3 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
3.4.2 Entanpy của TNS sau quá trình sấy thực tế
I2’= Cpk *t2 + d2 *i2= 1,004*35 + 0,0226* 2564,47=¿ 93,097 (kJ/kg kk) 3.4.3 Độ ẩm tương đối φ2 φ2’= P P∗d2 s2∗(0,621+d2)=¿ 745 750∗0,0226 0,081∗(0,621+0,0226)=¿ 43,06%
3.5 Xác định lượng không khí khô của quá trình sấy thực tế
Lượng không khó khô cần thiết 2564,47 bốc hơi 1kg ẩm vật liệu sấy là:
l= d 1
2'−d0=
1
0,0226−0,012 6=100 (kgkk/kg ẩm) Lượng không khí khô bốc hơi trong 1 giờ là:
L=l .W1h=¿ 100∗¿ 20= 2000 (kgkk/h)
3.5.1 Tổng nhiệt lượng tiêu hao
Tổng nhiệt lượng tiêu hao các vùng tính theo công thức: qth=l *(I1 – Io)
qth= 100 *(93,13– 52,044) = 4109 (kJ/kg ẩm)
3.5.2 Nhiệt lượng có ích
q1= i2 – Ca*tv1= 2564,47 – 4,18*20= 2480,87 kJ/kg ẩm Q1= W*q1= 120*2480,87= 297704,4 kJ/h
3.5.3 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi
Nhiệt dung riêng của không khí ẩm:
Cpk= Ckk + 0,47.do =1,004 + 0,47* 0,0126 =1,009 kJ/kg k q2 = Cpk.lo.( t2- to) = 1,009*100*( 35 – 20) = 1513,5 kJ/kg ẩm
3.5.4 Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất
q’= q1 + q2 + qv + qtbct1 + qmt
= 2480,87+1513,5 + 16,878 + 34,47 + 11,24=¿ 4056,958 kJ/kg ẩm Có thể thấy rằng nhiệt lượng tiêu hao q1 và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ phải bằng nhau. Tuy nhiên, do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc do sai số trong tính toán các tổn thất mà chúng ta đã phạm phải một sai lầm nào đó. Ở đây sai số tuyệt đối:
Sai số tương đối:
Ngâm Rửa Thái lát Sấy Xử lý Thành phẩm
ε ¿∆ q q = |q' −q| q = |4056,958−4109| 4109 x100 %=1,26 % <10%=>thỏa mãn điều kiện sai số.
Hiệu suất của thiết bị sấy là: H ¿q1 q '=
2480,87
4109 .100 %=60,37 %
Bảng 3.2: Bảng cân bằng nhiệt
TT Đại lượng Kí hiệu KJ/Kg ẩm
1 Nhiệt lượng có ích q1 2480,87
2 Tổn thất nhiệt do TNS q2 169,8 3 Tổn thất nhiệt do VLS qv 9,65 4 Tổn thất nhiệt do TBCT qTBTT 12,15 5 Tổn thất nhiệt ra môi trường qmtr 3,97 6 Tổng lượng nhiệt có ích và tổn thất q' 4056,958
7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 4109
8 Sai số tương đối ε 1,26%
Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy
Lượng tác nhân sấy tại điểm A (tức ngoài không khí):
LA=(1+d0)× L=(1+0,0126)×2000=2025,2(kgh ) Lượng tác nhân sấy tại điểm B, tức sau caloriphe là:
LB=(1+d2)× L=(1+0,0226)×2000=2045,2(kgh )
Lượng tác nhân sấy tại điểm C được tính theo công thức:
LC=(1+d2)× L=(1+0,03)×3835,44=3950,5(kgh )
Tại điểm Nhiệt độ Độ ẩm tương đối Thể tích không khí ẩm của 1kg không khí khô
A t=20°C φ=85 % va=0,848 m3/kgkk B t=60°C φ=10,22% vb=0,962 m3/kgkk C t=35°C φ=56,43 % Vc=0,889m3/kgkk
Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trước khi vào buồng: VA= LA*va ¿2025,2 *0,848=1717,37 m3/h
Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trong buồng sấy: VB= LB*vb= 2045,2∗0,962 =1967,48 m3/h
Lưu lượng thể tích tác nhân sấy khi ra khỏi buồng sấy: VC= LC*vc ¿3950,5∗0,889 = 3511,99 m3/h
Thể tích trung bình của tác nhân sấy trước và sau sấy là:
V=VB+VC
2 =
1967,48+3511,99
2 =2739,74(m3
4 CHƯƠNG IV: TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
4.1 Tính chọn calorifer
Calorifer khí – h iơ
4.1.1 Nhiệt lượng mà calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy Q
Q= L *( I1 - I0 ) kJ/h ( công thức 17.22 – trang 326 - [1]) Trong đó:
L: là lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy thực tế, kg/h
I0 , I1 : Entanpy của tác nhân sấy trước và sau khi ra khỏi calorifer, kJ/kgkk
Vậy Q = 20000 *(93,13– 52,044)= 82172 kJ/h=22,825 (kW)
4.1.2 Công suất nhiệt của calorife
Qcal=¿ Q
ncal , (kJ/h)
Trong đó: Q: nhiệt lượng đưa vào buồng sấy, kW hay kJ/h
ncal : hiệu suất nhiệt của calorifer, 0,95 ÷ 0,97 Chọn ncal=¿ 0,95
Qcal=¿ 22,825
0,95 =¿ 24,027 kW
4.1.3 Tiêu hao hơi nước ở Calorifer
Do nhiệt độ tác nhân sấy không quá cao nên ta chọn lò hơi có áp suất bão hòa là 6 bar
Tiêu hao hơi nước ở calorifer D= Qcal
ih−i'
Trong đó: ih−¿ entanpi của hơi vào calorifer. Đây là hơi bão hòa khô ở 5
bar. Vậy ih=2749 kJ/kg
i'−¿ entanpi của nước bão hòa, i'=¿ 640 kJ/kg D= Qcal
ih−i'=¿
24,027 .3600
2749−640 =¿ 41,013 kg/h= 0,0114 kg/s Trong đó
ih là entanpi của hơi nước vào caloriphe.Đây là hơi bão hòa khô ở 5 bar ih=i''=2749kJ/kg
i’ là entanpi của hơi bão hòa ,i’=640kJ/kg
4.1.4 Bề mặt truyền nhiệt của calorifer F được tính theo công thức
F= Qk × ∆tcal× ncal
tb
m2(c ô ng thức17.23– trang326−[1])
Trong đó:
F: diện tích trao đổi nhiệt, bề mặt phía có cánh, m2
∆ ttb : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa hơi và không khí, ℃
k : hệ số truyền nhiệt của thiết bị, W/ m2 .K
Tra bảng 4, hệ số truyền nhiệt và trở lực thủy lực của thiết kế K ∅ về phía không khí – trang 181 – [1], chọn k= 34,1W/ m2 .k với lưu tốc không khí là 13 kg/ m2 .s và trở lực phía không khí là 22,2mmHg.
∆ ttb=¿ ∆ t1−∆ t2 ln ln∆ t1 ∆ t2 Trong đó: Δt1= ts - tk1 ∆ t2=¿ ts - tk2
Với ts là nhiệt độ bão hòa của hơi nước, tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất 5 bar ta có:
Nhiệt độ hơi bão hòa của hơi nước: ts=¿ 152 ℃ .
∆ t1=¿ 152 – 20= 1320C ∆ t2=¿ 152 – 60= 920C Vậy ∆ ttb=¿ 132−92 ln ln132 92 =¿ 102,86 0C Bề mặt truyền nhiệt của calorifer:
F= 24,02734,1××1000102,86×0,95=¿ 10,65 m2
Dựa vào phụ lục I - bảng 4 – trang 182 - [1], ta chọn caloriferK ∅3 - Kiểu I với diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là: 13,2m2. Diện tích tiết diện không khí đi qua của calorife này là fk=¿ 0,486m2.
