- Tổn thất nhiệt do VLS mang đi.
Nhiệt dung riêng Cvi của thóc ra khỏi hai vùng sấy: Cvi = Ck + (Ca - Ck )ω2i
Do đó nếu nhiệt dung riêng của vật liệu khô Ck = 1,55 kJ/kg thì nhiệt dung của VLS ra khỏi hai vùng sấy tương ứng bằng :
Cv1 = 1,55 + (4,1868 - 1,55).0,18 = 2,025 kJ/kgK Cv2 = 1,55 + (4,1868 - 1,55).0,14 = 1,919 kJ/kgK
Khi đó nhiệt lượng tổn thất do VLS mang đi khỏi hai vùng sấy bằng: Qv1 = G21 Cv1 (t21 - t0) = 1408,537. 2,025.(35 - 20) = 42784,311 kJ/h Qv2 = G22 Cv2 (t22 - t0) = 1343,034. 1,919.(40 - 20) = 51545,645 kJ/h Hay :
qv1 = = = 467,777 kJ/kg ẩm qv2 = = = 786,8 kJ/kg ẩm
Diện tích bao quanh tháp :
F = 2( L + B )H = 2.( 1 + 1,5 ).4 = 20 m2
Theo kinh nghi m, ta chia chi u cao c a tháp theo các vùng v i t l : Vùng s yệ ề ủ ớ ỷ ệ ấ
1/vùng s y 2/vùng làm mát = 1,5/1/1. Do đó, di n tích xung quanh c a ba vùngấ ệ ủ tương ng b ng ứ ằ F1 = 8,6 m2, F2 = F3 = 5,7 m2 H s truy n nhi t ệ ố ề ệ 1 1 2 1 1 1 K
Đ tính toán ể α1 và α2 ta c n xác đ nh s b t c đ tác nhân s y trong thi t b s y vàầ ị ơ ộ ố ộ ấ ế ị ấ
t c đ không khí trong thi t b s y và ngoài thi t b s y. Thông thố ộ ế ị ấ ế ị ấ ường t c đ tácố ộ
nhân s y qua t ng l p h p kho ng 0,2-0,5 m/s, đây ta ch n v=0,3m/s. T c đấ ừ ớ ợ ả ở ọ ố ộ
không khí trong gian máy ho c là t c đ không khí ngoài tr i ph thu c vào nhi uặ ố ộ ờ ụ ộ ề
k t c u c a máy, hế ấ ủ ướng gió, v trí đ a lí... Trong ví d này ta cho t c đ đó b ng 0,1ị ị ụ ố ộ ằ
m/s. Vì v yậ
α1=5 + 3,4.v = 5+3,4.0,3= 6,02 kCal/m2.K =7 W/ m2.K
α2=5 + 3,4.V = 5 + 3,4.0,1= 5,31 kCal/m2.K =6,22 W/ m2.K
Tường thi t b s y ta xây bê tông c t thép có =0,07 m và h s d n nhi t= 1,54 ế ị ấ ố δ ệ ố ẫ ệ
W/m2.K
Do đó = 2,87 W/m.K
Đ chênh l ch nhi t đ trung bình ộ ệ ệ ộ
= = =40 === 58
T n th t nhi t ra môi trổ ấ ệ ường được tính cho 1kg m c a 2 vùng:ẩ ủ
qmt2= .K.F2.= .2,87.5,7.58 = 52712 J/kg m ẩ �53 kJ/kg mẩ
8.Xây dựng quá trình sấy thực
- Tính giá trị (Tổng đại số tổn thất nhiệt và gia nhiệt bổ sung) . = Ca t0 – (qv + qmt )
Thay Ca = 4,1868 kJ/kgK , t0 = 200C và qv = qvi ; qmt = qmti ta tính được giá trị của hai vùng sấy bằng :
1 = 4,1868.20 – (467,777+39) = -423,041 kJ/kg ẩm 2 = 4,1868.20 – (786,8+53) = -756,064 kJ/kg ẩm
- Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực . Từ I1i , t1i , t2i , d1i , i ta xác định được trên đồ thị I – d điểm Ci , i = 1,2 . Chú ý rằng :
I2i – I1i = i (d2i - d1i )
- Để kiểm chứng lại ta cũng có thể tính bằng phương pháp giải tích . Lượng chứa ẩm của TNS ra khỏi các vùng sấy thực . Trước hết ta tính Cdxi :
Cdx1 = 1 + 1,842d11 = 1 + 1,842.0,0155 = 1,028 kJ/kg K Cdx2 = 1 + 1,842d12 = 1 + 1,842.0,0166 = 1,0306 kJ/kg K Theo công thức (7.32) trang 138 – [1], ta có :
d21 = d11 + = 0,0155 + = 0,0327 kg ẩm/kg kk d22 = d12 + = 0,0166+ = 0,038 kg ẩm/kg kk
Độ ẩm tương đối của TNS ra khỏi 2 vùng sấy thực bằng : φ21 = = = 68%
φ22 = = = 47%
Độ ẩm tương đối của TNS ra khỏi các vùng sấy tương đối bé. Như vậy ta chọn nhiệt độ TNS ra khỏi các vùng chưa hợp lý về mặt kinh tế, nên chọn lại t21= 37oC; t22= 40oC. Tính
toán lại ta được d21= 0,03377 kg ẩm/kg kk; d22= 0,0414 kg ẩm/kg kk; Pb1= 0,0623 bar; Pb2= 0,0732 bar và φ21= 82%; φ22=85%.
- Lượng TNS thực tế cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm của từng vùng tương ứng bằng : l1 = = = 54,734 kg kk/kg ẩm
L1 = l1 . W1 = 54,734.91,463 ≈ 5006 kg kk/h l2 = = = 40,322 kg kk/kg ẩm
L2 = l2 . W2 = 40,322.65,513 ≈ 2642 kg kk/h.
- Thể tích TNS trung bình ở các vùng sấy ( Theo PL5, Trang 349 – [1] ) với độ ẩm tương đối và nhiệt độ đã biết ta tìm được.
Vùng sấy 1: Với t11 = 900C và φ11 =3,5% ta được v11 = 1,078 m3 /kg kk Với t21 = 370C và φ21 =82 % ta được v21 = 0,9357 m3 /kg kk Vùng sấy 2: Với t12 = 1200C và φ12 = 1,3% ta được v12 = 1,129 m3 /kg kk Với t22 = 400C và φ22 = 85% ta được v22 = 0,966 m3 /kg kk - Do đó, thể tích trung bình của TNS trong các vùng bằng :
V1 = 0,5L1 (v11 + v21) = 0,5.5006(1,078 + 0,9357) ≈ 5040 m3 /h V2 = 0,5L2 (v12 + v22) = 0,5.2642(1,129 + 0,966) ≈ 2767 m3 /h
9.Bảng cân bằng nhiệt - Vùng sấy 1:
Tổng nhiệt lượng cần thiết q:
q1 = l1 (I11 – I0) = 54,734.(130,991 –52,044) ≈ 4321 kJ/kg ẩm Nhiệt lượng có ích :
q11 = i21 – Ca tv11 = 2572,96 – 4,1868.20 ≈ 2489 kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do TNS mang đi :
q21 = l1 Cdx1 (t21 – t0) = 54,734. 1,028(37 – 20) ≈ 957 kJ/kg ẩm Tổng nhiệt lượng các tổn thất nhiệt và nhiệt lượng có ích :
q1’ = q11 + q21 + qv1 + qmt1 = 2489 + 957 + 468 + 39= 3953 kJ/kg ẩm
Về nguyên tắc q1’ phải bằng q1 . Tuy nhiên do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn và do nhiều nguyên nhân khác , chẳng hạn chúng ta chọn tốc độ TNS trong các vùng sấy w = 3 m/s nhưng không thể kiểm tra lại . Do đó chúng ta cần xét sai số tương đối :
= = ≈ 8%
Như vậy mọi thứ tính toán có thể chấp nhận được
Bảng cân bằng nhiệt vùng sấy 1
ST
T Đại lượng Ký hiệu Giá trị, kJ/kg ẩm %
1 Nhiệt lượng có ích q11 2489 58,6 2 Tổn thất do TNS q21 957 22 3 Tổn thất do VLS qv1 468 11 4 Tổn thất ra môi trường qmt1 39 0,6 5 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 1 3953 92 6 Sai số q 368 8 7 Tổng nhiệt lượng cần thiết q 1 4321 100 - Vùng sấy 2:
Tổng nhiệt lượng cần thiết q:
q2 = l2 (I12 – I0) = 40,322.(162,492 –52,044) ≈ 4453 kJ/kg ẩm Nhiệt lượng có ích :
q12 = i22 – Ca tv12 = 2591,20 – 4,1868.35 ≈ 2445 kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do TNS mang đi :
q22 = l2 Cdx2 (t22 – t0) = 40,322. 1,0306(40 – 20) ≈ 831 kJ/kg ẩm Tổng nhiệt lượng các tổn thất nhiệt và nhiệt lượng có ích :
q2’ = q12 + q22 + qv2 + qmt2 = 2445 + 831 + 787 + 53= 4116 kJ/kg ẩm
Về nguyên tắc q1’ phải bằng q1 . Tuy nhiên do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn và do nhiều nguyên nhân khác , chẳng hạn chúng ta chọn tốc độ TNS trong các vùng sấy w = 0,3 m/s nhưng không thể kiểm tra lại . Do đó chúng ta cần xét sai số tương đối : = = ≈ 7,6%
Như vậy mọi thứ tính toán có thể chấp nhận được.
Bảng cân bằng nhiệt vùng sấy 2
ST T
Đại lượng Ký hiệu Giá trị, kJ/kg ẩm %
1 Nhiệt lượng có ích q12 2445 55 2 Tổn thất do TNS q22 831 19 3 Tổn thất do VLS qv2 787 17 4 Tổn thất ra môi trường qmt2 53 1,4 5 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 2 4116 92,4 6 Sai số q 337 7.6 7 Tổng nhiệt lượng cần thiết q2 4453 100
10.Tính nhiên liệu tiêt hao
- Nhiên liệu tiêu hao trong 1h tính theo công thức : b =
Do đó :
- Vùng sấy 1 : b1 = = kg/h - Vùng sấy 2 : b2 = = kg/h
Tổng nhiên liệu tiêu hao trong 1h cho cả hai vùng sấy : b = b1 + b2 = 29 + 22= 51 kg/h
11.Tính toán vùng làm mát
- Nhiệt lượng VLS tỏa ra cho không khí trong buồng làm mát Q3. Nhiệt dung riêng trung bình Cv3:
Cv3 = Ca tb3 + (1 - tb3)Ck = 4,1868.0,135 + (1 – 0,135)1,55 = 1,905 kJ/kgK - Do đó nếu lấy nhiệt độ vật liệu sấy vào tv13 = t22 − 5= 40 −5= 350C và nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi buồng làm mát tv23 = 30 0C thì nhiệt lượng Q3 bằng :
Q3 = G23 Cv3 (tv13 – tv23) = 1327,587.1,905(35 – 30) = 12645 kJ/h Hay :
q3 = = kJ/kg ẩm
- Nếu bỏ qua nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh kết cấu bao che của buồng làm mát ta có :
3 = q3 = 819 kJ/kg ẩm
Nếu lấy nhiệt độ không khí ra khỏi buồng làm mát t23 = 25 C thì trạng thái C3 của không khí ra khỏi buồng làm mát hoàn toàn xác định . Cần chú ý rằng khác với quá trình sấy đây là quá trình đốt nóng tăng ẩm . Cũng có thể tính bằng giải tích như sau :
Cdx0 = 1,004 + 1,842d0 = 1 + 1,842.0,0126 1,027 kJ/kg K i23 = 2500 + 1,842.t23 = 2500 + 1,842.25 = 2546 kJ/kg Pb3 = exp{12 – } = 0,0315 bar
Theo công thức (7.32) trang 138 –[1] ta có : d23 = d0 + = 0,0126 + 0,0156 kg ẩm/kg kk
Độ ẩm tương đối : φ23 = = 77%
Lượng không khí cần thiết cho quá trình làm mát : l3 = = 333 kg/kg ẩm
L3 = l3 . W3 = 333.15,437 5140 kg/h
Thể tích trung bình của không khí trước và sau buồng làm mát
Theo PL5 trang 349 – [1] với độ ẩm tương đối và nhiệt độ đã biết ta tìm được . Với t0 = 200C và φ0 = 85% ta được v0 = 0,864 m3 /kg kk
Với t23 = 250C và φ23 = 77% ta được v23 = 0,884 m3 /kg kk Do đó , thể tích trung bình :
Phần III: Bố trí kênh và chọn quạt.
