3 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TỦ SẤY MỰC
3.4 QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
3.4.1 Xác định các tổn thất do vật liệu
Để tính tổn thất vật liệu mang đi thì ta phải biết được nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi buồng sấy ( thường thì thấp hơn nhiệt độ của tác nhân sấy 5-10oC, ta chọn độ lệch là 5oC.
- Vậy nhiệt độ vật liệu sấy khi ra khỏi buồng sấy là 60oC. Qm = Gm. Cm (tm2 − tm1) (kJ/h) [TL 2- tr74]
Trong đó:
- Gm: lượng vật liệu đi ra khỏi thiết bị (Gm= G2= 176,47kg) - Cm: nhiệt dung riêng của vật liệu khi ra khỏi thiết bị - tm2, tm1: nhiệt độ ra, vào của vật liệu sấy.
- Nhiệt dung riêng của vật liệu sau khi sấy là [TL4]:= 15% )Cm=3,113+0,006=3,113+0,006.0,15=3,11(kJ/kgK)Vớilàđộẩmtươngđốicủavậtliệu(ởđây
- Nhiệt độ của vật liệu sấy vào: tm1= 25oC - Nhiệt độ của vật liệu sấy ra: tm2= 60oC.
➔ qm =
3.4.2 Tổn thất do thiết bị vận chuyển
- Nhiệt độ của khay sấy và xe goong khi đi vào buồng sấy trước khi sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường: t =t =t = 250C.
= 7850 / 3
k1 x1 0
- Xe goong làm bằng thép CT3:
, Gt= 1,9kg/m, Ct= 0,5kJ/kg. K.
- Mỗi xe goong có 20khay, vì vậy ta sử dụng thêm 40 thanh chữ L 30x10x3(mm) đặt 2 bên để giữ khay được ổn định trên xe, Phần giá đỡ này được hàn vào chiều rộng xe goong để tiết kiệm chi phí vật liệu so với hàn vào chiều dài xe, nên chiều dài thanh đỡ là 650mm.
- Bánh xe goong có đường kính ngồi là 100mm, mặt tiếp xúc với mặt đất rộng 50mm, nặng khoảng 3,5kg, làm bằng thành phần hợp kim. Mỗi - Khay làm bằng inox: =ở 79304góc. / 3, Ci= 0,5kJ/kg. K.khungxelắp4bánhxe
Mỗi khay sấy có khối lượng trung bình là 3kg và khối lượng
mỗi khay hứng nước là 4kg. - Tổngmkhối lượng mỗi xe goong ( chưamcó khay sấy):
Có mkhx=7,85.2.0,5.4.4.giá (123+65.2)=32000(g)=32(kg) = 7,85. (3+1)bx.0,3.65.40=25000(g)=25(kg)
=4.4=16(kg)Tổngkhốilượngcáckhay sấy là:60. 3+4. 3= 192(kg)
Mxg= mkhx+ mgiá+ mbx = 32+25+16=73(kg)
Tổng khối lượng các xe goong ( khơng có khay sấy) là: Gx= 3.Mxg= 3.73=219(kg)
- Vì xe làm bằng thép nên nhiệt độ xe ra khỏi thiết bị sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy trong buồng: tx2=t2= 65oC.
- Tổn thất nhiệt do xe goong ( chưa có khay sấy ) là: Qxg= Gx. Ct. ( tx2 – tx1) = 219. 0,5. (65-25)=4380( kJ)
Đồ án quá trình thiết bị CNSH - Tổn thất do khay sấy mang đi:
Qk= Gk. Ci. (tx2 – tx1) =192. 0,5. ( 65-25)=3840(kJ)
qk =
Ngồi ra, cịn tổn thất do thanh chia gió, tổn thất khoảng - Tổn thất nhiệt do vận chuyển:
qvc= qk+qxg+ = 13,54 + 11,87+3= 28,41(kJ/kg. ẩm)
3.4.3 Tổn thất do tỏa nhiệt ra ngồi mơi trường qmt
- - -
Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: tf2=to= 25oC
o
Nhiệt độ trung bình= 46,5bên trong buồng sấy: tf1= ( 65+ 45)/2= 55 C.
Ta có hệ số dẫn nhiệt của thép là 1 W/m. K, của bông thủy tinh 2= 0,058 W/m. K.
- Nhiệt độ tổn thất qua tường được tính theo cơng thức:
Qt= K. F. ∆t (W)
Trong đó:
- F là diện tích xung quanh buồng sấy (m2) Thơng số buồng sấy (L,B,H)(mm)= ( 2563:973:1483) (mm)
F= 2. ( L. H+B. H)= 2. ( 2,563. 1,483+ 0,973. 1,483)= 10,5(m2)
∆t = t − t = 55 − 25 = 30
-
∆ là độ chênh lệch f1bênf2trong và bên
- K là hệ số truyền nhiệt (W/m2K)
K =
Với là hệ số tỏa nhiệt từ TNS đến vách trong của buồng sấy và hệ số tỏa nhiệt từ vách ngồi tới khơng khí bên ngồi (W/m K).
Để1 , xác2
Giả thiết: Nhiệt độ vách trong của tường là tw1= 53,32oC, ta có phương trình cân bằng nhiệt:
q = α (t − t
2w2
Dựa theo thực nghiệm, chọn v= 2 m/s < 5m/s, ta có:
m K
Mật độ dịng nhiệt truyền qua giữa tác nhân sấy và mặt trong
q1 = α1(tf1 − tw1) = 14,49. ( 55 − 53,32) = 24,34( 2 )
m K
Nhiệt độ vách ngồi được tính theo cơng thức: t
w2
= tw1
Hệ số tỏa nhiệt từ vách ngồi máy tới khơng khí bên ngồi:
α2 = 1,715(tw2 − tf2)0,333 = 1,715. ( 32,38 − 25)0,333 = 3,34( 2 )
m K
Mật độ dòng điện do đối lưu tự nhiên từ mặt ngồi máy với mơi trường bên ngoài:
q2 = α2( tw2 − tf2) = 3,34. (32,38 − 25) = 24,64( 2 )
Sai số: | q1−qq21
tw1= 53,32oC
q1 =24,34(W/m2K)
Đồ án quá trình thiết bị CNSH
K =
1
α
- Tổn thất nhiệt qua tường là:
Qt= K. F. ∆t = 0,82. 10,5. 30=258,3(W)=929,88(kJ/h)
- Tổn thất nhiệt qua trần máy:
• Bề mặt trần trao đổi nhiệt hướng lên trên nên hệ số trao đổi nhiệt đối
lưu là:
• Trần buồng sấy có cấu tạo và thơng số như tường máy nên hệ số truyền nhiệt là:
Ktr = α • Tổn Ktr.Ftr∆tthất=0,86. (2,563nhiệt.0,973)qua.30= trần 64,34(W)buồng=231,63(kJhmáy) là: Qtr= - Tổn thất nhiệt qua nền:
Kết cấu nền như tường bao, nên sẽ tính tổn thất như tường bao: Qn = K. Fn. ∆t = 0,82. (2,563. 0,973). 30 = 61,35(W) = 220,85(
- Tổng tổn thất nhiệt truyền ra môi trường qua kết cấu bao che là:
qmt = Q
mt
W1h
- Tổng lượng tổn thất nhiệt thực tế là:
qtổng= qm+qvc+qmt= 59,37+ 28,41 + 51,28=139,1(kJ/kg). 3. 4. 2. Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế.
Hình 3.2 Quá trình sấy thực tế - Lượng chứa ẩm d2 Trong đó: • d1 = 0,0173(kg/kgkk) • i2: entanpy của hơi nước
• Cph: Nhiệt dung riêng của hơi nước ( Cph = 1,9 kJ/kgK)
• Cpk: Nhiệt dung riêng của khơng khí khơ ( Cpk =1,004 kJ. kgK) ∆ = Cα. t0 -qtổng = 4,18 × 25 – 139,1= -34,6(kJ/kg ẩm ) i1 =r + Cph. t1 = 2500 + 1,9. 65 = 2623,5 kJ/kg i2 = r+ Cph. t2 = 2500 + 1,9. 45 = 2585,5 kJ/kg Thay số: d2 - Độ ẩm tương đối: 2 = - Entanpy: kg kgkk
Đồ án quá trình thiết bị CNSH Rk(273+t2) 2 pk 2 I = C t
- Khối lượng riêng của khơng khí:
- Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm vật liệu sấy là:
1 1
l0 =
- Lượng khơng khí khơ bốc đi trong 1 h là:
L1h = l0. W1h = 126,58
Thể tích khơng khí ẩm chưa 1kg khơng khí khơ trước và sau q trình sấy là:
vB= 1,01 m3/kgkk ( ở ( t1 =65℃, 1= 10,09 % ) và vC =0,95 m3/kgkk ( ở t2 = 45 ℃ , 2 = 40,77 % ).
- Lưu lượng tác nhân sấy trước khi vào buồng: - Lưu lượng tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng:
VC = L. vC = 3412,6. 0,95 = 3241,97 (m3/h)
- Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân đi vào buồng:
V’tb = VB+VC = 3446,73+3241,97 =
- Khối lượng riêng của tác nhân sấy trong quá trình thực tế: ptb =
Bảng 3.2 Trạng thái khơng khí lý thuyết và thực tế Trạng thái khơng t khí Khơng khí bên 25 ngồi buồng sấy Khơng khí vào 65 buồng sấy Khơng khí ra khỏi 45 buồng sấy 3.5 Tính tốn cân bằng nhiệt
3.5.1 Nhiệt đưa vào hệ thống
- Nhiệt lượng đưa vào buồng sấy:
q= l0 (I1 -I0) =126,58(110,58-69,15) = 5244,21(kJ/kg ẩm ) Q= q. W0 = 5244,21. 323,53 =1696659,26 (kJ/h)
- Nhiệt do khơng khí đưa vào:
Q0 =L. I0 = l0. W0. I0 = 126,58. 323,53. 69,15 = 2831860,35 (kJ/h) Qv = Q +Q0 = 1696659,26+2831860,35=4528519,61(kJ/h)
3.5.2 Nhiệt lượng ra khỏi hệ thống
- Nhiệt lượng có ích:
q1 =i2 -C . t0 = 2585,5 – 4,18. 25= 2481( kJ/kg ẩm ) Q1 = q1. W0 = 2481. 323,53 = 802677,93 (kJ/h) - Nhiệt tổn thất do khí thốt ra:
Đồ án quá trình thiết bị CNSH
I’2= t2 + d0( r+ Cph. t2 ) = 45 + 0,0173( 2500+ 1,9. 45) = 89,73 (kg/kgkk) Q’2 = L. I’2 = 126,58. 323,53. 89,73= 3674661,31 kJ/h - Nhiệt tổn thất do vật liệu mang đi: Qm =19208,76 (kJ/h)
- Nhiệt tổn thất do thiết bị vận chuyển: Qvc =9562,8 (kJ/h) - Tổn thất vào môi trường: Qmt =1267,86(kJ/h)
Tổng nhiệt lượng bị đưa ra ngoài là: Qra = Q1 + Q’2 + Qm + Qk + Qmt = 802677,93+ 3674661,31+19208,76+9562,8+1267,86= 4507378,66(kJ/h) Thành phần nhiệt Nhiệt cấp vào Nhiệt đưa ra Nhiệt hữu ích Tổn thất do thốt khí Tổn thất do vật liệu Tổn thất do vận chuyển Tổn thất do tỏa nhiệt = ∆Q= | Qvào – Q ra| = |4528519,61-4507378,66| = 21140,95(kJ/h) ∆Q = 21140,95
Vậy hiệ u suất của t hiế t bị sấy là : H= QQ1= 169665 9,268026 77,93
4 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤTRỢ TRỢ
4.1 Chọn Calorifer
- Nhiệt lượng calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là: Q= L1h. (I1-I0) (kJ/h)
= 3412,6 . ( 110,58-
69,15)=141384(kJ/h)=39,27 kW
- Công suất nhiệt của calorifer:
Qcal =
Trong đó: Q là nhiệt lượng vào buồng sấy
là hiệu suất nhiệt của calorifer, (0,95-0,97), ta chọn = 0,96
→
Qcal=
- Tiêu hao hơi nước ở calorifer: do nhiệt độ tác nhân sấy không quá cao nên ta chọn lị hơi có áp suất bão hịa ở 5bar.
Tiêu hao hơi nước ở calorifer: D =
Trong đó:
• ih là entanpy của hơi vào calorife. Đây là hơi bão hịa khơ ở 5 bar. Vậy ih = i’’ = 2749 kJ/kg
• i’ là entanpy của
Vậy D= 2749−640 = 0,02 kg/s = 76,3740,9 kg/h
- Bề mặt truyền nhiệt của caloriphe được xác định theo công thức:
Đồ án q trình thiết bị CNSH Trong đó:
F- bề mặt truyền nhiệt phía có cánh ( 2)
k- hệ số truyền∆ nhiệt (W/m2K)
- độ chênh lệch nhiệt độ trung bình(oC)
Giả thiết lưu tốc khơng khí là 4 kg/m2s, ta xác định được k = 20. 8 W/m2. K, trở lực về phía khơng khí là 3 mmHg ( bảng 4-181-[TL2])
Độ chênh lệch nhiệt∆ độ.ε trung bình được xác định theo cơng thức:
t = ∆t1− ∆t2
tb
Trong đó:
• ts - nhiệt độ bão hòa của hơi nước ở áp suất 5 bar, ts = 1520C • tk1 - nhiệt độ khí vào calorifer, tk1 = t0 = 25 0C
• tk2 - nhiệt độ khơng khí ra khỏi calorifer, tk2 = t11 = 650C • ∆ - hệ số xác định theo đồ thị, ∆ =1
Vậy ∆ttb =
Bề mặt truyền nhiệt calorife:
Để đạt hiệu quả cho việc gia nhiệt và phù hợp∅ với tính tốn, cũng như để đảm bảo sự truyền nhiệt ngay cả khi sử dụng thiết bị lâu, ta sử dụng 3 calorifer và tra phụ lục 1 bảng 4 trang 182 [TL2], ta chọn calorifer K 1,kiểu II với các thông số như sau:
Bảng 4.1 Thơng số Calorifer Diện tích BMTDN (m2 ) 9,3 Ta có lưu tốc khơng khí= 3.0,084.3600
(Sai số khoảng 6% nên có thể sử dụng loại calorifer cho thiết bị)
4.2 Tính tốn trở lực
4.2.1 Trở lực từ quạt đến calorifer
Chọn đường ống dẫn làm bằng tơn sơn có độ nhám Chiều dài ống: l1 = 0,25 m
Đường kính ống: d1 = 0,2 m Trong đó:
• v1 = 0,885 m3/kgkk thể tích khơng khí trước khi vào Calorife ( t0= 25
• V1 = L. v1 = 3412,6. 0,885 = 3020,15 ( m /h)= 0,84 (m • F1= .2 = .0,22 = 0,0314 ( m2 ) • =25 • Tại t=0,0314 1 ℃ Khơng khí đi trong ống theo chế độ chảy xốy.=v115,53.10−64000=344108,18
Đồ án q trình thiết bị CNSH
Giá trị hệ số ma sát được tính theo cơng thức (CT 11.64-tr380-[TL3]). 1 λ = 0,1. (1,46.
Vậy trở lực ma sát trên ống từ miệng quạt đến calorifer là:
∆p
1
4.2.2 Trở lực từ đoạn ống thẳng calofife đến cút cong:
Chọn chiều dài: l2 = 400m Chọn đường kính: d2 = 200mm Vận tốc đường ống là:
Trong đó:F2
• v2 = 1m3/kgkk thể tích khơng khí sau khi đi qua calorife ( t1= 65 ℃ )
• V2 = L. v1 = 3412,6. 1 = 3412,6m F2 = π.4d2 = π.0,242 • w2 = 30,25( m/s) Chuẩn số Re: v2
Khơng khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy.19,5.10
Giá trị hệ số ma sát được tính theo cơng thức: [TL3]
1 λ = 0,1. (1,4 6.
Vậy trở lực của ống từ calorife đến cút cong là:
4.2.3 Trở lực tại cút cong:
Trong đó:
• = 0,178 ( trở lực cục bộ )
• = g. p = 9,81. 0,996 = 9,77 N/m3 • =30,25( m/s) ∆ 3= 81,11 (N/m2 )
4.2.4 Trở lực đoạn ống từ cút cong vào buồng sấy
Chọn chiều dài là: l4 = 0,3 m
Trở lực:
∆p = λ . l4 . ρ.
4 2 d2
4.2.6 Trở lực đoạn ống kiểu vát vào buồng sấy Chọn theo kinh nghiệm ∆p6 = 20 N/ 2
4.2.7 Trở lực trong buồng sấy
Buồng sấy có các tầng sấy xe goong song song nhau, mỗi khay cách nhau dk
= 60 mm.
Chọn độ 2nhám của khay: =103/s-6 m
Vận tốc đường ống là: ωB=
• Trở lực cục bộ của khay vào:
∆p v = ξ
Với=0,18 trở lực cục bộ khay vào
Đồ án quá trình thiết bị CNSH Chuẩn số Re:
Re =
→ Khơng khí đi trong ống theo chế độ chảy rối
Giá trị hệ số ma sát được tính theo cơng thức:
Vậy trở lực qua xe là: ∆p ms Trở lực cục bộ của xe ra: ∆pr = ξr. ρ2. 2B 2 ω2 22 = 0,25. 0,996. = 0. 5N/m Với =0,25 trở lực cục bộ khay ra 0,3164 6153,84 . 0,996 22 2 2 = 0,036 .3 = 2,9(N/m2 ) Vậy: ∆p7 =∆pv+∆pms+∆pr = 0, 35 + 2,9 + 0. 5 = 3. 75 (N/m2 ) Áp suất động của khí thốt Tại t= 45℃ có: Chọn tốc độ thải khí: Suy ra: p= ρ . đ 4.2.8 Tổng trở lực của hệ thống ∆p=∆p1+∆p2+∆p3+∆p4+∆p5+∆p6 + ∆p7 + pđ= 9,03+ 16,41 + 81,11+ 12,3 + 70 + 20 + 3,75+ 12,45 = 225,05 (N/m2) 4.3 Chọn quạt
Ta được tổng tổn thất áp suất thực tế: ∆p= 225,05 N/m2
Cơng suất quạt = V0×∆p×10−3
ŋ× 3600
= - Cơng suất của động cơ chạy quạt là:
Nđc =
( Do quạt nối với động cơ nên ntđ =1, hệ số dự phòng =1,3)
→
Chọn quạt có cơng suất N≥ 0,5kW, cơng suất động cơ ≥ 0,6kW
( trình tự tính tốn, cơng thức chủ yếu dựa theo lời giải Ví dụ 1-tr106 – [TL2])
Đồ án q trình thiết bị CNSH
5 KẾT LUẬN
Hệ thống sấy mực bằng buồng sấy vận hành đơn giản, có thể áp dụng cho nhiều mơ hình sản xuất. Sản phẩm có chất lượng đảm bảo. Hệ thống đang được sử dụng rộng rãi và khắc phục được những hạn chế do việc sấy bằng cách truyền thống. Phù hợp với nhiều vùng biển ở Việt Nam, Sau khi tính tốn kích thước thiết bị, các thiết bị phụ trợ cũng như hiệu suất của thiết bị, cá nhân em thấy cần cải thiện thêm một số thơng số, cũng như các kích thước, em rất mong nhận được góp ý từ thầy để có thể hồn thiện hơn hệ thống sấy của mình.
6 TÀI LIỆU THAM KHẢO
2. [ TL1] PGS. TS Trần Văn Phú – Kỹ thuật sấy – Nhà xuất bản giáo dục – 2009.
3. [ TL2] PGS. TS Hoàng Văn Chước – Thiết kế hệ thống thiết bị sấy – NXB khoa học và kỹ thuật – 2006.
4. [ TL3] GS. TS Nguyễn Bin – Sổ tay hóa cơng 1
5. [TL4] Phạm Văn Toản – Luận án Tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu kỹ thuật sấy mực ống – 2019