Lượng nhiệt tổn thất cho quá trình sấy lý thuyết

1. Cân bằng vật liệu

2.2.5 Lượng nhiệt tổn thất cho quá trình sấy lý thuyết

- Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy:

Q = L (I1 - I0) = 35002,397 (112,9652 - 72,8143 ) = 1405377,742 (kJ/ mẻ)

(công thức dòng 30-trang 103, Sổ tay QT và TB CNHH tập 2, NXB KHKT,2006)

- Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay hơi 1 kg ẩm: I20 – Io 112,9652 – 73,8025

q = = = 3236,586 (KJ/Kg ẩm)

d20 –do 0,0304 – 0,0183 2.2.6. Tính chọn thời gian sấy

Ta có: t1 = tk = 650C, φ1 ≈ 11,2 %. Tra đồ thị I-d, ta được nhiệt độ tư

≈ 32oC.

Cường độ bay hơi:

Jm = αm(pm – pa) 760 kg/m2.h B

(công thức dòng 22-trang 32-Tính toán và thiết kế hệ thống sấy- Trần Văn Phú, NXBGD,2001)

Với B: áp suất khí trời nơi ta xác định được độ ẩm tương đối φ, B = 760 mmHg

αm : Hệ số bay hơi ,kg/m2 .h mà ta có Jm .r = α (tk -tư)

với r là ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/kg

α: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên (W/m2.K)

(suy ra từ công thức 2.32, 2.33, 2.34-trang 31 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy Trần Văn Phú, NXBGD,2001) chúng ta được: => Pm – Pa = . (tk - tư) = A(tk - tư)

α Với A gọi là hệ số ẩm kế A=

αm.r

Chọn vận tốc tác nhân trong hầm sấy là v = 0,5 m/s (theo chế độ sấy nấm-trang 109, Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy,NXBGD,2008).

6,75

Vì v ≥ 0,5 m/s nên theo thực nghiệm: A = (65 + ). 10-5 (công thức 2.37b

v

trang 32 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)

6,75

A= (65 + ). 10-5 = 65.10-5

0,5. 3600 Khi tốc độ dòng khí v ≤ 5 m/s: α = 6,15 + 4,17 v, W/ .K (công thức 7.46-trang 144 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001) => α = 6,15 + 4,17 x 0,5.3600 = 7512,15 (W/m2 .K) α 7512,15 Từ A, α suy ra: αm = = = 4635,842 kg/m2.h A.r 65.10-5.2493 => Jm = αm. (Pm-Pa) = αm. A. (tk - tư) = 4635,842. 65.10-5 .(65 - 32) = 99,438 (kg/m2.h) - Tốc độ sấy đẳng tốc N =100. J�. � (%/h)

: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/mẻ

f: diện tích bề mặt vật liệu, m2 .Chọn đường kính nấm Linh Chi d =10cm. Chiều dày nấm h = 1 cm.(trang 140 Nuôi trồng và sử dụng Nấm ăn, Nấm dược liệu-Trần Hữu Đống, NXB Nghệ An). Xem

như mũ Nấm linh chi có dạng hình tròn và phần cuống bị cắt bỏ ta có diện tích bề mặt riêng:

f = 2 + 2 = 2 + 2 . 0.01 0.019

N= 100. 99,439. 0.019 188,934 (%h) - Độ ẩm cân bằng = 12,983 %

- Độ ẩm tới hạn: = + (theo công thức 5.26-trang 103 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)

= 12,983 + = 54,65 %

Thời gian sấy: T = + = - .ln , h

( thay công thức 5.25 vào ct 5.31 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)

T = - ln = 0, 77 h

Thực tế không khí chuyển động trên vật liệu không được đồng đều, vì vậy thời gian sấy lý thuyết cần phải tăng lên từ 1,5 đếm 2 lần.

Chọn thời gian sấy : T = 2.0,77 = 1,54 h

2.3. Tính chọn số xe goong và kích thước của hầm sấy

Chọn kích thước xe goòng:

- Chiều cao xe: = 1700 mm

- Chiều cao bánh xe: = 100 mm

- Chiều dài xe: = 1000 mm

Chọn kích thước khay sấy: - Chiều dài khay = 1000 mm - Chiều rộng xe = 1000 mm - Chiều cao khay = 50 mm

- Khoảng cách giữa 2 khay: 50mm + Hai giàn đỡ cách nhau 100 m

Khay có chừa mép để thuận tiện cho việc di chuyển khay, mỗi mép cách khay 0,01m. Trên khay có đục lỗ phía đáy để nâng cao hiệu suất sấy. Mỗi lỗ có đường kính d= 0,005m, khoảng cách giữa 2 lỗ là 0,005m, khoảng cách từ tâm tới khay là 0.005m. Ta có:

Gọi x là số lỗ trên 1 hàng,ta có:

1 = 0,02×2 + 0,005.2 + 0,005x + 0,005.(x - 1) => x = 96 [lỗ]

Vậy số lỗ trên 1 khay = xy =96.96 = 9216 [lỗ]

Một xe goòng sẽ đặt 17 khay Khối lượng vật liệu sấy trên 1 xe ( mỗi khay chứa 5kg nấm tươi):

= 5 . 17 = 85 kg Số xe goòng cần thiết là: N= = ≈ 10 xe Kích thước hầm sấy Chiều rộng: = + 2.50 = 1100mm Chiều dài: = n. + 2.= 15.1000 + 2.1000= 17000 mm Chiều cao: = + 2.50= 1700+ 2.50 = 1800 mm

Kích thước phủ bì hầm sấy. Hầm sấy được xây bằng gạch có bề dày 1 250mm. Nền hầm sấy sẽ được đổ bê tông dày 400mm.

Trần hầm sấy được đổ bêtông xốp, nhẹ, có chiều dày 2=70mm và trên đó có rải một lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh có chiều dày 3= 150mm. (Trần Phú ,2001-trang 197) .Như vậy, kích thước phủ bì của hầm sấy bằng:

Chiều rộng: B = + 21 = 1100 + 500 = 1600 mm

Chiều cao: H = + 2 + 3 = 1800 + 70 +150 + 100 = 2120 mm

PHẦN 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY

3.1. Tính toán nhiệt hầm sấy

3.1.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Theo kinh nghiệm sấy nông 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 = – (5÷10). Vậy = 65 – 5 = 60.

Nhiệt dung riêng của nấm ra khỏi hầm: ()= + (-). = 1,46+ ( 4,18 – 1,46).0,15 = 1,868 kJ/kg.K (theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy,NXBGD,2008 –trang 103).

= = = 25,53 ( kJ/kg ẩm)

3.1.2. Tổn thất do thiết bị vận chuyểna. Tổn thất do xe goòng mang đi qx: a. Tổn thất do xe goòng mang đi qx:

Chọn xe goòng được làm bằng thép CT3 với khối lượng = 45 kg, = 0,5 kJ/kg.K. Do đó: (theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy, NXBGD, 2008 –trang 103).

b. Tổn thất do khay đựng mang đi :

Khay đựng sản phẩm làm bằng nhôm có đục lỗ với = 2 kg, = 0,86 kJ/kg. Do đó: (theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy, NXBGD, 2008 –trang 103).

=

= = 31,4 kJ/kgh

Vậy tổn thất do thiết bị truyền tải : = qx + qk = 13,04 + 31,4 = 44,44 kJ/kg ẩm.

3.1.3. Tổn thất ra môi trường

Diện tích tự do của hầm sấy:

= (.- 14..) = ( 1,1.1,8 – 14.1.0,05) = 1, 28

Tác nhân sấy khi vào hầm sấy có = 65 và = 11,2 %. (Theo phụ lục 5 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001- trang 196),với thông số này thể tích không khí ẩm chứa một kh không khí khô = 1,004 /kgkk. Tương tự ta có tác nhân sấy ở = 35 và = 81,3 % => = 0,937 /kgkk. Do đó:

= = = 22819,74 = = = 21297,12

Lượng thể tích trung bình: = 22058,37 = 6,127 Lưu lượng tác nhân sấy tối thiểu:

= = = 4,43 m/s

(trần phú ,2001-trang 198)

Tường hầm sấy làm bằng gạch đỏ có bề dày 0,25m và hệ số dẫn nhiệt là 0,77W/K.

Do lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực V bao giờ cũng lớn hơn . Do đó ta giả thiết tốc độ trong quá trình sấy thực là w = 4,5 m/s.

- Các dữ liệu tính mật độ dòng 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:

= = = 50

+ Nhiệt độ dịch thể lạnh là nhiệt độ môi trường: = 27,2

Kích thước xác định chiều cao tường hầm sấy: Hh = 1800 mm và hệ số dẫn nhiệt: = 0,77 W/mK. Chúng ta đem tác nhân sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ v = 4,5 m/s, không khí bên ngoài 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 α1 và giữa mặt ngoài tường hầm với môi trường α2 tính theo công thức sau:

= 6,15 + 4,17.w = 6,15 + 4,17.4,5 = 24,915 W/

(công thức 7.46 trang 144 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)

=

(công thức 7.50 trang 145 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)

Từ đây, phương pháp lặp theo công thức: = (-)= ()(+)=(-)

= 35,56 W/ = - = 48,7 - = 37,15

Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt ngoài của tường với môi trường: = 37,15 – 27,2 = 9,95

Nhiệt độ xác định = (/2 = = 32,2

Tại tra bảng (I.255 STQTTBT1 trang 318) ta được: = 2,69. W/m.độ v = 16,19./s

Pr = 0,7 = = = 6,9. 2.= 4,6.

( Tra hệ số C,n từ bảng : Vì chế độ chuyển động là chảy rối nên C= 0.135; n=1/3)

= 0,135= 224,51 = = = 3,35 W/K

= (-) =3,35.( 37,15 – 27,2) = 33,33 W/

- So sánh sai số của dòng nhiệt : .100% = 6,27% Vì sai số của dòng nhiệt không quá 10%. Do đó:

- Tổn thất qua 2 tường bên: = = = 1,507 W/K

Tiết diện tường bên:

= = = 17,87 kJ/kgh

- Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và trần : = = = 1,74

Tiết diện trần hầm sấy:

= = = 6,305 kJ/kgh

- Tổn thất qua 2 cửa hầm sấy. Cửa hầm sấy được làm bằng thép có chiều dày = 5mm và hệ số dẫn nhiệt = 0,5 W/K. Do đó:

= = = 2,86 W/

Tiết diện cửa:

Cửa phía TNS vào có độ chên lệch nhiệt độ ( còn nửa đầu kia có độ chênh lệch bằng (. Do đó:

= =

= 2,194 kJ/kgh - Tổn thất qua nền :

Tiết Nhiệt độ trung bình của TNS từ khi đi vào đến khi ra khỏi HTS là .

Tiết diện nền:

Giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2m. qntb = 34,866 W/m2 = = 5,541 kJ/kgh - Tổng tổn thất ra môi trường: = + = 17,87+ 6,305 + 2,194 + 5,541 = 31,91 kJ/kgh Tổng tổn thất . - - = 4,18.27,2 – 25,53 – 44,44 – 31,91 = 11,816 kJ/kg ẩm 3.2 Tính toán quá trình sấy thực tế

- Thông số trạng thái TNS sau quá trình sấy thực: = = 0,0183 + = 0,03 (kg ẩm/kgkkk)

= +) = 112,9652 + 11,816.( 0,03 – 0,0183)= 113, 103 Kj/kgkkk = = .100% = 80,7%

3.3. Tính lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực - Lượng không khí khô thực tế: - Lượng không khí khô thực tế:

L = = = 36199,05

V =.L = 1,001. 36199,05 = 36235,25 /h

- Kiểm tra tốc độ giả thiết: v = =

3.4 Thiết lập bảng cân bằng nhiệt

- Nhiệt lượng có ích : = 2493 + . = 2569,99

= . = 2569,99 – 4,18.27,2 = 2456,294

- Tổn thất nhiệt do TNS mang đi : . ( ) )

= 36199,05/423,529 .1,036 ( 35- 27,2) = 690,66

- Tổn thất nhiệt theo tính toán = + +

= 2456,294 +690,66 +25,53 +44,44 + 31,91 = 3248,834

- Nhiệt lượng Calorifer cần cung cấp q: )

= ( 112,9652 – 73,8025) = 3347,238 ẩm Sai số = = 2,93%

TT Đại lượng Kí hiệu ẩm % 1 Nhiệt lượng có ích 2456,29 4 2 Tổn thất do TNS 690,66 3 Tổn thất do VLS 25,53 4 Tổn thất do TBTT 44,44 5 Tổn thất ra môi trường 31,91 6 Tổng nhiệt theo tính toán 3248,83 4 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3347,23 8

8 Sai số tương đối 2,93

- Hiệu suất nhiệt của hầm sấy:

= = = 75,6% ( KTS- Trần Văn Phú, Trang 106)

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ

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 khí . 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: ) = 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 = = = 437,54 kW

Giả sử hiệu suất truyền nhiệt của caloriphe là

 Lưu lượng hơi cần cung cấp là: (kg/h)

Các thông số ban đầu của caloriphe: Đường kính ống d2/d1 (mm) Nhiệt độ không khí vào (C) Nhiệt độ không khí ra (C) Nhiệt độ hơi nước vào (C) Nhiệt độ hơi nước ra (C) 24/22 27,2 65 120 120 Ống làm bằng thép có hệ số dẫn nhiệt � = 45 �⁄�� Chùm ống bố trí so le với bước ống: �1 = 0,08 �; �2 = 0,045 � Cánh làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt �� = 110 �⁄�� Đường kính cánh: �� = 40 �� Chiều dày cánh: �� = 0,5 �� Bước cánh: � = 3 �� Đường kính ống: �� = 0,6 �

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)

 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình của khí và hơi:

oC (công thức 15.4-kỹ thuật sấy, trang 218) = 120 – 72,7 = 47,3

Tính hệ số cấp nhiệt cho ống ngoài 2(Trang 220 [8]) Bước cánh: 0,003 0,0005 0,0035 c c s   t    m Số cánh trên một ống: (Trang 219 ) 1.2 342,85 0,0035 c c l n t      → Lấy nc 343cánh

Chiều cao của cánh: (Trang 219 [8]) 2 0,04 0,024 0,008 2 2 c d d h     m

Diện tích phần không làm cánh của một ống: (Trang 219 [8])

Diện tích phần cánh của một ống: (Trang 219 [8])

Đường kính tương đương của ống: (Trang 219 [8])

Khi đó, tốc độ không khí cực đại tại khe hẹp nhất của caloriphe: (Trang 220 [8])

max 2 1 1 2,5 3,72 2 0, 024 2.0,008.0,0005 1 ( ) 1 ( ) 0, 08 0, 08.0,0035 c c h d s s s           (m/s)

- Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng : (Trang 220-KTS)

Với nhiệt độ trung bình không khí ℃ ta tìm được:

6 2 2 17,95.10 ( / ), 2,83.10 v  m s    (W/m.độ) max 6 3,72.0,027 Re 5595,54 17,95.10 td d v     

Với ống so le, chuẩn số Nusselt: (Trang 220 [8])

0,67 1 2 0,2 1 2 0,2 2 0,67 0,2 0,2 0, 251Re ( ) ( 1) 0,08 0,024 0,08 0,024 0, 251.5595,54 ( ) ( 1) 0,024 0,003 37,87 s d s d Nu d t             

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh: (Trang 220)

2 2 . 37,87.2,83.10 39,69(W / ) 0,027 k c td Nu m K d      

Diện tích ngoài của một ống có cánh:

Hiệu suất cánh nc, với 2

0,04 1,66 0,024 C d d   2. 2.39,69 38 . 110.0,0005 . 38.0,008 0,30 C C C h h            

Với 2

C d

d và h= 0,30; từ biểu đồ nC  f(d dC 2h)ta tìm được: nC 0,97

Hệ số trao đổi nhiệt tương đương phía ống có cánh: (Trang 220 )

Hệ số cách C: (Trang 221) 2 2 2 2 2 1 ( ) 343(0,04 0,024 ) 1 1 7,65 2 2.0,022.1, 2 C C C n d d d l        

Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước bão hòa trên đường ống khi màng chất ngưng tụ chảy tầng (Trang 221)

Chọn . Ta sẽ kiểm tra lại độ chênh lệch độ này sau khi tính được hệ số truyền nhiệt k. Khi đó:

Hệ số dẫn nhiệt: (Trang 221) 2 1 2 1 1 290W / 1 1 1 0,001 1 26964 45 38,64.7, 65 C k m K            

Kiểm tra lại độ chênh (tb tw)

Mật độ dòng nhiệt truyền qua caloriphe: (Trang 221 )

Theo phương trình truyền nhiệt, ta có mật độ truyền nhiệt qua mặt phẳng: (Trang 221)

Như vậy, giả thiết (tbtw) 0,7 oC

là chính xác. Diện tích bề mặt bên trong của calorifer:

Lấy hiệu suất calorifer C= 0,75(C= 0,5÷0,75) (Trang 329 ) (Trang 326 ) Số ống cần thiết: (Trang 221 ) (ống) Số ống trong một hàng: Chọn số hàng ống z= 25 (Trang 221 ) ống Tổng số ống calorifer: (Trang 221 ) ống Kích thước calorifer: Chiều dài: l= 1200mm Chiều rộng: Chiều cao: 4.2 Chọn quạt

Lưu lượng quạt: V = 3,39 m3 /s