Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qm

3.6. Tính tốn thiết bị

3.6.4. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qm

Qm = G2.Cm(tm2 – tm1), kJ

Trong đó: Cm = 1,0269 kJ/(kg.K) – Nhiệt dung riêng của Chuối Nhiệt độ vật liệu sấy vào: tm1 = t0 = 32 0C

Nhiệt độ vật liệu sấy ra: tm2 = tf1 = 40 0C

Vậy nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi:

Qm= 50.1,0269.(40 – 32) = 410,76 kJ

Suy ra: 3.6.5. Tổn

thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc [1]

Khay sấy được làm bằng nhơm có bề dày δ=

3,5 mm. Theo phụ lục V/271/[2] ta có thơng số của nhơm là: CAl = 0,86 kJ/kg; ρ

Al = 2700 kg/m3. Với diện tích đã tính tốn F = L ¿ B = 2,5.2 = 5 m2. Chọn số khay sấy là n = 4 khay.

Vậy tổng diện tích khay sấy là: Fk = F.n = 5.4 = 20 m2.

Khối lượng nhôm để làm khay sấy: GAl = V. ρAl = Fk. δ . ρAl = 20.0,003.2700 = 162 kg Nhiệt tổn thất: Qvc = GAl.CAl(tm2 – tm1) = 162.0,86.(40 – 32) = 1114,56 kJ Vậy

3.6.6. Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào q1 [1]

q1 = - Cn.tm1

Trong đó: Cn - Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,18 kJ/kgaK Vậy: q1 = - 4,18.32 = -133,76 kJ/kga

Ta có:

Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt

∆ < 0, khơng có cấp nhiệt bổ sung. Điểm 4’ trong quá trình sấy thực sẽ nằm lệch bên

trái điểm 4.

Đồ thị I-d trong trường hợp sấy thực được biểu thị như sau:

Hình 3.2 :Đồ thị T-d của Quá trình sấy lạnh thực tế

_Điểm 0: Trạng thái khơng khí ngồi trời

_Điểm 1’: Trạng thái khơng khí qua một phần dàn lạnh trong sấy thực _Điểm 2 : Trạng thái khơng khí sau dàn lạnh

_ Điểm 3 :Trạng thái khơng khí vào buồng sấy :

_Điểm 4’: Trạng thái khơng khí sau buồng sấy trong quá trình sấy thực tế 2 - 3: Q trình gia nhiệt trong giàn nóng

3 - 4’: Q trình sấy thực tế trong buồng sấy

4’ - 1’- 2: Q trình làm lạnh khơng khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh trong trường hợp sấy thực tế.

3.7.1. Tính tốn q trình sấy thực tế

a. Thơng số tại các điểm nút của đồ thị

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt

* Điểm 0,2,3:

Thông số tại các điểm 0,2,3 không thay đổi so với quá trình sấy lý thuyết. * Điểm 4’:

Trong quá trình sấy thực tế tồn tại một giá trị nhiêt lượng tổn thất Δ nên: Giả sử nhiệt độ t4’ = 35 oC . Dựa vào q trình sấy thực tế ta có

I4’ – I3 = ∆ l = ∆.(d4’ – d3) I4’ = Io + ∆.(d4’ – do) Ta có I4’ = I3 +∆.(d4’ – do) I3 = Ck.t3 + (2500 + 1,842.t3).d3 I4’ = Ck.t4’ + (2500 + 1,842.t4’).d4’ Ta có I4’ – I3 = Ck.(t4’ – t3) – (2500 + 1,842.t3).d3 + (2500 + 1,842.t4’).d4’ Ta đặt A = Ck.(t4’ – t3) – (2500 + 1,842.t3).d3 B = (2500 + 1,842.t4’)  I4’ – I3 = A+ B.d4’ = ∆.(d4’ – d3)  Entanpi I4’ = 1,0048.t4’ + d4’(2500 + 1,842.t4’) = 1,0048.35 + 0,0133.(2500 + 1,842.35) = 69,3

