Phần III : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
3.2. Tính trở lực và chọn quạt:
Trong hệ thống sấy, quạt là bộ phận vận chuyển khơng khí và tạo ra áp suất cho dịng khí đi qua các thiết bị: caloripher, máy sấy, đường ống, xyclon. Nói cách khác nhiệm vụ của hệ thống quạt là tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy qua thùng sấy có lưu lượng đúng như q trình sấy yêu cầu.
Năng suất của quạt được đặc trưng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiết bị sấy. Trong thiết bị sấy, để vận chuyển tác nhân sấy thường dùng hai loại quạt là quạt ly tâm và quạt hướng trục.Theo áp suất tạo ra có thể chia làm 3 loại:
- Quạt áp suất thấp, tổng cột áp tạo ra đến 100 mmH2O. - Quạt trung cấp, tổng cột áp tạo ra là 100 đến 300 mmH2O. - Quạt cao áp, tổng cột áp tạo ra là 300 đến 1500 mmH2O.
Chọn loại quạt nào, số hiệu bao nhiêu phụ thuộc vào đặc trưng của hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc phục ∆p, năng suất mà quạt phải tải đi V cũng như nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy.
Khi chọn quạt, giá trị cần xác định là hiệu suất của quạt.
• Tính tiêu chuẩn Re:
Đường kính trung bình của ngơ lấy bằng d = 7,5 mm. Ở nhiệt độ trung bình của TNS t = 55℃, có thể lấy gần đúng 𝜗 theo phụ lục 6 – trang 350 – [1], 𝜗 = 18,46. 10−6 (m2/s).
Re = w.d
ϑ =
3,2.0,0075
18,46.10−6 = 1300,108
𝑎 = 5,85 +490 𝑅𝑒 + 100 √𝑅𝑒 = 5,85 + 490 1300,108+ 100 √1300,108= 9,000
• Khối lượng riêng dẫn xuất 𝜌𝑑𝑥 (Theo cơng thức 10.23 – trang 213 – [1]), ta có: 𝜌𝑑𝑥 =0,25. (𝐺1+ 𝐺2). 𝛽
0,75.2. 𝑉 , ( 𝑘𝑔 𝑚3)
Trong đó:
G1: Khối lượng VLS đi vào thùng sấy, (kg/h)
G2: Khối lượng VLS ra khỏi thùng sấy, (kg/h)
𝛽: Hệ số điền đầy
𝑉: Thể tích của thùng sấy, (m3)
𝜌𝑑𝑥 =0,25. (1360 + 1200). 0,1
0,75.2.5,33 = 8,005 (𝑘𝑔/𝑚 3)
• 𝐻ệ số 𝜉 nếu lấy khối lượng riêng của ngô 𝜌𝑣 = 1200 kg/𝑚3. (Theo công thức 10.22- 213 - [1]), ta có:
𝜉 =𝜌𝑣− 𝜌𝑑𝑥 𝜌𝑣 =
1200 − 8,005
1200 = 0,9933
• Hệ số 𝐶1 đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt (Theo công thức 10.21- trang 312 - [1]), ta có:
𝐶1 =1 − 𝜉
𝜉2 =1 − 0,9933
0,99332 = 6,79. 10−3
❖ Như vậy trở lực của tác nhân sấy qua lớp hạt (Theo 10.9 - trang 213 - [1]), ta có:
∆P1=a. L. w
2ρk. C1
Trong đó:
a: Hệ số thủy động.
L: Chiều dài thân thùng, (m)
w: Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng, (m/s)
g: gia tốc trọng trường, g = 9,8 (m2/s)
d: Đường kính trung bình của ngơ, d = 0,0075 (m) 𝜌𝑘: Khối lượng riêng của TNS, (kg/m3)
(Ở đây chúng ta lấy khối lượng riêng 𝜌𝑘 của TNS như là khối lượng riêng khơng khí ở nhiệt độ 55℃ và bằng 𝜌𝑘 = 1,0765 (kg/m3)
∆𝑃1=9.4,4. (3,2)
2. 1,0765.6,79. 10−3
2.9,8.0,0075 = 20,16 𝑚𝑚𝐻2𝑂
❖ Trở lực xyclon và buồng đốt. Theo kinh nghiệm trở lực qua xyclon ∆𝑝𝑥=20mm𝐻20, trở lực buồng đốt ∆𝑝𝑏𝑑 = 3 𝑚𝑚𝐻20, trở lục cục bộ và các tổn thất phụ lấy 5%. Vậy tổng trở lực quạt phải khắc phục bằng:
∆𝒑 = 1,05.( ∆𝒑𝟏 + ∆𝒑𝒙 + ∆𝒑𝒃𝒅) = 1,05. (20,16 + 20 + 3) = 45,318 mm𝐻20
❖ Áp suất động của khí thốt. ∆pd = ρk.w
2
2.g , (mmH2O) (Công thức 15.10 - trang 228 - [6]).
Trong đó:
∆pd: Áp suất động của khí thốt ra, mmH2O ρk: Khối lượng riêng của khí, ρk = 1,0765 (kg/m3)
w: Tốc độ khí thải ra mơi trường, chọn w = 20m/s. ∆pd =w 2. pk 2. g = 202. 1,0765 2.9,8 = 21,969 (mmH20) Cột áp của quạt: ∆𝑝 = ∆𝑝𝑡 + ∆𝑝𝑑 = 45,318 + 21,969 = 67,287 mm𝐻20
➢ Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay.
Căn cứ vào cột áp ∆𝑝 = 67,287 mm𝐻20 và lưu lượng 𝑉𝑡𝑏 = 13216,71 𝑚3/h. Theo biểu đồ chọn quạt ở phụ lục 2 – trang 197 – [5], ta chọn được quạt li tâm II 4-70 𝑁07.
Chế độ làm việc có hiệu suất ɳ𝑞 = 0,77, 𝜔 = 100 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 1051 𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡.
Cơng suất của quạt: N = k. V. ρ0. ∆p
3600.102. ρ. ɳq, [kW] (Cơng thức 17.38 − trang 334 − [1])
Trong đó:
k: Hệ số dự phòng, 𝑘 = (1,1 − 1,2), chọn 𝑘 = 1,2.
V: Lưu lượng ở nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, m3/h
𝜌0: Khối lượng riêng của khơng khí khơ ở điều kiện tiêu chuẩn (𝑡0 = 0, 𝑝0 = 760 𝑚𝑚𝐻𝑔)
Theo phụ lục 6 – trang 350 – [1]: 𝜌𝑜 = 1,293 𝑘𝑔/𝑚3
∆𝑝: Tổng cột áp mà quạt phải thực hiện, mm𝐻2𝑂
(Vì thể tích khơng khí ẩm cũng là thể tích khơng khí khơ ở cùng nhiệt độ nên 𝜌 trong cơng thức trên chính là khối lượng riêng của khơng khí khơ ở nhiệt độ trung bình của TNS)
Ở 55℃: 𝜌 = 1,0765 𝑘𝑔/𝑚3, (Phụ lục 6 – trang 350 – [1]). ɳ𝑞: Hiệu suất của quạt.
Thay vào ta được:
N = 1,2.13216,71.1,293.67,287
3600.102.1,0765.0,77 = 4,53 (kW)
3.3. Tính tốn cơng suất của động cơ quay.
Cơng suất cần thiết để quay thiết bị được xác định theo thực nghiệm:
N = 0,13. 10−2. D3. L. a. n. ρ, [kW] (Công thức VII. 54 − trang 123 − [2])
Trong đó:
D: Đường kính trong của thùng sấy, m. L: Chiều dài thùng sấy, m.
𝜌: Khối lượng riêng của vật liệu sấy ẩm, kg/m3.
n: Tốc độ quay của thùng, vịng/phút.
a: Hệ số cơng suất phụ thuộc vào dạng cánh và hệ số chưa đầy. Chọn 𝛽 = 0,1 suy ra 𝑎 = 0,038
Phần IV: LỜI KẾT
Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay, em đã ôn lại các kiến thức lý thuyết đã học trong phần q trình và thiết bị và các mơn học khác, đã học được cách tính tốn và thiết kế một hệ thống sấy thùng quay thực tế. Đồ án đã giúp em làm quen với việc tìm tài liệu và tra cứu, học cách tính tốn cơ khí và giúp em nắm được mối quan hệ giữa lý thuyết và thực tế.
Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế, tính tốn dựa trên nhiều các công thức thực nghiệm, được cho trong nhiều tài iệu khác nhau. Mặt khác do ngun liệu sấy là ngơ nên khơng có nhiều tài liệu tham khảo, nên trong q trình tính tốn em đã sử dụng những số liệu thay thế khác. Việc sử dụng công thức, số liệu như vậy đã không tránh khỏi sai số trong quá trình thiết kế.
Để có thể thiết kế được 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 khơng có thực tế kinh nghiệm, nên có nhiều điều chưa thật hợp lý, em rất mong nhận được sự hướng dẫn, góp ý thêm của các thầy cơ để hệ thống hoàn thiện hơn.
Tài liệu tham khảo
[1] – PGS-TSKH. Trần Văn Phú, (2001). “Tính tốn và thiết kế hệ thống máy sấy”, NXB Giao dục.
[2] – GS.TSKH. Mguyễn Bin, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Long Thanh Hùng, TS. Phan Văn Thơm, TS. Đinh Văn Huỳnh, TS. Trần Xoa, TS. Phạm Xuân Toản, (1999). “Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất” (Tập II) NXB KH- KT.
[3] - GS.TSKH. Nguyễn Bin, PGS.TS. Đỗ Văn Đài, PGS.TS. Nguyễn Trọng Khuông, KS. Long Thanh Hùng, TS. Phan Văn Thơm, TS. Đinh Văn Huỳnh, TS. Trần Xoa, TS. Phạm Xuân Toản, (1999). “Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ
hóa chất” (tập I), NXB KH-KT.
[4] – PGS.TS. Tôn Thất Minh, Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Tân Thành, (2015). “Các quá trình và thiết bị trao đổi nhiệt”, NXB Bách Khoa Hà Nội.
[5] – PGS.TS.Hoàng Văn Chước, (2006). “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy”, NXB KH-KT.
Ngồi ra cịn có các tài liệu khác như “Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm” – Nguyễn Văn May, NXB KH-KT Hà Nội.