Ta có phương trình cân bằng nhiệt:
Q+Qbs+W.Cn.tm1+G2.Cm.tm1+Gcv.Ccv.tm1+L.I1= Q5+G2.Cm.tm2+Gcv.Ccv.tm2+L.I3’
Q + Qbs= - W.Cn.tm1 + L.(I3’ - I1) + Q5 + G2.Cm.(tm2 - tm1) + Gcv.Ccv.(tm2 - tm1) Q + Qbs = Q1 + Q2 + Q5 + Qm + Qcv (3.1)
Hình 3.11. Cân bằng nhiệt quá trình sấy thực
Trong đó:
Q: Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy
Qbs: Nhiệt lượng bổ sung (do không dùng thiết bị gia nhiệt cho không khí sau dàn nóng lên Qbs = 0)
Q1 = - W.Cn.tm1: Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào Q2 = L.(I3’ - I1): Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy
Q5: Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che
Qvc = Gcv.Ccv.(tm2 - tm1): Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua Qbs ta có:
q = - Cn.tm1 + l.(I3’ - I1) + q5 + qm + qvc
Mà q = l(I3 – I1) → l.(I3’ – I3) = Cn.tm1 – (q5 + qm + qvc) (I2 = I3 )
Đặt Cn.tm1 – (q5 + qm + qvc) = ∆ : Tổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm
→ l.(I3’ – I3) = ∆ hay I3’ = I3 + ∆/l → tính ∆ (3.2)
* Tính tổn thất nhiệt ra môi trường q5:
Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức:
Q5 = Qxq + Qn + Qtr + Qc , (W) (3.3)
Nhiệt tổn thất qua tường xung quanh : Qxq = Kxq.Fxq.∆ttb (W) (3.4) Trong đó Fxq: là diện tích xung quanh của buồng sấy, m2
Fxq = Fxq1 + Fxq2 = 2.(L.H) + B.H = 90 + 25,5
∆t : Độ chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài buồng sấy Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: tf2 = tm = 300C
Nhiệt độ trung bình của khí bên trong buồng sấy: 0 22 23 f1 t + t 45 + 35 t = = = 40 C 2 2
Độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài lò sấy:
∆t = tf1 - tf2 = 40 – 30 = 100C Kxq : hệ số truyền nhiệt, W/m2K
xq 1 2 1 K = 1 1 ( + + δ ) α λ α
Để xác định α1, α2 ta dùng phương pháp lặp. Giả thiết nhiệt độ vách trong của tường là tw1 = 39,10C, Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau:
q = α1.(tf1 – tw1) = (λ/δ).(tw1 – tw2) = α2.(tw2 – tf2)
Với tốc độ tác nhân sấy đã chọn là ω = 2m/s, với ω < 5m/s theo [17], [22] ta tính được α1 theo công thức sau:
α1 = 4,8 + 3,4.ω = 4,8 + 3,4.2 = 11,6 W/m2K Vậy mật độ dòng nhiệt truyền qua tường là:
q = α1.(tf1 – tw1) = 11,6.(40 – 39,1) = 10,44 W/m2
Nhiệt độ vách ngoài của tường: Buồng sấy có tường xây bằng gạch đỏ trát xi măng cát độ dày δ = 330mm, tra bảng ta có hệ số dẫn nhiệt λ = (0,7 ÷ 0,8) W/mK. Ở đây ta chọn λ = 0,7 W/mK 33,6 0,7 0,33 11,6. 39,1 λ δ q. t tw2 = w1− = − =
Nhiệt độ trung bình bên ngoài lò sấy: 0 w2 m tb2 t + t 33,6 + 30 t = = = 31,8 C 2 2
Tra bảng với thông số không khí với ttb2 = 31,80C = 301,80K , [22] ta có các thông số sau:
λ = 0,0265 W/m.K ; γ = 1,621.10-5 và Pr = 0,707 Theo tiêu chuẩn Grashoft ta có :
32 2
g.β.Δt.l Gr =
γ
Thay các số liệu vào và tính toán ta có được kết quả Pr.Gr = 5,705.1010 nằm trong khoảng (2.107 ÷ 1.1013) , theo [17] ta có:
2
3 3
0
α = 1,66. Δt = 1,66 3,6 = 2,54 W/m K Hệ số nhiệt độ φt = 0,975 vậy :
2
2 0 t
α = α . = 2,54.0,975 = 2,476 W/m Kϕ
Hệ số truyền nhiệt:
2xq xq 1 K = = 1,04 W/m K 1 0,33 1 ( + + ) 11,6 0,7 2,476
Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa trong và ngoài lò sấy là ∆ttb = 40-30 = 100C Mật độ dòng nhiệt qua tường
2xq xq tb xq xq tb
q' = K .Δt = 1,04. 10 = 10,4 W/m So sánh q và q’ ta có sai số tương đối:
q - q' 10,44 - 10,4
δq% = | | = | |.100% = 0,3%
q 10,4
Sai số là rất nhỏ như vậy các kết quả tính toán trên theo các giả thiết là chấp nhận được.
Ta có : Qxq = Qxq1 + Qxq2 = Kxq.Fxq1.∆ttb1 + Kxq.Fxq2.∆ttb2 = 1,04.90.(40-30) + 1,04.25,5.(13-30) = 485,2 W
Nhiệt tổn thất qua nền là: Qn = qn.Fn
Ta có Fn = 4,8 x 7,3 = 35m2 , tra bảng theo tài liệu [17] với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong lò la 400C, khoảng cách từ tường lò sấy tới tường phân xưởng là 5m : qn = 22,8 W/m2 , vậy ta có:
Qn = 35.22,8 = 798 W
Nhiệt tổn thất qua trần: Qtr = Ktr.Ftr.∆tb [17]
Hệ số trao đổi nhiệt từ trần tới không khí là α2tr = α2.1,3 = 2,476.1,3 = 3,2 W/m2K. Hệ số truyền nhiệt từ bên trong tới trần là α1tr = α1 = 11,6 W/m2K. Nhiệt độ trung bình của không khí trong kênh gió là 45 -2/2 = 440C (tổn thất nhiệt của không khí trong kênh dẫn khí là 20C). Ta có hệ số truyền nhiệt qua trần hầm là:
2tr tr 1 2 1tr 1 2 2tr 1 1 K = = = 0,57 W/m K δ δ 1 0.1 0,05 1 1 1 ( + + + ) ( + + + ) 11,6 0,92 0,04 3,2 α λ λ α Qtr = 0,57 . 35. (44 – 30) = 279 W
Nhiệt tổn thất qua cửa: Qc = Kc.Fc.∆tb
2c c 1 2 1 1 K = = = 0,43 W/m K δ 1 0,075 1 1 1 ( + + ) ( + + ) 14,51 0,04 2,654 α λ α Qc = 0,43. (4,8.4,2).(40 - 30) = 86,69 W Như vậy ta có: Q = Q + Q + Q + Q , (W)
Q5 = 485,2 + 798 + 279 + 86,69 = 1648,89 W = 1127840,8 kJ q5 = Q5/W = 1127840,8 /8250 = 136,7 kJ/kgâ
* Tính tổn thất do vật liệu sấy mang ra qm
Qm = G2.Cm.(tm2 – tm1) (tm2 = tf1 = 400C ; tm1 = tm = 300C Qm = 13750.2,7.10 = 371250 kJ
qm = Qm/W = 371250/8250 = 45 kJ/kgâ
* Tính tổn thất theo thiết bị vận chuyển qvc
Qvc = G2k.Cm.(tm2 – tm1)
trong đó G2k = 10% G2 là khối lượng các thanh kê Qvc = 1375.2,7.10 = 37125 kJ
qvc = Qvc/W = 37125/8250 = 4,5 kJ/kgâ
* Tính nhiệt hữu ích do vật ẩm mang vào q1
q1 = - Cn.tm1 = - 4,18.45 = 125,4 kJ/kgâ Vậy ta có:
∆ = Cn.tm1 – (q5 + qm + qvc) = 125,4 – (136,7 + 45 + 4,5) = - 60,8 kJ/kgâ