Ta có φ1' = 100%

d 1 ' = d4’ = 0,0133 kg/kgkkk

Tra đồ thị I-d ta có t1’ = 18oC

Phân áp suất bão hịa hơi nước

Pbh1’ = Exp

Entanpi của khơng khí tại điểm số 1’ I1’ = 1,0048.t1’ + d1’(2500 + 1,842.t1’) I1’ = 1,0048.18 + 0.0133.(2500 + 1,842.18) = 51,78 kJ/kg Thông số t (°C) Pbh (bar) φ (%) d (kgẩm/kgkkk) I (kJ/kgkk) 3.7.2. Tính tốn nhiệt q trình sấy thực tế [1]

ltt = = 526,32 kgkkk/kga

-Lưu lượng khơng khí tuần hồn trong q trình sấy Ltt = WT.ltt = 150. 526,32 = 78948 kg/mẻ - Lưu lựợng khơng khí tuần hồn trong 1 giây:

Gkk = = 2,16 kg/s

- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho q trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm: qtt = I3 – I2 = 69,532 - 44,913 = 24,619

kJ/kga.

- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:

Qtt = Ltt.(qtt - ∆)= 78948.(24,619 +13,9988) = 3048798,074 kJ - Năng suất nhiệt dàn nóng cung cấp để sấy trong 1 giây:

Q0 tt =

- Nhiệt lượng thực tế để làm ngưng tụ ẩm

q ntatt = I4’ – I1’ = 69,5 – 52,03 = 17,47 kJ/Kg -Nhiệt lượng thực tế làm ngưng tụ ẩm

Qntatt = Ltt.(qnta - ∆ )= 78948.(17,47 +13,9988) = 15991914,99 kW -Lượng nhiệt cần thiết để tách 1kg nước thực tế:

q dltt = I4’ – I2 = 69,5 – 44,913= 24,587 kJ/Kg -Lượng nhiệt dàn lạnh thu được cho cả quá trình sấy thực tế

Qdltt = Ltt. (qdltt - ∆ ¿ = 78948 .( 24,587 +13,9988) = 3046271,738 kJ -Năng suất lạnh dàn lạnh cung cấp để làm lạnh trong 1 giây

CHƯƠNG 4 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT

4.1. Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt (Cơ sở lý thuyết )

4.1.1. Môi chất và cặp môi chất

Môi chất và cặp mơi chất của bơm nhiệt có u cầu như máy lạnh. Một vài yêu cầu đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độ nhiệt độ cao của điều hịa khơng khí, nghĩa là cho đến may người ta vẫn sử dụng các loại môi chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy nén tuabin. Gần đây người ta chú ý đến việc sử dụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ dàn ngưng như: R21, R113, R114, R12B1, R142…

4.1.2. Máy nén lạnh

Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt. Tất cả các dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt. Đặc biệt quan trọng là máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin. Một máy nén bơm nhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệu suất cao trong điều kiện thiếu hoặc đủ tải.

4.1.3. Các thiết bị trao đổi nhiệt

Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và ngưng tụ. Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ. Giống như máy lạnh, thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng bao gồm các dạng: ống chùm, ống lồng ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm. Các phương pháp tính tốn cũng giống như chế độ điều hồ nhiệt độ.

4.1.4. Thiết bị phụ của bơm nhiệt

Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh. Xuất phát từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên địi hỏi về độ tin cậy, cơng nghệ gia công thiết bị cao hơn. Đây cũng là vấn đề đặt ra đối với dầu bơi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống.

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt

Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạn tối đa nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để phòng hư hỏng thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép.

Đối với van tiết lưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần có van tiết lưu phù hợp.

4.1.5. Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt

Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hổ trợ cho bơm nhiệt phù hợp với từng phương án sử dụng của nó. Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một số loại sau:

Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơ diesel hoặc động cơ gió…

Các phương án sử dụng nhiệt thu ở dàn ngưng tụ. Nếu là sưởi ấm thì có thể sử dụng dàn ngưng trực tiếp hoặc gián tiếp qua một vịng tuần hồn chất tải nhiệt, có thể sử dụng để sấy, nấu ăn, hút ẩm…Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị hổ trợ khác nhau.

Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi. Trường hợp sử dụng dàn lạnh đồng thời với nóng thì phía dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh. Ngoài ra cịn có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngồi khơng khí, dàn bay hơi sử dụng nước giếng là mơi trường cấp nhiệt. Cịn có những phương án như dàn bay hơi đặt ở dưới nước, đặt ở dưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời.

Các thiết bị điều khiển, kiểm tra tự động sự hoạt động của bơm nhiệt và các thiết bị hổ trợ. Đây là những thiết bị tự động điều khiển các thiết bị phụ trợ ngoài bơm nhiệt để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt.

