1. Cân bằng vật liệu
4.1. Tính chọn calorifer
Trong kỹ thuật sấy người ta thường sử dụng 2 loại caloriphe để đốt nóng không khí: caloriphe khí-hơi và calorife khí - khói. Trong đồ án này, chúng em cũng chọn calorife khí - hơi, Calorifer khí-hơi là loại thiết bị có vách ngăn. Trong ống là hơi bảo hòa ngưng tụ và ngoài ống là khí chuyển động. Do hệ số tỏa nhiệt khi ngưng αN của hơi lớn hơn hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khíαk. Theo lí thuyết truyền nhiệt, phía không khí thường được làm cánh để tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt.
Nhiệt lượng mà caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là:
Q=L . ¿) = 36199,05( 112,9652 – 73,8025) = 1417652,535[KJ/h] = 393,792 kW
Do nhiệt độ tác nhân sấy không cao lắm nên ta chọn lò hơi có áp suất bão hoà là 2 bar. Tra bảng nước và hơi nước bão hoà theo áp suất ta có ẩn nhiệt hoá hơi r = 2202 KJ/kgđộ. Nhiệt độ hơi bão hoà là 120oC.
Với công suất nhiệt của Caloriphe yêu cầu trong quá trình tính toán sấy thực tế ở trên ta có Qcaloriphe = 393,792 kW. Coi hiệu suất của Caloriphe là 90% (10% tổn thất bụi bẩn, vật liệu chế tạo lâu ngày bị ăn mòn) do đó công suất nhiệt mà hơi nước vận chuyển cho thiết bị sấy:
Qcal = Q = 393,792 = 437,54 kW
0,9 0,9
Giả sử hiệu suất truyền nhiệt của caloriphe làηc=96 % Lưu lượng hơi cần cung cấp là:
D= Q
ηc . r
Các thông số ban đầu của caloriphe: Đường kính ống d2/d1 (mm) - Chùm ống bố trí so le với 24/22 - Ống làm bằng thép có hệ số dẫn nhiệt
GVHD: Trần Lưu Dũng
- Chiều dày cánh:
- Cánh làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt
- Bước cánh:
- Đường kính
- Chiều dài phần nằm ngang của ống: l =1,2m Tính chênh lệch nhiệt độ:
Ta có: Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của caloriphe: (15.5 và 15.6)
∆ t0=tnv −t0=120−27,2=92,8 ℃
∆ t1=tnr−t1=120−65=55 ℃
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình của khí và hơi:
∆ttb= ∆ t0−∆ t
1 = 92,8−55 =72,7
∆ t0ln 92,5ln
∆ t1
Vậyttb = 120 – 72,7 = 47,3℃
Tính hệ số cấp nhiệt cho ống ngoài
Bước cánh:
Số cánh trên một ống: (Trang 219 )
oC (công thức 15.4-kỹ thuật sấy, trang 218)
(Trang 220 [8])
→ Lấy cánh
Chiều cao của cánh: (Trang 219 [8])
Diện tích phần không làm cánh của một ống: (Trang 219 [8])
F'0=π d2t nc=π (0,024)(0,003)(343)=0,077 m2
Diện tích phần cánh của một ống: (Trang 219 [8])
F' =2(
c
Đường kính tương đương của ống: (Trang 219 [8])
d xđ =
Khi đó, tốc độ không khí cực đại tại khe hẹp nhất của caloriphe: (Trang 220 [8])
(m/s)
- Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng : (Trang 220-KTS)
Với nhiệt độ trung bình không khíttb=0,5(27,2+65)=46,1℃ ta tìm được: (W/m.độ)
Với ống so le, chuẩn số Nusselt: (Trang 220 [8])
46
GVHD: Trần Lưu Dũng Đồ án Kỹ Thuật Thực Phẩm
- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh: (Trang 220)
Diện tích ngoài của một ống có cánh:
' '
F =F +
2 0
Hiệu suất cánh , với
Với và = 0,30; từ biểu đồ ta tìm được:
Hệ số trao đổi nhiệt tương đương phía ống có cánh: (Trang 220 )
α 2=αC . F'C .(nC + χ )=39,69. 0,55 .(0,97+ 0,14)=38,64 (W /m2K ) F'20,627 Hệ số cách : (Trang 221) 47
GVHD: Trần Lưu Dũng Đồ án Kỹ Thuật Thực Phẩm
Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước bão hòa trên đường ống khi màng chất ngưng tụ chảy tầng (Trang 221)
Chọn (tb−tw )=0 , 7∘C. Ta sẽ kiểm tra lại độ chênh lệch độ này sau khi tính được hệ số truyền nhiệt k. Khi đó:
α1=0,720
¿ 26964 W /m2K
Hệ số dẫn nhiệt: (Trang 221)
Kiểm tra lại độ chênh
Mật độ dòng nhiệt truyền qua caloriphe: (Trang 221 )
q c=k △ttb=290.72,7=21083(W /m)
Theo phương trình truyền nhiệt, ta có mật độ truyền nhiệt qua mặt phẳng: (Trang 221)
q c=k △ttb=α1 △ t1=α2△ tk→(tb−tw )= qc
= 21083
≈ 0,7
α 126964
Như vậy, giả thiết là chính xác.
Diện tích bề mặt bên trong của calorifer:
GVHD: Trần Lưu Dũng Đồ án Kỹ Thuật Thực Phẩm
Lấy hiệu suất calorifer
Q F= K . △tb ηC Số ống cần thiết: (Trang 221 ) n= F π . d 1. l Số ống trong một hàng: Chọn số hàng ống z= 25 (Trang 221 ) m= n z = 333 25≈ 14ống Tổng số ống calorifer: (Trang 221 ) N=m. z=25.14=350ống Kích thước calorifer: Chiều dài: l= 1200mm Chiều rộng:b=z . s2=25.45=1125 mm Chiều cao:h=m. s1=14.80=1120 mm 4.2 Chọn quạt
Lưu lượng quạt: V = 3,39 m3 /s
Thể tích không khí ẩm theo điều kiện tiêu chuẩn (t0 = 0℃,p0 = 760mmHg)
V 0 =
Với :o: khối lượng riêng của không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn o = 1,293 kg/m3
→ V 0 = 36199,051,293 = 27918,832m3/h Cột áp toàn phần mà quạt phải thực hiện:
GVHD: Trần Lưu Dũng Đồ án Kỹ Thuật Thực Phẩm P = PC + pa + Ps + Px + Pd (15.14) Vậy: P C = 50 mmH2 O : trở lực qua Calorifer pa = 0: trở lực qua đường ống dẫn
Ps= 30 mmH2O: trở lực qua thiết bị sấy
Px = 0: trở lực qua thiết bị lọc bụi
Pd = 40mmH2O: áp suất đọng của khí thoát
→ P = 50+30+40 = 120 mmH2 O
Vậy tổng công suất của quạt: N= k.
Trong đó: k là hệ số dự phòng. Chọn k =1,1
ηqlà hiệu suất của quạt. Chọnηq =0,6
Vậy chọn công suất quạt : N = 20 kW
50