2.2 .2Tính tốn trạng thái khơng khí vào hầm sấy
2.2.4 Tiêu hao khơng khí
- Lượng khơng khí cần thiết trong q trình sấy (Cơng thức VII.19.[3]): L = (kg/h)
- Lượng khơng khí cần làm bay hơi 1 kg ẩm: ( công thức VII.18 [3] ): l = = 56,65 (kg/h)
2.2.5 Lượng nhiệt tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết
- Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả q trình sấy ( cơng thức dịng 30 – trang 103, [2] ): Q = L(I1-I0) = .() = 1883697 (kj/ mẻ)
- Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay hơi 1 kg ẩm bão hịa theo (cơng thức VII.22a – trang 103 [2]):
q = = 3558,1 (kj/kg ẩm)
2.2.6 Tính chọn thời gian sấy
Ta có : t1 = tk = 80 ,Tra đồ thị I-d , ta được nhiệt độ tư 34 Cường độ bay hơi theo cơng thức (dịng 22- trang 32 – [1])
Jm = am(Pm-Pa ). , kg/m2.h
Với B: áp suất khí trời, B = 760 mmHg am: hệ số bay hơi , kg/m2.h
Ta lại có Jm .r = a(tk-tư ) Với r: ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/kg
a: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ( W/m2.K)
Suy ra từ công thức 2.32, 2.33, 2.34 – trang 31 [1].
Chọn vận tốc tác nhân trong hầm sấy là v = 2,5 m/s
Vì v 0,5 m/s nên theo thực nghiệm A = ( 65+ ).10-5 (công thức 2.37b-trang 32 [1]):
A = (65+).10-5 65.10-5
Khi tốc độ dịng khí v 5 m/s , a = 6,15+4,17 v, (W/m2.K) (công thúc 7.46 trang 144 [1]):
a = 6,15+4,17.2,5.3600 = 37536,15 (W/m2.K) Từ A, a suy ra: am = = = 23164 kg/m2.h
Jm = am.(Pm-Pa ) = am .A.(tk-tư) = 23164.65.10-5(80-34) = 692,60 (kg/m2.h)
Tốc độ đẳng tốc
N = 100 .Jm .f ( %/h) (công thức5 trang 63 [5]) Gk: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/mẻ
f: diện tích bề mặt vật liệu , m2. Đường kính tiêu là 5 mm f = = 3,14.0,0052 = 7,85.10-5 m2
N = 100.692,60.7,85.3,6.10-5 = 19,5 (%/h) Độ ẩm cân bằng wcb = 13%
Độ ẩm tới hạn wth = wcb + (5.26 trang 103 [1]) wth = 13 + = 38 %
- Thời gian sấy t1 = = 0,35 h
Thời gian sấy t2
) = 3,2 h
Thực tế chuyển động sấy trong vật liệu không đồng đều nên thời gian sấy lý thuyết cần tăng lên 1,5 đến 2 lần chon A = 1,7
T = A.(t1+t2) = 1,7. (0,35+3,2) = 6 h
2.3 Tính chọn số xe goong và kích thước của hầm sấy
Chọn khay sấy làm bằng nhơm kích thước (1200 mm. Khay có chừa mép để thuận tiện cho việc di chuyền khay, mỗi mép 20 mm và thành khay 4 phía cao 50 mm.
Trên khây có đục lỗ phía đáy để nâng cao hiệu suất sấy, mỗi lỗ có đường kính 2 mm. Khoảng cách giữa các tâm lỗ với thành khay là 5 mm.
