CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.2 QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
3.2.3 Tổn thất ra môi trường
Tiết diện tự do của TNS nóng đi trong hầm là: Ftd = FH - FX
Với:
FX: là tiết diện của xe goòng (4 thanh thẳng đứng 30 x 1600), 4 thanh nằm ngang 30 x 2000), do đó F = 4.(0, 03 x 1,6) + 4.(0, 03 x 2) = 0,432 m2
FH: là tiết diện của hầm sấy (1800 x 1900), do đó FH = 1,8 x 1,9 = 3,42 m2 .
Vì vậy, tiết diện tự do là:
Ftd = (3,42 - 0,432) = 2,988 m2 Tác nhân sấy khi vào hầm sấy có t1 = 70 0C và φ1 = 9,6 %. Theo phụ lục 5 [3],
với thông số này thể tích không khí ẩm chứa một kh không khí khô vB = 1,019 m3/kgkk.
Tương tự ta có tác nhân sấy ở t2 = 350C và φ2 = 81,02 % => vCo = 0,935 m3/kgkk. Do đó:
VB = L.𝑣𝐵
τ = 233326,8 .1,019
4 = 59440,0023 m3 /h
VCo = L.𝑣𝐶𝑜
τ = 233326,8 .0,935
4 = 54540,1395 m3 /h
Lượng thể tích trung bình:
Vo = 56990,0709 m3/h = 15,83 m3/s
Tuy nhiên trong quá trình sấy thực thì lượng tác nhân sấy này phải lớn hơn đề bù lại các tổn thất. Do đó tốc độ tác nhân sấy tối thiểu đi trong hầm sấy là:
𝜔lt = Vo
Ftd = 15,83
2,988 = 5,3 (m/s).
25 Do lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực V bao giờ cũng lớn hơn Vo. Do đó ta giả thiết tốc độ trong quá trình sấy thực là 𝜔 = 5,4 m/s, ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này khi tìm được V.
Tổn thất qua kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy và bao gồm các thành phần sau:
• Tổn thất qua 2 tường bên: QT
• Tổn thất qua trần: QTR
• Tổn thất qua nền: QN
• Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm: QC
Các tổn thất này được xác định qua cùng một dạng biểu thức sau: Q= F.K.( tf1 – tf2)
Trong đó:
• ttb: Nhiệt độ trung bình của TNS trong hầm (tf1 = 70 + 35
2 =52,5oC)
• to: Nhiệt độ của môi trường, tf2 = 27oC
• F: Diện tích của các bề mặt tính tổn thất tương ứng
• K: Hệ số trao đổi nhiệt, tính qua biểu thức k=1 1
𝛼1+ ∑𝛿𝑖λi+𝛼21 (*)
Với 𝛼1, 𝛼2: lần lượt là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của TNS với bề mặt trong của tường hầm sấy và bề mặt ngoài tường hầm sấy với môi trường được tính theo công thức
Với tác nhân sấy đi trong hầm có 𝜔 = 5,4 m/s nên:
𝛼1 = 6,15 + 4,17. 𝜔 = 6,15 + 4,17. 5,4 = 28,668 W/m2.K
Bằng phương pháp tính lặp, ta giả thuyết trước nhiệt độ tường phía ngoài với môi trường và tính được dòng nhiệt truyền từ tác nhân cho tường q’. Từ dòng nhiệt này và
từ tw1 ta tìm được nhiệt độ mặt ngoài của tường là tw2. Từ nhiệt độ t và nhiệt độ môi trường tf2 ta xác định được nhiệt lượng đối lưu tự nhiên giữa tường ngoài của hầm sấy và môi trường và nếu độ sai lệch khác nhau không quá 5% thì kết quả tính toán là chấp nhận được.