Bảng 4.3: Thông số vật lý và kích thước của calorifer kiểu Φ
Diện tích BMTĐN( m2 ) Diện tích tiết diện khí đi qua( m2 ) Diện tích tiết diện môi chất đi qua( m2 ) Kích thước(mm) Đường kính ống môi chất vào (dm) Dài A Dài B Dày C
13,2 0,154 0,006 780 532 240 2
4.2 Tính toán khí động và chọn quạt4.2.1 Tính toán trở lực 4.2.1 Tính toán trở lực
Trong hệ thống sấy, quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo ra áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị: calorifer, máy sấy, đường ống, cyclone. Nói cách khác nhiệm vụ của hệ thống quạt là tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy qua thùng sấy có lưu lượng đúng như quá trình sấy yêu cầu.
Năng suất của quạt được đặc trưng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiết bị sấy.
Trong thiết bị sấy, thường dùng hai loại quạt là quạt ly tâm và quạt hướng trục.
Chọn loại quạt nào, số hiệu bao nhiêu phụ thuộc vào đặc trưng của hệ thống sấy, trợ lực mà quạt phải khắc phục ∆ p, năng suất mà quạt phải tải đi V cũng như nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy.
Khi chọn quạt, giá trị cần xác định là hiệu suất của quạt.
4.2.1.1 Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorifer
- Chọn đường ống dẫn làm bằng tôn sơn có độ nhám ε=10−4
m
- Chọn chiều dài ống l1=0,3m
Trở lực ma sát
Chuyển đổi từ ống hình chữ nhật sang hình tròn: Dtd ¿4S C = 4ab 2(a+b)= 4×0,2×0,2 2×(0,2+0,2)=¿ 0,2 m
Vận tốc không khí đi trong đường ống là ω1=V1 F1 Trong đó: V1= VA ¿vA∗LA=1717,37m3 h =0,477m 3 /s F1=π ×d2 4 = 3,14×0,22 4 =0,0314(m 2 ) Suy ra ω1=0,477 00314=15(m/s) Tại t=20℃:
- �1= 1,205 𝑘�/�3 và �1= 15,06. 10−6 �/� (tra trong bảng PL6. Tính toán và thiết kế hệ thống sấy - PGS.TSKH Trần Văn Phú)
- Chuẩn số Re:
ℜ=ω1× d v1 =
15×0,2
15,06. 10(−6)=199203,18>4000 Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy. - Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức:
λ1=0,1(1,46× ε d1+ 100 ℜ ) 0.25 λ1=0,1(1,46×10 −4 0,2 + 100 199203,18)0.25=0,018
- Vậy trở lực ma sát trên ống từ miệng quạt đến calorifer là:
∆ pms1=λ1× l1 d1 × ρ1×ω2 2 =0,018× 0,3 0,2×1,205× 152 2 =3,6(N/m 2 ) Trở lực cục bộ Ở đây là ống khuếch tán hình chữ nhật có, ta chọn: ξ=¿ (1- Ff )2= (1- 1,570,2××1,1520,2 )2= 0,956 ∆ pcb1=ξ . ρ × ω2 2 =¿ 0,956×1,205× 152 2 =¿ 129,59 (N/m2 ) Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là:
∆ p1=∆ pms1+∆ pcb1=3,6 +129,59=133,19 (N/m2)
4.2.1.2 Trở lực trên đoạn ống thẳng từ calorifer đến buồng sấy
- Chiều dài ống l2=0,3m
- Chọn chiều rộng ống a1= 0,2m, chiều cao ống b1=0,2m Trở lực ma sát