Ta chọn kích thước và cách bố trí các kênh dẫn kênh thải như mục 5. Do đó trên một tiết diện ngang ta có thể bố trí được 7 hàngvà theo chiều cao là 4/0,2 = 20 hàng. Ở vùng sấy 1 đặt 8 hàng theo chiều cao gồm 4 hàng kênh dẫn và 4 hàng kênh thải xen kẽ nhau. Ở vùng sấy 2 đặt 6 hàng trong đó có 3 hàng kênh dẫn và 3 hàng kênh thải cũng xen kẽ nhau. Trong buồng làm mát cũng tương tự , ta đặt 6 hàng gồm 3 hàng kênh dẫn và 3 hàng kênh thải.
Từ kích thước và cách bố trí kênh dẫn và thải, ta có thể tính được tốc độ tác nhân trong kênh dẫn và thải ở 2 vùng sấy và buồng làm mát như sau: Diện tích kênh trên một tiết diện ngang F1 bằng:
F1={ ( 0,06.0.1+ . 0,065.0,1). 7}= 0,06475 m2 Tốc độ tác nhân đi trong kênh dẫn và kênh thải của vùng sấy 1 là: v1’= = 5,4 m/s
Tốc độ tác nhân sấy đi trong kênh dẫn, kênh thải của vùng sấy 2 là: v2’= == 3,96 m/s
Tốc độ tác nhân sấy đi trong kênh dẫn và kênh thải của buồng làm mát là: v3’== =5,64 m/s
Vận tốc này thỏa mãn điều kiện vận tốc TNS đi trong tháp <6m/s.
IV. Tính toán và chọn các thiết bị phụ trợ
1.Chọn quạt
Để chọn quạt ta phải tính trở lực của TNS đi trong các kênh dẫn, kênh thải và qua lớp hạt trong tháp. Các tính toán này, đặc biệt là tính trở lực qua lớp hạt rất phức tạp. Ở đây chúng ta chọn quạt theo kinh nghiệm. Thường các quạt dùng trong HTS tháp đều là các loại quạt trung áp P = (100 ÷ 300) mmH2O, chọn P = 120 mmH2O. Do đó căn cứ vào năng suất và đồ thị “ Đặc trưng quạt li tâm hạ áp và trung áp “ (Hình 17.12 – Trang 336 – [1]) đồng thời đảm bảo hiệu suất quạt tối ưu nhất chúng ta chọn các quạt trung áp N04,5 cho cả 3 vùng sấy:
Vùng sấy 1 có V1 = 5040 m/h, nên chọn quạt có năng suất V = 5000 m /h Vùng sấy 2 có V2 = 2767 m3/h, nên chọn quạt có năng suất V = 3000 m3/h Vùng sấy 3 có V3 = 4492 m3/h, nên chọn quạt có năng suất V = 5000 m3/h
2.Tính toán buồng đốt
Đặc điểm và mục đích của buồng đốt
Buồng đốt trong hệ thống sấy được sử dụng với một trong hai mục đích:
+ Buồng đốt tạo ra khói lò có nhiệt độ cao dùng làm dịch thể nóng cung cấp nhiệt hòa trộn với không khí để đưa vào buồng sấy.
+ Buồng đốt tạo ra khói lò có nhiệt độ thích hợp dùng để làm tác nhân sấy trực tiếp cấp vào máy sấy.
