Công suất nhiệt của Calorifer
Chọn kết cấu calorifer như hình với các đặc trưng:
Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống: , . Ống làm bằng thép có d2/d1 =24/22 mm với .
Cánh làm bằng đồng có đường kính , chiều dày và bước cánh t = 3 mm, .
Chiều dài ống l = 1200 mm.
Chọn nhiệt độ hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống là Độ chênh lệch nhiệt độ: ( ) ( ) Số cánh trên một ống: ( ) Chiều cao của cánh:
Kích thước xác định:
46
√ Trong đó: - Diện tích phần ống không làm cánh.
-Diện tích các cánh trên một ống. Do đó: ( ) ( ) √ Tốc độ cực đại khi không khí chuyển động qua khe hẹp nhất Giả sử tốc độ không khí vào calorifer là . Khi đó:
[ ( )] [ ( )] Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng.
Với nhiệt độ trung bình không khí ( ) , dựa vào phụ lục 6 ta tìm được : ( ) ( ) Khi đó:
47 ( ) ( ) ( ) ( ) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí:
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh : Hiệu suất cánh: √ √ chọn bằng 0,95.
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương : ( ) ( ) Hệ số làm cánh : ( ) ( ) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khi hơi ngưng trong ống :
Chọn ( ) .
√ ( ) : Khối lượng riêng chất lỏng.
: Hệ số dẫn nhiệt chất lỏng. : Độ nhớt động học chất lỏng. : Nhiệt ẩm hóa hơi.
48
Tra phụ lục bảng 18,19. Sách bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt, ở nhiệt độ 110 . √ Hệ số truyền nhiệt k: Kiểm tra lại độ chênh lệch ( ):
Mật độ dòng truyền nhiệt qua calorifer :
Kiểm tra độ chênh lệch nhiệt độ đã chọn: về nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt phải bằng mật độ dòng nhiệt do hơi ngưng . Do đó:
( )
Như vậy giả thiết ( ) là chính xác.
Diện tích bề mặt bên trong các ống
Lấy hiệu suất calorifer . Khi đó bằng:
Số ống cần thiết n:
49 Số ống trong một hàng m.Chọn số hàng ống Z=12, khi đó: Tổng số ống của calorifer N: Kích thước calorifer: Chiều dài: . Chiều rộng: . Chiều cao: . 3.3. Tính toán và chọn quạt.
Tính trở lực qua buồng sấy:
Hệ thống sấy băng tải gồm 5 băng tải với 6 khoảng hở cách nhau b=150 mm, bề rộng a=1100 mm, dài l = 4450 mm.
Hình 3.1: Sơ đồ vị trí tính toán trở lực.
Vị trí Tên gọi Khối lượng riêng ( ) Vận tốc Đường kính tương đương ( ) Chiều dài ( ) Hệ số trở lực ma sát Hệ số trở lực cục bộ Tổn thất áp suất ( ) 1-2 Calirofer 2 66,36 3,4,5,6,7,8 Đột thu 1,085 1,5 0,18 1,3 9,14 1,085 0,9 0,471 4,350 0,05 0,4 10,11,12,13 1,085 0,9 0,264 4,350 0,05 1,5 15,16,17,18,19,20 Ngoặt 90o 1,085 1,2 1,1 5,2 Tổng: 74,76
50
Trở lực cục bộ tại đột thu và ngoặt 90o được tính bằng công thức:
Trở lực qua buồng sấy :
Trong đó:
: Hệ số trở lực ma sát. Lấy cục bộ bằng 0,05. : chiều dài.
: Khối lượng riêng của khí trong buồng. : Tốc độ của khí trong buồng.
: Đường kính tương đương. Tính bằng công thức:
( )
Tra bảng phụ lục 6, ở nhiệt độ , ta xác định được:
( ) Trở lực qua xyclon:
Theo kinh nghiệm lấy trở lực qua xyclon , trở lực cục bộ và các tổn thất phụ lấy thêm 5%.
( ) (
) Giáng áp động. Tốc độ tác nhân sấy ra khỏi quạt 3m/s, khi đó giáng áp động bằng: Cột áp của quạt
51
Chọn quạt:
Căn cứ vào năng suất quạt , và biểu đồ hình 3.2 Cataloge của hãng Centrifugal Utility, chọn quạt 3HP với số vòng quay 980 vòng/phút. Cụ thể là quạt SFB-15- 3HP
52
Hình 3.3 : Kích thước quạt.
