I. Tổng quan về mực:
A. QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
3.2.5 Lưu lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị
t1= 55oC, , d1 = 0,0235 kgẩm/kgkkk, h=h1= 116,35kJ/kgkkk
3.2.4 Tính toán cân bằng vật chất
▪ Lượng nguyên liệu ra G2 được tính theo công thức:
G2 = = = 125 kg/h
(công thức 5.3, trang 56, [6])
▪ Lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ
W kg/h
3.2.5 Lưu lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy: sấy:
llt = = = 163,93 kgkkk/kgẩm
(công thức 5.18, trang 64, [6])
▪ Lưu lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy:
Llt = W. llt = 375. 163,93= 61473,75 kgkkk/h (công thức 5.8, trang 58, [6])
▪ Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy:
▪ Do đó lưu lượng thể tích không khí lưu chuyển qua thiết bị sấy: Vlt = = = 55834,47m3/h
3.2.6 Lưu lượng không khí khô lý thuyết ngoài trời cấp vào thiết bị sấy:
l0lt = = = 81,965 kgkkk/kgẩm
▪ Lưu lượng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp vào cần thiết: L0lt = W. l0lt = 375. 81,965= 30736,88 kgkkk/h
▪ Với nhiệt độ của không khí ngoài trời là:
to = 25oC => = 1,293. = 1,184 kgKKK/m3KKK
▪ Do đó lưu lượng thể tích không khí cấp vào cần thiết: Volt = = = 25960,2 m3/h
3.3 Tính toán thiết bị chính (khay sấy, xe goòng, hầm sấy) 3.3.1 Kích thước của khay sấy
▪ Vật liệu chế tạo: Nhôm, tạo hình bằng phương pháp dập nhôm tấm bảng.
▪ Kích thước khay sấy: 750 x 1100 mm, tạo gờ mép ngoài khoảng 30 mm để thuận tiện trong việc cầm nắm.
▪ Diện tích phần khay cho phép chất tải lên: 0,72 x 1,07 = 0,77 m2
Với kích thước này, chúng ta sẽ chất vật liệu sấy lên trên bề mặt khay như sau:
- Mỗi con mực có chiều dài trung bình là 40 cm, chiều rộng trung bình là 20 cm.
- Ta có số hàng thu được là 3 hàng. Trong đó mỗi hàng 3 con, tổng cộng là: 9 con mực.
- Mà con mực khi sấy có khối lượng trung bình 0,25 kg => Trên mỗi khay sẽ chứa khoảng 2,25 kg vật liệu sấy.
Do vậy, với yêu cầu về năng suất sấy G1 = 500 kg/h nên số khay cần được chế tạo là:
N = 14.500 3111
2, 25 = khay
3.3.2 Kích thước của xe gòong
▪ Vật liệu: Khung inox SUS 304. Các thanh nối (rỗng bên trong) với tiết diện 25 x 25 mm, dày 1,5 mm được hàn lại với nhau. Các khay được xếp trên mỗi tầng và đặt cách nhau 100 mm để đảm bảo lưu thông tác nhân sấy (không khí nóng) được dễ dàng, dưới các chân của xe được bố trí các bánh xe để có thể trượt được trên 2 thanh ray lắp bên trong hầm sấy
▪ Kích thước xe goòng: dài x rộng x cao = 850 x 1250 x 1780 mm. Chiều cao sàn xe là 250 mm. Với kích thước này thì khối lượng xe goòng khoảng 29 kg.
▪ Số khay trên 1 xe:
k = – 1 = 13 khay.
▪ Khối lượng vật liệu sấy trên xe
Gx = 2,25kg/khay x 13 khay = 29,25 kg VLS/xe
▪ Số xe goòng cần thiết:
= 239 xe
3.3.3 Kích thước của hầm sấy:
Hầm sấy được xây dựng theo kích thước đảm bảo thuận lợi cho việc di chuyển của xe goòng.
❖ Chiều rộng của hầm sấy Bh: phụ thuộc vào chiều rộng của xe goòng. Lấy dư ra 2 phía mép trái và mép phải của xe khoảng 50 mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng:
❖ Chiều cao của hầm sấy Hh: được quyết định theo chiều cao của xe và khe hở giữa đỉnh xe với trần hầm sấy:
Hh = Hx + 150 = 1930 mm[6].
❖ Chiều dài của hầm sấy Lh:
Có thể bố trí trong 1 hầm là 10-15 xe. Trường hợp này chúng ta chọn bố trí 1 hầm là 15 xe. Do đó, số hầm sấy cần thiết là Z bằng:
Z = = 239
15 = 15,9 [6]
Tuy nhiên, trên thực tế, để tiết kiệm chi phí và tăng hiệu quả kinh tế trong sản xuất thì chúng ta có thể bố trí Z= 15 hầm sấy trong đó có 14 hầm chứa 16 xe goòng
Vậy chiều dài hầm sấy là: Lh = x Lx + 2. Lbs [6]
Trong đó Lbs là khoảng chiều dài bổ sung thêm để bố trí kênh dẫn và thải TNS. Trong hệ thống sấy bố trí một kênh dẫn gió nóng (nhiệt độ 60oC), một kênh dẫn gió thải và một kênh dẫn gió hồi. Thông thường, TNS sẽ được đưa vào hầm từ trên đỉnh hầm và TNS thải cũng được lấy từ đỉnh hầm ở đầu bên kia. Trong trường hợp này lấy Lbs = 1200 mm [6].
Vậy chiều dài 01 hầm sấy là: hh= 239
15 x 850 + 2 x 1200 = 15943 mm = 15,943 m.
Trên nền của hầm có bố trí các thanh ray để xe goòng có thể di chuyển tự do dọc theo hầm sấy.
❖ Kích thước phủ bì của hầm sấy:
Chiều rộng phủ bì: B = Bh + 2 x 1 [6]. Chiều cao phủ bì: H = Hh + 2 + 3 [6]. Trong đó
2: chiều dày lớp trần bê tông cốt thép nhẹ, 2 = 150 mm 3: lớp cách nhiệt, 3 = 100 mm
Thay vào công thức, ta có B = 1850 mm = 1,85 m; H = 2180 mm = 2,18 m
B. QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
3.4 Tổng các tổn thất nhiệt trong quá trình sấy
- Khi vận hành làm việc hầm sấy thì tổn thất nhiệt của HTS bao gồm các tổn thất sau:
- Tổn thất do vật liệu sấy mang đi: QV [kJ / h ]; qV [kJ / kg _ ẩm].
- Tổn thất do thiết bị truyền tải (khay sấy, xe goòng): QTBTT [kJ/h]; qTBTT [kJ/kg _ ẩm].
- Tổn thất ra môi trường qua kết cấu bao che: QMT [kJ / h ]; qMT [kJ / kg _ âm].
3.4.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
▪ Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = 25oC
▪ Nhiệt dung riêng của mực là Cvk = 3,62kJ / kg.K, với sản phẩm đầu ra là mực khô có độ ẩm W2 = 20%, do đó nhiệt dung riêng của mực đi ra khỏi hầm sấy là:
Cv2 = CVK. (1-W2) + Ca. W2 = 3,62. (1- 0.2) + 4,18. 0,2 = 3,7 kJ/kg.K
▪ Tổn thất nhiệt do sản phẩm sấy mang đi là:
Qv = G2. Cv2. (tv2 – tv1 ) = 125. 3,7. (40-25) = 6937,5 kJ/h qv = = = 18,5 kJ/kgẩm (công thức 7.16, trang 100, [6])
3.4.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải:
Ta có: QTBTT = QKh + Qx. Với QKh và Qx lần lượt là tổn thất do khay sấy và xe goòng mang đi [6].
- Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường: tKh1 = tx1 = t0 = 25oC
- Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi hầm sấy lấy gần bằng nhiệt độ sấy: tKh2 = tx2 = t1 = 55oC
- Khay sấy và xe goòng có khối lượng lần lượt là: Gkh= 2,25kg; Gx = 29.25 kg
- Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe và khay(Inox và Nhôm) là:
- CKh = 0,86 kJ/kg.K; Cx = 0,42 kJ/kg.K
- Với số lượng khay là NKh= 3111 khay, thời gian sấy là t=14h. Ta có tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi là:
QKh = = 3111.2, 25.0,86.(55 25) 14
−
= 12901,6 kJ/h
▪ Với số lượng xe Nx = 137 xe, thời gian sấy là 8h. Ta có tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi là:
Qx = = 239.29, 25.0, 42.(55 25) 14
−
= 6311,4 kJ/h
▪ Do vậy tổng tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải mang đi là: QTBTT = QKh + Qx = 12901,6 + 6311,4 = 19213kJ/h
qTBTT = = = 51,2 kJ/kgẩm
3.4.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (tính trên 15 hầm sấy):
Tiết diện tự do của TNS nóng đi trong hầm là: Ftd = FH - FX Với:
FX: là tiết diện của xe goòng (4 thanh thẳng đứng 25 x 1780, 12 thanh nằm ngang 25 x 1200), do đó F = 4.(0, 025 x 1, 78) + 12.(0, 025 x 1, 2) 0,54 m2
FH: là tiết diện của hầm sấy (1350 x 1930), do đó FH = 1,35 x 1,93 2,6 m2 .
Vì vậy, tiết diện tự do là:
Ftđ = 2, 6 - 0,54 = 2,06 m2
Chúng ta sử dụng 15 hầm sấy, vì vậy tiết diện tự do Ftd =2,06 x 15 = 30,9m2 Ta lần lượt xác định các tổn thất nhiệt như đã kể trên như sau:
Tổn thất qua 2 tường bên: QT
02 tường bên có kích thước: FT = 2 x (Hh x Lh) = 2x (1,93 x 15,943) 59,2 m2 Tường được xây bằng gạch dày δT = 200 mm, có hệ số dẫn nhiệt λT = 0,77 W/m.K (tra bảng I.126, trang 128, [7])
Thay vào biểu thức (*) => kT = 2,3 W/m2.K Do đó: QT = FT.kT.(ttb – t0) = 59,2 x 2,3 x ( 47,5 – 25) = 3064 (W)
Tổn thất qua trần: QTR
Trần được đổ bằng bê tông cốt thép dày δ1 = 150 mm = 0,15m, bọc thêm một lớp bông thủy tinh cách nhiệt có chiều dày δ2 = 100 mm = 0,1 m, với hệ số dẫn nhiệt của trần bê tông là λ1 = 1,55 W/m.K và bông thủy tinh cách nhiệt là λ2 = 0,06 W/m.K (tra bảng I.126, trang 128, [7])
Ta xác định được kTR = 0,51 W/m2.K
Tương tự ta tính được FTR = 1,93 x 15,943 = 29,6 m2
Do đó QTR = FTR.kTR.(ttb – t0) = 29,6 x 0,51 x (47,5-25) = 339,7 (W)
Tổn thất qua nền: QN
Nền có FN = Bh x Lh = 1,93 x 15,943 = 29,6 m2.
Với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là 47,5oC và giả sử hầm sấy cách tường bao che phân xưởng 3 mét. Theo bảng 6.1, trang 74, [6], ta có qN = 33 (W/m2)
Do đó: QN = FN.qN = 29,6 x 33 976,8 (W)
Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm sấy: QC
Ở 2 phía đầu vào và đầu ra của hầm sấy có lắp cửa với kích thước 1350 x 1830 nên diện tích của cửa là FC = 2. (1,35 x 1,83) 4,94 m2
Cửa được làm bằng thép dày δC = 5 mm = 0,005 m, có hệ số dẫn nhiệt λC = 0,5 W/m.K (tra bảng I.126, trang 128, [7]), ta xác định được kC = 5,48 W/ m2.K
Do đó: QC = FC.kC.(ttb – t0) = 4,94 x 5,48 x (50-25) = 676,78 (W)
Như vậy, tổng các tổn thất nhiệt của hệ thống sấy qua kết cấu bao che là: QMT = QT + QTR + QN + QC
=3064+ 339,7 + 976,8 + 676,78 = 5057,28 (W) = 5057,28 x 3,6 kJ/h = 18206,21 kJ/h
Chúng ta sử dụng 15 hầm sấy cho quá trình sấy nên QMT = 228093 kJ/h Suy ra: qMT = = 228093
375 = 608,24 (kJ/kg_ẩm)
Vì vậy, tổng tất cả các tổn thất của hệ thống sấy là:
= Ca.t0 – qV qTBTT qMT (kJ/kg_ẩm) [6]
Với Ca.t0: là thành phần nhiệt vật lý do bản thân tác nhân sấy đưa vào. = 4,18. 25 – 18,5 – 51,2 – 608,24 = -573,44 kJ/ kg_ẩm
Ta lần lượt xác định các thông số của TNS ở các điểm nút trong quá trình sấy thực như sau:
3.5.1 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) (2t): ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) (2t):
▪ Độ chứa hơi sau quá trình sấy thực được tính qua:
d2t = (công thức 5.36, trang 65, [6])
Trước hết ta có: r= 2500 kJ/kg; Cpk = 1,004 kJ/kg.K; Cpa= 1,842 kJ/kg.K; n=1
i1 = r + Cpa.t1 = 2500 + 1,842.55 = 2601,31 kJ / kg _ KKK i2 = r + Cpa.t2 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 kJ / kg _ KKK
Thay vào với: t1 = 55oC, t2 = 40oC; = 0.0174 kgẩm/kgkkk; n = 1, -573,44 kJ/ kgẩm Ta có d2t= = 1, 004.(55 40) 0, 0174.(2601, 31 ( 573, 44)) 2573, 68 ( 573, 44) (1 1).(2573, 68 ( 573, 44)) 1.(2601, 31 ( 573, 44)) 1 (1 1).(2573.68 ( 573, 44)) − − − + − − + − − − − − + − − = 0,0279 kgẩm /kgkkk.
▪ Entanpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:
h2t = Cpk.t2 + d2t.(r + Cpa.t2) = 1,004.40 + 0,0279.(2500 + 1,842.40) = 111,97 (kJ / kg kkk)
▪ Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t2 = 40oC là:
pbh 2 = (bar)
(công thức 2.11, trang 14, [6])
▪ Độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: = 0, 0279.0,981
(công thức 5.6, trang 56, [6])
Như vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2t) có: t2t = 40oC, 2t =57, 6% , d2t = 0,0279 (kgẩm/kgkkk), h2t = 111,97 (kJ / kg kkk)
3.5.2 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn(Mt):
Không khí sau buồng hòa trộnlà trạng thái điểm (Mt) có:
▪ Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộnlà: dMt = = 0, 0174 1.0, 0279
1 1 +
+ = 0,02265 (kgẩm/kgkkk)
▪ Entanpy của không khí sau buồng hòa trộnlà: hMt = = 69, 4 1.111, 79
1 1 +
+ = 90,6 (kJ/kgkkk)
(công thức 5.33, trang 65, [6])
▪ Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là: tMt = . 90, 6 0, 02265.2500 . 1, 004 0, 02265.1,842 Mt Mt pk Mt pa h d r C d C − = − + + = 32,5 oC
▪ Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ tMt = 32,5oC là: pbhM =exp = exp[12 4026, 42 ]
235,5 32,5
−
+ = 0,049 bar
(công thức 2.11, trang 14, [6])
▪ Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộnlà:
. 0, 02265.0,981 (0, 621 ) 0, 049.(0, 621 0, 02265) Mt a Mt bhM Mt d p p d = = = + + 0,7045 = 70,45%
Như vậy không khí sau buồng hòa trộn(M) có: tMt =32,5oC; = 70,45%;
0, 02265
Mt
d = (kgẩm/kgkkk), hMt = 90,6 (kJ/kgkkk)
3.5.3 Thông số của không khí sau Calorifer (đi vào thiết bị sấy)(1t)
❖ Không khí sau Calorifer đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1t) có:
▪ Độ chứa hơi của không khí sau Calorifer là: d1t = dMt = 0,02265 (kgẩm/kgkkk)
h1t = 1,004.t1 + d1t.(2500 + Cpa.t1) = 1,004.55 + 0,02265.(2500 + 1,842.55) =114,14 (kJ/kgkkk)
▪ Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t1 = 55oC là:
pbh1 =exp = exp = 0,156 bar
(công thức 2.11, trang 14, [6])
▪ Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là:
1 1 1 1 . 0, 02265.0, 981 (0, 621 ) 0,156.(0, 621 0, 02265) t a t bh t d p p d = = = + + 0,2213 =22,13%
Như vậy không khí đi vào thiết bị sấy (1t) có: t1t = 55oC; = 22,13 %; d1t = 0,02265 (kgẩm/kgkkk); h1t = 114,14 (kJ/kgkkk)
3.6 Lưu lượng không khí khô thực tế cần dùng
3.6.1 Lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong thiết bị sấy là:
L = 2 1 375 0, 0279 0, 02265 t t W d d = = − − 71428,57 (kg kkk/h) (công thức 5.17, trang 61, [6])
Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy là: ttb = 0,5. (55 + 40) = 47,5oC => tb = 1,293. = 1,101 kgKKK/m3
KKK
Thông số tb có thể tra bảng phụ lục 6, trang 97-207, [6].
