Hình 13. Mô hình cân bằng nhiệt cho HTS
Lượng nhiệt đưa vào HTS gồm: nhiệt lượng do TNS mang vào (Qtnsv), nhiệt do VLS mang vào (Qvlsv), nhiệt lượng do TBCT mang vào (Qtbctv) và nhiệt lượng bổ sung thêm.
Lượng nhiệt mang ra khỏi HTS gồm: nhiệt lượng do TNS mang ra (Qtnsr), nhiệt lượng do VLS mang ra (Qvlsr), nhiệt lượng do TBCT mang ra (Qtbctr) và nhiệt lượng do tổn thất qua bề mặt ra môi trường.
HTS trong đồ án này của em là HTS thùng quay nên lượng nhiệt mang vào HTS chỉ có nhiệt do TNS mang vào và VLS mang vào, lượng nhiệt lấy ra gồm nhiệt lượng do TNS mang ra, VLS mang ra và nhiệt toả ra môi trường.
3.1.1 Tính toán nhiệt thùng sấy
Giả thiết tốc độ TNS ω (m/s) trong thùng sấy. Sau khi tính toán xong TNS thực chúng ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này. Cơ sở để giả thiết tốc độ TNS trong TBS thực thế là tốc độ lý thuyết ω0 ( m/s ). Tốc độ này chính là tỷ số giữa lưu lượng thể tích trung bình Vtb0 và thiết diện tự do của thùng sấy. Chúng ta đã chọn hệ số điền đầy là β = 0,3; do đó tiết diện tự do của thùng sấy sẽ bằng:
Tốc độ TNS trong thùng sấy:
Ta sẽ giả thiết tốc độ TNS là 3 m/s.
Nhiệt độ dịch thể nóng hay nhiệt độ trung bình của TNS trong thùng sấy:
Hệ số toả nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS với bề mặt trong của thùng sấy được tính bằng:
Nhiệt độ dịch thể lạnh ta coi là nhiệt độ môi trường:
Hệ số toả nhiệt giữa bề mặt ngoài của thùng sấy và môi trường bằng:
Hình 14. Biểu đồ thể hiện sự truyền nhiệt ra bên ngoài môi trường
Thùng sấy làm bằng thép có độ dày 5 mm và có hệ số dẫn nhiệt là 71,58 W/mK. Khi đó đường kính thùng sấy là: D1 /D2 = 1/1,005 m. Do đó kết cấu của thùng sấy thoả mãn quan hệ D2/D1 < 2 nên có thể xem quá trình trao đổi nhiệt giữa TNS và môi trường là qua vách phẳng.
Mật độ dòng nhiệt truyền từ bên trong thùng sấy ra bên ngoài gồm:
Ta sẽ giả sử tw1 và sử dụng phương pháp lặp với sai số giữa q1 và q3 dưới 5%. Khi đó ta tính được:
Nhiệt độ của 2 vách: tw1 = 75,95 0C, tw2 = 75,92 0C
Mật độ dòng nhiệt: q =327,5 W/m2.Mật độ dòng nhiệt tổn thất quá lớn. Để tránh mất mát quá nhiều nhiệt ra môi trường ta sẽ phải thêm lớp cách nhiệt cho thùng sấy.
Hình 15. Biều đồ quá trình truyền nhiệt từ thùng sấy ra ngoài môi trường
Ta sẽ chọn nhiệt độ bề mặt ngoài của thùng tiếp xúc với không khí là tw2 = 350C là nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền nhiệt qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn nóng, an toàn cho người làm việc. Lớp cách nhiệt ta sẽ chọn là bông thuỷ tinh. Từ đó ta sẽ tính toán lại mật độ dòng nhiệt.
Ta chọn thông số vật liệu 3 lớp cho thùng sấy như sau:
Bảng 6. Thông số vật lý 3 lớp của thùng sấy
Lớp Độ dày
( m ) Hệ số dẫn nhiệt ( W/m.K)
Vỏ thùng sấy ( Thép ) 0,005 50
Cách nhiệt ( Bông thuỷ tinh ) Δcn 0,04
Bảo vệ thùng sấy ( Thép ) 0,002 50
Hệ số toả nhiệt phía mặt ngoài thùng sấy ra môi trường là:
Mật độ dòng nhiệt là:
Nhiệt độ bề mặt bên trong thùng sấy là:
Hệ số truyền nhiệt:
Từ đó ta tính có:
Kích thước kĩ thuật của thùng sấy :
Chiều dài thùng L = 5,5 (m)
Đường kính trong D1 = 1 (m)
Đường kính ngoài:
D2 = D1 + 2.(δ1 + δcn + δ2 ) = 1+2.(0,005+0,062+0,002) =1,138 (m)
Thể tích thùng sấy thực:
Đường kính trung bình:
3.1.2 Tổn thất nhiệt ra môi trường của thùng sấy
Do ta coi việc tính toán nhiệt qua thùng sấy như là bài toán truyền nhiệt qua vách phẳng nên diện tích xung quanh thùng sấy bằng diện tích xung quanh hình trụ theo đường kính trung bình. Diện tích xung quanh của thùng sấy là:
Do đó , tổn thất nhiệt ra môi trường là:
3.1.3 Tổn thất nhiệt do VLS mang đi
Theo tài liệu thì nhiệt dung riêng của thóc khô Cvk = 1,547 kJ/kg.K. Do đó nhiệt dung riêng của thóc ra khỏi thùng sấy bằng:
Khi đó tổn thất nhiệt do VLS mang đi bằng: