Tốc độ bay hơi của nước phụ thuộc vào thiết kế, để biết được thời gian bay hơi cần tính thông số này.
Nếu gọi V (m/s) là tốc độ không khí trên bề mặt bể nấu; pm ,pa (mmHg ) tương ứng là phân áp suất bão hòa hơi nước trên bề mặt bể và phân áp suất nước tương ứng với độ ẩm tương đối φ của không khí bao quanh: r (kJ/kg) là nhiệt ẩn hóa hơi tương ứng ở áp suất pmthì nhiệt lượng cần thiết để cung cấp
cho 1kg nước bay hơi trong 1 h trên một đơn vị diện tích được tính theo công
thức[4] :
Q = 0,4075 .𝑣𝑣𝑘𝑘ℎ0,8ô𝑛𝑛𝑔𝑔𝑘𝑘ℎí . ( pm – pa ). r = 30,5625 .𝑣𝑣0.8. ∆p . r (3.4) Trong đó :
Q : Năng lượng để cung cấp cho 1 kg nước bayhơi trong 1 h ,kJ/m2 .h . 𝑣𝑣𝑘𝑘ℎô𝑛𝑛𝑔𝑔𝑘𝑘ℎí : Vận tốc của không khí trên bề mặt bay hơi m/s .
54
pm: áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ tương ứng của không khí ,bar. pa: áp suất hơi tại nhiệt độ tương ứng của không khí ,bar .
∆p: Độ chênh áp suất ,bar .
r : Nhiệt ẩn hóa hơi tại nhiệt độ tương ứng ,kJ/kg.
Áp suất khí quyển p= 1 bar , nước chạt được đưa từ nhiệt độ . t1 =30°𝑀𝑀 lên nhiệt độ t2 = 70°𝑀𝑀 ;
Xác định pm (nhiệt độ của nước chạt 25°𝐵𝐵éở trạng thái t2 =70°𝑀𝑀 ) . Pm = 0,03117 bar [ 2 ].
Bể kết tinh hình hộp chữ nhật, làm bằng chất liệu inox kích thước dài x rộng x cao lần lượt là : 9 x 5 x 0,5 m.
Do tính chất “ tốc độ bay hơi của nước phụ thuộc vào vận tốc dòng không
khí di chuyển trên bề mặt bay hơi” [2] . Tiến hành đặt 4quạt công nghiệp hình
trụđặt trên thành bể(đặt quạt dọc theo chiều rộng 5 mét của bể, cứ 1,25 m đặt 1 quạt ), lưu lượng của mỗi quạt là 9000 m3/h , Rquạt = 0,25 m.
Diện tích miệng thổi của quạt là : S = 3,14.0,252 = 0,2 m2 .
Sử dụng quạt cưỡng bức bay hơi của nước chạt 25° 𝐵𝐵é 𝑣𝑣àđặt ở phía trên bề mặt thoáng của bể sẽ làm cường độbay hơi của bểnước chạt 25° 𝐵𝐵étăng . Vì tốc độ bay hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ , áp suất bay hơi bề mặt và diện tích bề mặt bay hơi. t,° C 70 30 1/2 8 τ( giờ)
55
Biểu đồ thể hiện nhiệt độ của bể kết tinh muối, có giai đoạn lấy nước chạt vào t1=30°𝑀𝑀sau đó dùng năng lượng sinh khối đưa lên 70° 𝑀𝑀 và duy trì nhiệt độ của bể kết tinh ở mức 70°𝑀𝑀.
Tốc độbay hơi của nước trong nước chạt 25° 𝐵𝐵é phụ thuộc vào lưu lượng không khí do quạt cưỡng bức với nhiệt độ trung bình 35°𝑀𝑀 là : Gkk (kg/h), lưu lượng hơi bay trên bề mặt bể kết tinh ở nhiệt độ 70°𝑀𝑀 là: Gbể kết tinh (kg/h) . Khi tiến hành sản xuất trên bề mặt bể kết tinh sẽ hòa trộn Gbể kết tinh và Gkk .
Lưu lượng Gquạt = 9000 m3/h, do mặt thoáng bể để trống giả thiết một nửa
lưu lượng của quạt thổi lên trên (lưu lượng vô ích) hiệu suất lưu lượng của
quạt đối với bểkết tinhchỉ đạt Ƕquạt = 50 % . Suy ra Gquạt tt = 4500 m3/h.
Quạt có lưu lượng Gquạt tt = 4500 (m3/h) mà ρkk = ρ0 . 373 373+𝑡𝑡1;
Mà ρ0 = 1,29 kg/m3 , suy ra khối lượng riêng của không khí tại t1 = 35°C là ρkk = 1.179 kg/m3.
Suy ra Gkk = Gquạt tt . ρkk = 4500 . 1,179 = 5305,5 kg/h.
Vậy Gkk = 5305,5 kg/h tại nhiệt độnước chạt 25° 𝐵𝐵é ở nhiệt độ 70° 𝑀𝑀 .
Giả sử thời gian kết tinh của một tấn muối là τbay hơi = 8h.
Theo tính toán quá trình kết tinh muối (đưa nước chạt từ 25°𝐵𝐵é tới 30,2° 𝐵𝐵é) cứ 1 kg nước chạt sẽ phải bay hơi 0,443 kgnước.
Với năng suất 1 tấn muối trên ngày . Theo tính toán lượng nước chạt 25° 𝐵𝐵écần để sản xuất 1 tấnmuối trên ngày là: 23771,93 kg.
Suy ra m bh = 23771,93 . 0,443 = 10530,96 kg. Gbh = 10530,96
8 = 658,2 kg/h ; mà Gkk = 5305,5 kg/h.
Dựa theo đồ thị I – d nhiệt ẩn hóa hơi để xác định áp suất pacần xác định 2 điểm A và B.
Điểm A là điểm trên đồ thị có các giá trị nhiệt độ tA = 35°𝑀𝑀 và entanpi ikk = iA = 146,6 kJ/kg.
56
Điểm B là điểm trên đồ thị có giá trị nhiệt độ tB = 70°𝑀𝑀 và entanpi ibh = iB = 293 kJ/kg.
Ta cần tìm điểm hòa trộn C. Gọi không khí sau hòa trộn tại điểm C có lưu
lượng: Ght , kg/h ; iht , kJ/kg. Ta có : I = Gkk . ikk + Gbh . ibh [ 2]. = 658,2 . 293 + 5305,5 . 146,6 = 970345,7 kJ/h. I = Ght . iht Ght = Gkk +Gbh Suy ra iht = I Gkk+Gbh = 970345,7 5961,7 = 167,2 kJ/kg .
Sau khi sử dụng bảng đồ thị ta tra được điểm C, có tC = 40° C, áp suất hơi nước tại C là pC = 0,07375 bar.
Mà pC = pa suy ra pa = 0,07375 bar.
Theo định luật bernoulli thì lưu lượng của vật chất được tính theo công thức : A = v.S
Trong đó :
A: lưu lượng không khí trên bề mặt bay hơi ,m3/h. v : Vận tốc dòng không khí quạt sinh ra ,m/s. S: Diện tích miệng thổi của quạt , m2 .
Suy ra vận tốc dòng không khí là : v = 𝐴𝐴 𝑆𝑆 =
5305,5
0,2.3600 = 7,37 m/s .
Thay v = 7,37 (m/s), pm = 0,3117 ( bar ) , pa = 0,07375 ( bar ) , nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở 70°C là: r = 2333 ( kJ/kg) vào (3.4):
Qtb = 30,5625 . 7,370,8 . ( 0,3117 – 0,07375) . 2333 = 83861,6 kJ/m2h Từ (3.3) Qtổng = 28 561 794 kJ.
Có diện tích mặtthoáng của bể : Smt = 5 . 9 = 45 m2.
Qtb là năng lượng cần có để 1 kg hơi bay lên trong 1h với diện tích 1 m2, suy ra năng lượng tiêu tốn cho diện tích 45 m2 trong mỗi giờ là:
57
Q bể = Qtb . F = 83861,6 . 45 = 3 773 772 kJ/h. Thời gian để kết tinh muối là : tkt = 𝑄𝑄𝑡𝑡ổ𝑛𝑛𝑛𝑛
Qbể
= 28562794
3773772 = 7,57 h.
Với kết quả thời gian bay hơi 7,57 h ta thấy với giả thiếtτbh= 8 h là hợp lý.
Vậy tổng lượng nước chạt 25°Bé đưa vào bể kết tinh một ngày là 23771, 93 kg
và thời gian để kết tinh để thu được 1 tấn muối là 8h.
Nguồn sinh khối dồi dào cung cấp chủ yếu từ các phụ phẩm nông nghiệp
đó làtrấu và rơm rạ.
- Nếu chọn nhiên liệu sinh khối là vỏ trấu khô:
Từ (3.3) Qtổng = 28 561 794 kJ ;
Nhiệt trị của vỏ trấu khô là : Htr = 14685 kJ/kg [10]; Qtrấu = 14685 kJ/kg . Khối lượng vỏ trấu tiêu tốn m trấu =𝑄𝑄𝑡𝑡ổ𝑛𝑛𝑀𝑀
𝐻𝐻𝑡𝑡𝑡𝑡 = 2856379414685
= 1783 kg = 1,783 T. (*)
Trong quá trình cô đặc nước muối sẽ xảy sựăn mòn kim loại do nước muối tiếp xúc trực tiếp với bể kết tinh, giải pháp chống ăn mòn hiệu quả nhất là (vận dụng phương pháp của các tàu biển gắn thêm các tấm kẽm lên mũi tàu) gắn thêm 4 miếng kẽm ở 4 góc của bểđể tránh sựăn mòn kim loại diễn ra trên vỏ inox của bể, định kỳ thay các miếng kẽm 6 tháng / lần do kẽm là kim loại hoạt động mạnh hơn sắt nên ăn mòn điện hóa xảy ra, ưu tiên phản ứng với kim loại mạnh hơn, bảo vệđược bể kết tinh muối ăn.