Tính toán thiết kế Calorifer:

B- Quá trình sấy thực

4.1Tính 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:

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 : ∆t1 = t N − t M = 100 − 31, 7 = 68,3K. ∆t 2 = t N − t1 = 100 − 70 = 30K. Do tỷ số ∆t1 ∆t 2 =68, 3 = 2,3 > 1,8 30

Hình 4.2: Đồ thị thay đổi nhiệt độ

Vì vậy ta phải tính độ chênh nhiệt độ trung bình Logarith như sau:

∆t = ∆t1 −∆t 2 ln ∆t1 ∆t 2 =68, 3 − 30 = 46, 5K. ln 68,3 30

Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh F2 được tính khi bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống ( δ

≈ 0) là: λ k F2 = 1 . εC + 1 Tro ng đó : α1 α2

3 2 C N d 2 − d2 49 2 − 282 ε = 1 + C 2 = 1 + = 9,885. 2.d1.SC 2.26.3, 5

α1 : là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa hơi ngưng với bề mặt trong của

0,25

λ3

.ρ2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

.g.r 

ống, được xác định qua biểu thức sau: α1 = 1, 2.αN = 1, 2.

µ.∆t .H 

 N 

Với hơi nước bão hòa ngưng ở nhiệt độ lý của nước ngưng bão hòa như sau:

t = 1000 C. ta có các thông số vật

λ= 68,3.10−2 W/m.K r=2257kJ/kg

ρ=958,5kg/m3 µ=282,5.10-6 Ns / m2 .

H: Chiều cao của ống. Do Calorifer được bố trí trên kênh dẫn TNS nóng có độ cao là 700mm, nên ta thiết kế Calorifer có chiều cao ống là

H = 600mm = 0, 6m.

∆t N = t N − t w : Là độ chênh nhiệt độ giữa hơi ngưng với nhiệt độ vách trong của ống, do α1 rất lớn nên ∆t N rất nhỏ. Ta giả thiết∆t N = 0, 4K (sau đó ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này).

0,25

 0, 683 .958, 5 .9,81.2257 

Có: α 1= 1, 2.  = 4464, 5W / m2.K.  282, 5.10−6.0, 4.0, 6 

α2 : Hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống được tính qua biểu thức

α2 =αC .ηS . Với qua biểu thức:

αC là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh, được xác định

−0 ,375 α = C. λkk .Re0,625 . F2  .Pr 0,33 . C d F  2  02  • Do ống bố trí so le nên hệ số C lấy bằng: C = 0, 45.

• Tiêu chuẩn Reynoild được xác định qua: Re =ω.d2 . Tốc độ không

ν

khí tại khe hẹp của cánh được xác định qua biểu thức: ω= ω0 . 1 − [ d2 + 2.h.δC

] Tốc độ của TNS(không khí) đi vào Calorifer là:

V 8588m3 / h 2, 4m3 / s

S1 S1.SC

ω0 = = =

 

C

−2

Thay vào ta xác định được: ω= 2,36

1 − [ 28 + 2.10,5.1,0 ] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

50 45.3, 5

≈ 7,3m / s.

Với nhiệt độ trung bình của không khí qua Calorifer

0

t kk = 0,5.(31, 7 + 70) = 50,8 C.

khí như sau:

Ta tra ra được các thông số vật lý của không λ= 2, 9.10−2 W/m.K ρ=1,06kg/m3 ν=18,97.10-6m2 / s Pr=0,696. Do vậy: Re = ω.d2 ν = 7,3.0, 028 18,97.10−6 = 10, 78.103.

• F02 : Là diện tích bề mặt ống trơn không cánh với chiều dài 0,6m:

2

F02 =π.d2 .l =π.0, 028.0, 6 = 0, 0528m . Số cánh trên chiều dài 0,6m ống được là: n = l =600mm ≈ 170 Cánh/1ống.

SC 3, 5mm

Diện tích phần ống trơn không phủ cánh là:

2 F0 =π.d 2.t.n C =π.0, 028.0, 0025.170 = 0, 0378m . Diện tích cánh: 2 2 2 2 π.d π.d  F = 2. C − 2 .n π.0, 049 = 2. −π.0, 028 .170 = 0, 4368m2 . C  4 4  C  4 4     

• Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của ống với dòng không khí chuyển động cắt ngang qua là: F 2 = F02 + F C = 0, 0528 + 0, 4368 = 0, 4896m2 .

