Nhiệt độ khoai mì vào hầm ( 27oC Nhiệt độ sấy (1) 70 oC Nhiệt độ khoai mì ra hầm ( 35oC Thời gian sấy cho 1 mẻ 6,5 h
Khối lượng riêng 1400 kg/m3
Nhiệt dung riêng 1.88 kg/m3
Độ ẩm đầu 40 %
Độ ẩm cuối 15 %
Đường kính lá khoai mì (d) 0.05 m Bề dày lát khoai mì (l) 0.01m Năng suất nhập liệu
4.1.2.Tác nhân sấy
Tác nhận sấy là khơng khí. Các thơng số ứng với các trạng thái trong quá trình sấy là:
Trạng thái A: khơng khí trước khi vào calorife: + to = 27oC
o = 80%.
Ta tính các thơng số cịn lại của khơng khí trước khi vào calorife: - Áp suất hơi bão hòa:
4026,42 Pbh0 exp 12 0,0355 (trang 95/qttb tập 2) 235,5t0 exp 12 4026,42 0,0355 (bar) = 26,63 (mmHg) 235,527 - Hàm ẩm khơng khí (kg ẩm/kgkkk) Với P là áp suất khí quyển -
Entanpi của khơng khí:
𝐼0 = 1,004𝑡0 + 𝑥0 ∗ (2500 + 1,842𝑡0) = 72,748( kJ/kgkkk)
- Áp suất hơi riêng phần của khơng khí:
𝑃0 = 𝑃𝑏ℎ0. 𝜑0 = 0,8.0,0355 = 0,0284 𝑏𝑎𝑟 = 21,352 mmHg
Trạng thái B: khơng khí sau khi qua calorife, trước khi vào hầm sấy Chọn nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy t1 = 70oC. - Áp suất hơi bảo hịa của khơng khí:
(bar) = 230,27(mmHg) - Hàm ẩm khơng khí:
x0 = x1 = 0,0179 (kg ẩm/kgkkk)
𝐶𝑑𝑥(𝑥1) = 1,004 + 1,842𝑥1 = 1,037 (kj/kgkkk) -
Entanpi của khơng khí:
𝐼1 = 1,004𝑡1 + 𝑥1 ∗ (2500 + 1,842𝑡1) = 117,338( kJ/kgkkk) -
Độ ẩm tương đối của khơng khí:
Trạng thái C:khơng khí sau khi ra khỏi hầm sấy - Chọn nhiệt độ tác nhân sấy khi ra hầm sấy t2 = 35oC. -Áp suất hơi bảo hịa của khơng khí:
= 41.89 mmHg -
Entanpi của khơng khí: I2 =I1 = 117,338 ( kJ/kgkkk) - Hàm ẩm khơng khí:
(kgẩm/kgkkk) - Độ ẩm tương đối của khơng khí:
%
=> Độ ẩm thỏa mãn: 80% ≤𝜑2 ≤90% nên ta 𝑡2 = 35℃ là phù hợp - Áp suất hơi riêng phần của khơng khí:
𝑃2 = 𝑃𝑏ℎ2. 𝜑2 = 0,056. 0,885 = 0,049 𝑏𝑎𝑟 = 36.75 mmHg
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn các trạng thái của quá trình sấy lý thuyết Bảng 4.2: Bảng tổng hợp Bảng 4.2: Bảng tổng hợp ABC (%) 80 9,2 88,5 t (0C) 27 70 35 x (kgẩm/kgkkk) 0,0179 0,0179 0,032 I (kJ/kgkkk) 72,748 117,338 117,338 P (mmHg) 21,325 21,325 36,75
4.2.Tính thời gian sấy
Chọn độ chênh lệch giữa thiết bị sấy và vật liệu sấy là (tm – tb) = 5oC Khi vận tốc dịng khí < 5m/s, chọn v = 2m/s Ta
có:
∝1= 6,15 + 4,17𝑣 = 6,15 + 4,17.2 = 14,49 (W/m2.K)