4.2. Chọn môi chất nạp

Mơi chất của bơm nhiệt cũng có yêu cầu như đối với máy lạnh. Ngày nay, người ta vẫn dùng loại môi chất như: R12, R22, R502, R21, R113, R114… Do hệ thống bơm nhiệt

năng ứng dụng rộng rãi và ưu điểm nổi bật của các môi chất nhiệt ta chọn R22 làm môi

chất lạnh cho bơm nhiệt.

4.2.1. Nhiệt độ ngưng tụ

Dàn ngưng của bơm nhiệt có nhiệm vụ gia nhiệt cho khơng khí nên mơi trường làm mát dàn ngưng chính là tác nhân sấy.

Gọi - tw2 là nhiệt độ khơng khí ra khỏi dàn ngưng. Theo yêu cầu thì tw2 = 40 0C - Δt

k là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu

Đối với dàn ngưng giải nhiệt bằng gió, Δt

k = (10 – 15 0C).

Ta chọn Δt

k = 10 0C. Khi đó, nhiệt độ ngưng tụ của mơi chất là:

tk = tw2 + Δt

k = 40 + 10 = 50 0C

4.2.2. Nhiệt độ bay hơi

Nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh có thể lấy như sau: t0 = tb - Δt

0

tb - nhiệt độ khơng khí sau dàn bay hơi. Theo u cầu của hệ thống sấy tb = 16 0C

Δt

0 : Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu. Hiệu nhiệt độ tối ưu là Δt

0 = (8 – 13 0C). Ta chọn Δt

0 = 80C

Như vậy nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là: t0 = 16 – 8 = 8 0C

4.2.3. Nhiệt độ hơi hút

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt

Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng người ta phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt.

th = t0 + Δt

h

Với môi chất R22, ta chọn Δt

h = 25 0C. Vậy nhiệt độ hơi hút là: th = 3 + 25 = 28 0C

4.3. Tính tốn chu trình bơm nhiệt máy lạnh

4.3.1. Chọn chu trình

Với nhiệt độ bay hơi t0 và nhiệt độ ngưng tụ tk đã chọn, tra bảng tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hịa ta có áp suất bay hơi và ngưng tụ tương ứng là:

t0 =80C tk =500C Như vậy, ta có tỉ số nén: π = pk p 0 =

Với nên ta chọn máy nén 1 cấp.Mặt khác, môi chất lạnh sử dụng ở đây là R22 nên ta chọn sơ đồ máy nén lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt.

MN: Máy nén TL: Tiết Lưu BH: Bay hơi Hình 4.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy sấy lạnh

 Nguyên lý làm việc

Hơi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được đưa vào thiết bị hồi nhiệt, nhận nhiệt đẳng áp của lỏng cao áp trở thành hơi quá nhiệt 1’. Hơi quá nhiệt này được hút về máy nén và được nén đoạn nhiệt trong máy nén từ áp suất bay hơi p0 lên áp suất ngưng tụ pk. Hơi cao áp 2 đi vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt đẳng áp cho tác nhân sấy, ngưng tụ thành lỏng sơi 3. Sau đó, lỏng cao áp 3 đi vào thiết bị hồi nhiệt, nhả nhiệt đẳng áp cho hơi hạ áp trở thành lỏng chưa sôi 3’. Lỏng 3’ đi vào van tiết lưu giảm áp suất xuống áp suất bay hơi p0 (điểm 4) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của tác nhân sấy vừa ra khỏi buồng sấy, hóa hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi bão hịa ẩm và chu trình lại tiếp tục.

4.3.3. Xây dựng đồ thị và lập bảng xác định các giá trị tại các điểm nút

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt

Hình 4.2 Đồ thị T-s và logP-i của chu trình lạnh

Trạng thái :

1-1’: Quá nhiệt hơi môi chất trong thiết bị hồi nhiệt. 1’-2: Nén đoạn nhiệt hơi môi chất từ p0 đến pk.

2-3: Làm mát và ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bi ngưng tụ. 3-3’: Quá lạnh lỏng cao áp trong thiết bị hồi nhiệt.

3’-4: Quá trình tiết lưu đẳng Entanpi.

4-1 : Quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bị bay hơi. Bảng các thông số tại các điểm nút của đồ thị:

Tra bảng tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hịa và bảng tính chất nhiệt động của hơi quá nhiệt R22 – Trang 167-182- Môi chất lạnh- Nguyễn Đức Lợi- Phạm Văn Tùy, ta có bảng các thơng số nhiệt động của môi chất trên đồ thị như sau:

Điểm 1 1’ 2 3 3’ 4

Nhiệt độ điểm 3’ được xác định theo phương trình cân bằng nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt với giả thiết bỏ qua các tổn thất. Ta có:

i3 – i3’ = i1’ – i1

Hay i3’ = i3 + i1 – i1’ = 262,03 + 405,97 – 421,728 = 246,272 kJ/kg Từ i3’ và p3’ ta có t3’ = 37,7 0

C. Như vậy độ quá lạnh Δt

ql = 50 – 37,7 = 12,3 0C 4.1.6. Tính tốn chu trình

Lưu lượng mơi chất tuần hồn qua hệ thống:

Lưu lượng mơi chất tuần hồn được xác định dựa vào năng suất lạnh của dàn bay hơi Q0 và công suất nhiệt Qk của dàn ngưng tụ. Ở chương 4 ta đã tính tốn được:

Q0tt = 83,33 kW; Qktt = 83,26 kW

Xem hiệu suất của dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau: η

0=η

k = 0,75. Vậy công suất dàn ngưng của bơm nhiệt:

Q

ktt

Qk = η

k =

Công suất dàn bay hơi của bơm nhiệt:

Q0 =

Do mơi chất tuần hồn trong bơm nhiệt nên lưu lượng mơi chất qua dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau.

Ta có:

+ Lưu lượng môi chất qua dàn lạnh:

G0 =

+ Lưu lượng môi chất qua dàn nóng:

Gk = =

Ta thấy lưu lượng mơi chất qua dàn nóng và dàn lạnh theo tính tốn khơng bằng nhau. Do đó để đảm bảo cơng suất của tồn hệ thống thì ta chọn lưu lượng lớn nhất. Tức là: G

=max(G0, Gk) = G0 = 0,69 kg/s. Khi đó cơng suất nhiệt sẽ là:

Qk’ = G(i2 – i3) = 0,69.(452,338 - 262,03) = 131,31 kW Công suất nhiệt sẽ thừa một lượng là:

ΔQ

k = Qk’ – Qk = 131,31 – 111 = 20,1 kW. Phụ tải của thiết bị hồi nhiệt:

Qhn = G.(i1’ – i1) = 0,69.(421,728 – 405,97) =10,9 kW Công tiêu thụ của máy nén:

L = G(i2 – i1’) = 0,69.(452,338 – 421,728) = 21,12 kW

4.3.4. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt:

Do sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh nên hệ số nhiệt của bơm nhiệt được tính theo cơng thức:

q

ϕ =

4.2.Tính chọn máy nén

* Nhiệm vụ của máy nén lạnh

Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất của các hệ thống lạnh nén hơi. Máy nén có nhiệm vụ:

- Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi. - Duy trì áp suất P0 và nhiệt độ t0 cần thiết.

- Nén hơi lên áp suất cao tương ứng với mơi trường làm mát, nước hoặc khơng khí, đẩy vào thiết bị ngưng tụ.

- Đưa lỏng qua van tiết lưu trở về thiết bị bay hơi, thực hiện q trình tuần hồn kín của mơi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu hồi nhiệt ở mơi trường lạnh và thải nhiệt ở mơi trường nóng.

* Chọn loại máy nén

Với môi chất R22 ta chọn loại máy nén pittơng nửa kín

4.2.1. Tính tốn chu trình ở chế độ u cầu

- Năng suất khối lượng thực tế: G = 0,69 kg/s.

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt

- Năng suất thể tích thực tế:

Tra bảng 9 – Các tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hồ – trang 68 - Mơi chất lạnh – Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, với nhiệt độ hơi hút là 8 0C ta có v = v0” = 36,89.10-3 m3/kg.

Vậy Vtt = G.v = 0,69. 36,89.10-3 = 25,45.10-3 m3/s.

- Tỷ số nén : π =

- Hệ số cấp của máy nén:

Hệ số cấp của máy nén không phải cố định mà thay đổi tuỳ theo chế độ làm việc của hệ thống. Dựa vào hình 7-4: hệ số cấp và hiệu suất chỉ thị phụ thuộc vào tỷ số nén – trang 215 -