Vì vậy là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh αC là:

α = 0, 45. 2, 9.10 −0 ,375 .(10, 78.103 )0,625 . 0, 4896  .0, 6960,33 ≈ 59, 0W / m2 .K. C 0, 028  0, 0528  FC ηS : Là hệ số hiệu quả làm cánh ηS = 1 −(1 −ηC ). . F2 Tỷ số FFC =0, 4368 ≈ 0,88. 2 0, 4869 dC 49

Hiệu suất cánhηC được tra trên đồ thị theo = = 1, 75 , và tích số d2 28 β.h với: β= λ2.αC = C .δC 2.59, 5 110.0, 001≈ 32,9. ⇒β.h = 32, 9.0, 0105 ≈ 0,35 .

F F

1

Tra ra ta được ηC = 0,92. Do vậy:

2

ηS = 1 −(1 − 0, 92).0,88 = 0, 93.

⇒α2 =αC .ηS = 59.0, 93 = 54,8W / m .K

Ta kiểm tra lại giả thiết về

∆t N = 0, 4K do ∆t N phải thỏa mãn α1∆t N = α2 .∆t kk Coi ∆t kk =∆t = 46,5K nên ta có ∆t N =α2 .∆t kk α1 = 54,8.46, 5 = 0,55 (sai lệch so với 4464,5 ∆t N

= 0, 4K không nhiều nên ta chấp nhận kết quả này ).

Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh F2 được tính khi bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống ( δ

≈ 0) là: λ k = 1 = 1 = 48,8W / m2 .K. F2 C ε 1 9, 985 1 + + α1 α2 4464, 4 54,8

Khi kể tới bám bụi bẩn ở cánh cũng như đóng cặn của hơi nước bên

trong ống ta có hệ số trao đổi nhiệt tính với hệ số bám bẩn k t 2 = k .2 ϕ= 48,8.0,85 = 41, 5W / m2 .K. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

ϕ= 0,85 là: Do vậy diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là:

3 F2 = QC k t .∆t =115,5.10 41, 5.46, 5 ≈ 60m2 . F2 kk

Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt trong của các ống là: F = F2

εC =9,88560 ≈ 6,1m2 .

b) Tính thiết kế kích thước hình học của Calorifer:

Với chiều cao ống hay chiều dài ống đã chọn ở trên là H = l = 0, 6m ta có tổng số các ống n là: n = π.dF1 = 1.l 6,1 π.0, 026.0, 6 = 124, 5 ≈ 125 (ống).

Do giới hạn chiều rộng của kênh dẫn TNS để đặt Calorifer là 1450mm nên ta chọn số ống trên một hàng tối đa sao cho không vượt quá kích thước trên, cụ thể với đường kính của cánh là 49mm nên ta có thể bố trí được số ống trong một dãy ống là:

m = 1450mm / 49mm = 29,5 (ống) ta chọn m = 25 (ống/1dãy).

Số dãy ống dễ dàng xác định được qua tổng số ống và số ống trên mỗi hàng là: z = n=125 = 5 (dãy ống).

Ở phía 2 đầu của chùm ống có đặt các ống góp hơi và ống góp lỏng. Ta lựa chọn đường kính của 2 ống góp này có đường kính trong và đường kính ngoài lần lượt là: di = 100mm; d0 = 105mm .

c) Tính toán tổn thất áp suất(trở lực) của dòng không khí(TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorifer:

Trở lực của không khí bao gồm trở lực ma sát và trở lực cục bộ được tính gần đúng theo quan hệ sau:

T r o ng đ ó : Z: Số hàng ống, ở đây Z = 5. ω2 ∆p =ξ.ρ. .Z 2

ω : Tốc độ của dòng không khí qua khe hẹp của Calorifer, ở đây

ω= 7,3m / s.

ρ : Khối lượng riêng của không khí, ở đâyρ= 1, 06kg / m3.

ξ : Hệ số trở lực, với chùm ống so le được xác định gần đúng qua biểu thức sau: ξ= 0, 72.Re−0 ,245 . S1 − d 2 + 2  0,9 0 ,9  S − d  . 1 2  S − d  . 1 2 −0,4        SC   d2   S2 − d 2  0,9 0 ,9 −0 ,4 ξ= 0, 72.(10, 78.103 )−0 ,245 . 50 − 28 + 2  .=50 − 28  .=50 − 28   3, 5   28  45 − 28  ⇒ξ= 0, 36.       ω2 7, 32

Thay vào ta có: ∆p =ξ.ρ. .Z = 0,36.1, 06. .5 ≈ 60Pa.

2 2

0

d

4.2 Tính toán chọn quạt:

Để lựa chọn được quạt đáp ứng được yêu cầu làm việc của HTS ta cần xác định được Lưu lượng V và cột áp ∆p .

4 . 2 . 1 L ư u lư ợ ng q u ạ t :

Quạt được bố trí trên kênh dẫn TNS sau điểm hòa trộn (M), có lưu lượng qua quạt là(ta lấy dư là 5%) V = 1, 05.8588 m3 / h ≈ 9000m3 / h.

4 . 2 . 2 C ột á p c ủ a q u ạ t(t ổ ng tr ở l ự c m à q u ạ t cầ n k h ắ c p h ụ c ) :

Tổng trở lực của hệ thống mà quạt cần khắc phục được tính qua biểu thức sau:

Tro ng đó :

∆p =∑ ∆pcb +∑ ∆pms +∑ ∆phh +∆pCalorifer .

•∆pcb : Là trở lực cục bộ, xảy ra tại những vị trí mà dòng TNS bị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

chuyển hướng, đột mở hoặc đột thu…Được xác định qua biểu thức:

ω2  t[0C] 

∆pcb =ξcb .ρ0 .

2 .1 +273  Pa .

 

Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn làρ = 1, 293kg / m3 .

•∆pms : Là trở lực ma sát, xảy ra dọc theo kênh dẫn TNS, phụ thuộc vào độ nhám bề mặt của kênh dẫn…Được xác định qua biểu thức:

L ω2  t[0C]  ∆pms =λms .

d ρ0 .

2 .1 + 273  Pa .

td  

Đường kính tương đương của kênh dẫn được xác định qua biểu thức: 0,25 d = 4F . Hệ số trở lực ma sát  K  λ = 0,11. , độ nhám mặt trong tường td U ms   td  lấy là K = 5mm = 0, 005m.

•∆phh : Là trở lực hình học, do trọng lượng của dòng không khí gây ra, phụ thuộc vào hướng chuyển động của dòng TNS. Giá trị của ∆phh lấy dấu “+” nếu dòng TNS đi từ trên xuống dưới và lấy dấu “-” trong trường hợp

ngược lại. Được xác định qua biểu thức:

 1

 t mt 

hh 0 

+ 273 t + 273 

• ∆pCalorifer : Là trở lực qua Calorifer, đã xác định được ở trên là

Cöa Giã th¶i ra ngoµi Giã t¬i ngoµi trêi t= 23,0 0C

F A

Cöa Giã håi Qu¹t híng trôc t= 31,7 0C

B Calorifer khÝ - h¬i C t= 70,0 0C

t= 40,0 0C

E

cöa vµo xe goßng

t= 70,0 0

C

D

cöa ra xe goßng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hình 4.3: Phân bố các loại trở lực trong hệ thống Sấy

Ta xác định lần lượt các trở lực trên như sau:

a) Tổng trở lực cục bộ ∑ ∆pcb :

∑ ∆pcb =∆p( A )cb +∆p( B)cb +∆pcb( D )+∆p( E )cb +∆p( F)cb

Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

Điểm nút ξ Tốc độ ω[m/s] Nhiệt độ t[0C] Trở lực cục bộ ∆pcb[Pa] (A) 0,30 1,65 31,7 0,60 (B) 0,25 2,35 31,7 1,00 (D) 0,25 1,65 70,0 0,55 (E) 0,25 2,05 40,0 0,78 (F) 0,30 6,95 40,0 10,75 Tổng trở lực cục bộ ∑ ∆pcb 13,68 b) Tổng trở lực hình học ∑ ∆phh : ∑ ∆phh =∆phh( AB)+∆p( EF)hh

Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

Đoạn Chiều cao H[m] Nhiệt độ t[0C] Trở lực hình học ∆pms[Pa]

