CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
4.3. Cân bằng năng lƣợng
Tính toán nhiệt cho hầm sấy
Chúng ta tính tổng nhiệt lƣợng cần tiêu tốn cho quá trình sấy 4.3.1. Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1kg ẩm
Trong đó:
i 2 = r + C pa .t 2 entanpi
C pa : nhiệt dung riêng của hơi nước: C pa = 1,842kJ/kgđộ r = 2500kJ/kgđộ nhiệt ẩm hóa hơi
t 2 : nhiệt độ của tác nhân sấy khi đi ra t 2 = 40 o C
: nhiệt độ của môi trường = 30 0 C
C a : nhiệt dung riêng của nước C a = 4,18kJ/kg.độ
q 1 = (2500 + 1,842.40 ) – 4,18.30 = 2448,3 kJ/kgẩm Nhiệt lƣợng cần thiết để bốc hơi W kg ẩm trong 1 giờ sẽ là:
Q 1 = W . q 1 = 625.2448,3= 1530187,5(kJ/h) 4.3.2. Tổn thất nhiệt do 1kg vật liệu sấy mang đi
Theo kinh nghiệm sấy nông sản,nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy từ 5-10 o C. Trong hệ thống sấy hầm, vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyển động ngƣợc chiều nên:
= Ta có:
Do đó nhiệt dung riêng của chuối ra khỏi hầm sấy là:
(CT 7.40, trang 141,[13).
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
kJ/kg ẩm (CT 7.15, trang 100, [6]) 4.3.3. Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải
Thời gian sấy: = 8,4 h.
Nhiệt độ khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường:
t k1 = t x1 = 30 o C
Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi hầm sấy lấy gần bằng nhiệt độ sấy:
t k2 = t x2 = 90 o C Khay sấy và xe goòng có khối lƣợng lần lƣợt là:
G k = 3,42 kg; G x = 29,34 kg
Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe và khay (thép không gỉ):
C k = C x = 0,51 kJ/kg.K Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi :
k = x . S = 6 . 36 = 216 khay q k = = n k G k C k (t k2 – t k1 )
W . = -
= 4,31 kJ/kg ẩm (trang 103, [6] )
Tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi :
x = 6
q x = = n x . G x . C W . x . (t X2 – t X1 ) = -
= 1,03 kJ/kg ẩm (trang 103,[6])
q TBTT = q k + q x = 43,83 + 26,29 = 70,12 kJ/kg ẩm (trang 103,[6]) 4.3.4. Tổn thất ra môi trường
Tổn thất qua 2 bên tường
(trang 103,[6]) Do lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực bao giờ cũng lớn
hơn Do đó ta giả thiết tốc độ trong quá trình sấy thực là . Ta sẽ kiểm tra lại giả thuyết này sau khi đã tìm đƣợc v.
Hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và tường bên k: theo kinh nghiệm, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và tường hầm sấy tính theo công thức:
(CT 7.46, trang 144,[13])
Bằng phương pháp tính lập ta có:
( ) (CT 6.11, trang 74,[6]) Chọn : nhiệt độ tường trong
Trong đó:
Ta có:
( )
* Nhiệt độ mặt ngoài của tường , theo hệ quả của định luật Furier, ta có:
là hệ số dẫn nhiệt của gạch, = 0,7 W/m 2 .độ (tra bảng I.126, trang 128,[8]) là bề dày của tường
Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt ngoài của tường với môi trường Nhiệt độ xác định là:
Từ nhiệt độ này ta đƣợc các thông số không khí:
Hệ số giãn nở thể tích:
Nội suy ở khoảng [30,40] (Bảng I.255,trang 318,[8])
Do đó, chuẩn số Gratkov
(CT V.39, trang 13, [9]) : Hệ số giãn nở thể tích
: Gia tốc trọng trường
: chiều cao phủ bì của hầm sấy
Chuẩn số Nuyxen:
(CT V.68 – trang 23,[9])
Hệ số C và n phụ thuộc vào tích số Gr.Pr = 2,036.10 10 .0,7 = 1,4252.10 10 > 2.10 7 ( chế độ xoáy). Nên ta xác định đƣợc C = 0,135, n =
Hệ số truyền nhiệt là
(trang 23, [9]) Dòng truyền nhiệt từ bề mặt của tường vào môi trường:
Nhƣ vậy sai số giữa và
Sai số này cho phép chúng ta xem kết quả trên là đáng tin cậy
Diện tích tường là :
Tường được xây bằng gạch đỏ có chiều dày 0,25m và bông thủy tinh cách nhiệt dày 0,1m, có hệ số dẫn nhiệt = 0,7 W/m.độ và , (tra bảng I.126, trang 128, [8]) . Ta xác định đƣợc hệ số truyền nhiệt k:
(trang 104,[6]) Do đó tổn thất qua 2 tường bên bằng:
( )
(trang 104,[6])
Tổn thất qua trần
Diện tích trần là
Trần hầm sấy có lớp bê tông thường dày δ 2 = 0,3m và một lớp bông thủy tinh cách nhiệt có bề dày δ 3 = 0,1m. Ta có hệ số dẫn nhiệt của bê tông và bông thủy tinh cách nhiệt lần lƣợt là: λ 2 = 1,55W/m.độ (tra phụ lục 2,[15]), λ 3 = 0,06 W/m.độ (phụ lục 2,[15])
(trang 104,[6]) Do đó tổn thất qua trần là:
( )
(trang 104,[6])
Tổn thất qua cửa:
Diện tích cửa là: F c = 2.B.H = 2. 2,3.2,45= 11,27 m 2
Hầm sấy gồm 2 cửa vào và ra, mỗi cửa gồm 3 lớp:
2 lớp phía ngoài cửa làm bằng thép có bề 25mm:
1 lớp ở giữa làm bằng bông thủy tinh để cách nhiệt bề dày 200mm:
Ta có hệ số dẫn nhiệt của thép và bông thủy tinh cách nhiệt lần lƣợt là: λ 4 = 0,5 W/m.độ ( tra bảng I.126, trang 128, [8]), λ 5 = 0,06 W/m.độ.(tra Phụ lục 2, [15])
(trang 104,[6])
Do đó tổn thất qua 2 cửa là:
(trang 104,[6])
Tổn thất qua nền
Diện tích nền là: F n = B.L = 2,3.13,5=31,05 m 2
Giả thiết hầm sấy xây cách tường bao 2m, nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là 65 o C. Theo bảng 6.1, trang 74, [6], ta có: = 41,5 W/m 2 .
Do đó tổn thất qua nền là:
(trang 104,[6]) Vậy tổng tổn thất ra môi trường q mt :
(trang 104,[6])
Tổng tổn thất:
Σ = C a . t v1 4,18.30 – 30,81 70,12 – 27,732
= -3,262 (trang 104,[6])