Chuyển đổi từ ống hình chữ nhật sang hình tròn: Dtd ¿4S C = 4ab 2∗(a+b)= 4∗0,2∗0,2 2∗(0,2+0,2)=¿ 0,2m - Vận tốc khí đi trong đường ống là:
ω2=V2 F2
F2=π∗d2 4 = 3,14∗0,22 4 =0,0314(m 2 ) suy ra ω2= 0,547 0,0314=17,47(m/s) Tại t=60℃: - ρ2=0,986(kg/m3 ) và v2=21,595∗10−6 (m2 /s) - Chuẩn số Re: ℜ=ω2∗d v2 = 17,47∗0,2 21,595∗10−6=161796,7>4000
Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy. - Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức:
λ2=0,1(1,46∗10−4 0,54 + 100 ℜ ) 0,25 λ2=0,1(1,46∗10−4 0,54 + 100 161796,7)0,25=0,017
- Vậy trở lực ma sát trên ống từ miệng quạt đến calorifer là:
∆ pms2= λ2∗l2 d2 ∗ρ∗ω2 2 2 = 0,017∗0,3 0,2 ∗0,986∗17,47 2 2 =3,83(mN2) Trở lực cục bộ Ở đây là ống khuếch tán hình chữ nhật có, ta chọn: ξ=¿ (1- Ff )2= (1- 1,570,2∗0,2 ∗1,152 )2= 0,98 ∆ pcb2=ξ * ρ * ω2 2 =¿ 0,98* 0,986∗17,472 2 =¿ 147,454 N/m2
Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là:
∆ p2=∆ pms2+∆ pcb2=3,83 + 147,454 = 151,284 N/m2
4.2.1.3 Trở lực calorifer
Chọn theo kinh nghiệm ∆ p3=70 N/ m2
4.2.1.4 Trở lực đoạn ống kiểu vát vào buồng sấy:
Chọn theo kinh nghiệm ∆ p4=20 N/ m2
4.2.1.5 Trở lực trong buồng sấy:
Buồng sấy có các tầng sấy xe goong song song nhau, mỗi khay cách nhau 105 mm. Như vậy, có thể coi rằng không khí qua các kênh có kích thước như sau:
Buồng sấy có các khay sấy xe goòng song song nhau, mm, Lk= 760 mm, khoảng thông khí giữa 2 khay là dk=105 mm
Chọn độ nhám của khay: εk=¿ 10-6 m Vận tốc đường ống là: ωB ¿1,7m3 /s Tại t= 60 ℃:ρ2=0,896kg/m3 và v2=21,595∗10−6 m/s Trở lực cục bộ của xe vào: ∆ pv=ξv∗ρ2∗ωB2 2 =¿ 0,18*0,896* 1,72 2 =¿ 0,23 N/m2 Với ξv=¿ 0,18 trở lực cục bộ xe vào
Trở lực ma sát trong xe: ∆ pxe=¿ λ* Lk dk ∗ρ2∗ω2B 2 Chuẩn số Re: Re= ωB∗dk v2 = 1,7∗0,105 21,595∗10−6=¿ 8265,80 >4000 → Không khí đi trong ống theo chế độ chảy rối Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức:
λ2=0,1∗(1,46∗εk d2 + 100 ℜ ) 0,25 λ2=0,1∗(1,46∗10−6 0,54 + 100 8265,80) 0,25 =¿ 0,036 Trở lực cục bộ của xe ra:
→ Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là:
∆ pxe=¿ λ* Lk dk∗ρ2∗ω2B 2 ∗n= 0,036∗0,76 0,105 ∗0,896∗1,7 2 2 ∗2=¿ 0,67 N/ m2 ∆ pr=ξr∗ρ2∗ω2B 2 =¿ 0,25*0,896* 1,72 2 =¿ 0,32 N/m2 Với ξr=¿ 0,25 trở lực cục bộ xe ra Vậy: ∆ p5=∆ pv + ∆ pxe + ∆ pr=¿ 0,23+0,67+0,32= 1,22 N/m2
4.2.1.6 Áp suất động của khí thoát
pđ=ρC∗ωra2 2 Tại t= 35 ℃ có: ρC=¿ 1,05 kg/m3 Chọn tốc độ thải khí: ωra=¿ 5 m/s Suy ra: pđ=ρC∗ωra2 2 =¿ 1,05* 52 2=¿ 13,12 N/m2 Tổng trở lực của hệ thống: ∆ p=∆ p1 + ∆ p2 + ∆ p3 + ∆ p4 + ∆ p5 + pđ ¿133,19 +151,284+70+20+1,22+13,12=388,814 (N/m2) 4.2.2 Chọn quạt
Ta có tổng trở lực của hệ thống là ΔP=388,814 N/m2 ở điều kiện nhiệt độ khí t = 20 ° C và ρ = 1,179 kg/m3.
Lưu lượng V= L
2ρ=
2000
2∗1,179=848,18 (m3/h)
Ta chọn 2 quạt ly tâm Ц 4 – 70 N03 với tốc độ quạt là ω = 145 rad/s Hiệu suất quạt là η = 0,7
- Công suất của quạt:
N=V∗ΔP∗10−3
ŋ∗3600 =
848,18∗388,814∗10−3
0,7∗3600 =0,13kW - Công suất của động cơ chạy quạt là:
Nđc=N ŋtd∗φ=
0,13
1 ∗1,2=0,156kW
5 KẾT LUẬN
Sấy buồng là dạng thiết bị sấy đối lưu làm việc ở áp suất khí quyển và dùng tác nhân là không khí nóng hay khói lò.
Buồng sấy là dạng thiết bị sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Nó có thể sấy được nhiều loại vật liệu khác nhau với năng suất cao, giá thành tương đối thấp, dễ dàng cơ giới hóa và đặc biệt là đơn giản, dễ chế tạo, sử dụng được với nhiều tác nhân sấy khác nhau, nên được xây dựng khắp mọi nơi từ các cơ sở địa phương có quy mô nhỏ đến các nhà máy xí nghiệp lớn. Ngoài những đặc điểm nêu trên, sấy buồng còn là loại thiết bị dễ sử dụng các phương thức sấy khác nhau.Có thể tiến hành sấy đốt nóng tác nhân sấy giữa chừng, sấy xuôi chiều, sấy ngược chiều, sấy tuần hoàn một phần khí thải.
Nhược điểm của sấy buồng là sự phân bố tác nhân theo từng lớp trong buồng không đều. Những buồng càng dài thì sự đồng đều này càng giảm. Lý do là vì không khí nóng bao giờ cũng có hướng đi lên, mà các xe sấy mang khay lại không có sự ngăn cách giữa các kênh tác nhân, dẫn đến tác nhân nóng có xu hướng chuyển động lên phía trên buồng. Điều này làm cho sản phẩm không được sấy khô đều. Phía trên khô trước, phía dưới khô sau. Tuy nhiên, với loại nguyên liệu cần sấy là cam thì việc lựa chọn sấy buồng là dạng hệ thống sấy mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, lý do như đã trình bày ở phần nội dung chính của đề tài.
Em đã cố gắng vận dụng kiến thức đã học, cũng như tham khảo một số nguồn tài liệu để hoàn thành bài đồ án này. Trong quá trình làm không tránh khỏi những sai sót, mong thầy cô góp ý để chúng em hoàn thiện bài của mình hơn và rút kinh nghiệm cho các đồ án sau.
6 TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Trần Văn Phú – Kỹ thuật sấy – Nhà xuất bản giáo dục – 2009. 2. PGS.TS Trần Văn Phú – Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – Nhà xuất
bản giáo dục – 2002.
3. PGS.TS Hoàng Văn Chước – Thiết kế hệ thống thiết bị sấy – NXB khoa học và kỹ thuật – 2006.
4. GS.TS Nguyễn Bin – Sổ tay hóa công tập I.
5. PGS. TS Hoàng Văn Chước – Kỹ thuật sấy – NXB khoa học và kỹ thuật – 2004.