Nhiệt độ tác nhân sấy thông thường có nhiệt độ thấp nên nhiên liệu dùng trong các buồng đốt của hệ thống sấy không cần loại có nhiệt trị cao. Khi dùng khói lò làm tác nhân sấy thì thông thường sau buồng đốt là buồng hòa trộn giữa khói và không khí ngoài trời để có một tác nhân sấy với nhiệt độ thích hợp.
Nhiên liệu dùng trong buồng đốt chủ yếu là nhiên liệu rắn và lỏng. Dùng nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí thì buồng đốt được gọn, sạch sẽ, dễ điều chỉnh và tự động hóa quá trình cháy. Tuy nhiên, chi phí cho 1 kg sản phẩm sẽ cao hơn so với khi dùng nhiên liệu rắn như than đá, củi, trấu… Buồng đốt nhiên liệu rắn tuy dễ xây dựng nhưng cồng kềnh và đặc biệt là khói trong buồng đốt loại này chứa nhiều bụi bẩn gồm có tro và các hạt nhiên liệu chưa cháy hết bay theo.
Đặc điểm của buồng đốt:
Buồng đốt của thiết bị sấy có vài đặc điểm khác với buồng đốt của lò nung và các lò luyện là thường đốt với cường độ cháy thấp, đốt cháy hoàn toàn với hệ số tiêu hao không khí rất lớn. Khói ra khỏi buồng đốt được dùng để sấy nên cần phải tách bụi và triệt tiêu lửa, do đó sau buồng đốt còn có bộ phận lắng bụi và triệt tiêu lửa.
Thiết kế buồng đốt
= = = = 763268 kJ/h Diện tích ghi lò: Fghi= Thể tích buồng đốt : = Trong đó:
Fghi- diện tích bề mặt ghi lò
Qv-nhiệt thế thể tích buồng đốt kJ/m3h
Qf-nhiệt thế trên ghi kgnl/h(theo phụ lục 3 bảng 1 trang 206 của PGS.Trần Văn Chước) Theo phụ lục 3, bảng 1, trang 206 của PGS.Hoàng Văn Chước Qv=(232-290)x103 Chọn = 290. kJ/h , ta có = = 2,63 m3
Chọn = 3.kJ/h ,ta có : = = 2,54
3.Thiết bị lọc và khử bụi từ lò đốt than
Trong quá trình đốt nhiên liệu sẽ tạo ra bụi bẩn, nếu không có hệ thống khử bụi thì bụi đó sẽ đi theo khói lò vào vật liệu sấy làm bẩn vật liệu sấy, gây hư hỏng vật liệu. Do đó cần có hệ thống khử bụi để làm sạch khói lò trước khi dẫn vào buồng sấy.
Trong hệ thống lò đốt than ghi nghiêng buồng đốt hình trụ, khói được cuốn lên cao rồi vào ống dẫn khói để đến quạt hút, do vậy lượng bụi đi theo cũng không nhiều. Vì vậy ta chỉ cần sử dụng màng lọc bụi gắn trên thành ống để ngăn bụi là có thể đảm bảo độ sạch của khói, bụi sẽ rơi xuống dưới và theo đường thải bụi than ra ngoài lò đốt. Như vậy sẽ hệ thống sẽ đơn giản và giảm chi phí hơn so với việc sử dụng hệ thống lọc bụi cyclone.
Lời kết
Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy tháp, em đã ôn lại kiến thức lý thuyết đã học trong môn học quá trình thiết bị và các môn khác, em đã học được cách tính toán và thiết kế hệ thống thực tế. Đối với hệ thống sấy tháp này, việc thiết kế, tính toán dựa trên các công thức thực nghiệm ở nhiều tài liệu tham khảo khác nhau.
Để có được thiết kế chính xác, ta cần thiết lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ưu. Đồng thời việc thiết kế dựa trên nhiều tài liệu lý thuyết chứ không có thực nghiệm, nên có nhiều chỗ chưa hợp lý rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để hệ thống được hoàn thiện hơn.
Danh mục tài liệu tham khảo
[1] Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, 2002.
[2] Tôn Thất Minh, Phạm Anh Tuấn, Giáo trình các quá trình và thiết bị trong công nghệ thực phẩm- công nghệ sinh học, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2016.
[3] Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm Tập