q’ = 𝛼1.( tf1 - tw1) = 𝜆
d . (tw1 - tw2) = 𝛼2. (tw2 - tf2) Chọn tw1 = 51,12 oC
q’ = 28,668 . (52,5 – 51,12) = 39,56W/m2
Mà: q’ = 𝜆
d . (tw1 - tw2) => tw2 = tw1 - q’.d
𝜆 Ở đây 𝜆 là hệ số dẫn nhiệt của của gạch 𝜆 = 0,7 W/m.độ
tw2 = 51,12 - 39,56 . 0,25
0,7 = 36,99 oC
26 Chênh lệnh nhiệt độ giữa mặt ngoài của tường với môi trường:
∆t = tw2 – tf2 = 36,99 – 27 = 9,99 oC
Nhiệt độ xác định tm = (𝑡𝑤2 + 𝑡𝑓2)
2 = 31,995 oC Từ nhiệt độ này ta được các thông số không khí:
= 1
𝑡𝑚 = 1
273+31,995 = 1
304,995
Bảng 3. 5: Tính chất và thông số của không khí bên ngoài hầm sấy
STT Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Nguồn tham
khảo
1 Nhiệt độ tm 31,995 oC
Phụ lục 6, trang 258, [19]
2 Hệ số dẫn nhiệt 𝜆𝑜 2,687×10-2 W/mK
3 Khối lượng riêng 𝜌𝑜 1.1578 Kg/m3
4 Độ nhớt động học 𝜗𝑜 16, 18 ×10-6 m2/s
𝐺𝑟= 𝑔×𝛽×𝐻ℎ3×∆𝑡
𝜗2 = 9,81×
1 304,995×1,93×9,99 (16,18×10−6)2 = 8,4 × 109 Tiêu chuẩn Nu trong truyền nhiệt đối lưu tự nhiên bằng:
Nu = C.(Gr.Pr)n = 0,135 × (8,4 × 109× 1.1578)1/3 = 288,16
Trong đó: C và n phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng ở chế độ chảy xoáy:
C = 0,135, n = 1/3 Vậy hệ số dẫn nhiệt 𝛼2 bằng:
𝛼2 = 𝑁𝑢× 𝜆
𝐻ℎ =288,16×2,687×10−2
1,9 = 4,07 W/m2K Dòng nhiệt do truyền nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của tường và môi trường bằng:
q’’ = 𝛼2×∆t = 4,07 × 9,99 = 40,6593 W/m2 Như vậy sai số giữa q’và q’’là:
∆𝑞 = 𝛼2×q’ − q’’
q’ = |39,56−40,6593|
39,56 = 2.8 % < 5% (thỏa mãn) Sai số này cho phép chúng ta xem kết quả tính trên là đáng tin cậy.
3.2.3.1. Tổn thất qua hai tường bên
02 tường bên có kích thước: FT = 2 x (Hh x Lh) = 2.(1,9.17) = 64,6 m2
27 Tường được xây bằng gạch dày δT = 250 mm, có hệ số dẫn nhiệt λT = 0,7 W/m.K Vậy ta có được hệ thống truyền nhiệt là:
K = 1 1
𝛼1 + 𝛿λ+1 𝛼2
= K = 1 1
28,668 +0,250,7+4,071 = 1,568 W/m2.K Do đó QT =FT.kT.(tf1 – tf2) =64,6.1,568.(52,5 – 27) = 2582,97 (W)
3.2.3.2. Tổn thất qua trần
Trần được đổ bằng bê tông cốt thép dày δ1 = 150 mm = 0,15m, bọc thêm một lớp bông thủy tinh cách nhiệt có chiều dày δ2 = 100 mm = 0,1 m với hệ số dẫn nhiệt của trần bê tông là λ1 = 1,55 W/m.K và bông thủy tinh cách nhiệt là λ2 = 0,06 W/m.K [7]
𝛼1′= 𝛼1 = 28,668 W/m2.K 𝛼2′=1.3× 𝛼2 = 1,3.4,07 = 5,291 W/m2.K Ta xác định được
K = 1 1
𝛼1′ + δ1λ1+δ2 λ2+1
𝛼2′
= K = 1 1
28,668 + 0,151,55+0,060,1+5,2911 = 0,5 W/m2.K
Diện tích trần nhà là:
FTR = Bh x Lh = 1,8.17 = 30,6 m2 Do đó QTR = FTR.kTR.(tf1 – tf2) = 30,6.0,5.(52,5 – 27) = 390,15 (W)
3.2.3.3. Tồn thất qua nền
Nền có FN = Bh x Lh = 1,8.17 = 30,6 m2
Với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là 52,5oC và giả sử buồng sấy cách tường bao che phân xưởng 3 mét. Theo bảng 6.1, trang 74,ta có qN = 29,84 (W/m2)
Do đó: QN = FN.qN = 30,6.29,84 = 913,104 (W)
3.2.3.4. Tồn thất qua hai cửa vào và ra của hầm sấy
Ở 2 phía đầu vào và đầu ra của hầm sấy có lắp cửa với kích thước 1350 x 1830 nên diện tích của cửa là FC =2.(1,35 x 1,83) = 4,94 m2
Cửa được làm bằng thép dày δC = 5 mm = 0,005 m, có hệ số dẫn nhiệt λC = 0,5 W/m.K (tra bảng I.126, trang 128), ta xác định được kC = 5,48 W/ m2.K
Do đó: QC = FC.kC.( tf1 – tf2) = 4,94 x 5,48 x (52,5 - 27) = 690,3156 (W) Như vậy, tổng các tổn thất nhiệt của hệ thống sấy qua kết cấu bao che là:
QMT = QT + QTR + QN +QC
= 2582,97 + 390,15 + 913,104 + 690,3156 = 4576,54 (W)
= 4576,54 x 3,6 kJ/h = 16475,544 kJ/h
28 Suy ra: qMT = 𝑄𝑀𝑇
𝑤 = 16475,544
2520 = 6,54 (kJ/kg ẩm)
Vì vậy, tổng tất cả các tổn thất của hệ thống sấy là:
𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑞𝑣𝑙𝑠 + 𝑞𝑡𝑏 + 𝑞𝑀𝑇 = 4,83 + 9,2265 + 6,54 = 20,5965 (kJ/kg ẩm)