53
3.4. Tính toán và chọn động cơ.
Số múi / kg mít khô: n= 276 múi/ kg vật liệu khô. o Số múi /1 giờ: N=n. =276.50=13800 múi.
Diện tích 1 múi chiếm trên băng tải:
( )( )
- Thông số băng tải: o Chọn 5 băng tải.
o Chiều dài băng tải . o Chiều rộng băng tải :
Tổng diện tích băng tải: 5.4.1=20 m2. Ta chọn chế độ sấy băng tải:
Vận tốc băng tải:
13800
- Thông số của buồng sấy:
Khoảng cách băng tải 300mm, đặt lệch nhau 200mm, khoảng cách lên trần là 300mm, khoảng cách so với nền la 400 mm, hở hai đầu băng tải là 50mm.
- Phân bổ tỉ số truyền:
o Chọn đĩa xích băng tải có đường kính , tỉ số truyền giữa các trục 1:1, vận tốc quay của trục băng tải:
- Tính công suất động cơ.
o Tải trọng vật liệu trên 1 băng tải :
54
Hình 3.4: Sơ đồ lực của đĩa xích.
hệ số trọng lượng xích, khi xích nằm ngang hoặc khi góc nghiêng giữa đường tâm trục với phương nằm ngang nhỏ hơn 40o, khi xích thẳng đứng.
Công suất bộ phận công tác băng tải:
Hiệu suất của hệ thống:
Hiệu suất ổ lăn:
Hiệu suất xích:
Công suất cần thiết của động cơ:
55
Dựa vào catalogue động cơ hãng Watt, ta chọn động cơ liền hộp giảm tốc AS 66C IA 72K6, với công suất 0,18 kW, vận tốc quay trục ra 1 vòng/phút.
56
57
3.5. Tính toán và thiết thiết kế bộ truyền xích.
Tỉ số truyền bộ truyền xích:
Yêu cầu chọn xích ống con lăn.
Chọn số răng của đĩa xích dẫn theo công thức:
Ta chọn ă .
Số răng đĩa xích lớn:
Ta chọn ă
Các hệ số điều kiện sử dụng xích K theo công thức (5.22)
Trong đó:
- hệ số tải trọng động: dẫn động bằng động cơ điện và tải trọng ngoài tác động lên bộ truyền tương đối êm nên
- hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục ( ) thì - hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền, khi đường nối hai tâm đĩa xích hợp với đường thẳng nằm ngang một góc nhỏ hơn thì , nếu lớn hơn thì
.
- hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích: nếu trục điều chỉnh được thì , nếu điều chỉnh bằng bộ căng xích hoặc con lăn căng xích thì
, nếu trục không điều chỉnh được hoặc không có bộ phận căng xích thì - hệ số xét đến điều kiện bôi trơn: bôi trơn nhỏ giọt , bôi trơn định kì
- hệ số xét đến chế độ làm việc: làm việc hai ca Hệ số
58 Hệ số Chọn xích một dãy nên . Công suất tính toán :
Theo bảng 5.4 theo cột ò ú ta chọn bước xích Theo bảng 5.2 số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích ò ú
Vận tốc trung bình của xích: Lực vòng có ích:
Kiểm nghiệm lại bước xích theo công thức (5.26) với chọn theo bảng (5.3) là 35 MPa: √ √ mm Chọn khoảng cách trục sơ bộ ( ) Số mắt xích X: ( ) ( ) Chọn X= 89 mắt xích.
59 Chiều dài xích Tính lại khoảng cách trục: [ √( ) ( ) ] [ √( ) ( ) ] Ta chọn a= 541 mm (giảm khoảng cách trục ( ) ). Số lần va đập xích trong 1 giây: tra bảng 5.6 với bước xích
Kiểm tra hệ số an toàn của xích:
Tải trọng phá hủy tra theo bảng 5.2 [2].
Lực trên nhánh căng Lực căng do lực ly tâm gây nên:
, khối lượng của 1 mét xích, tra bảng 5.2 [2]. â , vận tốc vòng.
Lực căng ban đầu :
60
khi xích nằm ngang, 3 khi góc nghiêng giữa đường tâm trục với phương nằm ngang nhỏ hơn 40o, 1 khi xích thẳng đứng.
tra theo bảng 5.10 [2]. Lực tác dụng lên trục:
hệ số trọng lượng xích, khi xích nằm ngang hoặc khi góc nghiêng giữa đường tâm trục với phương nằm ngang nhỏ hơn 40o, khi xích thẳng đứng. Đường kính đĩa xích: 3.6. Tính toán - thiết kế trục.