▪ Do đó lưu lượng thể tích không khí lưu chuyển qua thiết bị sấy là V = = 71428,57
1,101 = 64876,09 m3/h 18,02 m3/s
3.6.2Lượng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết là:
Lo = 2 1 375 (1 ).( t t) (1 1).(0, 0279 0, 02265) W n d d = + − + − = 35714,29 (kgkkk/h)
Với nhiệt độ của của không khí ngoài trời là
to = 25oC => = 1,293. = 1,184 kgKKK/m3 KKK
Vo = = 4 35714, 2 1,18 9 = 30164,09 m3/h
3.7 Nhiệt lượng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorifer:
Nhiệt lượng cần cung cấp cho HTS (cung cấp qua Calorifer) là: q= = 114,14 90, 6 0, 0279 0, 02265 − − = 4483,8 kJ/ kg ẩm Q= W.q = 375 x 4483,8 = 1681428,6 kJ/h = 467,06 kW ▪ Nhiệt lượng có ích q1: q1 = i2 – Ca. tv1 = 2573,68 – 4,18. 25 = 2469,18 kJ/ kg_ẩm
▪ Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2:
q2 = . Cdx.(do). (t2t –tMt) Cdx(do) = Cpk + Cpa. do = 1,004 + 1,842.0,0174 = 1,036 kJ/kg.độ q2 = 71428,57 375 x 1,036 x (40-32,5) = 1480 kJ/kg_ẩm ▪ Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’: q’ = q1 + q2 + qv1 + qTBTT + qMT = 2469,18 + 1480 + 18,5+ 51,2+ 608,24 = 4455,83 kJ/kg_ẩm
Có thể thấy nhiệt lượng tiêu hao q, tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ phải bằng nhau. Tuy nhiên trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc sai số trong tính toán các tổn thất nên chúng ta đã dẫn đến một sai số nhất định. Ở đây có sai số tuyệt đối:
= = 4438,8 4455,83 4438,8
−
= 0,00384 = 0,384%
3.8 Thời gian sấy
Thời gian sấy vật liệu là tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy : ( CT 4.68 [12])
Với : thời gian đốt nóng vật liệu : thời gian sấy đẳng tốc
: thời gian sấy giảm tốc
3.8.1 Thời gian đốt nóng vật liệu sấy :
F0 = (CT 4.69 [12]) Trong đó :
a – hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu sấy ( với a = ) (Tính theo [11]) R – phân nửa chiều dày của vật liệu sấy
F0 – chuẩn số fourier xác định sự phụ thuộc giữa tốc độ biến đổi trường nhiệt trong vật với các kích thước và đặc trưng của vật đó
Từ đây ta suy ra = 3 2 7 1,8.(50.10 ) 2, 246.10 − − = 20036 ( giây) = 5,56h
3.8.2 Thời gian sấy đẳng tốc
Tham khảo phần tính toán thời gian sấy đẳng tốc ở tài liệu [12] ta tính như sau: Xác định tốc độ sấy U thông qua việc xác định mật độ dòng nhiệt J1b và cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu J2b
Theo các quy luật truyền nhiệt và truyền chất giai đoạn sấy đẳng tốc hầu như