(AB) 2,8 31,7 +3,5.10-3

(CD) 2,8 40,0 -6,5.10-3

c) Tổng trở lực ma sát ∑ ∆pms :

∑ ∆pms =∆pms +∆pms

+∆pms

+∆pms

( AB) ( CD ) ( DE ) ( EF)

Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

Đoạn λms L[m] dtđ ω[m/s] t[0C] Trở lực ma sát ∆pms[Pa] (AB) 0,30 2,8 1,18 1,65 31,7 1,40 (CD) 0,25 9,0 0,95 2,35 70,0 10,62 (DE) 0,25 10,5 1,61 1,1 55,5 1,54 (EF) 0,25 3,8 1,03 2,05 40,0 2,87 Tổng trở lực ma sát ∑ ∆pms 16,42

Do vậy tổng trở lực mà quạt cần khắc phục của hầm sấy là:

∆p = 13, 68 + 16, 42 + (−3, 0.10−3 ) + 60 ≈ 90Pa . 4 . 2 . 3 C h ọ n q u ạ t v à t í nh c ô ng s u ấ t đ i ệ n t i ê u t hụ c ủ a q u ạ t :

Với yêu cầu của quạt cần chọn đảm bảo Lưu lượng và cột áp là V = 9000m3 / h; ∆p=90Pa. Sử dụng phần mềm chọn quạt của hãng Fantech [4] ta lựa chọn được quạt có thông số như sau:

Các thông số của quạt chọn được gồm:

• Model: SCE564

• Lưu lượng: 2,5m3/s(9000m3/h)

• Cột áp: 90Pa

• Nhiệt độ không khí làm việc: 32 0C

• Độ cao lắp quạt: 3m

• Đường kính đầu đẩy: 560mm

• Tốc độ cánh quạt: 22vòng/s (1320 vòng/phút)

• Trọng lượng: 22kg

• Công suất động cơ: 0,75kW(1HP) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

• Nguồn điện cung cấp: 220-240V/50Hz

• Động cơ có 4 cực(2 cặp cực)

4.3 Tính chọn nồi hơi:

Với yêu cầu của Calorifer hơi vào có nhiệt độ bão hòa 1000C(áp suất bão hòa tương ứng là 1,0132Bar), lưu lượng hơi vào là 185kg/h. Ta lựa chọn nồi hơi của hãng NỒI HƠI ĐÔNG ANH [5] ra được loại nồi đáp ứng được các yêu cầu trên như sau:

Các thông số kỹ thuật của nồi hơi như sau:

Loại nồi NHOL kiểu đứng NHOL 0.5/8

Năng suất sinh hơi D[kg/h] 500

Áp suất làm việc p[Bar] 8

Nhiệt độ bão hòa t[0C] 173

Loại nhiên liệu Than

(Để có được nhiệt độ(áp suất) cũng như sản lượng hơi ra ta cần bố trí các loại van điều chỉnh áp suất, điều chỉnh lưu lượng hơi để đáp ứng đúng yêu cầu mong muốn).

4.4 Các bản vẽ chi tiết chế tạo, xây lắp và thi công:

Toàn bộ các bản vẽ chi tiết của từng thiết bị(Khay sấy, xe goòng, Calorifer), bản vẽ mặt bằng xây dựng cũng như kết cấu của hầm sấy được cho trong các bản vẽ KTS- No.01, KTS- No.02, KTS- No.03 và KTS- No.04, bản report của việc chọn quạt hãng Fantech đều được đính kèm trong phần cuối của bản Đồ án.

---o0o---

K

ế t l u ậ n:

Sau khi tính toán và thiết kế chi tiết hệ thống sấy để đáp ứng yêu cầu sấy Cá với sản lượng 3tấn/ngày, địa điểm xây lắp tại tỉnh Thanh hóa. Các thiết bị được lựa chọn đều được tính dư ra để đảm bảo các điều kiện làm việc, vận hành thay đổi…Kết cấu xây dựng của hầm sấy trên thực tế khi thi công có thể phát sinh dẫn đến các kích thước hình học có thể sai lệch, tuy nhiên các sai lệch này là không nhiều vì vậy kết quả tính toán hoàn toàn đáp ứng được cho việc xây lắp.