𝑄𝑚𝑡 = 𝑄𝑡+ 𝑄𝑡𝑟 + 𝑄𝑐+ 𝑄𝑛 = 19968.23 + 2131.37 + 1399.72 + 3645.76 = 27145.08 (𝑘𝐽 ℎ) 𝑞𝑚𝑡 =𝑄𝑚𝑡 𝑊 = 27145.08 575/4 = 188.84 ( 𝑘𝐽 𝐾𝑔 ẩ𝑚) Tổng tất cả các tổn thất bằng: 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑞𝑣+ 𝑞𝑡𝑏 + 𝑞𝑚𝑡 = 126.38 + 89.18 + 188.84 = 404.4 ( 𝑘𝐽 𝑘𝑔ẩ𝑚) 3.5. Tổng tổn thất nhiệt Δ: Δ = 𝐶𝑎. 𝑡𝑣1 − (𝑞𝑣+ 𝑞𝑡𝑏 + 𝑞𝑚𝑡) = 4.18 ∗ 24 − 404.4 = −304.08 ( 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ẩ𝑚) Δ < 0 → I2 < I1
33
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
Hình 3: Đồ thị I-d biểu diễn quá trình sấy thực
4.1. Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau trình sấy thực:
Lượng chứa ẩm d2: 𝑑2 = 𝑑1+𝐶𝑑𝑥(𝑑1) + (𝑡1− 𝑡2) 𝑖2− Δ = 0.015 + 1.032 ∗ (100 − 40) 2573.68 + 304.08 = 0.037 ( 𝑘𝑔 𝑘𝑔𝑘𝑘) Entanpi I2: 𝐼2 = 𝐼1+ Δ ∗ (𝑑2− 𝑑1) = 140.66 − 304.08 ∗ (0.037 − 0.015) = 133.97 ( 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝑘𝑘) Độẩm tương đối 𝜑2: 𝜑2 = 𝑃 ∗ 𝑑2 𝑃𝑏ℎ2 ∗ (0.622 + 𝑑2) = 745 750∗ 0.037 0.075 ∗ (0.622 + 0.037)= 0.7436 = 74.36%
34
4.2. Tính lượng TNS trong quá trình sấy thực
Lượng không khí khô thực tế:
𝑙 = 1 𝑑2− 𝑑0 = 1 0.037 − 0.015= 45.45 ( 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 ℎ ) 𝐿 = 𝑊. 𝑙 = 575 ∗ 45.45 = 26133.75 (𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 ℎ )
Nhiệt lượng tiêu hao 𝑞:
𝑞 = 𝑙. (𝐼2− 𝐼0) = 45.45 ∗ (134.52 − 62.26) = 3284.217 ( 𝑘𝐽 𝐾𝑔 ẩ𝑚) Nhiệt lượng có ích 𝑞1:
𝑞1 = 𝑖2− 𝐶𝑎. 𝑡𝑣1 = 2573.68 − 4.18 ∗ 24 = 2273.36 ( 𝑘𝐽 𝐾𝑔 ẩ𝑚 ) Tổn thất nhiệt do TNS mang đi 𝑞2:
𝑞2 = 𝑙 ∗ 𝐶𝑑𝑥(𝑑1) ∗ (𝑡2− 𝑡0) = 45.45 ∗ 1.032 ∗ (40 − 24) = 550.47 ( 𝑘𝐽 𝐾𝑔 ẩ𝑚 ) Vậy tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất nhiệt 𝑞′ là:
𝑞′ = 𝑞1+ 𝑞2+ 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 2273.36 + 550.47 + 379.51 = 3203.34 ( 𝑘𝐽 𝐾𝑔 ẩ𝑚) Ta thấy nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất 𝑞′ phải bằng nhau. Tuy nhiên do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc do sai số của quá trình tính toán các tổn thất mà ta đã phạm sai số.
𝜀 = 𝑞−𝑞′
𝑞 =3284.271−3203.34
3284.271 = 2.46% ≤ 5% (chấp nhận được)
Vậy ta có bảng cân bằng nhiệt lượng:
35
1 Nhiệt lượng có ích 𝑞1 2273.36
2 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy 𝑞2 550.47
3 Tổn thất do vật liệu sấy 𝑞𝑣 126.38
4 Tổn thất do thiết bị truyền nhiệt 𝑞𝑡𝑏 89.18
5 Nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường 𝑞𝑚𝑡 188.84
6 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3284.271
7 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 3203.34
Hiệu suất nhiệt hầm sấy:
𝜂 =𝑞1
𝑞 =
2273.36
3284.271= 69.22%
4.3. Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy
Thể tích của tác nhân sấy ở điểm A, B, C lần lượt là: * Tại A (tức ngoài không khí): 𝑡0 = 24°𝐶
𝜑 = 75% → 𝑣A = 0.887 ( 𝑚 3 𝑘𝑔𝑘𝑘)
𝑉A = 𝐿∗𝑣A = 26133.75/4* 0.887=5795.16(m3/h)
* Tại B (tức sau calorife, trước khi vào hầm sấy): 𝑡1 = 100℃:
36
𝑉B = 𝐿0∗𝑣B = 26133.75/4*1.21=7905.46(m3/h)
* Tại C: 𝑡2 = 40℃:
𝜑2 = 74.36% → 𝑣C = 0.958 (m3/kgkk)
𝑉C = 𝐿0∗𝑣C= 26133.75/4*0.958=6259.033(m3/h)
Thể tích trung bình của tác nhân sấy trước và sau hầm sấy là:
𝑉𝑡𝑏 =𝑉𝐵+𝑉𝐶
2 =7905.46+6259.033
2 = 7082.25 (𝑚3
ℎ ) = 1.97 (𝑚3 𝑠 ) Như vậy vân tốc trung bình của tác nhân sấy trong hầm bằng: 𝑉 =𝑉𝑡𝑏
𝐹𝑡𝑑= 1.97/2.02=0.975(m/s)
So với giả thiết 𝑣 = 1 𝑚/𝑠, sai số là:
|1 − 0.975
1 | = 2.5%
Nhận thấy sai số vận tốc tác nhân là 2.5%, sai số này nằm trong phạm vi ứng dụng công thức hệ số truyền nhiệt 𝛼1.
37
CHƯƠNG V: TÍNH CHỌN CALORIFER VÀ THIẾT BỊ PHỤ
5.1. Tính chọn calorifer
Caloriphe là thiết bị dùng để đốt nóng không khí trước khi đưa không khí vào hầm sấy. Trong kĩ thuật sấy thường dùng hai loại caloriphe là caloriphe khí - hơi và caloriphe khí - khói.
Ở hệ thống này em dùng hệ thống caloriphe khí - hơi.
Caloriphe là thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn. Trong ống là hơi bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động. Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng của hơi nước là 𝛼𝑛 rất lớn so với hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống so với không khí 𝛼𝑘. Vì vậy caloriphe sử dụng là loại ống chùm có cánh khuấy được bố trí nằm ngang.
Nhiệt lượng mà caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là:
𝑄 = 𝐿 ∗ (𝐼1− 𝐼0) (𝑘𝐽 ℎ) Trong đó:
L: là lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy thực tế (kg/h)
𝐼0, 𝐼1: là entanpy của tác nhân sấy trước và sau khi ra khỏi caloriphe (kJ/kgkk)
Vậy:
𝑄 = 26133.75/4 ∗ (140.66 − 62.26) = 509608(𝑘𝐽/ℎ) = 141.56(𝑘𝑊)
Xác định kiểu caloriphe:
Hiệu suất của caloriphe:
𝑄𝑐𝑎𝑙 = 𝑄 𝜂𝑠 =
141.56
38
Với: ŋs = 0.95 là hiệu suất nhiệt của caloriphe Tiêu hao hơi nước của caloriphe là:
𝐷 = 𝑄𝑐𝑎𝑙 𝑖ℎ − 𝑖′(𝑘𝑔
𝑠 ) Trong đó:
𝑖h là entanpi của hơi nước vào caloriphe. Đây là hơi bão hòa khô ở 5 bar.
ih=i’’= 2748.7(kJ/kg)
𝑖′ là entanphi của nước ngưng, kJ/Kg: i’= 640.42(kJ/kg) Vậy: D= 149.01 2748.7−640.42 = 0.071 (𝑘𝐽 𝑠) = 254.44(𝑘𝐽 ℎ)
Xác định bề mặt trao đổi nhiệt của calorifer
𝐹 = 𝑄𝑐. 𝜂𝑠 𝑘. Δ𝑡𝑡𝑏 Trong đó:
F là bề mặt truyền nhiệt phía có cánh k là hệ số truyền nhiệt của calorifer
∆𝑡tb là độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa không khí và hơi 𝜂𝑠= 0.95 là hiệu suất nhiệt của caloriphe
Hệ số truyền nhiệt k được xác định theo bảng ở phần phụ lục [Bảng 4 trang 181/Thiết kế hệ thống TBS]
39
Để xác định trị số k cần giả thiết lưu tốc của không khí qua caloriphe ρ*v (kg/m2.s) sau đó kiểm tra lại. Giả thiết lưu tốc của không khí là 4𝑘𝑔/𝑚2.𝑠). Vậy hệ số truyền nhiệt 𝑘 = 20.8(𝑊/𝑚2.𝐾).