Ta có: - Diện tích khay (1,2- 0,02.2) .(1,2-0,02.2) = 1,3456 m2 - Gọi x là số lỗ trên 1 hàng: 1,2 = 0,02.2+0,005.2+0,005.x +0,002(x-1) 164 lỗ - Số lỗ trên 1 khay: x.x = 164.164 = 27083 lỗ. Bảng 2.1. Thông số chọn xe gịong
Đối tượng Thơng số
Chiều dài xe 1200+ 25 x 2 = 1250 mm Chiều rộng xe 1200+2 x 25 = 1250 mm Chiều cao xe h = 2150 mm
Chiều cao sàn xe h1 = 150 mm (đường kính bánh xe 10 cm) Chiều cao chứa khay h2 = h-h1 = 2150-150 = 2000mm
khoảng cách giữa 2 khay 100 mm Chọn khối lượng vật liệu trên 1 khay 10 kg
Số khay k = = 20 ( khay) Số xe goong cần thiết là n = = = 8 xe
Khối lượng vật liệu sấy trên 1 xe Gvlsx = 10 x 20 = 200 kg
2.4 Kích thước hầm sấy
Gọi r là khoảng cách giữa 2 xe goòng lấy r = 0,1 m
Và la là khoảng cách ở 2 đầu hầm để phân phối khơng khí vào và ra la = 0,5 m
Chiều dài hầm sấy
L = b.n +(n-1) .r +2la = 1,25.8+(7-1).0,1+2.0,5 = 11,6 m
Chiều rộng của hầm
B = l+2r1 với r1 = 0,3 là khoảng cách giữa xe goong va tuong hầm sấy B = l+2.03 = 1,25 +2.0,3 = 1,85 m
Chiều cao của hầm
H = h+r2 với r2 = 0,3 m, là khoảng cách giữa trần với xe Hh = 2,15+ 0,3 = 2,45 m
Bảng 2.2. Thơng số kích thước hầm sấy.Đại lượng Thơng số Đại lượng Thơng số Chiều dài hầm sấy 11,6 m Chiều rộng của hầm 1,85 m Chiều cao của hầm 2,45 m
2.5 Kích thước phủ bì của hầm
Tường được xây bằng gạch đỏ có chiều dày = 250 mm, lớp cách nhiệt = 70 mm.
Trần hầm sấy được đổ nhẹ 1 lớp bê tơng, có chiều dày = 70 mm và trên đó có rải một lớp cách nhiệt bằng bơng thủy tinh có chiều dày = 150 mm. Như vậy kích thước hầm
Chiều rộng phủ bì của hầm là:
BN = Bh + 2.( ) = 1,85 +2.(0,25+0,07) = 2,49 m Chiều cao phủ bì của hầm là:
H = Hh + = 2,45+0,15+0,07 = 2,67 m
Bảng 2.3. Thơng số phủ bì hầm
Độ dày bê tông xốp trần hầm = 250 mm
Độ dày lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh trần hầm = 70 mm
Chiều rộng phủ bì của hầm 2,49 m
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN NHIỆT Q TRÌNH SẤY (SẤY THỰC)
3.1.Mục đích tính tốn nhiệt:
Mục đích của tính tốn nhiệt là xác định tiêu hao khơng khí dùng cho quá trình sấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kj/h. Trên cơ sở tính tốn nhiệt xác định các kích thước cơ bản của thiết bị. Đồng thời qua việc thiết lập cân bằng nhiệt và cân bằng năng lượng của hệ thống sẽ xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu xuất sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như tiêu hao riêng nhiệt của hầm sấy và hệ thống.
3.2. Tính tổn thất nhiệt
3.2.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra ngồi
Theo kinh nghiệm sấy nơng sản nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy từ 5 đến 10.Trong hệ thống sấy hầm, tác nhân sấy cắt ngang vật liệu sấy, nên ta có tv2 = t1-(5 đến 10).Vậy tv2 = 80-10 = 70.
Nhiệt dung riêng của tiêu ra khỏi hầm:
Cv2 = Cvl (1-)+Ca. (kJ/kgK)
Ca – Là nhiệt dung riêng của nước
Cvl – Là nhiệt dung riêng của tiêu khô
Ca = 4,18 (kJ/kgK)
Cvl = 1,32 (kJ/kgK)
Cv = 4,18.0,15+1,32(1-0,15) = 1,749 (kJ/kgK) ( [4] – 103 )
Tổn thất do vật liệu mang đi
Qv = G2.Cv2.(tv2-tv1)/w = 970,59.1,749.(70-23,3)/529,41 = 149,74 (kJ/kg ẩm)
Tổn thất do thiết bị vận chuyển
a) Tổn thất do xe goong mang đi: Xe goong được làm bằng thép CT3 với khối lượng Gx = 35 kg, Cx = 0,5 kJ/kg K .Do đó
qx = ([4] , 2008 – Trang 103) qx = = 14,99 kj/kg ẩm
b) Tổn thất do khay đựng mang đi qk:
Khay đựng sản phẩm làm bằng nhơm có đục lỗ với Gk = 4 kg, Ck = 0,86 kJ/kg. Do đó : qk = = = 58,94 kJ/kg ẩm
([4] , 2008- trang 103 )
Tổn thất do thiết bị truyền tải là
qtt = qx +qk = 14,99+58,94 =73,93kj/kg ẩm.