𝐽1𝑏 =∝1 (𝑡𝑚 − 𝑡𝑏) = 14,49 × 5 = 72,45 W/m2 = 260,82 kJ/m2.h Trong đó:
J1b (W/m2 hoặc J/m2.h): mật độ dòng nhiệt mà VLS nhận được trên bề mặt
∝1 : hệ số trao đổi nhiệt giữa môi trường với bề mặt nước tự do tm: nhiệt độ của mơi trường khơng khí xung quanh tb: nhiệt độ bề mặt của nước bay hơi
Cường độ bay hơi ẩm (trên bề mặt) J2b: (Kg/m2.h) Với:
J2b (Kg/m2.h): Mật độ dòng ẩm trên bề mặt hay cường độ bay hơi trong bề mặt r (J/kg): nhiệt hóa hơi riêng của nước ở nhiệt độ bề mặt tb = 30oC r = 2425,6 (J/kg)
Tốc độ sấy N:
Trong đó:
0 = 1400 (kg/m3): khối lượng riêng của khoai mì
V0
Rv : kích thước đặc trưng của vật liệu sấy F
Vo : thể tích của lát khoai mì F : diện tích bề mặt lát khoai mì d2 h Rv = 24 = 3,571.10-3 (m3/m2) 2d dh 4
Ta có: Tổng thời gian sấy là: 1
[CT1.24/trang 31,[6]]
G1=800(kg/mẻ) = 246,154 (kg/h) - Lượng ẩm cần bay hơi:
(kg/h) [7.2/trang 98/KTS]
𝐺2 = 𝐺1 − 𝑊 = 246,154 − 72,4 = 173,754 (kg/h)
- Lượng khơng khí tiêu hao:
L (kgkkk/h)
- Lượng dung môi tiêu hao riêng:
l (kgkkk/kgẩm)
- Thể tích của khơng khí ẩm ở trạng thái (t1, 𝜑1) ứng với 1kg khơng khí khô theo phụ lục cuối sách v0 = 1,001 m3/kgkkk. Do đó, lưu lượng thể tích của TNS bằng: V0 = 1,001 x 5134,75 = 5139,885 m3/h 4.4.Tính thiết bị chính 4.4.1.Tính khay - Diện tích bề mặt 1 lát khoai mì bmd20,0522) S . .0,00196(m 44
- Khối lượng 1 lát khoai mì mlat = Sbm.h.𝝆 = 0,00196.0,01.1400 = 0,0275 (kg) - Số lát khoai mì:
nlat = 29090 ( lát ) - Tổng diện tích lát khoai mì:
Sbmtong = nlat .Slat =29090.0,00196= 57,0164 (m2 )
- Chọn kích thước khay
Khay sử dụng lưới đan với khung thép bên ngoài Dài: lkhay = 1200 (mm)
Rộng: bkhay = 1000 (mm)
Đường kính sợi lưới: 2 (mm) Bước lưới: 20 (mm)
Số sợi ngang = = 60 (sợi) Số sợi dọc = = 50 (sợi)
Khối lượng lưới mlưới = V. 0.0022 .(50.1,2 60.1).7850 = 2,9579 (kg)
Khung khay làm bằng thép CT3 20x20x1,5 Thể tích khung khay
(0,02.0,02-0,017.0,017).2.(1,2+1) = 0,0004884 (m3) Khối lượng khung khay = 0,004884.7850 = 3,8339 (kg) Khối lượng khay:
mkhay = 3,8339 + 2,9579 = 6,7918 (kg) - Diện tích bề mặt khay:
Skhay lkhay khay.b 1,2.1 = 1,2 (m2) - Số lát trên 1 khay
lkhay bkhay 1,21
nlat khay/ . . 480 (lát/khay) d d 0,05 0,05
- Lượng vật liệu trên khay: mvl khay/ 480.0,0275 = 13,2 (kg) - Số khay
nkhay
4.4.2.Tính xe gng
Xe gng có 11 tầng khay.
- Khối lượng vật liệu trên xe:
𝑚𝑣𝑙/𝑥𝑒 = 𝑚𝑣𝑙/𝑘ℎ𝑎𝑦. 11 = 145,2 (kg) - Số xe cho 1 mẻ: G nxe mvl xe/ 𝟏𝟒𝟓,𝟐 - Chiều dài xe Lxe = 1,2 + 0,05.2 = 1,3 (m) - Chiều rộng xe Bxe = 1 + 0,05.2 = 1,1 (m) - Chiều cao xe Hxe =(11+1) x (0,1+0,04)=1,68 (m) Bánh xe cao 100 mm
Tổng chiều cao xe: 1,68 + 0,1 = 1,78 (m)
- Xe goòng được chế tạo từ vật liệu là thép thường CT3 ( 25x25x1,5) do ta làm việc ở môi trường nhiệt độ không quá cao, để giảm về chi phí chế tạo nên có thể chọn thép thường. Với các thơng số của thép như sau:
Diện tích mặt cắt ngang:
S1 0,025.0,0250,022.0,022 0,000141(m2)
Thép chữ L đỡ khay: thép CT3 30x30x3,mỗi tầng khay dùng 2 thanh dài 1,2m
Khối lượng thép chữ L: 1,2.( 0,03*0,03 – 0,027*0,027)*2*11 = 4,514 x 10-3
Tổng thể tích của thép CT3 trên khung xe goòng : V=0,000141. (1,68.4+1,1.2.11+1,3.2.11)= 8,39 x 10-3 (m3)
Khối lượng xe:
CT3 4,514 x 10-3 + 8,39 x 10-3 ). 7850 = 101,296 kg
4.5.Hầm sấy
- Chiều dài hầm sấy Lh = Lx.nx + 2.Lbs
(Với Lbs = 875mm)
Khoảng cách giữa 2 xe:50mm
Lh = 1,3.6 + 2.0,875+ 5.0,05+ 0,2.2 = 10,2(m)
- Chiều rộng hầm sấy tính theo chiều rộng của xe gịong. Ta lấy dư ra 2 phía mép trái và phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng. Bh = Bx + 2.0,1 = 1,1 +0,2 = 1,3 (m)
- Chiều cao của hầm tính theo chiều cao của xe gịong. Ta lấy dư ra phía mép trên của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng: Hh = Hx
+ 0,1 = 1,78 + 0,1 = 1,88 (m)
- Hầm sấy được xây dựng bằng gạch có chiều dày 200mm xung quanh tường bên, cịn trần hầm sấy có một lớp bê tơng thường dày = 0,15 m và một lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày = 0,1 (m).
- Chiều rộng thực của hầm sấy khi tính phần tường bao hai bên:
Bhầm thực = Bh + 2.0,2 = 1,3 + 2.0,2 = 1,7 (m)
- Chiều cao hầm sấy khi tính phần bê tơng và lớp bơng thủy tinh cách nhiệt phía trên trần:
Hhầm thực = Hh + 0,15 +0,1 = 1,88 + 0,15 + 0,1 =2,13 (m)
CHƯƠNG 5.CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
5.1.Tổng tổn thất nhiệt trong hệ thống
5.1.1.Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
[7.15/trang 100/KTS]
CVL : nhiệt dung riêng của khoai mì sau khi ra khỏi hệ thống sấy CVLK : nhiệt dung riêng của khoai mì, CVLK = 1,88 (kJ/kg.K) CH2O : nhiệt dung riêng của nước, CH2O = 4,18 (kJ/kg.K)
𝐶𝑉𝐿 = 𝐶𝑉𝐿𝐾 × (1 − 𝜑2) + 𝐶𝐻2𝑂 × 𝜑2=1,88. (1–0,15) + 4,18. 0,15 =
2,225(kJ/kg.K)
Theo kinh nghiệm trong sấy nông sản, vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứng 5 ÷ 10 . Trong hệ thống sấy hầm này thì vật liệu sấy℃ và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều nên nhiệt độ vật liệu ra khỏi hầm (tv2) được xác định như sau:
tv2 = t1 − 5 = 70 – 5 = 65 ℃
Nhiệt độ vật liệu sấy đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = 27 ℃
(kJ/kg ẩm)
5.1.2.Tổn thất nhiệt do xe goòng và khay mang đi
Xe gng được làm bằng thép, có khối lượng mỗi xe là 101,296 kg, nhiệt dung riêng của thép bằng CCT3 = 0,5 (kJ⁄kg. độ) - Nhiệt do xe mang đi:
= 55,53 (kJ/kg ẩm.)
- Nhiệt tổn thất do khay: Khay sấy được làm bằng thép, có khối lượng mỗi khay là kg. Theo [1], ta có nhiệt dung riêng của thép bằng CCT3 = 0,5 (kJ⁄kg. độ)
(kJ/kg ẩm) qx+k = 55,53 + 40,96 =96,49 (kJ/kg ẩm)
5.1.3.Tổn thất nhiệt ra môi trường
Hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và tường bên Ktb Ta có:
𝛼1 = 6,15 + 4,17𝑣 = 6,15 + 4,17 × 2 = 14,49 (W/m2.K)
Chọn tw1= 52,3oC : Nhiệt độ tường trong tw2= 28,5oC : Nhiệt độ tường ngoài tf1= 0,5 ( t1+ t2) = 0,5.(70 + 35) = 52,5℃ tf2= t0= 27℃
(W/m2.K) Ta có:
𝑞2 = 𝛼2(𝑡𝑊2 − 𝑡𝑓2) = 1,963(28,5 − 27) = 2,9445 (J/Kg) So sánh sai số của dịng nhiệt:
Vì sai số của dịng nhiệt nhỏ hơn 10% nên chấp nhận kết quả phù hợp a) Tổn thất nhiệt qua tường:
Trong đó:
F : diện tích của các bề mặt tính tổn thất nhiệt tương ứng ktb
: hệ số trao đổi nhiệt, tính theo cơng thức Hệ số dẩn nhiệt của gạch thường : g =0,75 (W/m.K)
(W/m2.K) Nhiệt tổn thất qua tường bên hầm sấy:
- Diện tích bề mặt tường:
F = 2.10,2.1,88 = 38,352 (m2)
𝑡𝑓1 − 𝑡𝑓2 = 52,5 − 27 = 25,5℃
(kJ/kg.h)
b) Tổn thất nhiệt qua trần
Hệ số dẩn nhiệt của lớp bê tông dày 0,15m b =1,28 (W/m.K) Lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 0,1 m : btt = 0,058 (W/m.K)
2 để tính cho trường hợp tổn thất nhiệt ở trần thì phải lấy 1,32 ở trên. (W/m2.K) - Kích thước trần:
F = B. Lh = 10,2.1,3 = 19,176 (m2)
qtr (kJ/kg.h)
c) Tổn thất nhiệt qua cửa
Cửa của hầm sấy được làm bằng thép CT3 : Bề dày lớp cửa là 4mm
Các kích thước cửa phải phù hợp với kích thước khơng gian trống ở cửa hầm để có thể cách nhiệt tốt.
Chiều cao cửa : h = 1880 (mm) Chiều rộng cửa : r=1300 (mm)
Hệ số dẫn nhiệt của thép : th =46,5 (W/m.K) Kích thước cửa: Fc = 1,88. 1,3 = 2,44 m2
(W/m2.K)
qc (kJ/kg.h)
d) Tổn thất nhiệt qua nền hầm sấy
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 52,5℃ và giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2m. theo bảng 7.1 trang 142 sách thiết kế hệ thống sấy, ta có:
qn
Trong đó: qn : nhiệt tổn thất qua nên hầm sấy W/m2 , qn= 34,866 W/m2
F : diện tích phần nền hầm sấy, F= Bham.Lham = 10,2.1,88= 19,176 (m2) W : lượng ẩm bay hơi (kg/h)
qn (kJ/kg.h)
e) Tổn thất nhiệt do mở cửa qmc = 0,1.(qtb + qn) = 0,1.( 57,53
+ 33,24) = 9,077 (kJ/kg.h)
Tổng lượng nhiệt tổn thất ra mơi trường bên ngồi:
qmt = qn + qtr + qtb + qc + qmc = 33,24 + 10,55 + 𝟓𝟕, 𝟓𝟑 + 10,70 + 9,007 = 121,027 (kJ/kg.h) Lượng nhiệt bổ sung thực tế:
∆ = 𝐶𝐻20. 𝑡0 − 𝑞𝑣 − 𝑞𝑐𝑡 − 𝑞𝑚𝑡 = 4,18.27 −202,91 − 96,49 − 121,027 = -
307,567 kJ/kgẩm
5.2.Quá trình sấy thực
- Thông số trạng thái TNS sau quá trình sấy thực:
(kg ẩm/kgkkk) 𝐼′
2 = 𝐼1 + ∆(𝑥′
2 − 𝑥1) = 117,338 − 307,567 × (0,0305 − 0,0179)
= 113,4626 (kj/kgkkk)
L= (kgkkk/h)
- Lượng khơng khí khơ thực tế cần làm bay hơi 1 kg ẩm: l = (kgkkk/kg ẩm)
- Lưu lượng thể tích thực của tác nhân sấy:
𝑉 = 1,001. 𝐿 = 1,001.5746,97 = 5752,72 m3/h
5.3.Cân băng nhiệt và hiệu suất hệ thống sấy
- Lượng nhiệt tiêu hao q: q = l(I1 – Io) = 79,365. (117,338 – 72,748) = 3538,88 ((KJ/kg ẩm)
- Lượng nhiệt có ích q1 :
q1 = i2 – Catvl = 2564,47 – 4,18.27= 2451,61(KJ/kg ẩm) Với i2 = 2500 + 1,842t2 = 2500 + 1,842.35 = 2564,67
- Lượng nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2 : q2 = l x Cdx(d0) x (t2 – to)=
79,365.1,037.(35-27) = 658,412 (kJ/kg ẩm) - Tổng nhiệt lượng có ích và
tổn thất q’:
q’= q1+ q2+ qv+ qct+ qmt = 2451,61+ 658,412 + 202,91 +96,49 + 121,027 = 3530,449 kJ/kg ẩm
- Hiệu suất của thiết bị sấy:
- Sai số:
%
Bảng 5.1; Bảng cân bằng nhiệt
STTĐại lượngKý hiệukJ/kg ẩm%
1Nhiệt lượng có ích q1 2451,61 69,44%
2Tổn thất nhiệt do TNS q2 658,412 18,65%
3Tổn thất nhiệt do VLS qVL 202,91 5,75%
4Tổn thất nhiệt do TBTT qTBTT 96,49 2,73%
5Tổn thất nhiệt ra mơi trường qmtr 121,027 3,43%
6Tổng nhiệt theo tính tốn q’ 3530,449 100
7Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3538,88 100
8Sai số tương đối 0,24%
CHƯƠNG 6.TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
6.1.Tính calorifer
6.1.1.Chọn kết cấu calorifer - Chọn ống thép dẫn hơi: W/mK Chiều dày: mm Chiều dài ống (l) : 1000mm - Cánh làm bằng nhơm có: Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống: s1 = 90 mm, s2 = 55mm Đường kính: dc = 50mm Chiều dày: 𝛿𝑐 = 0,5 mm Bước cánh t = 10 mm 𝜆𝑐= 200 W/m.K Số cánh trên một ống: nc95 cánh
Chiều cao của cánh: h = mm
6.1.2.Xác định chênh lệch nhiệt độ trung bình
Với yêu cầu của hệ thống sấy cần nâng nhiệt độ của tác nhân sấy từ 27 lên 70 do℃ ℃ vậy để đảm bảo yêu cầu đặt ra ta chọn nhiệt độ của hơi bão hòa là tb = 100 . ℃
Tính độ chênh lệch nhiệt độ:
oC
6.1.3.Kích thước xác định:
dxd
Trong đó: diện tích phần ống khơng làm cánh; diện tích có cánh trên 1 ống.
- Diện tích phần ống khơng làm cánh
𝐹𝑜′ = 𝜋𝑑2.𝑡. 𝑛𝑐 = 𝜋.0,032.0,01.95 = 0,095 m2
- Diện tích có cánh trên 1 ống.
6.1.4.Tốc độ cực đại khi khơng khí chuyển động qua khe hẹp nhất 𝝎𝒎𝒂𝒙Giả sử tốc độ khơng khí vào calorifer 𝜔 = 2 m/s.
Khi đó:
m/s
6.1.5.Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng
Với nhiệt độ trung bình khơng khí ttb = 0,5(27 + 70) = 48,5oC. Tra bảng ta được 𝜆 = 2,82.10-2 W/mK; v =17,9.10-6 m2/s. Khi đó:
• Re = = 5877,65
• Nu = 0,251Re
6.1.6.Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía khơng khí -
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh 𝛼𝑐: W/m2.K - Hiệu suất cánh 𝜂𝑐:
𝛽ℎ = β × hc = 29,32.9.10-3 = 0,26
Với từ biểu đồ 𝜂𝑐 = f(dc/d2, 𝛽ℎ) ta tìm được 𝜂𝑐 = 0,95 - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương 𝛼2:
W/m2K
6.1.7.Hệ số làm cánh 𝜺𝒄
W/m2.K Nhiệt độ xác định: tm . Tra Bảng Các thông số vật lý ủa nước trên đường bão hịa ở 99,8℃, ta có:
= 68,26.10-2 W/m2độ v = 0,295.10-6Ns/m2
= 958,54 kg/m3
Với tb = 100℃ (Bảng nước và hơi nước bão hòa) tra được r =2258,86 kJ/kg: ẩn nhiệt hoá hơi.
6.1.9.Hệ số truyền nhiệt k.
k = W/m2.K
6.1.10.Kiểm tra lại độ chênh (tb – tw)
Mật độ dòng nhiệt truyền nhiệt qua calorifer qc: qc
= k∆ttb = 137,5.48,35 = 6648,125 W/m2
Kiểm tra độ chênh nhiệt độ đã chọn: về nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt qc phải bằng mật độ dòng nhiệt do hơi ngưng q1.
Do đó:
(tb – tw) = Như vậy, giả thiết (tb – tw) = 0,3 là chính xác
6.1.11.Diện tích bền mặt bên trong các ống F1
Lấy hiệu suất calorifer 𝜂 = 0,75 . Khi đó F1 bằng: F 6.1.12.Số ống cần thiết n n = ống 6.1.13.Số ống trong một hàng m. Chọn số hàng ống Z =10, khi đó: m = hàng 6.1.14.Tổng số ống của calorifer N N = m.z = 15.10 = 150 ống 6.1.15.Kích thước calorifer
Chiều rộng: b = z.s2 = 10.55.10-3 = 0,55m Chiều cao: h = m.s1 = 15.90.10-3 = 1,35 m
6.2.Tính tốn thiết kế quạt
Để vận chuyển tác nhân sấy trong các hệ thống sấy thường dùng hai loại quạt : quạt ly tâm và quạt hướng trục. Chọn loại quạt nào số hiệu bao nhiêu phụ thuộc vào đặc trưng của hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khác phục ∆p , năng suất mà quạt cần tải V cũng như nhiệt độ và độ ẩm tác nhân sấy. Khi chọn quạt, giá trị cần phải xác