CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA 3M3/24H
3.1.5 Tính toán hệ thống thiết bị
Xác dịnh chiều cao tháp sấy HT : chiều cao tháp sấy
D : đường kính tháp sấy R: bán kính tháp sấy Chọn tỉ lệ
R = HT
Vận tốc khí đi trong tháp sấy được tính theo công thức:
U =
Trong đó: Qin là thể tích không khí vào
Mà vận tốc U vật rơi theo quảng đường chính là chiều cao của tháp sấy HT nên:
U = (3 – 30)
Do đó:
HT3
HT3 = = 3.16
HT = 1.47 m 1.50 m
R = HT/3 = 0.5 m
D = 2R = 1m
Tính toán chiều cao đáy nón Chọn góc nghiêng = 60o
Chọn bán kính ngã lấy sản phẩm r = 0.05m Chiều cao đáy nón Hn = tg 60o (R – r)
Hn = tg 60o (0.5 – 0.05) 0.8 m
Chiều cao thiết bị
- Thiết bị : HTB = HT + Hn = 1.5 + 0.8 = 2.3 m - Thân tháp: D = 1m, HT = 1.5 m
- Đỉnh tháp: chọn Dđ = 1 m, chiều cao đỉnh tháp Hđ = 0.1m
- Đáy tháp: đường kính d1 = 1m, d2 = 0.1m, chiều cao đáy Hn = 0.8m (chọn góc nghiêng = 60o.
Thể tích tháp sấy
Vts = VT + Vđ (3 – 31)
Với:
- Vts: thể tích tháp sấy (m3) - VT: thể tích thân tháp (m3) - Vđ : thể tích đáy tháp (m3) Ta có: VT =
Đáy tháp là hình nón cụt nên ta có:
Vđ =
Do đó: Vts = VT + Vđ = 1.178 + 0.349 =1.527 (m3)
Chọn vật liệu chế tạo là thép không rỉ X8 H10T, độ dày s = 5mm 3.1.6 Tính toán thiết bị phụ
Xyclon
Không khí vào xyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy. Có thông số: t = 80oC, lưu lượng không khí vào : V = 2722.18 (m3/h). Với lưu lượng không khí vào là V = 2722.18 (m3/h) ta chọn xyclon có đường kính D = 0.5m (kỹ thuật sấy_ TVP).
Chọn loại xyclon LIH-15 với hệ số ξ = 105. Thay số vào ta có kích thước của xyclon là:
Bảng 10: kích thước cơ bản của xyclon
STT Tên kích thước Kí hiệu Công thức Giá trị (m)
1 Đường kính D – 0.5
2 Chiều cao cửa vào h 0.66D 0.33
3 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 1.74D 0.87
4 Chiều cao phần hình trụ h2 2.26D 1.13
5 Chiều cao phần hình nón h3 2.0D 1
6 Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4 0.3D 0.15
7 Chiều cao chung Hx 4.56D 2.28
8 Đường kính ngoài của ống ra d1 0.6D 0.3
9 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 (0.3 – 0.4)D 0.2
10 Chiều rộng cửa vào b1/b 0.26D/0.2D 0.13/0.1
11 Chiều dài của ống cửa vào l 0.6D 0.3
12 Khoảng cách từ tận cùng xyclon đến mặt bích
h5 (0.24 – 0.32)D 0.14
13 Góc nghiêng giữa nắp và ống vào – 15
14 Hệ số trở lực của xyclon ξ – 105
Tính chọn bơm
Sử dụng bơm nhu động để hút dịch thể , p1 = p2
Lưu lượng thực tế của dịch sữa. G1 = 3 m3/h
H = (3 – 32) Trong đó:
H: áp suất toàn phần do bơm tạo ra (m)
p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút (N/m2) : khối lượng riêng của dung dịch sữa kg/m3
Ho: chiều cao nâng chất lỏng, Ho = 4m
hm : áp suất têu tốn do trở lực trên đường ống, hm = 3%H Từ đó:
H = Ho + hm = 4 + 0.03H
H = 4.123 m Công suất của bơm là:
N = (3 – 33 ) Trong đó :
Q : Năng suất bơm , Q = 0.125 m3/h : khối lượng riêng của dung dịch, g : gia tốc trọng trường
: hiệu suất hữu ích, Chọn
Do đó : N =
Để bơm làm việc hiệu quả thì chọn công suất thực tế hơn
Ntt = (3 – 34 )
Ntt = = 2 1.82 = 3.64 (W)
Cơ cấu phun
Chọn cơ cấu phun dạng đĩa ly tâm, chuyển động nhờ cơ điện. Chất lỏng trên các rãnh đĩa văng ra ngoài thành hạt sương nhờ lực ly tâm.
Chọn bán kính đĩa, R = 0.025m Số vòng quay, n = 10000 vòng/phút Vận tốc đĩa quay: V =
Tính toán quạt hút
- Xác định cột áp toàn phần
(3 – 35) Trong đó:
trở lực của màng lọc bụi trước calorifer và màng lọc trước quạt hút,
: trở lực từ calorifer đến buồng sấy : trở lực trong buồng sấy
: trở lực xyclon
: trở lực do đường ống nối + Trở lực từ calorifer đến buồng sấy
Chọn ống dẫn khí từ calorifer đến buồng sấy làm bằng inox 304 có hệ số độ nhám là = 0.1 mm có đường kính là = 0.1 m
l: chiều dài ống dẫn , l = 0.8m
Ống dẫn từ calorifer đến buồng sấy có 2 góc cua 90o , ξ1 = ξ 2 = 1 Vận tốc dòng khí thổi trong ống:
Trong đó: khối lượng riêng của không khí ở 180oC.
Xác định
Trong đó : là độ nhớt của không khí ở 180oC.
Ta có:
Vì nên được tính như sau:
(3 – 40 )
Trở lực từ calorifer đến buồng sấy là:
+ Trở lực từ nắp đến buồng sấy
Chỉ xét tổn thất cục bộ do đột ngột mở từ đường kính = 100 (mm) của ống dẫn khí nóng ra buồng sấy có đường kính D = 1000 (mm)
(3 – 41) Với A1, A2 là tiết diện ống dẫn và tiết diện buồng sấy (mm2)
Trở lực nắp ra buồng sấy được tính như sau:
Vận tốc dòng khí thổi trong ống:
Trong đó: khối lượng riêng của không khí ở 180oC.
+ Trở lực trong buồng sấy
Trong đó:
= HTB là chiều cao buồng sấy = 2.3 m = D là đường kính trong buồng sấy = 1m
là vận tốc khí trong buồng sấy ,
là khối lượng riêng của hỗn hợp khí sau khi ra khỏi buồng sấy
Xác định
Trong đó:
ρ và lần lượt là khối lượng riêng và độ nhớt động học của không khí tại nhiệt độ không khí vào 130oC, tra bảng thông số của không khí ta được: ρ = 0,876 (kg/m3),
= 26.63 (m2/s) ta được:
Ta có:
Do đó:
+ Trở lực từ buồng sấy đến đường ống
Trong đó:
do
là vận tốc dòng khí chạy từ buồng sấy đến đường ống, =
Do đó:
+ Trở lực đường ống
Đối với các đường ống dẫn khí có sự thất thoát năng lượng do ma sát sinh ra theo dòng chảy dẫn đến tổn thất áp suất dọc đường ống (ΔPms) do độ nhám dọc theo đường ống gây ra và tổn thất áp suất cục bộ tại các co, cua, gấp khúc hoặc khớp nối ống dẫn (ΔPcb).
Theo phương trình Becnully, trở lực đường ống được xác định:
(3 – 48) Với:
Trong đó:
là hệ số ma sát giữa dòng khí và đường ống (m) là chiều dài đường ống (m)
là đường kính đường ống (m) là hệ số trở lực cục bộ
vận tốc dòng khí trong ống (m/s) là khối lượng riêng của không khí Tính
Chọn ống dẫn khí từ calorifer đến buồng sấy làm bằng inox 304 có hệ số độ nhám là = 0.1 mm
• Xét đoạn ống từ buồng sấy ra cyclon
Tổng chiều dài từ buồng sấy đến cyclon là 1.8m, có đường kính là = 0.1m.
Lưu lượng dòng khí ra là:
Độ nhớt không khí ở 80oC là
Vận tốc dòng khí chảy trong ống tròn là:
Ta có:
Vì nên được tính như sau:
Do đó:
là khối lượng riêng của hỗn hợp khí sau khi ra khỏi buồng sấy
• Xét đoạn ống từ cyclon ra quạt
Đoạn ống từ cyclon ra quạt có chiều dài là 0.8 m, với đường kính là = 0.1 m.
Không khí ra khỏi buồng sấy (800C) sẽ trao đổi nhiệt với các đoạn ống và cyclone do đó nhiệt độ không khí giảm xuống còn khoảng 45-600C. Giả sử nhiệt độ không khí ra khỏi cyclone là 500C khi đó ta có các thông số:
� = (kg/m3), vc = 17.55 10-6 lần lượt là khối lượng riêng của không khí sau khi ra khỏi cyclone (ở 46oC).
Ta có:
Vì và nên tra bảng II.13 (ST QTTB 1) ta có
Do đó:
Tính
Như vậy trở lực đường ống:
+ Tổn thất áp suất trong cyclon
Tổng cột áp toàn phần:
Công suất của quạt
hệ số an toàn, chọn
lưu lượng thể tích, = (m3/h)
Tính toán calorifer
Để gia nhiệt lên 150 – 200oC thì cần thời gian lưu tối thiểu là tL = 0.3s - Thể tích calorifer là:
Trong đó Vk là lưu lượng thể tích không khí vào calorife, Vk = Vkr = Chọn chiều cao Hcf = 0.8 m, đường kính Dcf =0.6 m
- Lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình sấy nóng không khí
Trong đó :
: lưu lượng thể tích không khí vào calorifer,
: khối lượng riêng của không khí ở 27oC, 1.177 (kg/m3)
: nhiệt dung riêng của không khí ở 27oC, 1 (kJ/kg) Do đó :
Tổng công suất điện cần cung cấp cho calorifer :
Để dễ dàng điều chỉnh ta chọn công suất điện là 90KW
Chọn 3 thanh đốt loại ống chữ U có mỗi thanh có công suất 30KW Dài : 0.7m