3.2.2 Tổn thất ra môi trường
Vận tốc tác nhân sấy v = 2,5 m/s
Các dữ liệu tính mật độ dịng nhiệt truyền qua 2 tường bên hầm sấy:
Nhiệt độ dịch thể nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: tfl = =
Nhiệt độ dịch thể tích lạnh là nhiệt độ mơi trường tf2 = 23,
Kích thước xác định là chiều cao tường hầm sấy : Hh = 2,45 m
Tường xây bằng gạch dày 250 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 = 0,77 W/Mk . Bên ngoài là lớp cách nhiệt dày 70 mm ,hệ số dẫn nhiệt là z = 0,053 W/Mk .
Tác nhân sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức tốc độ v = 2,5 m/s, khơng khí bên ngồi chuyển động đối lưu tự nhiên và chảy rối
Hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và tường bên ktb : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và tường hầm sấy thực 1 va giữa mặt ngồi tường hầm với mơi trường 2 tính theo công thức :
1 = 6,15+ 4,17 .w = 16,5 W/m2 (cồn thức 7.64 [1])
Tính các toán tổn thất
Giả sử nhiệt độ vách trong của tường là : tw1 = 52 Mật độ dòng nhiệt truyền từ tác nhân sấy vào tường là:
q’ = 1.(ttb -tw1) = 16,5 .(58-55) = 49,41 W/m2
Nhiệt độ mặt ngoài của tường là tw2 theo hệ số định luật Furier: tw2 = tw1 - = 53- = 35,95
= tw2 -t0 = 12,65
Từ nhiệt độ tm tra bảng thông số vật lý của khơng khí ( [3] trang 318 ) ta được: = 2,67.10-2 W/m.độ
v = 16 .10-6 m2/s Pr = 0,701
Tiêu chuẩn grat:
Gr = = = 8,03.109
Nu = C .(Gr .Pr )n = 0,135 .(5,625 .109)1/3 = 241
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên 2 bằng:
2 = = = 3,785 (W/m2.K)
Dịng nhiệt truyền từ bề mặt ngồi của tường vào môi trường:
q’’ = 2 .(tw2 -tf2) = 3,785 .(35,95-23,3) = 47,88 W/m2
Sai số tương đối:
= 3,1 % chấp nhận sai số nằm trong giới hạn cho phép
Hệ số truyền nhiệt K: Ktb = = = 0,5 W/m2K
Tổn thất quá 2 bên tường: qtb = ( 3,6 .ktb .Ftb .(tf1 -tf2 ) )/W
= (3,6. 0,49.2.11,6.1,85.30,7)/529,41 = 6,28 KJ/kg ẩm
Tổn thất qua trần : 2tr= 1,32 = 1,3 . 3,785 = 4,9 W/m2
Do trần phụ hầu như khơng có tổn thất nên ở nay ta chỉ tính tổn thất qua trần chính. Có lớp bê tơng dày 70 mm với z2 = 1,15 W/mK cách nhiệt bông thủy tinh dày 150 mm với z3 = 0,058 W/mK
Hệ số dẫn nhiệt qua trần :
Ktr = = = 0,34 W/m2 .K
Qtr = 3,6.Ktr.Ftr .(tf1- tf2 )
Qtr = 3,6. 0,34 .11,6 .2,45 .(58-23,3)/W =2,38 (Kj/ kg ẩm)
Tổn thất qua cửa
Chiều cao cửa hc = 2,45 m Chiều rộng cửa bc = 1,5
- Hai đầu hầm sấy có cửa làm bằng thép dày 4 = 50 mm , có hệ số dẫn nhiệt z4 = 0,5
W/mK.
- Mỗi cửa gồm 3 lớp: 2 lớp phía ngồi làm bằng thép 304 dày δC1 = δC3 = 0,002 m có λ1 = 0,5 W/m.K; một lớp giữa làm bằng bơng thủy tinh cách nhiệt có δ2 = 0,03 m và λ2 = 0,058
W/m.K.
Kc == 1,133 W/m2.K Kc = = = 1,133 W/m2.K
- Cửa phải tác nhân sấy có độ chênh lệch nhiệt độ (t1 -t0) cịn đầu kia có độ chênh lệch nhiệt độ bằng (t2 -t0):
Qc = 2.3,6.Kc. Fc .(( t1-t0) +(t2 -to)) /W = 4,7 Kj/kg Tổn thất qua nền:
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 58 và giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2 m theo bảng 7.1 trang 142 sách thiết kế hệ thống sấy , ta có:
q = 37,97 W/m2
Do đó tổn thất qua nền bằng: Qn = 3,. Fn . q /W = 7,64 ( Kj/kg ẩm )
Như vậy tổn thấy nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra môi trường xung quanh bằng : Qmt = qt +qtr+qn +qc = 6,28 +2,38+ 4,7+ 7,64 = 21 ( kJ/ kg ẩm)
Tổng tổn thất: = Ca . tvl - qv – qct – qmt
3.3 Tính tốn q trình sấy thực
Vì q trình sấy khơng bổ sung nhiệt lượng, cho nên ta có : ( lượng nhiệt bổ sung thực tế): = Cn. t0 –( qvl + qm+qct ) Thơng số khơng khí ra khỏi hầm:
Ta có : I2 = I1 + (1)
Mặt khác: I2 = t2 + 0,001.d2 .(2500 + 1,97.t2 ) (2) Thay (1) vào (2) và biến đổi ta được:
Độ chứa hơi của khơng khí ra khỏi thiết bị sấy:
d2 = = 0,03345 ( kg/kg kkk)
Entanpy của khơng khí ra khỏi thiết bị sấy:
I2 = I1 + = 121,99 (kJ/kg kkk)
Độ ẩm tương đối của khơng khí ra khỏi thiết bị sấy là:
2 = = = 0,85 = 85%
= = = 1,07 kg/m3
Tính lượng tác nhân sấy trong q trình sấy thực
a) Khối lượng khơng khí khơ
Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy thực: l = = =54,49 (kg kk/kg ẩm)
- Lượng khơng khí lưu chuyển qua thiết bị sấy:
L = W.l = 529,41 .54,49 = 28850 (kg kk/ h). - Lưu lượng thể tích khơng khí cần thiết cho q trình sấy là:
V = = = = 27874 (m3/h).
Tiết diện của xe goòng (2 thanh thẳng đứng 502000 mm, 20 thanh nằm ngang 501000 mm): FX = 2.0,05.2 + 20.0,05.1,2 = 1,4 m2
Tiết diện của hầm sấy (18502450mm) : FH = 1,85 . 2,45 = 4,53 m2
Tiết diện tự do : Ftd= 4,53 – 1,4 = 3,1 m2
Tốc độ chuyển động của tác nhân sấy trong hầm là: Vt = = = 2,497 m/s.
Sai số nằm trong mức cho phép .
Tính tốn lượng nhiệt trong q trình sấy thực:
Nhiệt lượng tiêu hao q:
q = l (I1 – Io ) = 54,49 ( 124,5540 – 61,7534) = 3422 (kJ/ kg ẩm)
Nhiệt lượng có ích:
qci = i2 – Cn .tv1 = ( 2500 +1,97.36) – 4,18.23,3 = 2473 (Kj/ kg ẩm)
Tổn thất do tác nhân sấy mang đi Nhiệt dung riêng của khơng khí ẩm:
Ck = Ckk + 0,47 . = 1,004+ 0,47. = 1,011 ( kj/kg K)
q2 = l.Cdx( do ).(t2 -to) = 54,49 . 1,011( 36 – 23,3) = 699 ,63 (kj/ kg ẩm)
Tổng lượng nhiệt tổn thất và các tổn thất q:
q’ = qci +q2+qct +qv+qmt = 2473+699,63 +62,888+21+149,74 = 3408,258 ( kj/kg ẩm)
Có thể thấy nhiệt lượng tiêu hao q, tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ phải bằng nhau. Tuy nhiên trong q trình tính tốn chúng ta đã làm trịn hoặc sai số trong tính tốn các tổn thất nên chúng ta đã dẫn đến một sai số nhất định. Ở đây có sai số tuyệt đối:
= = = 0,00403 = 0,403%
Bảng 3.4 . Cân bằng nhiệt của hệ thống sấy
STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị [kJ/kg ẩm] %
2 Tổn thất do tác nhân sấy q2 699,630 20,440 3 Tổn thất do vật liệu sấy qV 149,740 4,300 4 Tổn thất do thiết bị truyền tải qTBTT 67,888 1,900 5 Tổn thất ra môi trường qMT 21,000 0,610 6 Tổng nhiệt lượng tính tốn q’ 3422,000 100,000 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3408,258 100,000
8 Sai số tương đối 0,403
Nhận xét : Qua bảng cân bằng nhiệt ta nhận thấy hiệu suất của thiết bị sấy vào khoảng 72,26%; tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi chiếm một phần nhỏ (khoảng 4,3%), tổn thất ra môi trường và do thiết bị truyền tải cũng chiếm một phần không đáng kể. Tổn thất chủ yếu do tác nhân sấy mang đi, vì vậy khi tính tốn thực tế ta có thể lấy gần đúng tổng tổn thất này vào khoảng 10%, từ đó việc tính tốn và thiết kế sẽ dễ dàng hơn.
CHƯƠNG 4. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
4.1 Tính chọn caloripher .
Caloriphe là thiết bị truyền nhiệt dủng đề gia nhiệt gián tiếp cho khơng khí sấy. Trong kỹ
thuật thường dùng hai loại caloriphe là caloriphe khí- khói và caloriphe khí-hơi. Ở đây ta chọn caloriphe khí – khói.
Bảng 4.5. thơng sốkích thước của caloriphe để sử dụng trong tính tốn:
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Ố n g Chiều dài L M 1,2 Đường kính ngồi d2 M 0,057 Đường kính trong d1 M 0,05 Bề dày ống M 0,003 5 Bước ống ngang dòng lưu chất s1 M 0,1 Bước ống dọc dịng lưu chất ngồi
ống s2 M 0,1
Đường kính ống ở mặt bích lắp ống
khói ra (vào) mm 400
Đường kính của ống cho khơng khí
ra (vào) mm 250
Chiều rộng mặt bích caloriphe M 500 Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống
(thép CT2) W/mK 57
Chọn nhiệt độ của khói vào caloriphe là: tkv = 2500C Nhiệt độ của khơng khí vào caloriphe là tkkv = 23,30C
Lưu lượng khơng khí vào caloriphe:Vkk = Thơng số của khơng khí khơ G’ = L = 29994,9 kgkkk/h = 8,33 kgkk/s
Nhiệt độ của khói ra khỏi caloriphe:
Tlr = tlv - = = 208
Độ chênh nhiệt độ
183,11
Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống
Trong đó:
: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
:hệ số xét đến trao đổi nhiệt bức xạ,theo kinh nghiệm , vậy ta chọn Với nhiệt độ trung bình của khói là: , ta tìm được,, ,
Khi đó ta có :
Giả sử vận tốc dịng khói là 2,5(m/s) ờ đường ống 0,4(m), vậy thì vận tốc của khói thổi vào caloriphe là:
160
Chuẩn số Reynolds:
Chuẩn số Nusselt:
(trang89-[5])
Đối với khói, trị số tiêu chuẩn ít thay đổi nên
phụ thuộc vào chiểu dài ống ,ta có
Hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt ngồi của ống với khơng khí Nhiệt độ trung bình của khơng khí:
Từ đó ta tra bảng có các thơng số sau: ;
; ;
Vận tốc của dịng khí trong ống dẫn trước khi vào caloriphe có đường kính là 0.5m
Vận tốc của dịng khí khi vào cửa của caloriphe dường kính 0,25m:
Chuẩn số Reynolds của dịng khơng khí:
Chuẩn số Nusselt của khơng khí:
Trong đó:: hệ số xét đến ảnh hưởng của bước ống:chùm song song:
= 833,313
= 13,485 (m2) Số ống khói là: Chọn n = 72 ống. Chọn số ống trên một hàng là m,và số hàng z = 8, khi đó: