B- Quá trình sấy thực
3.5Tổng các tổn thất nhiệt trong hệ thống 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 _ âm].
• Tổn thất do thiết bị truyền tải(khay sấy, xe goòng): QTBTT [kJ / h ]; qTBTT [kJ / kg _ âm].
• Tổn thất ra môi trường của kết cấu bao che: QMT [kJ / h ]; qMT [kJ / kg _ âm].
Ta lần lượt xác định các tổn thất này như sau:
3. 5. 1 Tổn t hấ t nhiệ t do vậ t liệ u s ấ y ma ng đ i qV [kJ / kg _ âm] :
Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống sấy với sản phẩm sấy là nông sản thực phẩm thì sản phẩm sấy(SPS) đi ra khỏi thiết bị sấy(TBS) có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của TNS đi vào từ 5 ÷ 100 C . Do đó VLS sấy đi ra có nhiệt độ là: t v
2
Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường: t
v1
= 230 C.
Nhiệt dung riêng của Cá khô là CVK = 3, 62kJ / kg.K , với sản phẩm đầu ra là Cá khô có độ ẩm
hầm sấy là:
W2 = 12% , do đó nhiệt dung riêng của Cá đi ra khỏi CV 2 = CVK .(1 − W2 ) + Ca .W2 = 3, 62.(1 − 0,12) + 4,18.0,12 ≈ 3, 7kJ / kg.K
Do vậy: Tổn thất nhiệt do sản phẩm sấy mang đi là:
QV = G 2.Cv 2 .(t v 2 − t v1 ) = 42,5.3, 7.(60 − 23) = 5820 kJ/h. q =QV
= 5820 ≈ 55 kJ/kg_âm.
V
W 107,5
3. 5. 2 Tổn t hấ t nhiệ t do t hiế t b ị tr uyề n tả i: qTBTT [kJ / kg _ âm] :
Ta có: QTBTT = QKh + QX . Với QKh ; QX lần lượt là tổn thất do khay sấy và xe goòng mang đi.
Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường là: tKh1 = tX1= t0 = 230 C.
Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi hầm sấy lấy gần bằng nhiệt độ sấy: tKh 2 = tX 2= t1 = 700 C.
Khay sấy và xe goòng có khối lượng lần lượt là: G Kh = 3, 5kg; G X = 28kg.
Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe và khay(Inox và Nhôm) là: CKh = 0,86kJ / kg.K; CX = 0, 42kJ / kg.K.
• Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi là:
Với số lượng khay là NKh = 120 khay; Thời gian sấy là τ= 8h. Ta có: Q = NKh .G Kh .CKh .(t Kh 2 − t Kh1 )
=120.3,5.0,86.(70 − 23) ≈ 2125kJ / h.
Kh
τ 8
• Tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với số lượng xe là NX = 10 Xe; Thời gian sấy làτ= 8h. Ta có: Q = NX .G X .CX .(t X 2 − t X1 )
=10.28.0, 42.(70 − 23) ≈ 695kJ / h.
X
τ 8
Do vậy tổng tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải mang đi là: QTBTT = QKh + QX = 2125 + 695 = 2820 kJ/h.
q =QTBTT
= 2820 ≈ 27,5 kJ/kg_âm.
td
tb 1 2
X
3. 5. 3 Tổn t hấ t nhiệ t q ua kế t c ấ u ba o c he : qMT [kJ / kg _ âm] : Với kết cấu xây dựng của hầm sấy như đã thiết kế ta có: Tiết diện tự do của TNS nóng đi trong hầm là: Ftd = FH − FX .
Với: FX : là tiết diện của xe goòng(3 thanh thẳng đứng 25x1650, 12 thanh nằm ngang 25x1200), do đó F = 3.(0, 025x1, 65) + 12.(0, 025x1, 2) ≈ 0, 5m2 .
2
FH : là tiết diện của hầm sấy(1450x1800), do đóFH = 1, 45x1,8 ≈ 2, 6m . Vì vậy tiết diện tự do
là: Ftd= 2, 6 − 0,5 = 2,1m2
.
Sau khi tính toán quá trình sấy lý thuyết ta đã xác định được lưu lượng TNS đi qua hầm là Llt=7770m3/h =2,2m3/s , tuy nhiên trong quá trình sấy thực thì lượng TNS này phải lớn hơn đề bù lại các tổn thất. Do đó tốc độ TNS tối thiểu đi trong hầm
L 2, 2m3 / s
sấy là:ω = lt = ≈ 1,1m / s. Ta giả thiết tốc độ của TNS trong quált
F 2,1m2
trình sấy thực là ω= 1, 2m / s , ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này.
Tổn thất qua kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy và bao gồm các thành phần sau:
• Tổn thất qua 2 tường bên: QT .
• Tổn thất qua trần:
• Tổn thất qua nền: QTR . QN .
• Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm: QC . Do đó QMT = QT + QTR + Q N + QC
Các tổn thất này được xác định qua cùng một dạng biểu thức sau: Q = F.k.(t tb − t 0 ) .
Trong đó:
t tb : Nhiệt độ trung bình của TNS trong hầm được lấy trung bình như sau t = 0,5.(t + t ) = 0,5.(70 + 40) = 550 C.
0 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
t 0 : Nhiệt độ của môi trườngt 0 = 23 C.
F: Diện tích của các bề mặt tính tổn thất tương ứng. k: Hệ số trao đổi nhiệt, tính qua biểu thức k =
1 α1 1 . +∑ δi + 1 λi α2
Với α1 , α2 : lần lượt là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của TNS với bề mặt trong tường của hầm sấy và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài
tường hầm sấy với môi trường. α1 , α2 có thể được tính gần đúng theo tốc độ của dòng không khí và TNS lưu chuyển qua biểu thức sau:
α= 6,15 + 4,17.ω [W/m2 .K].
Với TNS đi trong hầm với ω= 1,5m / s
2
nên
α1 = 6,15 + 4,17.1,
2 ≈ 11,2 W/m .K.
Tốc độ của gió ngoài trời ngày làm lấy là
2 ω= 1, 0m / s nên α2 = 6,15 + 4,17.1, 0 =10,5 W/m .K 30%).
(khi tính tổn thất với trần ta tăng α2lên Ta lần lượt xác định các tổn thất nhiệt như đã kể trên như sau:
• Tổn thất qua 2 tường bên: Tường bên có kích thước:
QT .
2
H h xLh = 1800x10500 ⇒ FT = 2.(1,8x10,5) ≈ 38m .
Tường được xây bằng gạch dày δT = 200mm = 0, 2m , có hệ số dẫn nhiệt
λT = 0, 75W / m.K. Ta xác định đượck T = 1 1 + 0, 2 + 1 11,5 0, 75 10, 5 ≈ 2,3W / m2 .K. Do đó: QT = FT .k T .(t tb − t 0 ) = 38.2, 3.(55 − 23) ≈ 2785W. • Tổn thất qua trần: QTR . Trần có kích thước B xLh h = 1450x10500 ⇒ FTR = 1, 45x10, 5 ≈ 15, 5m2 . Trần được đổ bằng bêtông cốt thép dày δ1 = 150mm = 0,15m , bọc thêm một lớp bông thủy tinh cách nhiệt có chiều dày δ2 = 100mm = 0,1m có hệ số dẫn nhiệt lần lượt là λ1 = 1,55W / m.K và λ2 = 0, 06W / m.K . Ta xác định được k TR = 1 1 +0,15 + 0,1 + 1 11, 5 1, 55 0, 06 1,3.10, 5 ≈ 0, 6W / m2.K. Do đó: QTR = FTR .k TR .(t tb − t0 ) = 15, 5.0, 6.(55 − 23) ≈ 300W. • Tổn thất qua nền: QN . Nền có kích thước B xLh h = 1450x10500 ⇒ FN= 1, 45x10, 5 ≈ 15,5m2 .
N
Với nhiệt độ trung bình của TNS là 550C ta có thể lấy tổn thất trên mỗi m2 nền là q = 30W / m2 .
C
• 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 1450x1700 nên diện tích của cửa là F = 2.(1, 45x1, 7) ≈ 5m2 .
Cửa được làm bằng thép dàyδC = 5mm = 0, 005m , có hệ số dẫn nhiệt λC = 0, 5W / m.K. ta xác định đượck C = 1 1 +0, 005 + 1 11,5 0, 5 10, 5 ≈ 5, 5W / m2 .K. Do đó: QC = FC .k C .(t tb − t 0 ) = 5.5,5.(55 − 23) ≈ 880W.
Như vậy tổng các tổn thất nhiệt của hệ thống sấy qua kết cấu bao che là: QMT = QT + QTR + Q N + QC ⇒ QMT = 2785 = 300 + 465 + 880 = 4430W = 4430.3, 6kJ / h ≈ 16000kJ / h. ⇒ q =QMT =16000 ≈ 150kJ / kg _ âm. MT W 107, 5 Vì vậy tổng tất cả các tổn thất của HTS là: ∆= Ca .t 0 − qV − qTBTT − qMT .
Với: Ca .t 0 : là thành phần nhiệt vật lý do bản thân TNS đưa vào. Thay vào ta có tổng tổn thất của HTS là:
∆= 4,18.23 − 55 − 27 − 150 =−135,86 ≈−140kJ / kg _ âm.
3.6 Tính toán quá trình sấy thực: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ta lần lượt xác định các thông số của TNS ở các điểm nút trong quá trình sấy thực như sau:
3 . 6 . 1 T h ô ng s ố c ủ a k h ô ng k hí s a u T h i ế t b ị s ấ y ( t h ô ng s ố k h ô ng k hí t h ả i r a n g o à i , c ũng như k h ô ng k hí h ồ i l ư u l ạ i b u ồ ng h òa tr ộ n) ( 2 t ) :
• Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:
Độ chứa hơi sau quá trình sấy thực được tính qua: CPk .(t1 − t 2 ) + d = i2 −∆ (1 d+o n).(i.(i1 −2 ∆−)∆) 2 t n.(i −∆) Trước hết ta tính: 1 − 1 (1 + n).(i2 −∆) i1 = r + Cpa .t1 = 2500 + 1,842.70 = 2628, 94kJ / kg _ KKK.
1 2 0
2
2 t
Thay vào với:
t = 700 C; t = 400 C; d = 0, 01479kg âm/kg_KKK; n=1; ∆=-140kJ/kg_âm. Ta có: 1, 004.(70 − 40) +0, 01479.(2628,94 − (−140)) d2 t = 2573, 68 − (−140) (1 + 1).(2573, 68 − (−140)) 1 − 1.(2628,94 − (−140)) (1 + 1).(2573, 68 − (−140)) = 0, 03807kg_âm/kg_KKK.
• Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:
I2 t = 1, 004.t 2 + d2 .(2500 + 1,842.t 2 ) = 1, 004.40 + 0, 03807.(2500 +
1,842.40)
= 138,15[kJ / kg _ KKK].
• Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t = 400 C là:
pbh 2= exp[12- 4026,42 ] = exp[12- 4026,42 ] = 0, 07317[Bar].
235,5+t 2 235,5+40
• Độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:
ϕ = d2 .pkq
= 0, 03807.0,
981 ≈ 0,78=78%.
pbh 2 (0, 621 + d 2 ) 0, 07317.(0, 621 + 0, 03807)
Như vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2t) có
t = 400 C; ϕ =78%; d = 0, 03807[kg _ âm / kg _ KKK];
2 t 2 t 2t
I2t = 138,15[kJ / kg _ KKK].
3 . 6 . 2 T h ô ng s ố c ủ a kh ô ng k hí s a u b u ồ ng h ò a tr ộn ( M t ) : Không khí sau buồng hòa trộn là trạng thái điểm (Mt) có:
• Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộn là:
d =d0 + n.d2 t
= 0, 01479 + 1.0, 03807 = 0, 02643 kg_âm/kg_KKK.
Mt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1 + n 1 + 1
• Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là:
I = I0 + n.I2 t
=60, 70 + 1.138,15 = 99,50 kg_âm/kg_KKK.
Mt
1 + n 1 + 1
• Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là:
t = IMt − dMt .r = 99, 50 − 0, 02643.2500 ≈ 31, 70 C. Mt Cpk + d Mt .Cpa 1, 004 + 0, 02643.1,842 • Phân áp suất bão hòa
của hơi nước ở
nhiệt độ t Mt =
31, 70 C
là:
pbhM = exp[12- 4026,42 ] = exp[12- 4026,42 ] = 0, 04647[Bar]. 235,5+t M 235,5+31,7
tb tb Mt
M
1t
• Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là:
ϕ = d Mt .pkq
= 0, 02643.0,981 ≈ 0,86=86%.
pbhM (0, 621 + dMt ) 0, 04647.(0, 621 + 0, 02643)
Như vậy không khí sau buồng hòa trộn (M) có:
t = 31, 70 C;
ϕMt Mt=86%; dMt = 0, 02643[kg _ âm / kg _ KKK];
IMt = 99,50[kJ / kg _ KKK].
3 . 6 . 3 T h ô ng s ố c ủ a kh ô ng k hí s a u C a l o r if e r ( đ i v à o t h i ế t b ị s ấ y )( 1 t ) 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, 02643 kg_âm/kgKKK.
• Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là:
I1t = 1, 004.t1 + d1t .(2500 + 1,842.t1 ) = 1, 004.70 + 0, 02643.(2500 + 1,842.70)
≈ 140, 0[kJ / kg _ KKK]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t = 700 C là:
pbh1= exp[12- 4026,42 ] = exp[12- 4026,42 ] = 0,30735[Bar].
235,5+t1 235,5+70
• Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là:
ϕ = d1t .pkq
= 0, 02643.0,981 ≈ 0,130=13,0%.
pbh1 (0, 621 + d1t ) 0,30735.(0, 621 + 0, 02643)
Như vậy không khí đi vào thiết bị sấy (1t) có:
t1t = 700 C; ϕ1t=13%; d1t = 0, 02643[kg _ âm / kg _ KKK];
I1t = 140, 0[kJ / kg _ KKK].
3.7 Lưu Lượng không khí khô thực tế cần dùng
3. 7. 1 Lượ ng k hô ng k hí k hô t h ực tế lư u c huyể n tr o ng t hiế t b ị s ấ y là :L = W L = W d 2t − d1t = 107,5 0, 03807 − 0, 02643 ≈ 9245[kg _ KKK / h].
Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy là: t = 0,5.(70 + 40) = 55,50 C ⇒ρ = 1, 0765 kg_KKK/m3 _KKK.
V = L
ρtb = 1, 9245
0765
F
0 0
Do đó tốc độ của TNS trong buồng sấy trong quá trình sấy thực là: L 2, 4m3 / s
ωt = =
td 2,1m2 ≈ 1,15m / s. Sai khác so với tốc độ giả thiết 1,2m/s không nhiều(khoảng 4%)nên ta chấp nhận kết quả này.
3. 7. 2 Lượ ng k hô ng k hí k hô ngoà i t rờ i t hực tế cấ p và o c ầ n t hiế t là :
L = W = 107, 5 ≈ 4623[kg _ KKK / h].
(1+n).(d2t -d1t ) (1 + 1).(0, 03807 − 0, 02643) Với nhiệt độ của của không khí ngoài trời là: t = 230 C ⇒ρ= 1, 202 kg_KKK/m3 _KKK.
Do đó lưu lượng thể tích không khí cấp vào cần thiết là: V = L0
0
ρ = 1, 2024623 ≈ 3846 m3 / h.
3.8 Nhiệt lượng cần cung cấp cho TNS từ Calorifer
Nhiệt lượng cần cung cấp cho HTS(cung cấp qua Calorifer khí - hơi) là: q = I1t − IMt d2 t − dMt = 140, 0 − 99, 50 0, 03807 − 0, 02643 ≈ 3480kJ / kg _ âm. ⇒ Q=W.q=107,5kg_âm/h.3480kJ/kg_âm=374100kJ/h ≈ 105kW.
Bảng c ân b ằng nhiệ t c ủa H TS : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị [kJ/kg_ẩm] % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2281,0 65,73 2 Tổn thất do TNS q2 957,0 27,59 3 Tổn thất do VLS qV 55,0 1,58 4 Tổn thất do TBTT qTBTT 27,0 0,78 5 Tổn thất ra môi trường qMT 150,0 4,32
6 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 3470,0 100
7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3480,0 100
8 Sai số tương đối 0,28
N
hận xé t : Qua bảng cân bằng nhiệt ta nhận thấy tổn thất nhiệt do VLS
mang đi chỉ chiếm một phần rất nhỏ(khoảng 2%), tổn thất ra môi trường và do thiết bị truyền tải cũng chiếm không đáng kể tổng tổn thất. Tổn thất chủ
yếu là do VLS mang đi, vì vậy khi tính toán thực tế ta có thể lấy gần đúng tổng tổn thất này vào khoảng 10%, từ đó đơn giản hóa việc tính toán thiết kế rất nhiều.
3.9 Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d
Hình 3.7: Sơ đồ công nghệ và các thông số vào ra(sấy thực)
Các giá trị lưu lượng TNS vào và ra của HTS ở trên được tính với không khí khô, tuy nhiên với không khí ẩm thì sự sai khác này là không nhiều.
Để khắc phục sự sai khác không nhiều đó ta chọn quạt có lưu lượng lớn hơn so với lưu lượng yêu cầu ở trên vào khoảng 5%.
N
N
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
THIẾT KẾ CALORIFER - CHỌN QUẠT- CHỌN NỒI HƠI
4.1 Tính toán thiết kế Calorifer
Với nguồn năng lượng cung cấp là hơi nước bão hòa do đó ta sẽ thiết kế một Calorifer kiểu khí- hơi ống cánh. Với nước bão hòa ngưng trong ống và TNS là không khí chuyển động bên ngoài cắt các chùm ống nhận nhiệt để đạt được nhiệt độ yêu cầu.
4 . 1 . 1 Cá c t h ô ng s ố c ơ bả n y ê u c ầ u để t h i ế t kế Ca l o r if e r :
Với yêu cầu của HTS cần nâng nhiệt độ của TNS sau điểm hòa trộn M từ 31,70C lên đến 700C, do vậy để đảm bảo yêu cầu đặt ra ta chọn nhiệt độ của hơi bão hòa vào là t
W1
= 1000 C.
Do đó nhiệt độ ngưng tụ là t = 1000 C. Áp suất ngưng tụ là p N = 1at = 1, 0132Bar.
Với công suất nhiệt của Calorifer yêu cầu trong quá trình tính toán sấy thực ở trên ta đã có QCalorifer =105kW. Coi hiệu suất của Calorifer là 90% (10% tổn thất là kể đến bám bụi bẩn, vật liệu chế tạo lâu ngày bị ăn mòn… ), do vậy công suất nhiệt mà hơi nước cần truyền cho TNS là:
QC =1,1.QCalorifer =1,1.105kW=115,5kW.
Nhiệt ẩn ngưng tụ của hơi nước ở nhiệt độ ngưng r = 2257kJ / kg.
Lượng hơi vào Calorifer yêu cầu là:
t = 1000 C là G =Qc =115, 5 = 0, 0512kg / s = 185kg / h. h r 2257 4 . 1 . 2 T í nh t o á n t h i ế t kế Ca l o r if e r :
a) Tính diện tích trao đổi nhiệt F của Calorifer: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chọn ống thép dẫn hơi cód2 = 28mm , ống xếp so le với bước ống d1 26mm
ngang S1 = 1,8.d2 ≈ 50mm , bước ống dọc làS1 = 1, 6.d2 ≈ 45mm. Cánh được làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λC = 110W / m.K . Chiều dày cánh lấy là cánh là SC = 3, 5mm. δC = 1mm.
Đường kính cánh là d
F
Hình 4.1: Dàn ống cánh của Calorifer
Ta cần xác định diện tích bề mặt ngoài các ống có cánh là F2 = QC . k .∆t
2
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giưã hơi nước ngưng trong ống với không khí chuyển động ngoài ống
được biểu diễn trên đồ thị bên cạnh: V ớ i :