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 dòng 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
STT Đại lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm %
1 Nhiệt lượng có ích q1 2451,61 69,44%
2 Tổn thất nhiệt do TNS q2 658,412 18,65%
3 Tổn thất nhiệt do VLS qVL 202,91 5,75%
4 Tổn thất nhiệt do TBTT qTBTT 96,49 2,73%
5 Tổn thất nhiệt ra môi trường qmtr 121,027 3,43%
6 Tổng nhiệt theo tính tốn q’ 3530,449 100
7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3538,88 100
8 Sai 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: nc 95 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 𝝎𝒎𝒂𝒙 Giả
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 hòa 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 dịng 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 định là hiệu suất của quạt, số vòng quay của quạt. Ở đây ta chọn quạt ly tâm để vận chuyển khơng khí
6.2.1. Tính trở lực
Ta chọn kích thước ống nối có đường kính 0,38 m a)
Tính trở lực do calorifer
Với nhiệt độ trung bình khơng khí trong calorifer: ttb
Tra bảng ta được: λ = 2,92 × 10−2 W⁄m. K ; v = 19,337×10−6 m2⁄s ; 𝜌 = 1,04915 kg/m3
(Tra phụ lục 6, P.258, [5])
Vận tốc của khơng khí bên trong caloriphe:
Trong đó: F = lca × bca = 1 × 0,55 = 0,55 (m2 ) là tiết diện calorifer mà khơng khí vào.
⟹ Re =
Tại nhiệt độ t0 = 63,5 , tra bảng, ta có v = 19,337 × 10℃ −6 (m2⁄s). Re > 104 , vậy khơng khí chuyển động theo chế độ chảy rối.
Nhưng do ống được xếp theo hàng nên ta có:
(CT II.72, P.404, [2]) Với s là khoảng cách giữa các ống theo phương cắt ngang của dòng chuyển động s = s1 − dng = 0,09 + 0,032 = 0,058 (m)
Vậy trở lực do caloriphe là:
b)Trở lực đột mở vào caloriphe:
Ta có diện tích của mặt cắt ngang ống đẩy là: F
Diện tích cắt ngang của caloriphe là F = lca × bca = 1 × 0,55 = 0,55 m2 . Vậy tỉ số
Tra bảng N.11, P.387, [2], ta được ξ = 64.
Nhiệt độ của khơng khí là 27 , tra bảng ta có: ρ = 1,177 km/m℃ 3 Vận tốc của khơng khí bên trong ống đẩy:
Vậy trở lực do đột mở vào caloriphe là:
c) Trở lực do đột thu từ caloriphe vào ống dẫn khơng khí nóng
Nhiệt độ của khơng khí nóng là 70 ℃
Tra phụ lục 6, P.258, [5], ta có: λ = 2,96 × 10−2 W⁄m. K ; v = 20,02 × 10−6 m2⁄s ; ρ = 1,029 kg/m3
Diện tích cắt ngang của khơng khí nóng: F
Vận tốc của khơng khí nóng trong ống:
Tại nhiệt độ t1 = 70 , tra bảng ta có v = 20,02 × 10℃ −6 (m2⁄s) Chuẩn số Reynolds:
Re
𝑅𝑒 > 104 , vậy khơng khí chuyển động theo chế độ chảy rối
Ta có:
Tra bảng N.13, P.388, [2], ta được ξ = 0,64. Vậy trở lực do đột thu vào caloriphe là:
d)Trở lực do co của ống dẫn khí nóng Trong cả hệ thống có 1 co dẫn khơng khí ra
khỏi calorifer vào hầm sấy. Tra ở phụ lục 8, P.261, [5], ta có ống trịn vng gập α = 90 có ξ = 1,1 Vận tốc của khơng khí nóng trong ống: ω℃ kkn = 14,1 (m/s).
Nhiệt độ của khơng khí nóng là 70 , tra Phụ lục 6, P.258, [5], ta có: ρ = 1,029 kg/m℃ 3
Vậy trở lực do co của ống dẫn khí nóng:
e) Trở lực của van Tra theo van tiêu chuẩn, có d = 380 mm.
Tra bảng N.37, P.397, [2], ta được ξ = 5,62.
f) Trở lực của kênh dẫn khí
Vận tốc của khơng khí nóng trong ống: ωkkn = 14,1 (m/s).
Nhiệt độ của khơng khí nóng là 70 , tra Phụ lục 6, P.258, [5], ta có: ρ = 1,029 kg/ ℃ m3. Tra ở phụ lục 8, P.260, [5], ta có ξ = 1 Vậy trở lực của kênh dẫn khí:
∆P )
g)Trở lực vào xe 6 lần
Tham khảo [6], bảng 3.5/trang 179 ta có ξ = 0,18 ωkkn là tốc độ của khơng khí nóng là 2 (m/s)
ρ là khối lượng riêng của khơng khí nóng trong hầm ( tính theo nhiệt độ trung bình của khơng khí).
Nhiệt độ của khơng khí nóng là 52,5 , tra Phụ lục 6, P.258, [5], ta có: ρ = 1,085℃ kg/m3 Vậy trở lực khi vào xe là:
h)Trở lực trong xe
∆P (P.178, [6])
Trong đó: Lh là chiều dài phần sấy, Lh =10,2 𝑚
ρ là khối lượng riêng của khơng khí nóng trong hầm (tính theo nhiệt độ trung bình của khơng khí).
Nhiệt độ trung bình của khơng khí nóng là 52,5 , tra Phụ lục 6, P.258, [5], ta có: ρ =℃ 1,085 kg/m3 .
ωkkn = 0,3 là tốc độ của khơng khí nóng dtd là đường khí tương đương của các khe thơng gió giữa các khay sấy, dtd = 0,1 m (khay sấy dày 0,04 mm).
λ là hệ số trở lực ma sát, (W⁄m. K)
Tại nhiệt độ t1 = 52,5 , tra bảng ta có v℃ 52,5 = 18,205×10−6 (m2⁄s). Chuẩn số Reynolds:
Re =
Re > 104 , vậy khơng khí chuyển động theo chế độ chảy rối Tra bảng 2, P.183, [6]: λ = 0,025 W⁄m. K
i) Trở lực ra khỏi xe 6 lần
Vận tốc khơng khí nóng là: ωkkn = 2 (m/s) Khối lượng riêng: ρ = 1,085 kg/m3
Tham khảo [6], ta có ξ = 0,25 Vậy trở ra khỏi xe là :
Hp = ∑ ∆𝑃 = 28,98 + 57,26 +65,46+ 112,52 + 502,82 + 102,29 + 2,3436 + 5,5335 + 3,255 = 880,4621 (N/m2)
6.2.2. Tính chọn cơng suất quạt và chọn quạt
a) Quạt đẩy hỗn hợp khí vào calorifer
+ Lưu lượng hỗn hợp khí quạt đẩy vào calorifer:
15.13, P.228 , [3]) + Áp suất làm việc toàn phần:
H
= 880,55 (N/m2) (CT II.238a, P.463, [2]) Trong
đó:
HP là trở lực của hệ thống, HP = 880,4621(N/m2) t0 là nhiệt độ làm việc của khí ( ), t℃ 0 = 27 . ℃
B là áp suất tại chỗ đặt quạt (mmHg), B = 1 atm = 760 mmHg. ρk là khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc (kg/m3) ,ρk = 1,177 kg/m3 ρ là khối lượng riêng của khí ở điều kiện tiêu chuẩn (kg/m3 ), ρ = 1,205 kg/m3 + Công suất trên trục động cơ điện:
N = (CT II.239a, P.463, [2])
Trong đó: ηq là hiệu suất của quạt, dựa vào Qđ = 5476,84 (m3⁄h), H = 880,55 (N/m2)
Theo đồ thị hình 13 trang 195 [6]: Đồ thị đặc tuyến của quạt ly tâm II4-70 N04 của “thiết kế hệ thống thiết bị sấy”,ta có :
Hiệu suất quạt: 𝜂 = 0,72
𝜔 = 128 𝑟𝑎𝑑/𝑠
Tốc độ vòng của bánh guồng: 40 m/s ηtr là hiệu suất truyền động, ηtr = 0,95 (truyền động qua bánh đai)
⟹ N =
+ Công suất thiết lập đối với động cơ điện: Nđc = N × k3 (CT II.240, P.464, [2])
Trong đó: k3 là hệ số dự trữ, do N = 2,3 kW, ta tra bảng II.48, P.464, Tài liệu [2], có k3 = 1,15
⟹ Nđc = 2,3 × 1,15 = 2,645 (kW)
6.3. Chọn nồi hơi
Công suất calorifer:
Qc kJ/h = 51.986 kW.
Lưu lượng hơi cần thiết D ( kg/h ):
D=
Với yêu cầu của Calorife hơi vào có nhiệt độ bão hịa 100oC (áp suất bão hòa tương ứng là 1,0132Bar), lưu lượng hơi vào là 82.8447 kg/h. Ta lựa chọn nồi hơi của hãng
WILFORD ra được loại nồi đáp ứng được các yêu cầu trên như sau: Bảng 6.1: Các thông số nồi hơi
Năng suất sinh hơi D [kg/h] 300
Áp suất làm việc p [Bar] 7
Nhiệt độ bão hòa t [oC] 170 0C
Loại nhiên liệu gas
CHƯƠNG 7. TÍNH KINH TẾ
Bảng 7.1: Kinh phí chế tạo và lắp đặt hệ thống:
Tên bộ phận Giá thành Đơn vị Số lượng Thành tiền
Bộ cửa kéo ra, vào bằng thép 5.000.000 Cánh 2 10.000.000 Khung CT3 (xe goong) 4.000.000 Chiếc 6 24.000.000 Thép (khay sấy) 400.000 Chiếc 61 24.400.000 Đường ray dẫn bên hướng bên
trong hầm 10.000.000 Cặp 4 40.000.000 Quạt thổi ly tâm 5.600.000 Cái 1 5.600.000 Calorife 20.000.000 Cái 1 20.000.000 Hệ thống ống nối ra vào tác
nhân sấy 2.500.000 m 15 37.500.000
Đồng hồ báo nhiệt độ tại bộ trao
đổi nhiệt 2.000.000 Chiếc 1 2.000.000 Đồng hồ báo nhiệt độ sấy trong
hầm 2.000.000 Chiếc 4 8.000.000
Hệ thống báo động nhiệt độ cao 3.000.000 Chiếc 1 3.000.000 Hệ thống đèn chiếu sáng trong
hầm sấy 2.000.000 Bộ 4 8.000.000
Bảng điện điều khiển 10.000.000 Bộ 1 10.000.000 Thiết bị xác định độ ẩm 3.700.000 Chiếc 1 3.700.000
CHƯƠNG 8. KẾT LUẬN
Hệ thống sấy hầm dùng để sấy khoai mì, năng suất 800 kg nguyên liệu/mẻ hoạt động liên tục kết hợp với tác nhân sấy đi ngược chiều vật liệu sấy. Để các thơng số