Để đồng bộ trong quá trình chế tạo, ta chỉ tính toán cho trục chính (trục chịu lực lớn nhất).
Chọn trục rỗng vật liệu Inox 304.
Ống Inox 304 đúc ø42 dày 2 mm . Ống này bán nhiều trên thị trường. Giờ ta chỉ kiểm tra điều kiện bền của ống. Nếu không đạt thì chọn ống có đường kính , với chiều dày lớn hơn.
61 Hình 3.6: Sơ đồ lực tác dụng đĩa xích. Hình 3.7: Sơ đồ lực tác dụng lên trục. Trong đó:
62 hệ số trọng lượng xích, khi xích nằm ngang hoặc khi góc nghiêng giữa đường tâm trục với phương nằm ngang nhỏ hơn 40o, khi xích thẳng đứng. Trong mặt phẳng Oxy: Trong mặt phẳng Oxz:
63 Vẽ biểu đồ moment:
Dựa vào biểu đồ moment, tiết diện nguy hiểm là ở D. Ta sử dụng Moment ở D để kiểm tra bền của ống Inox 304 ø42. Thanh tiết diện tròn rỗng nên ta có: ( ) ( ( ) ) √ √
64
Hình 3.8 : Biểu đồ moment.
3.7. Tính toán chọn ổ.
a. Chọn ổ bi đỡ vì không có lực dọc trục với đường kính vòng trong d = 30 mm. b. Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B là:
√ √ Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A là:
65
√ √ Vì nên ta chọn ổ D để tính toán.
c. Các hệ số chọn bằng 1.
d. Do không có lực dọc nên hệ số X = 1 và Y = 0. e. Tải trọng quy ước:
( ) . f. Thời gian làm việc:
Thời gian làm việc tính bằng giờ:
Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:
g. Khả năng tải trọng tính toán:
√ √ Ta tính toán thay ổ 7 năm 1 lần.
h. Theo bảng P2.7 ta chọn ổ cỡ nhẹ 206, với C = 15300 N và
Ký hiệu ổ
206 30 62 16 1,5 15,3 10,2
Bảng 3.5 : Thông số ổ bi cỡ nhẹ 206.
i. Theo catalogue của hãng MISUMI ta chọn loại ổ HDF30.
66
D,mm L,mm L1,mm A,mm d1,mm t,mm M1 A1,mm A2,mm B,mm S,mm
30 108 83 40,2 12 14 M6x0,75 31 18 38,1 15,9 19,6 11,3
Bảng 3.6 : Thông số của ổ và gối đỡ HDF 30 của Misumi.
3.8. Băng tải.
Do nhiệt độ làm việc cao, để tăng tuổi thọ cũng như đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, dễ vệ sinh lau chùi đồng thời giúp cho dòng khí nóng có thể đối lưu từ dưới lên trên ta sử dụng xích tải để di chuyển mít. Băng tải được thay thế bằng lưới inox
Hình 3.10 : Xích tải.
67
Hình 3.12 : Kích thước cơ bản của xích tải theo cataloge của hãng Misumi
3.9. Tính toán lò hơi.
Chọn lò có kích thước đường kính 400 mm, cao 600 mm. Mức chất lỏng trong lò khoảng 400mm.
Thể tích chất lỏng trong lò là:
Nhiệt độ nước lúc ban đầu t1 = 20oC, nước sôi t2 = 100oC. Nhiệt dung riêng của nước là:
Khối lượng riêng của nước:
Nhiệt lượng cần để đun sôi nước là:
( ) ( ) Sử dụng hai điện trở nồi hơi 380V18KW L 300mm mặt bích phi 150mm.[10].
68
Hình 3.13. . Điện trở nồi hơi 18 KW.
Thời gian đun sôi nước là:
Nhiệt độ hơi nước bão hòa vào calorifer là 110oC. Dựa vào Phụ lục bảng 1 [8]. Ta có áp suất của hơi nước là 1,4326 bar.
Chọn van giới hạn áp suất: là một dạng van an toàn giới hạn áp suất khoảng 1,43 bar. Khi áp suất trong lò hơi bằng 1,43 bar hơi nước bắt đầu chuyển vào calorifer.
69
3.10. Mạch điều khiển
Hình 3.15. Sơ đồ điều khiển.
Cảm biến nhiệt Nhiệt độ sấy ĐIỀU KHIỂN Quạt Băng tải HEATER
70 Hình 3.16. Sơ đồ khối. Quạt chạy T2 START START Chạy Heater t < t0
Chạy băng tải
STOP
71
Hình 3.17. Bộ điều khiển nhiệt độ FOX-1004.
72
73
74
Chương 4: AN TOÀN VÀ VỆ SINH Trong thiết kế
Tính toán thiết kế, lựa chọn các chi tiết với vật liệu là Inox, chống ăn mòn, không bị rỉ sét, dễ lau chùi và không ảnh hưởng đến chất lượng cũng như vệ sinh vật liệu sấy (ở đây là mít).
Những bộ phận, chi tiết được chế tạo bằng vật liệu khác được bao bọc cẩn thận, cách ly với vùng tiếp xúc với vật liệu sấy.
Che chắc bộ phận công tác - xích tải.
Thiết kế ống dẫn khí thải ra khỏi khu vực làm việc.
Có bọc cách nhiệt đường ống dẫn nhiệt và che chắn khu vực calorifer. Chọn vị trí và địa điểm phù hợp.
Bố trí hợp lý nhà xưởng, kho tàng và đường vận chuyển đảm bảo hợp lý và thuận tiện.
Lắp đặt thiết bị trong xưởng đảm bảo các điều kiện an toàn.
Trong quá trình sử dụng
Ngoài người phụ trách ra không ai được khởi động điều khiển máy. Trước khi khởi động máy phải kiểm tra thiết bị an toàn và vị trí đứng.
Trước khi đi làm việc khác phải tắt máy, không để máy hoạt động khi không có người điều khiển.
Cần tắt công tác nguồn khi bị mất điện.
Khi muốn điều chỉnh máy, phải tắt động cơ và chờ cho khi máy dừng hẳn, không dùng tay hoặc gậy để làm dừng máy.
Khi vận hành máy phải mặc trang bị phương tiện bảo vệ cá nhân phù hợp (không mặc quần áo dài quá, không cuốn khăn quàng cổ, đi găng tay v.v…).
Kiểm tra máy thường xuyên và kiểm tra trước khi vận hành. Trên máy hỏng cần treo biển ghi "Máy hỏng".
75
Chương 5: KẾT LUẬN
Thiết bị sấy thùng quay đã thiết kế trên có thể làm việc với các thông số kĩ thuật sau: Năng suất 50 kg/h.
Độ ẩm 73% 20 %.
Thời gian 1 mẻ sấy: 60 phút.
Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị: 70C.
Quá trình sấy chỉ là tính toán lý thuyết. Trong quá trình hoạt động thực tế có thể điều chỉnh lại cho phù hợp.
Khả năng ứng dụng: có thể điều chỉnh lại để sử dụng sấy cho các vật liệu nông sản khác. Năng suất tương đối thấp, nên khả năng ứng dụng không cao.
Do thiếu kinh nghiệm thực tế nên quá trình thiết kế chi phí còn cao, có một số chi tiết chưa hợp lý.
76
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Văn Phú (2011). Kỹ thuật sấy. NXB Giáo Dục Việt Nam.
[2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2009). Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1. NXB Giáo Dục.
[3] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2009). Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 2. NXB Giáo Dục.
[4] Nguyễn Hữu Lộc (2010). Cơ sở thiết kế máy. NXB ĐHQG TPHCM.
[5] Đỗ Kiến Quốc (Chủ biên) (2008). Giáo trình sức bền vật liệu. NXB ĐHQG TPHCM. [6] Nguyễn Văn May (2004). Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội.
[7]] Hoàn Đình Tín – Đỗ Hữu Hoàng- Hoàng Thị Nam Hương (2008). Nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt. NXB ĐHQG TPHCM.
[8] Hoàn Đình Tín – Đỗ Hữu Hoàng- Hoàng Thị Nam Hương (2008). Bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt. NXB ĐHQG TPHCM.
[9] Catalogue Misumi. http://us.misumi-ec.com/contents/catalog/
[10] Catalouge động cơ hãng Watt. http://www.wattdrive.com/en/catalogue-order.html [11] Cty TNHH Sản Xuất Thương Mại Đạt Bình. Catalogue thiết bị điều khiển nhiệt độ hãng DSFox. http://www.datbinh.vn/web/?dbi=product&idcat=235&step=2#
[12] Nam Thien Machenical Co.,Ltd. Van VYC. http://www.namthien.vn/product.php?pid=22