2.2 .2Tính tốn trạng thái khơng khí vào hầm sấy
3.2 Tính tổn thất nhiệt
3.2.2 Tổn thất ra môi trường
Vận tốc tác nhân sấy v = 2,5 m/s
Các dữ liệu tính mật độ dịng 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: tfl = =
Nhiệt độ dịch thể tích lạnh là nhiệt độ mơi trường tf2 = 23,
Kích thước xác định là chiều cao tường hầm sấy : Hh = 2,45 m
Tường xây bằng gạch dày 250 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 = 0,77 W/Mk . Bên ngoài là lớp cách nhiệt dày 70 mm ,hệ số dẫn nhiệt là z = 0,053 W/Mk .
Tác nhân sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức tốc độ v = 2,5 m/s, khơng khí bên ngồi 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 1 va giữa mặt ngoài tường hầm với mơi trường 2 tính theo cơng thức :
1 = 6,15+ 4,17 .w = 16,5 W/m2 (cồn thức 7.64 [1])
Tính các tốn tổn thất
Giả sử nhiệt độ vách trong của tường là : tw1 = 52 Mật độ dòng nhiệt truyền từ tác nhân sấy vào tường là:
q’ = 1.(ttb -tw1) = 16,5 .(58-55) = 49,41 W/m2
Nhiệt độ mặt ngoài của tường là tw2 theo hệ số định luật Furier: tw2 = tw1 - = 53- = 35,95
= tw2 -t0 = 12,65
Từ nhiệt độ tm tra bảng thông số vật lý của khơng khí ( [3] trang 318 ) ta được: = 2,67.10-2 W/m.độ
v = 16 .10-6 m2/s Pr = 0,701
Tiêu chuẩn grat:
Gr = = = 8,03.109
Nu = C .(Gr .Pr )n = 0,135 .(5,625 .109)1/3 = 241
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên 2 bằng:
2 = = = 3,785 (W/m2.K)
Dịng nhiệt truyền từ bề mặt ngồi của tường vào môi trường:
q’’ = 2 .(tw2 -tf2) = 3,785 .(35,95-23,3) = 47,88 W/m2
Sai số tương đối:
= 3,1 % chấp nhận sai số nằm trong giới hạn cho phép
Hệ số truyền nhiệt K: Ktb = = = 0,5 W/m2K
Tổn thất quá 2 bên tường: qtb = ( 3,6 .ktb .Ftb .(tf1 -tf2 ) )/W
= (3,6. 0,49.2.11,6.1,85.30,7)/529,41 = 6,28 KJ/kg ẩm
Tổn thất qua trần : 2tr= 1,32 = 1,3 . 3,785 = 4,9 W/m2
Do trần phụ hầu như khơng có tổn thất nên ở nay ta chỉ tính tổn thất qua trần chính. Có lớp bê tơng dày 70 mm với z2 = 1,15 W/mK cách nhiệt bông thủy tinh dày 150 mm với z3 = 0,058 W/mK
Hệ số dẫn nhiệt qua trần :
Ktr = = = 0,34 W/m2 .K
Qtr = 3,6.Ktr.Ftr .(tf1- tf2 )
Qtr = 3,6. 0,34 .11,6 .2,45 .(58-23,3)/W =2,38 (Kj/ kg ẩm)
Tổn thất qua cửa
Chiều cao cửa hc = 2,45 m Chiều rộng cửa bc = 1,5
- Hai đầu hầm sấy có cửa làm bằng thép dày 4 = 50 mm , có hệ số dẫn nhiệt z4 = 0,5
W/mK.
- Mỗi cửa gồm 3 lớp: 2 lớp phía ngồi làm bằng thép 304 dày δC1 = δC3 = 0,002 m có λ1 = 0,5 W/m.K; một lớp giữa làm bằng bơng thủy tinh cách nhiệt có δ2 = 0,03 m và λ2 = 0,058
W/m.K.
Kc == 1,133 W/m2.K Kc = = = 1,133 W/m2.K
- Cửa phải tác nhân sấy có độ chênh lệch nhiệt độ (t1 -t0) cịn đầu kia có độ chênh lệch nhiệt độ bằng (t2 -t0):
Qc = 2.3,6.Kc. Fc .(( t1-t0) +(t2 -to)) /W = 4,7 Kj/kg Tổn thất qua nền:
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 58 và giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2 m theo bảng 7.1 trang 142 sách thiết kế hệ thống sấy , ta có:
q = 37,97 W/m2
Do đó tổn thất qua nền bằng: Qn = 3,. Fn . q /W = 7,64 ( Kj/kg ẩm )
Như vậy tổn thấy nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra môi trường xung quanh bằng : Qmt = qt +qtr+qn +qc = 6,28 +2,38+ 4,7+ 7,64 = 21 ( kJ/ kg ẩm)
Tổng tổn thất: = Ca . tvl - qv – qct – qmt
3.3 Tính tốn q trình sấy thực
Vì q trình sấy khơng bổ sung nhiệt lượng, cho nên ta có : ( lượng nhiệt bổ sung thực tế): = Cn. t0 –( qvl + qm+qct ) Thơng số khơng khí ra khỏi hầm:
Ta có : I2 = I1 + (1)
Mặt khác: I2 = t2 + 0,001.d2 .(2500 + 1,97.t2 ) (2) Thay (1) vào (2) và biến đổi ta được:
Độ chứa hơi của khơng khí ra khỏi thiết bị sấy:
d2 = = 0,03345 ( kg/kg kkk)
Entanpy của khơng khí ra khỏi thiết bị sấy:
I2 = I1 + = 121,99 (kJ/kg kkk)
Độ ẩm tương đối của khơng khí ra khỏi thiết bị sấy là:
2 = = = 0,85 = 85%
= = = 1,07 kg/m3
Tính lượng tác nhân sấy trong q trình sấy thực
a) Khối lượng khơng khí khơ
Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy thực: l = = =54,49 (kg kk/kg ẩm)
- Lượng khơng khí lưu chuyển qua thiết bị sấy:
L = W.l = 529,41 .54,49 = 28850 (kg kk/ h). - Lưu lượng thể tích khơng khí cần thiết cho quá trình sấy là:
V = = = = 27874 (m3/h).
Tiết diện của xe goòng (2 thanh thẳng đứng 502000 mm, 20 thanh nằm ngang 501000 mm): FX = 2.0,05.2 + 20.0,05.1,2 = 1,4 m2
Tiết diện của hầm sấy (18502450mm) : FH = 1,85 . 2,45 = 4,53 m2
Tiết diện tự do : Ftd= 4,53 – 1,4 = 3,1 m2
Tốc độ chuyển động của tác nhân sấy trong hầm là: Vt = = = 2,497 m/s.
Sai số nằm trong mức cho phép .
Tính tốn lượng nhiệt trong q trình sấy thực:
Nhiệt lượng tiêu hao q:
q = l (I1 – Io ) = 54,49 ( 124,5540 – 61,7534) = 3422 (kJ/ kg ẩm)
Nhiệt lượng có ích:
qci = i2 – Cn .tv1 = ( 2500 +1,97.36) – 4,18.23,3 = 2473 (Kj/ kg ẩm)
Tổn thất do tác nhân sấy mang đi Nhiệt dung riêng của khơng khí ẩm:
Ck = Ckk + 0,47 . = 1,004+ 0,47. = 1,011 ( kj/kg K)
q2 = l.Cdx( do ).(t2 -to) = 54,49 . 1,011( 36 – 23,3) = 699 ,63 (kj/ kg ẩm)
Tổng lượng nhiệt tổn thất và các tổn thất q:
q’ = qci +q2+qct +qv+qmt = 2473+699,63 +62,888+21+149,74 = 3408,258 ( kj/kg ẩm)
Có thể thấy nhiệt lượng tiêu hao q, tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ phải bằng nhau. Tuy nhiên trong q trình tính tốn chúng ta đã làm trịn hoặc sai số trong tính tốn các tổn thất nên chúng ta đã dẫn đến một sai số nhất định. Ở đây có sai số tuyệt đối:
= = = 0,00403 = 0,403%
Bảng 3.4 . Cân bằng nhiệt của hệ thống sấy
STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị [kJ/kg ẩm] %
2 Tổn thất do tác nhân sấy q2 699,630 20,440 3 Tổn thất do vật liệu sấy qV 149,740 4,300 4 Tổn thất do thiết bị truyền tải qTBTT 67,888 1,900 5 Tổn thất ra môi trường qMT 21,000 0,610 6 Tổng nhiệt lượng tính tốn q’ 3422,000 100,000 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3408,258 100,000
8 Sai số tương đối 0,403
Nhận xét : Qua bảng cân bằng nhiệt ta nhận thấy hiệu suất của thiết bị sấy vào khoảng 72,26%; tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi chiếm một phần nhỏ (khoảng 4,3%), tổn thất ra môi trường và do thiết bị truyền tải cũng chiếm một phần không đáng kể. Tổn thất chủ yếu do tác nhân sấy mang đi, vì vậy khi tính tốn thực tế ta có thể lấy gần đúng tổng tổn thất này vào khoảng 10%, từ đó việc tính tốn và thiết kế sẽ dễ dàng hơn.
CHƯƠNG 4. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
4.1 Tính chọn caloripher .
Caloriphe là thiết bị truyền nhiệt dủng đề gia nhiệt gián tiếp cho khơng khí sấy. Trong kỹ
thuật thường dùng hai loại caloriphe là caloriphe khí- khói và caloriphe khí-hơi. Ở đây ta chọn caloriphe khí – khói.
Bảng 4.5. thơng sốkích thước của caloriphe để sử dụng trong tính tốn:
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Ố n g Chiều dài L M 1,2 Đường kính ngồi d2 M 0,057 Đường kính trong d1 M 0,05 Bề dày ống M 0,003 5 Bước ống ngang dòng lưu chất s1 M 0,1 Bước ống dọc dịng lưu chất ngồi
ống s2 M 0,1
Đường kính ống ở mặt bích lắp ống
khói ra (vào) mm 400
Đường kính của ống cho khơng khí
ra (vào) mm 250
Chiều rộng mặt bích caloriphe M 500 Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống
(thép CT2) W/mK 57
Chọn nhiệt độ của khói vào caloriphe là: tkv = 2500C Nhiệt độ của khơng khí vào caloriphe là tkkv = 23,30C
Lưu lượng khơng khí vào caloriphe:Vkk = Thơng số của khơng khí khơ G’ = L = 29994,9 kgkkk/h = 8,33 kgkk/s
Nhiệt độ của khói ra khỏi caloriphe:
Tlr = tlv - = = 208
Độ chênh nhiệt độ
183,11
Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống
Trong đó:
: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
:hệ số xét đến trao đổi nhiệt bức xạ,theo kinh nghiệm , vậy ta chọn Với nhiệt độ trung bình của khói là: , ta tìm được,, ,
Khi đó ta có :
Giả sử vận tốc dịng khói là 2,5(m/s) ờ đường ống 0,4(m), vậy thì vận tốc của khói thổi vào caloriphe là:
160
Chuẩn số Reynolds:
Chuẩn số Nusselt:
(trang89-[5])
Đối với khói, trị số tiêu chuẩn ít thay đổi nên
phụ thuộc vào chiểu dài ống ,ta có
Hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt ngoài của ống với khơng khí Nhiệt độ trung bình của khơng khí:
Từ đó ta tra bảng có các thơng số sau: ;
; ;
Vận tốc của dịng khí trong ống dẫn trước khi vào caloriphe có đường kính là 0.5m
Vận tốc của dịng khí khi vào cửa của caloriphe dường kính 0,25m:
Chuẩn số Reynolds của dịng khơng khí:
Chuẩn số Nusselt của khơng khí:
Trong đó:: hệ số xét đến ảnh hưởng của bước ống:chùm song song:
= 833,313
= 13,485 (m2) Số ống khói là: Chọn n = 72 ống. Chọn số ống trên một hàng là m,và số hàng z = 8, khi đó: Kích thước caloriphe: - Chiều cao : a = z.s1 = 8.0,1+ 0,057 = 0,857(m) - Chiều rộng : b = m.s2 = 9.0,1+0,057 = 0,957 (m) - Chiều dài : l = 1,2(m) Trở lực qua caloriphe: 4.2 Buồng đốt:
Do hệ thống sấy cần thiết để sấy bắp, do đó khơng cần phải có cơng suất lớn. Vì vậy, ở đây ta dùng buồng đốt thủ cơng ghi phẳng.
Hình 5. Buồng đốt
Loại ghi thanh được dùng nhiều với các loại than có kích thước trung bình và lớn. Loại ghi này chế tạo đơn giản, thay thế dễ dàng nhưng không dùng được với loại than vụn và khó khăn trong việc đánh xỉ. Để bảo vệ khi không bị quá nhiệt khi làm việc, ta trải lên mặt ghi một lớp xỉ mỏng, sau đó mới đến lớp than .
Các kích thước cơ bản của buồng đốt:
Bảng 6. Thành phần nhiên liệu than sử dụng: Than Tuyên Quang.
Nguyên tố Hàm lượng C 57 H 4,6 O 2,6 N 0,2 S 1,6 Tr (Tro) 19 A (Nước) 15 Các thơng số của khói:
Nhiệt trị cao của nguyên liệu:
( kJ/kg nhiên liệu )
Nhiệt trị thấp của nguyên liệu:
( kJ / kg nhiên liệu )
Lượng khơng khí khơ lý thuyết cho q trình cháy: (kJ/kg ngun liệu)
: hệ số khơng khí thừa của buồng đốt: bđ = 1,5–1,8(Bảng VII–2/190–[8]), chọn bđ = 1,5.
Lượng hơi nước trong khói lị sau buồng đốt:
( kg ẩm / kg nhiên liệu ) (CT 3.20/58–[1]) (CT 3.20/58–[1])
Khối lượng khói khơ sau buồng đốt:
( kg khói khơ/ kg nhiên liệu) (CT 3.23/59–[1])
Độ chứa ẩm của khòi lò sau buồng đốt:
( kg ẩm/ kg khói khơ) (CT 3.26/59–[1])
Enthalpy của khói lị sau buồng đốt:
= 1198,19 (kj/ kg khói khơ) (CT 3.31/60 – [1] Nhiệt độ của khói lị sau buồng đốt:
= 931,031 (0C) Thể tích riêng sau buồng đốt
(kg than/kg ẩm)
Trong đó = 0,6: hiệu suất của buổng đốt Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 h
(kg than/ h) Lượng khói khơ cần thiết trong 1 h
L1’ = Lk’.B = 12,501.20,91 = 261,41(kg/h) = 0,0726(kg/s) Lưu lượng thể tich khói:
V1’ = L1’.v1’ = 261,41.4,095 = 1070,532(m3/h) = 0,297(m3/s) Diện tích bề mặt ghi lị:
(Cơng thức 3-2/29-[7]) Trong đó:
B = 20,91kg/h: lượng than cần cung cấp,(kg/h)
= 23548,78(kJ/kg): Nhiệt trị thấp của than(kj/kg)
r = 465000( W/m2): cường độ nhiệt của ghi,(bảng 3-1/30-[7])
0,345 (m2) Đối với than antraxit, chon tỷ lệ mắt ghi 0.15
f
F
Vậy diện tích mắt ghi: f = 0,15.0,345 = 0,05178(m2)
Thể tích buồng đốt: Mật độ nhiệt thể tích của buổng đốt, khi sử dụng than antraxit có q =290.103-348.103(W/m3). Ta chọn q = 348.103(W/m2) (Bảng 3-2/30-[7]).
Thể tích buồng đốt: (CT3-3/30-[7]) Chiều cao buồng đốt:
Vậy ta chọn H = 1.2(m)
Chiều ngang(N), dài(L) của buông đốt:
Chiều dài buồng đốt là chiều dài mà sản phẩm cháy chuyển động dọc theo nó đi vào buồng hịa trộn. Ở buồng đốt thủ công, ta chọn chiều ngang lớn hơn chiều dài , để có thề trải dều than, thao tác nhe nhàng và đánh xỉ bớt khó khăn.
Ta chọn N/L = 1,5 Ta có:
Chiều ngang buồng đốt: N = 1,5.L = 1,5.0.5 = 0,75 (m)
4.3 Xyclon
Khi tác nhân sấy khơng khí nóng đi qua máy sấy hường có mang theo rất nhiều hạt bụi nhỏ, chúng cần được thu hồi đề làm sạch mơi trường khơng khí thải. Trong hệ thống này sấy thùng quay dùng xyclon đơn. Chọn loại xyclon đơn ЦH-15 .Loại này đảm bảo độ làm sạch bụi lớn nhât với hệ số sức cản thủy lực nhỏ nhất. Đối với xyclon ЦH-15 thì chọn đường kính từ 40 800mm. Hệ này làm sạch bụi càng tăng nếu bán kính xyclon càng bé, vì vậy nên dùng xyclon có bán kính nhỏ. Năng suất của xyclon đơn của xyclon đơn khá lớ, muốn tăng năng suất có thể ghép nhiều xyclon làm việc song song.
Lưu lượng khí vào xyclon chính là lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy: Vxuclon = 3,12 m/s.
Đường kính xyclon: Chịn 1 xyclon, đường kính D = 650mm, dùng khi năng suất của xyclon ЦH-15 từ 7650 8920 m3/h (bảng III.5/524-[6]).
h2 h5 h3 h4 a l a h1 D
Hình 4.7. Kích thước cơ bản của xyclon đơn loại ЦH-15(bảng III.5/524-[6])
Bảng 4.6. Thông số của Xyclon
STT Kích thước của xyclon ЦH-15
Kí hiệu Cơng thức Giá trị Đơn vị
1 Đường kính trong
của xyclon D 670
m m 2 Chiều cao cửa vào a 0,66D 400
3 Chiều cao ống tâm có
mặt bích h1 1,74D 1131
4 Chiều cao phần hình
trụ h2 2,26D 1525
5 Chiều cao phần hình
nón h3 2,0D 1000
6 Chiêu cao phần bên
ngoài ống tâm h4 0,3D 195 7 Chiều cao chung H 4,56D 2678 8 Đường kính ngồi
của ống
9 Đường kính trong
của cửa tháo bụi d2 0,3D 195 10 Chiều rộng cửa vào b1/b 0,26D/0,2
D
169/13 0 11 Chiều dài của ống
cửa vào l 0,6D 390 12 Khoảng cách từ tận cùng xyclon đến mặt bích h5 0,32D 208 13 Góc nghiên giửa nắp và ống vào 15 Độ 1 4 Hệ số trở lực của xyclon 105 Đơn vị
Bunke chứa bụi:
- Thể tích làm việc của bunke dối với 2 nhóm xychon Vbunke = 1,1 m3(bảng III.5a[6]). - Góc nghiên của thành bunke là 600.
- Để giảm chiều cao chung của bunke, ta đặt bunke chung cho nhóm xyclon. - Xem lưu lượng khí vào mỗi xyclon trong 2 nhóm xyclon là bằng nhau và bằng:
Tốc độ quy ước của khí: (CTIII.47/522-[6]).
Trở lực qua xyclon:
(CT III.50/522-[6]). Trong đó, : khối lương riêng của khơng khí ở t2 = 360C.
lượng khí theo tính tốn ở điều kiện làm việc. Ta sẽ thuyết kế một quạt đẩy ở đầu calorife và một quạt hút ở cyclon.
Cho tổng trở lực của tồn bộ q trình: P = (N/m3 )
Quạt đẩy hỗn hợp khí vào calorife:
Lưu lượng đẩy vào Qđ = L. V23,3 = 4249 (m3 /h) Áp suất làm việc toàn phần:
H = Hp .
Với Hp: trở lực của toàn hệ thống: Hp = = 2200 (N/m3) = 224,4 mm H2O To nhiệt độ của khơng khí vào t0 = 23,3 B = 760,8 mmHg : áp suất tại chỗ đặt quạt
khối lượng riêng của khơng khí ở điều kiện làm việc = 1,178 kg/m3
khối lượng riêng của khơng khí ở điều kiện tiêu chuẩn = 1,181 kg/m3
H = 224,4. = 234 (N/m2 )
Công suất trên trục động cơ điện: N =
Với = 0,95 truyền động qua bánh đai = 0,8 hiệu suất của quạt
Q : năng suất quạt N = = 4,19 (Kw)
Công suất thiết lập với động cơ điện: Nđc = N.k3 = 4,05 .1,15 = 4,82 (Kw) Quạt đẩy khí thải cyclon: