơi ủồng thời húa hơi mụi chất chuyển ủộng bờn trong dàn lạnh từ trạng thỏi lỏng ủến trạng thỏi hơi bóo hũa. Thiết bị ngưng tụ của bơm nhiệt có công dụng gia nhiệt cho không khí trước khi vào buồng sấy từ trạng thỏi bóo hũa sau dàn lạnh ủến nhiệt ủộ và ủộ ẩm yờu cầu trong quỏ trỡnh sấy. Việc sử dụng dàn ngưng của bơm nhiệt ủể thay thế cho thiết bị gia nhiệt sẽ làm giảm chi phớ ủiện năng của hệ thống, qua ủú làm giảm chi phớ lắp ủặt và vận hành của hệ thống sấy dựng bơm nhiệt.

Thiết bị hồi nhiệt cú tỏc dụng quỏ nhiệt hơi hỳt về mỏy nộn ủể trỏnh hiện tượng thuỷ kớch và quỏ lạnh lỏng cao ỏp trước khi qua tiết lưu ủể giảm tổn thất lạnh do van tiết lưu. Lỏng cao ỏp chảy bờn trong ống xoắn trao ủổi nhiệt với hơi hạ ỏp chảy bờn ngoài ống làm cho hơi hạ áp từ hơi bão hoà trở thành hơi quá nhiệt.

Tớnh chọn ủường kớnh ống

Lỏng cao áp nhả nhiệt cho hơi hạ ỏp và ủược quỏ lạnh một phần. Ống trụ kớn 2 ủầu cú nhiệm vụ hướng cho dũng hơi ủi qua ống xoắn và làm tăng tốc ủộ dũng hơi ủể tăng cường hiệu quả trao ủổi nhiệt.

Tớnh toỏn diện tớch trao ủổi nhiệt

• Tính toán trở lực và chọn quạt

Theo sơ ủồ bố trớ của hệ thống, ta cần phải chế tạo hệ thống dẫn khụng khớ từ quạt vào buồng sấy. − Trở lực của buồng sấy cũng phụ thuộc vào kiểu buồng sấy, cách bố trí sản phẩm sấy, mật ủộ sấy… mà trở lực của buồng sấy là lớn hay nhỏ và người ta xỏc ủịnh trở lực theo kinh nghiệm.