- Diện tích bề mặt trung bình của một ống:
4.3. Tính trở lực và chọn quạt
- Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua cung cấp cho dòng khí một áp suất động học để di chuyển và một phần để khắc phục trở lực trên đường ống vận chuyển.
- Năng suất của quạt được đặc trưng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiết bị sấy.
- Do hệ thống sấy dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống:
+ Quạt đặt ở đầu hệ thống (quạt đẩy): cung cấp không khí cho calorife. Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa qua calorife, trao đổi nhiệt rồi đưa vào thùng sấy.
+ Quạt đặt ở cuối hệ thống (quạt hút): hút tác nhân sấy qua thùng sấy để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua cyclon để thu hồi bụi.
4.3.1. Tính trở lực của quá trình Ta có: ∆P = ∆Pm +∆Pcb +∆Pcyc + ∆Pc +∆Pqd + ∆Pqh + ∆Ps Ta có: ∆P = ∆Pm +∆Pcb +∆Pcyc + ∆Pc +∆Pqd + ∆Pqh + ∆Ps Trong đó: ∆Pm: Trở lực do ma sát trong từng đoạn ống dẫn (N/m2) ∆Pcb: Tổng trở lực cục bộ do đột mở và đột thu (N/m2) ∆Pcyclon: Trở lực cục bộ do cyclon (N/m2) ∆Pcalorife: Trở lực cục bộ do calorifer (N/m2)
∆Pqd: Trở lực do áp suất động ở đầu ra của quạt đẩy (N/m2) ∆Pqh: Trở lực do áp suất động ở đầu vào của quạt hút (N/m2) ∆Ptq: Trở lực của thùng quay (N/m2)
Bảng 4.3. Bảng tóm tắt các thông số của không khí trên đường ống
Trước khi vào calorife Sau khi ra khỏi calorife Sau khi ra khỏi buồng sấy t (0C) 26 54 33 ρ (Kg/m3) 1,181 1,0798 1,1539 v= (m3/k gkkk) 0,8467 0,9261 0,8666 V’ = L’.v (m3/h) 10061,8892 11004,9001 11298,1984 γ (m2/s) 15,6210-6 18,3610-6 16,2910-6 4.3.1.1. Trở lực do ma sát trên đường ống
Trở lực ống dẫn từ miệng quạt đẩy đến calorifer - Chọn đường ống có đường kính d = 0,35m
- Chọn chiều dài ống dẫn từ miệng quạt đến calorifer là l0 = 1,2m. - Tiết diện ống:
F₀ = = = 0,0962 (m²)
- Vận tốc dòng khí trong ống:
(CT T121 - [3]) Trong đó:
V0’: Lưu lượng không khí vào calorifer
V0’ = L’v0 = 11883,09110,8467 = 10061,8892 (m3/h) = 2,7950(m3/s) ω0 = = 29,0651(m/s)
(CT V.36/T13 - [ 2]) ν0: Độ nhớt động của không khí vào calorifer ứng với trạng thái không khí
ngoài trời, t = 26ºC, ν0 = 15,6210-6(m2/s), �0 =1,1810 kg/m3
Re = = 6,511105
Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy.
- Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:
(CT II.65/380-[1])
Trong đó:
∆: Độ nhám tương đối, ∆ =
dtd: Đường kính tương đương của ống, d = 0,35 m
ε: Độ nhám tuyệt đối. Chọn ε = 10-4 m (Bảng II.15/381-[1]) 7,9161
λ0 = 0,0160
Vậy trở lực đường ống từ miệng quạt đẩy đến calorifer: ∆Pm0 = (N/m2) (CT II.55/377-[1])
= = 27,2934 (N/m2)
Trở lực đường ống từ calorifer đến trước thùng nạp liệu - Chọn đường ống có đường kính là d = 0,35m
- Chiều dài ống dẫn từ calorifer đến thùng nạp liệu là l1 = 1m - Tiết diện ống:
F1= = = 0,0962 (m²) - Vận tốc dòng khí trong ống:
(CT T121 - [3]) Trong đó:
V1’: Lưu lượng không khí ra khỏi calorifer
V1’ = L’v1 = 11883,09110,9261 = 11004,9001 (m3/h) = 3,0569 (m3/s) ω1 = = 31,7891 (m/s)
(CT V.36/T13 - [ 2]) ν1: Độ nhớt động của không khí sau khi ra khỏi calorifer, t = 54ºC,
ν1 = 18,3610-6(m2/s), �1 = 1,0798 kg/m3
Re = = 6,0607105
Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy.
- Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:
(CT II.65/380-[1]) Trong đó:
∆: Độ nhám tương đối, ∆ =
dtd: Đường kính tương đương của ống, d = 0,35 m
ε: Độ nhám tuyệt đối. Chọn ε = 10-4m (Bảng II.15/381-[1]) = 7,8989
λ1 = 0,0160
Vậy trở lực đường ống từ calorifer đến trước thùng nạp liệu: ∆Pm1 = (N/m2) (CT II.55/377-[1])
= = 24,9842 (N/m2)
Trở lực đường ống từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon: - Chọn đường ống có đường kính là d = 0,3m
- Chọn chiều dài đoạn ống l2 = 1,2m
- Lưu lượng không khí trong đoạn ống chính là lưu lượng không khí sau khi ra khỏi phòng sấy: V2’ = L’v2 = 11883,09110,8666 = 10298,1984 (m3/h) = 2,8606 (m3/s) - Tiết diện ống: F₂ = = = 0,0707 (m²) - Vận tốc dòng khí trong ống: ω2 = (CT T121 - [3]) = 40,4899 (m/s)
- Chuẩn số Reynolds:
(CT V.36/T13 - [ 2]) ν2: Độ nhớt động của không khí sau khi ra khỏi máy sấy, t = 33ºC,
ν2 =16,2910-6(m2/s), �2 = 1,1539 kg/m3
Re = = 7,4576105
Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy.
- Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:
(CT II.65/380-[1])
Trong đó: ∆: Độ nhám tương đối, ∆ =
dtd: Đường kính tương đương của ống, d = 0,3m
ε: Độ nhám tuyệt đối. Chọn ε = 10-4m (Bảng II.15/381-[1]) 7,8472
λ2 = 0,0162
Vậy trở lực đường ống từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon: ∆Pm2 = (N/m2) (CT II.55/377-[1]) = = 61,4411 (N/m2)
Trở lực đường ống từ cyclon đến góc khuỷu - Chọn chiều dài ống dẫn là l3 =0,6m
- Lưu lượng không khí sau khi ra khỏi cyclon bằng lưu lượng không khí ra khỏi thùng sấy:
ω3 = ω2 = 40,4899 (m/s) ν2 = 16,2910-6 m2/s λ3 = λ2 = 0,0162
- Trở lực đường ống từ cyclon đến góc khuỷu:
∆Pm3 = (N/m2) (CT II.55/377-[1]) ∆Pm3 = = 30,7205 (N/m2)
- Chọn chiều dài ống dẫn là l4 = 0,8m - ω4 = ω2 = 40,4899 (m/s) - λ4 = λ2 = 0,0162 - Trở lực ống dẫn từ góc co đến quạt hút: ∆Pm4 = (N/m2) (CT II.55/377-[1]) ∆Pm4 = = 40,9607 (N/m2) Trở lực do ma sát trong thùng sấy: - Lưu lượng thể tích trung bình trong thùng sấy:
= =
= 2,9588 (m3/s) - Vận tốc không khí trong thùng sấy
= (CT T121 - [3])
= = 6,9508 (m/s)
- Ở nhiệt độ trung bình trong thùng sấy 43,5ºC , � =1,1158 (kg/m3), ν = 17,306510-6 (m2/s) = (CT V.36/T13 - [ 2]) = = 3,5349105 Vì Re = 3,5349105 > 4000 => chế độ chảy xoáy. - Hệ số ma sát: (CT II.65/380-[1]) = 8,1134 λ5 = 0,0152 ∆Pm5 = = = 2,0472 (N/m2)
Trở lực ống dẫn từ bộ lọc không khí đến miệng quạt đẩy - Chọn đường ống có đường kính d = 0,35m
- Chọn chiều dài ống dẫn từ bộ lọc không khí đến quạt là l6 = 0,4m. - Tiết diện ống:
F6 = = = 0,0962 (m²) - Vận tốc dòng khí trong ống:
ω₆ = (CT T121 - [3])
Trong đó:
V0’ = L’v0 = 11883,09110,8467 = 10061,8892 (m3/h) = 2,7950(m3/s) ω₆ = = 29,0651(m/s)
- Chuẩn số Reynolds:
Re = (CT V.36/T13 - [ 2])
ν0: Độ nhớt động của không khí vào calorifer ứng với trạng thái không khí ngoài trời, t = 26ºC, ν0 = 15,6210-6(m2/s), �0 =1,1810 kg/m3
Re = = 6,511105
Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy.
- Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:
= 2log (CT II.65/380-[1]) Trong đó:
∆: Độ nhám tương đối, ∆ =
dtd: Đường kính tương đương của ống, d = 0,35 m
ε: Độ nhám tuyệt đối. Chọn ε = 10-4 m (Bảng II.15/381-[1])
= 2 x log = 7,9161 λ6 = 0,0160
Vậy trở lực đường ống từ miệng quạt đẩy đến calorifer: ∆Pm6 = (N/m2) (CT II.55/377-[1]) = = 9,0978 (N/m2) Vậy trở lực do ma sát: Σ∆Pm = = 27,2934+24,9842+61,4411+30,7205+40,9607+2,0472+9,0978 = 196,5450 (N/m2) 4.3.1.2. Tính tổng trở lực cục bộ Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorifer: - Diện tích mặt cắt ngang đường ống:
F₀ = = = 0,0962 (m2)
F1 = BcH = 1,2021,2 = 1,4424 (m2) - Tỷ số = = 0,067
- Đường kính tương đương: Trong đó:
∏0 : Chu vi mặt cắt ngang của đường ống ∏0 = = = 1,099 (m)
dtđ = = 0,35 (m) - Chuẩn số Reynolds:
= (CT V.36/T13 - [ 2])
= = 6,511 105
Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy.
Vì Re > 103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N011/387-[1] : hệ số trở lực ξ1 = 0,8733
- Trở lực cục bộ:
Pcb1 = (CT II.56/T377 – [2])
= 0,8733 = 435,6532 (N/m2)
Trở lực cục bộ do đột thu từ calorifer vào đường ống: - Diện tích mặt cắt ngang đường ống:
F₀ = = = 0,0962 (m2)
- Diện tích mặt cắt ngang calorifer: F1 = BcH =1,2021,2 = 1,4424 (m2) - Tỷ số = = 0,067
- Đường kính tương đương:
Trong đó:
∏0 : Chu vi mặt cắt ngang của đường ống ∏0 = = = 1,099 (m)
dtđ = = 0,35 (m) - Chuẩn số Reynolds:
= (CT V.36/T13 - [ 2])
Vì Re > 3,5103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N013/388-[1] : hệ số trở lực ξ2 = 0,4811
- Trở lực cục bộ:
Pcb2 = (CT II.56/T377 – [2])
=0,4811 = 262,4907 (N/m2)
Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống vào thùng tiếp liệu - Chọn chiều rộng thùng tiếp liệu :1 m
- Chiều dài thùng tiếp liệu: 1,8 m
- Diện tích mặt cắt ngang của thùng tiếp liệu : Ftl = 1,8 x 1 = 1,8 (m2)
= = 0,0534 - Chuẩn Reynolds:
= (CT V.36/T13 - [ 2])
= = 6,0607105
Vì Re >103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N011/387-[1] : hệ số trở lực ξ3 = 0,8985
- Trở lực cục bộ:
Pcb3 = (CT II.56/T377 – [2])
= 0,8985 = 490,2129 (N/m2)
Trở lực cục bộ do đột thu từ thùng chứa sản phẩm ra ống dẫn: - Chọn chiều dài thùng chứa sản phẩm: 2m
- Chiều rộng thùng chứa sản phẩm: 1,1m
- Diện tích mặt cắt ngang của thùng tiếp sản phẩm : Ftsp = 21,1 = 2,2 (m2) - Diện tích mặt cắt ngang đường ống:
F₀ = = = 0,0707 (m2)
= = 0,0321 - Chuẩn Reynolds:
= (CT V.36/T13 - [ 2])
Vì Re > 3,5103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N013/388-[1] : hệ số trở lực ξ4 = 0,4926 - Trở lực cục bộ: Pcb4 = (CT II.56/T377 – [2]) = 0,4926= 465,9627 (N/m2) Tổng trở lực cục bộ: Pcb = Pcb1 + Pcb2 + Pcb3 +Pcb4 = 435,6532 + 262,4907 + 490,2129 + 465,9627 = 1654,3195 (N/m2) Trở lực cục bộ do cyclon: - Gọi ∆Pcyclon là trở lực cyclon, ta có:
540 < < 740 (Tr522 –[1])
Chọn = 740, với ρk: là ρ của không khí ở 33ºC Vậy ∆Pcyclon = 7401,1539 = 853,8860 (N/m2) 4.3.1.3. Tính trở lực quạt Trở lực quạt đẩy: Pqd = = = 498,8414 (N/m2) Trở lực quạt hút: Pqh = = = 945,8698 (N/m2) 4.3.1.4. Trở lực do calorife
- Nhiệt độ trung bình của không khí nóng trong calorifer:
ttb= = 43,5ºC
- Tại nhiệt độ này các thông số của không khí:
� = 1,1158 kg/m3
λ = 2,784510-2 W/m.độ ν = 17,30710-6 m2/s
- Vận tốc không khí trong calorifer: Với F = HcBc= 1,51,202 = 1,803 (m2) = = = 1,6408 (m/s)
- Chuẩn số Reynolds:
= (CT V.36/T13 - [ 2])
= = 3,3183104 > 4000 nên không khí chuyển động theo chế độ xoáy. Do ống xếp theo kiểu hành lang nên:
(CT II.72/404-[1])
Với s là khoảng cách giữa các trục ống theo phương cắt ngang của dòng chuyển động (theo chiều rộng của dòng)
s = dg /2 + x = 0,042/2 + 0,015 = 0,036
m là số dãy ống chùm theo phương chuyển động: m = i 28 d là đường kính ống: d = dng = 0,03m = 16,5184 Vậy trở lực do calorifer: Pcalorife = ξ = 16,5184 1,1158 = 24,8104 (N/m2) 4.3.1.5. Tính trở lực do thùng quay Cho phép lấy ∆Ps = 20 ÷ 30%∆Pcb Chọn ∆Ps = 0,2∆Pcb = 0,21654,3195 = 330,8639 (N/m2) Vậy tổng toàn bộ trở lực quạt phải khắc phục là:
=196,5450+1654,3195+853,886+498,8414+945,8698+24,8104+330,8639 = 4505,1360 (N/m2)