CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
A. QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
4.5. Tính toán nhiệt hầm sấy
4.5.1. Tổn thất do vật liệu sấy mang đi
Để tính tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi trước hết ta phải biết nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi hầm tv2 và nhiệt dung riêng của nó. Theo kinh nghiệm, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứng 5÷10oC.
Trong hệ thống sấy của chúng ta, vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều nên:
tv2 = t1 – (5÷10)oC = 70 – 10 = 60oC Ta có Cvl = 1,880 kJ/kg.K
Nhiệt dung riêng của chuối ra khỏi hầm sấy là:
Cv2=Cvl.(1−ω2)+Ca. ω2=1,880.(1−0,1)+4,18.0,1
¿2,11 kJ/kg.K Tổn thất do vật liệu sấy mang đi là:
Qv=G2. Cv2.(tv2−tv1)=37,5.2,11.(60−27)
¿2611,125 Kj/h
qv=Qv W =2611,125
30 =87,0375 kJ/kg ẩm
4.5.2. Tổn thất do thiết bị truyền tải
a. Tổn thất do xe goòng mang đi
Xe goòng làm bằng thép CT3. Có khối lượng một xe Gxe = 45 kg. Tra phụ lục 4 ( Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, Trần Văn Phú)[1] ta có nhiệt dung riêng của thép CT3 là Cxe = 0,5 kJ/kg.K. Vì là thép nên nhiệt độ xe goòng ra khỏi hầm sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Như vậy tx = t1 = 70oC.
Qx=Nx. Gxe. Cxe.(tx2−tx1)
τ =9.45 .0,5.(70−27)
8 =1088,4375 kJ/h
qx=Qx W =1088,4375
30 =36,28125 kJ/kg ẩm b. Tổn thất do khay mang đi
Khay làm bằng nhôm có đục lỗ với Gk = 2 kg, Ck = 0,86 kJ/kg.K. Nhiệt độ của khay ra khỏi hầm sấy cũng bằng nhiệt độ tác nhân, nghĩa là t = t = 70oC.
Qk=Nk. Gk. Ck.(tk2−tk1)
τ =72.2 .0,86.(70−27)
8 =665,64kJ/h
qk=Qk W =665,64
30 =22,188 kJ/kg ẩm Như vậy, ta có tổng tổn thất do thiết bị truyền tải mang đi là:
qtt=qx+qk=36,28125+22,188=58,46925 kJ/kg ẩm
4.5.3. Tổn thất ra môi trường
Để tính tổn thất ra môi trường, ta phải giả thiết vận tốc của tác nhân sấy trong hầm.
Tiết diện tự do của hầm sấy là:
Ftd=Bh. Hh−Nx. Bk. Hk=0,95.1,2−9.0,8.0,04=0,852m2 Như vậy, tốc độ tối thiểu của tác nhân sấy là:
v0=V0 Ftd=0,578
0,852=0,678 m/s
Do lưu lượng thể tích của TNS trong quá trình sấy thực V bao giờ cũng lớn hơn v0. Do đó ta giả thiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực v=0,8 m/s. Ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này khi tìm được V.
Nhiệt độ môi chất sấy tf1 là:
tf1=t1+t2 2 =70+35
2 =52,5oC
tf2=t0=27oC Hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và tường bên k là:
α1 = 6,15+4,17.v= 6,15+4,17.0,8 = 9,486 W/m2K Bằng phương pháp tính lặp, ta giả thiết trước nhiệt độ tường phía nóng 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 do truyền nhiệt đối lưu tự nhiên giữa tường ngoài của hầm sấy và môi trường q’’ sai khác nhau không quá 10% thì xem kết quả tính toán là chấp nhận được.
Ta chọn tw1 = 48,8oC
Ta có: q'=α1.(tf1−tw1)=δλ.(tw1−tw2)=α2.(tw2−tf2)
¿>q'=9,486.(52,5−48,8)=35,0982 W/m2
Mà: q'=δλ.(tw1−tw2)=¿tw2=tw1−q'.δ
λ
Tra bảng phụ lục 2 (Kỹ thuật sấy, Trần Văn Phú)[2], ta được hệ số dẫn nhiệt của gạch λ=0,77 W/m2 .độ.
tw2=48,8−35,0982.0,25
0,77=37,4045oC
Chênh lệch nhiệt độ giữa tường ngoài và môi trường là:
∆ t=tw2−tf2=37,4045−27=10,4045oC Nhiệt độ xác định tm là:
tm=tw2+tf2
2 =37,4045+27
2 =32,20225oC Từ nhiệt độ này ta tra được các thông số:
β=1
tm= 1
273+32,20225= 1
305,20225
Tra sổ tay quá trình và thiết bị tập 1/318 và nội suy ở khoảng [30;40] ta được:
λ=2,68982.10−2 W/m2 .độ
ϑ=16,2114. 10−6 m2/s Pr¿0,7
Vậy, chuẩn số Gratkov là:
Gr=g . β .l3. ∆ t
ϑ2 =
9,81. 1 305,20225.1,423.10,4045
(16,2114.10−6)2 =3,64356.109 Chuẩn số Nuyxen: Nu = C(Gr.Pr)n
Ta có Hệ số C và n phụ thuộc vào tích số Gr.Pr
Gr . Pr=3,64356.109.0,7=2,5505.109>2.107
¿>¿ Thuộc chế độ chảy xoáy nên C=0,135, n=1/3.
Chuẩn số Nuyxen là:
Nu=C .(Gr . Pr)n=0,135.(2,5505.109)2=184,45 Hệ số truyền nhiệt 𝛼2 là:
α2=Nu. λ l =184,45.2,68982.10−2
1,42 =3,4939 W/m2K Dòng nhiệt do truyền nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của tường và môi trường là:
q''=α2. ∆ t=3,4939.10,4045=36,3523 W/m2 Như vậy sai số giữa 𝑞 ′ 𝑣à 𝑞 ′′ là:
∆q%=q''−q '
q ' ' =36,3523−35,0982
36,3523 =3,45 %
¿>¿ Sai số này thỏa mãn điều kiện đã đặt ra nên cho phép chúng ta xem kết quả tính trên là đáng tin cậy.
Vậy ta có được hệ số truyền nhiệt là:
kt= 1 1
α1+δ λ+ 1
α2
= 1
1 9,486+0,25
0,77+ 1 3,4939
=1,396
W/m2K
Diện tích 2 bên tường của hầm sấy là:
F=2.Hh. Lh=2.1,2 .9,65=23,16 m2
✵ Tổn thất qua 2 bên tường là:
Qt=3,6.kt. F .(tf1−tf2)=3,6.1,396.23,16.(52,5−27)
¿2968,019 kJ/h
qt=Qt W=2968,019
30 =98,934 kJ/kg ẩm
✵ Tổn thất qua trần:
Ta có:
𝛼1′ = 𝛼1 = 9,486 𝑊/𝑚2𝐾 𝛼2′ = 1,3 . 𝛼2 = 1,3 . 3,4939 = 4,54207 𝑊/𝑚2𝐾 Tra bảng phụ lục 2 (Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, Trần Văn Phú)[2] ta được hệ số dẫn nhiệt của bê tông cốt thép và bông thủy tinh là: λ2 = 1,55 và λ3 = 0,058.
Hệ số truyền nhiệt qua trần là:
ktr= 1
1
α ' +δ2 λ +δ3
λ + 1
α '
= 1
1 9,486+0,07
1,55+ 0,15 0,058+ 1
4,54207
=0,3778
W/m2K
Diện tích trần là:
Ftr=Lh. B=9,65.1,45=13,9925 m2
Tổn thất qua trần là:
Qtr=3,6.ktr. Ftr.(tf1−tf2) ¿3,6.0,3778 .13,9925.(52,5−27)=485,288 kJ/h
qtr=Qtr W =485,288
30 =16,176 kJ/kg ẩm
✵ Tổn thất qua cửa:
Cửa ở 2 đầu hầm được làm bằng thép dày δ4 = 5mm có hệ số dẫn nhiệt λ4 = 0,5 W/m2K.
Hệ số dẫn nhiệt qua cửa là:
kc= 1 1
α1+δ4 λ4+ 1
α2
= 1
1 9,486+0,005
0,5 + 1 3,4939
=2,4896
W/m2K
Cửa phía tác nhân sấy vào có độ chênh lệnh nhiệt độ là: t1 – t0 còn cửa phía bên kia là: t2 – t0.
Tổn thất qua cửa là:
Qc=3,6.kc. Fc.((t1−t0)+(t2−t0))
¿3,6.2,4898.(2.0,95 .1,2).((70−27)+ (35−27))
¿1042,25 kJ/h
qc=Qc W =1042,25
30 =34,742 kJ/kg ẩm
✵ Tổn thất qua nền Nhiệt độ trung bình của TNS là 52,5ºC và giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2m, theo bảng 7.1 (Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, Trần Văn Phú)[1] , ta có qn = 34,8625 W/m2 .
Tổn thất qua nền là
Qn=3,6.qn. Fn=3,6.34,8625.(9,65.1,45)=1756,129 kJ/h
qn=Qn W =1756,129
30 =58,5376 kJ/kg ẩm
=> Tổng tổn thất qua kết cấu bao che môi trường là:
qmt=qt+qtr+qc+qn
¿98,934+16,176+34,742+58,5376 ¿208,3896 kJ/kg ẩm