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình được xác định theo công thức: Δ𝑡𝑡𝑏 =Δ𝑡1− Δ𝑡2
𝑙𝑛Δ𝑡Δ𝑡1 2 Δ𝑡1 = 𝑡ℎ − 𝑡0 = 151.87 − 24 = 127.87 𝐾 Δ𝑡2 = 𝑡ℎ − 𝑡1 = 151.87 − 100 = 51.87 𝐾
• th là nhiệt độ bão hòa của hơi nước ở áp suất 5 bar, th=151.87℃ → ∆𝑡𝑡𝑏 = 127.87−51.87 𝑙𝑛127.8751.87 = 84.23 (𝐾) Bề mặt truyền nhiệt (1 hầm): 𝐹 =149.01 ∗ 0.95 ∗ 1000 20.8 ∗ 84.23 = 80.8(𝑚 2)
Từ trị số diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 𝐹 = 80.8 𝑚2
Lưu tốc không khí sẽ gây trở lực của caloriphe lớn, hơn nữa cần chọn tăng thêm bề mặt truyền nhiệt khoảng 20-25% vì sau thời gian làm việc bám bụi bề mặt làm hệ số truyền nhiệt giảm. Vì vậy ta chọn kiểu K∅14 kiểu II có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 99.0 𝑚2 và diện tích tiết diện khí đi qua là 𝑓 = 0.903𝑚2
Kiểm tra lại lưu tốc không khí qua calorifer:
ρυ = L/f = 26133.75/(3600.4.0,903)= 3.92(kg/m2s)
Trở lực phía không khí của calorifer là Δpcal = 3,0 mmH2O
Các kích thước của calorifer là: A = 1570 mm; B = 1152 mm; C = 240 mm Sai số tương đối:
𝛿= | 4−3.92
40
5.2. Tính toán chọn quạt gió
Trở lực của hệ thống bao gồm: trở lực của calorifer, trở lực ma sát của kênh dẫn khí và trở lực cục bộ tại các tiết diện như chỗ ngoặt, ống đột thu ...
5.2.1. Tính toán trở lực
*Trở lực đường ống từ miệng quạt đến caloriphe
- Chọn đường ống dẫn làm bằng tôn sơn đỏ có độ nhám ε = 10-4 m
- Chọn chiều dài ống 0.55m - Chọn đường kính ống 0.3m - Vận tốc đường ống là: 𝜔1 =𝑉1
𝐹1
Trong đó: Lưu lượng thể tích chất khí trong đường ống là: V1 = VA = 5795.16 m3/h = 1.61 m3/s
Tiết diện của đường ống là:
𝐹1 =𝜋. 𝑑1 2 4 = 𝜋. 0.32 4 = 0.07 𝑚 2 → ω1 = 1.61/0.07= 23(m/s) Tại t = 24°C: ρ1 = 1,188 kg/m3 và 𝜐1 = 15,51.10-6 m2/s Chuẩn số Re: Re=𝜔1.𝑑1 𝜐1 = 23∗0.3 15.51∗10−6 = 444874 > 4000
→ Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức:
𝜆1 = 0,1. (1,46. 𝜀 𝑑1+ 100 𝑅𝑒 ) 0,25 = 0,1. (1,46.10 −4 0.3 + 100 448474) 0,25 = 0.069
41 Δ𝑝1 = 𝜆1. 𝑙1 𝑑1. 𝜌. 𝜔12 2 = 0,069. 0,55 0,3 . 1,188. 232 2 = 39.75 ( 𝑁 𝑚2)
*Trở lực trên đoạn ống thẳng từ caloriphe đến cút cong, từ cút cong vào hầm
- Chiều dài dàn ống l2 = 0,58 m, l3= 0,46
- Chọn đường kính ống 0.4m
Lưu lượng thể tích chất khí trong đường ống là V2=VB= 30251.21 m3/h= 8.4 m3/s. Vận tốc khí đi trong đường ống là:
ω2=𝑉2 𝐹2= 2,2 (3.14∗0.42)/4= 17.52 (𝑚 𝑠) - Tại t = 100°C : ρ2 = 0,946 ( kg/m3) và 𝜐2 = 23,13.10-6 (m2/s) Chuẩn số Re: Re=𝜔2.𝑑2 𝜐2 = 17.52∗0.4 23.13∗10−6 = 302983 > 4000
→ Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy. Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức: 𝜆2 = 0,1. (1,46. 𝜀 𝑑2+ 100 𝑅𝑒) 0,25 = 0,1. (1,46.10 −4 0.4 + 100 302983) 0,25 = 0.0162
Vậy trở lực trên ống từ caloriphe đến cút cong và từ cút cong vào hầm là:
Δ𝑝2 = 𝜆2. 𝑙2 𝑑2. 𝜌2. 𝜔22 2 = 0,0162. (0,58 + 0,46) 0,4 . 0,946. 17.522 2 = 6.12 ( 𝑁 𝑚2) *Trở lực tại nút cong - Chọn đường ống có d2=0,4 - Ta có: Δ𝜌3 = 𝜉.𝜔2 2.𝑔. 𝛾 Trong đó:
42
• ξ = 0,18 trở lực cục bộ,
• γ trọng lượng riêng của không khí γ = g.ρ = 9,81.0,946 = 9,28(N/m3)
• ω3 = ω2 = 17.52 m/s là vận tốc không khí trong ống → Δ𝜌3 =0,18.17,522
2.9,81 . 9,28 = 26.13 (𝑁 𝑚2)
* Trở lực caloriphe chọn theo kinh nghiệm
Δp4= 70 (N/m2)
*Trở lực đoạn ống kiểu vát vào hầm sấy: ∆𝑝5 = 20 (𝑁/𝑚2)
* Trở lực trong hầm sấy
Hầm sấy có các xe goong song song nhau, mỗi xe có 28 khay, mỗi khay dài 800mm, chia thành nhiều tầng, mỗi tầng cách nhau 100mm. Vận tốc trong hầm là 𝑣 = 1 𝑚/𝑠
Giả sử trở lực trên 1m chiều dài là 0.08 𝑁/𝑚2
→Trở lực trên 14,32 m chiều dài là 14.32 ∗ 0.08 = 1.15𝑁/𝑚2 →Trở lực trong cả hầm sấy là 1 ∗ 14.32 = 14.32 𝑁/𝑚2 Vậy trở lực trong hầm là ∆𝑝6 = 14.32 𝑁/𝑚2 → Tổng trở lực là: Δp = Δp1 + Δp2 + Δp3 + Δp4 + Δp5 + Δp6 = 176.32 (N/m2) 5.2.2. Chọn quạt
Nhiệt độ trung bình của không khí trong hầm sấy là: ttb = 70°C
43 𝜌 = 1,293. 𝑝 (1 + 0,00367. 𝑡). 760 = 1,293.760 (1 + 0,00367.70). 760= 1.029( 𝑘𝑔 𝑚3)
( Theo công thức tính khối lượng riêng của không khí – trang 14 – Sách “ Sổ tay quá trình công nghệ và thiết bị hóa chất – Tập 1” )
Lưu lượng khí trung bình trong quá trình sấy là: 𝑉 =𝐿 𝜌 = 26133.75 2.1,029 = 12698.6 ( 𝑚3 ℎ ) Áp suất ΔPtc = 176,32. 1.2 1.029 = 205.62 N/m2
44
KẾT LUẬN
Hệ thống sấy khoai mì bằng hầm sấy là hệ thống được vận hành một cách đơn giản, không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp và bề mặt làm việc rộng cũng như số lượng công nhân nhiều. Hệ thống rất phù hợp với quá trình sấy khoai mì nói riêng và các nông sản khác nói chung có năng suất lớn, vừa và nhỏ. Sản phẩm sấy có chất lượng cao hơn các sản phẩm được sấy theo các phương pháp thủ công, thời gian bảo quản lâu và giá trị cảm quan cũng nâng cao. Hệ thống này đang được ứng dụng rộng rãi ở các địa phương trên cả nước nhằm tăng lợi nhuận cho sản phẩm, nâng cao đời sống con người. Không chỉ được ứng dụng trong việc sấy nông sản mà hệ thống sấy hầm còn đang được ứng dụng để làm khô các vật liệu khác như gạch, gỗ… Khi xây dựng trong thực tế sẽ có nhiều nguyên nhân tác động khác mà ta không thể lường trước được. Nhưng cũng tùy trường hợp mà ta sẽ linh động sắp xếp sao cho phù hợp với quá trình sấy. Hệ thống sấy đã thiết kế trong đồ án của em còn nhiều thiếu sót do những hạn chế về kiến thức và tài liệu tham khảo. Em rất mong nhận được sự đóng góp cũng như những lời chỉ bảo thêm của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Văn Phú - Tính toán và thiết kế các thiết bị sấy - NXBKHKT [2] Hoàng Văn Chước - Thiết kế hệ thống thiết bị sấy-NXBKHKT [3] Hoàng Văn Phú - Kỹ thuật sấy nông sản –NSBKHKT
[4] Các tác giả - Sổ tay tập 1 - NXBKHKT [5] Các tác giả - Sổ tay tập 2 - NXBKHKT