Tính toán và thiết kế máy sấy

Chương I TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY 1. Thơng Số Thiết Kế - Vật liệu: (chọn vật liệu sấy là cơm dừa) cĩ các thơng số sau theo [TL1/t260]: Năng suất máy sấy: 2000 kg/h Đường kính vật liệu: d = 2,28 mm Khối lượng riêng:  = 400 kg/m3 Nhiệt dung riêng: c = 2,85 kJ/kg độ Hệ số dẫn nhiệt:  = 0,425 W/m.K Độ ẩm ban đầu của vật liệu: đ = 25 % Độ ẩm cuối của vật liệu: c = 13,5 % - Tác nhân: Khơng khí khơ, được gia nhiệt bởi khĩi của than đá qua calorife khí – khĩi. Trước khi vào calorife: t0=32 0 C, 0= 80% Sau khi ra khỏi calorife: t1= 90 0 C Nhiên liệu sấy là hơi bão hịa ẩm p = 5 bar 2. Tính Tốn 2.1. Tính Tốn Quá Trình Sấy Lý Thuyết(theo TL[1]/t260) 2.1.1 tính tốn thơng số tại các điểm nút Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 1 - ĐHNL4LT a. Thơng số tác nhân trước khi đưa vào calorife (khí ngồi trời) Địa điểm lắp đặt tại Tp Hồ Chí Minh cĩ: t0 = 32 0 C, 0 = 80 (%) lấy theo nhiệt độ và độ ẩm trung bình hàng năm. t0 = 32 0C: Tra bảng nước và hơi nước bão hịa theo nhiệt độ (phụ lục 13, TL [1]/t309) ta được: pbh = 0,047934 (bar). Dung ẩm: bh bh h h pp p pp p d . . .621,0.621,0 0 0 0       = 02476,0 047934,0.8,01 047934,0.8,0 .621,0   (kg/kgkk). Enthalpy: ).842,12500.(.0048,1 0000 tdtI  = 1,0048.32 + 0,02476.(2500 + 1,842.32) = 95,51 (kJ/kg). b. Thơng số tác nhân sau khi khỏi calorife (trước khi vào ra máy sấy) Nhiệt độ tác nhân sấy khi sấy cơm dừa bằng sấy tầng sơi thường từ 85 – 95 0C. Ở đây chọn nhiệt độ tác nhân: t1 = 90 0C. Tra bảng nước và hơi nước bão hịa theo nhiệt độ, ta được: pbh = 0,7011 bar. Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy trong calorife là quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm nên: Dung ẩm: d1 = d0 = 0,02476 (kg/kgkk). Độ ẩm sau khi gia nhiệt: (%)5,5055,0 7011,0).02476,0621,0( 1.02476,0 ).621,0( . 1 1 1      bhpd pd Enthalpy: ).842,12500.(.0048,1 1111 tdtI  = 1,0048.90 + 0,02476.(2500 + 1,842.90) = 156,437 (kJ/kg). Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 2 - ĐHNL4LT c. Thơng số tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy Đối với quá trình sấy lý thuyết: I2 = I1 = 156,437 (kJ/kg). Nhiệt độ tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy: Thơng thường chọn t2 = 1,15.tư. Nhiệt độ bầu ướt tại điểm 1 tra theo đồ thị I – d với Iư = I1 và ư = 1 là 41 0 C. Do đĩ: t2 = 1,15.tư = 1,15.41 = 47 0C. Tra bảng nước và hơi nước bão hịa theo nhiệt độ, ta được: pbh = 0,10684 bar. Dung ẩm: 0422,0 47.842,12500 47.0048,1437,156 .842,12500 .0048,1 2 22 2        t tI d (kg/kgkk). Độ ẩm sau khi sấy: 56,595956,0 10684,0).0422,0621,0( 1.0422,0 ).621,0( . 2 2 2      bhpd pd (%) Lượng nguyên liệu đầu vào máy sấy: 667,2306 25100 5,13100 .2000 100 100 1 2 21        GG (kg/h). Lượng ẩm cần tách khỏi vật liệu sấy: W = G1 – G2 = 2306,667 – 2000 = 306,667 (kg/h). Chi phí tác nhân riêng (lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm): 339,57 02476,00422,0 11 02 0      dd l (kgkk/kg ẩm) Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi lượng ẩm trong vật liệu sấy: 17584339,57.667,306. 00  lWL (kg/h). Lượng khơng khí ẩm cần thiết: 18019)02476,01.(17584)1.( 10  dLGk (kg/h). Cơng suất của calorife: 956,304)95,51- 437,156.( 3600 18019 ).( 01  IIGQ k (kW). Lượng hơi cần cung cấp: ta cĩ phương trình cân bằng nhiệt ).().(. 01 IIGIIG knhh  Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 3 - ĐHNL4LT Chọn hơi bão hịa ẩm cĩ độ khơ là 0,9. Nước ngưng tụ là nước sơi ở áp suất 5bar, hiệu suất nhiệt là 70%. Vậy ).( ).( 01 nh k h II IIG G     Tra bảng nước và hơi nước bão hịa theo áp suất 5bar ta được: 2749I (kJ/kg). 1,640I (kJ/kg). 2538)1,6402749.(9,01,640).(  IIxIIh (kJ/kg). 1,640nI (kJ/kg).  36,826 )1,6402538.(7,0 )51,95437,156.(18019    hG (kg/h). 2.1.2. Tính Tốn Vận Tốc Tác Nhân Sấy a. Xác định đường kính tương đương của cơm dừa Sử dụng phương pháp sàng rây ta cĩ thể xác định được đường kính tương đương của hạt. Bằng thực nghiệm cụ thể đã xác định được đường kính hạt đường là 2,28mm. dtđ = 2,28mm = 2,2810 –3 m  R = 1,14mm = 1,14.10–3 (m). b. Vận tốc bắt đầu tạo ra chế độ sơi VS Lúc bằng đầu chế độ sơi, trở kháng thủy lực của dịng tác nhân sấy ở vận tốc VS cân bằng với trọng lực của khối hạt. Khi đĩ, tiêu chuẩn Reynolds được tính theo cơng thức sau: 3 3 Ar Re 1 1,75.Ar 150 s           Trong đĩ: + Ar: là tiêu chuẩn Archimet được tính bằng: 3 2 . . ( ) Ar td k v k k g d       + : là độ xốp của khối hạt. Lúc bắt đầu chế độ sơi thường lấy =0,4. Thơng số vật lý của khơng khí khơ ở 900C theo phụ lục 15 [TL1/t313]là: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 4 - ĐHNL4LT k = 0,972 (kg/m 3 ). cpk = 1,009 (kJ/kg). k = 3,13 (W/m.K). k = 21,5.10 – 6 (Ns/m 2 ). ak = 31,9.10 – 10 (m 2 /s). k = 22,1.10 – 6 (m 2 /s). Pr = 0,69 g = 9,81 (m/s 2 ). Vậy tiêu chuẩn Archimedes: 3 9 2 12 9,81.2,28 .10 .0,972.(400 0,972) 92333 22,1 .10 Ar      Vậy tiêu chuẩn Reynolds: 064,31 4,0 92333.75,1 4,0 4,01 .150 92333 Re 33         S Thử lại trị số Reynold theo tiêu chuẩn Phedorov: 698,50 972,0.10.1,22.3 ),400.(81,9.4 .10.28,2 ..3 ).(.4 . 3 122 3 3 2        k kv td g dFe   Tính tốc độ VS cơng thức Egun: Khi 20 < Re < 1000: 574,0 10.5,21.1650 )972,0400.(10.28,2.81,9 .1650 ).(. 6 622        k kvtd S dg V   (m/s). c. Vận tốc làm việc tối ưu td kt t d V .Re  Tính tiêu chuẩn Reynolds theo tiêu chuẩn Phedorov: Ở chế độ làm việc tối ưu: 206,130698,50.285,0).285,019,0(Re 56,156,1  Fet Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 5 - ĐHNL4LT  262,1 10.28,2 10.1,22.206,130 3 6    tV (m/s). Tính tiêu chuẩn Reynolds theo tiêu chuẩn Archimedes: Ở chế độ làm việc tối ưu: 037,12692333.33,0).33,022,0(Re 52,052,0  Art  222,1 10.28,2 10.1,22.037,126 3 6    tV (m/s). Vậy sai số: 3,3033,0 222,1 222,1262,1    (%). Chọn Vt = 1,222 (m/s). d. Vận tốc tới hạn trên Thời điểm này tương ứng với độ xốp lớn nhất 1 , bắt đầu cĩ sự lơi cuốn các hạt vật liệu theo dịng khí. Tốc độ trạng thái này được xác định theo các tiêu chuẩn sau: Tiêu chuẩn Reynolds: 044,454 92333.61,018 92333 .61,018 Re      Ar Ar th Tiêu chuẩn Lyasenco: 764,1013 92333 044,454Re 3 3  Ar Ly th Tốc độ tới hạn của dịng khí: )./(486,4 972,0 )972,0400.(81,9.10.5,21.764,1013 ).(.. 3 2 6 3 2max sm gLy V k kvk         e. xác định độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy Ta xác định độ ẩm cân bằng của vật liệu bằng cơng thức nghiệm của Egorov 2 1 21 100 100 ln..435,0           kkcb Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 6 - ĐHNL4LT Trong đĩ: k1, k2: Là những hằng số thực nghiệm và được đốn định trong những khoảng ẩm độ cân bằng hạt và độ ẩm tương đối của khơng khí. Lúc này )158( cbh % và 10<  <80 %, thì k1 = 2,7 và k2 = 19,5 Vậy độ ẩm cân bằng của vật liệu:         2 1 80100 100 ln.5,19.435,07,2cb 9,5 (%). 2.1.3: Xác Định Thời Gian Sấy Vật Liệu (cĩ 3 giai đoạn sấy) [1]/t99. a. Thời gian đốt nĩng vật liệu Thơng số nhiệt độ theo quang hệ: 0 1       k k t t Với: tk = tm = 90 ( 0 C). 0 = t0 = 32 ( 0 C). 1 = tư = 41 ( 0 C). Vậy: 845,0 3290 4190     ( 0 C). Tiêu chuẩn Biot: . Bi q R   Trong đĩ: q : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt từ khơng khí nĩng tới bề mặt vật liệu): 496,45 )10.14,1.2( )972,0.222,1( .6,3 ).2( ).( .6,3 4,03 6,0 4,0 6,0  R V kk q  (W/m 2 K).  : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu,  = 0,425 (W/mK). R: Bán kính vật liệu, R= 1,14.10-3 (m).  122,0 425,0 10.14,1.496,45 3   Bi Tra đồ thị hình 5.11 [TL/2] biểu diễn quan hệ Fo = f(,Bi) ta xác định được tiêu chuẩn Fo = 1,57. Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 7 - ĐHNL4LT Vậy thời gian đốt nĩng vật liệu: 2 0 Fo.R a   Hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu: vv C a .   (m 2 /s). Theo [TL1/t265] chọn a = 1,634.10-7 (m2/s).  5,12 10.634,1 10.14,1.57,1 7 62 0    t (s). Giai đoạn sấy đẳng tốc: 2100. . b v J U R   (%h). Trong đĩ: r J J bb 1 2  , cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật sấy. Với: nhiệt ẩn hĩa hơi: r = 2500 (kJ/kg). Mật độ dịng nhiệt: 1 1( )b m bJ t t  (kJ/m 2 h.K). Mà: tm = 90 0 C tb = 41 0 C Vận tốc tác nhân sấy là 1,222 (m/s) < 2 m/s thì hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: 488,10222,1.46,5.46,51  V (W/m 2 K) = 37,757 (kJ/m 2 h.K). Vậy: 1850)4190.(757,371 bJ (kJ/m 2 h).  74,0 2500 1850 2 bJ (kg/m 2 h). Vậy tốc độ sấy: 281,162 400.10.14,1 74,0.100 3   U (%h). b. Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc Chuyển đổi từ độ ẩm cơ sở ướt sang độ ẩm cơ sở khơ: - 1 = 25%  k1 = 33,3 (%). - 2 = 13,5%  k2 = 15,6 (%). Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 8 - ĐHNL4LT - cb = 9,5%  kcb = 10,5 (%). Ta cĩ: Hệ sấy tương đối: 1 1,8 1,8 0,054 33,3k      Độ ẩm tới hạn: 1 1 1 10,5 29,02 0,054 x cb      (%). Vậy thời gian sấy đẳng tốc: 1 1 1 33,3 29,02 0,02637 162,281 k xt U       (h) = 95 (s). c. Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc: 1 2 2 2,3 2,3 29,02 10,5 lg lg . 0,054.162,281 15,6 10,5 x cb k cb t U                 = 0,14699 (h) = 529 (s). Hay    2 2 1 1 ln .( ) ln 0,054.(15,6 10,5) . 0,054. 62,281 k cbt U         = 0,14715 (h). d. Tổng thời gian sấy: t = t0 + t1 +t2 = 12,5 + 95 + 529 = 636,5 (s) = 10,608 (phút). 2.2. Tính Tốn Quá Trình Sấy Thực [TL1/t267] 2.2.1. Tính Nhiệt Cho Thiết Bị Sấy a. Tổn thất do vật liệu sấy mang đi Ta cĩ: 2 2 2 0. .( )V VQ G C t t  (kJ/kg).  W ttCG q VVV ).(. 022  (kJ/kg ẩm). Trong đĩ: G2 = 2000 (kg/h). W = 306,667 (kg/h). 42547)105(22  ttV ( 0 C). CV: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm 2 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 9 - ĐHNL4LT 135,0.186,4)135,01.(85,2.)1.( 22   aVKV CCC = 3,03 (kJ/kg 0 C). Trong đĩ: Cvk: Nhiệt dung riêng của cơm dừa, Cvk = 2,85 (kJ/kg 0 C). Vậy: 608,197 667,306 )3242.(03,3.2000   Vq (kJ/kg ẩm). b. Tổn thất nhiệt ra mơi trường: Ta tiến hành tính tốn kích thước sơ bộ của buồng sấy: Lượng vật liệu thường xuyên nằm trên ghi: Chọn G = 2 2 2 .2000 800 5 5 G   (kg) - Thể tích ghi phân phối khí: 800 2 400V G V     (m 3 ). - Diện tích ghi phân phối khí: Ghi cĩ dạng hình chữ nhật a.b, chiều cao khối hạt h thì V = a.b.h và S = a.b. Chọn sơ bộ chiều cao khối hạt là h = 200 mm.  2 . 10 0,2 V S a b h     (m 2 ). Chọn a = 2 m thì b = 5 m. Vậy chọn ghi cĩ kích thước a = 2 m và b = 5 m. - Diện tích xung quanh buồng sấy: Để dễ tính ta cĩ thể quy đổi hình dạng buồng sấy về hình trụ chiều dài là 5 m và đường kính H = 2 m thì: Sxq = 2.Smb + Strụ – Ssàn + Diện tích hai mặt bên: 2 2. .2 3,14 4 4 mb H S      (m 2 ). + Diện tích trụ: Strụ = .H.b = .2.5 = 31,4 (m 2 ). + Diện tích sàn: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 10 - ĐHNL4LT Ssàn = a.b = 2.5 = 10 (m 2 ).  Sxq = 2.3,14 + 31,4 – 10 = 27,68 (m 2 ). Tính tốn tổn thất: Giả thiết thiết bị sấy được làm bằng thép dày 1 = 2 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 = 50 (W/mK), bên ngồi được bọc một lớp bơng thủy tinh cách nhiệt dày 2 = 50 mm, hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,055 (W/mK). Ngồi cùng là lớp tole dày 0,5 mm, lớp tole xem như cách nhiệt hồn tồn. Ta cĩ: tf1 = tm = 90 ( 0 C). tf2 = t0 = 32 ( 0 C). Khơng khí trong buồng chuyển động đối lưu cưỡng bức với vận tốc 1,222 m/s nên mật độ dịng nhiệt được tính: ).( 1111 wfmt ttq  (W/m 2 ). Truyền nhiệt qua tấm thép là dẫn nhiệt qua vách phẳng cĩ mật độ dịng nhiệt: ).( 21 1 1 2 wwmt ttq    (W/m 2 ). Hệ số dẫn nhiệt trên một đơn vị chiều dày: 25000 002,0 50 1 1    (W/K). Do tỷ số 1 1   quá lớn nên xem như tw1 = tw2. Truyền nhiệt qua lớp bơng thủy tinh cũng là dẫn nhiệt qua vách phẳng cĩ mật độ dịng nhiệt: ).(1,1).( 05.0 055,0 ).( 323232 2 2 3 wwwwwwmt ttttttq    (W/m 2 ). Tỏa nhiệt ra bên ngồi xem như là đối lưu tự nhiên chảy rối với hệ số tỏa nhiệt đối lưu: 2 = 1,715.(tw3 – tf2) 0,333 (W/m 2 K). Vậy mật độ dịng nhiệt: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 11 - ĐHNL4LT 333,1 32324 )32.(715,1).(  wfw tttq  (W/m 2 ). Giả sử quá trình truyền nhiệt là ổn định: Ta cĩ: qmt1 = qmt2 = qmt3 = qmt4 Vậy ta cĩ hệ phương trình: 1 1 3 2 3 1,333 4 3 10,488.(90 ) 1,1.( ) 1,715.( 32) mt w mt w w mt w q t q t t q t          Ta cĩ: 1,1 1 13 mt ww q tt  vì (tw1 = tw2). 333,0 32 )32.(715,1  wt Dùng phương pháp lặp, giả định đã biết tw1 rồi tìm ra giá trị của tw3, 2 theo tw1. Giải hệ phương trình trên ta cĩ bảng giá trị sau: Vậy chọn nhiệt độ bề mặt trong: tw1 = 85,6 ( 0 C). Nhiệt độ bề mặt ngồi: tw3 = 43,65 ( 0 C). Hệ số tỏa nhiệt ra bên ngồi: 2 = 3,884 (W/m 2 K). Mật độ dịng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt: q = k.(tf1-tf2) = k.(90 – 32) Ta cĩ Hệ số truyền nhiệt: STT tw1 ( 0 C) qmt1 (W/m 2 ) tw3 ( 0 C) 2 (W/m 2 K) qmt4 (W/m 2 ) 1 90 0 90 6,63 384,515 2 89 10,488 79,465 6,201 294,354 3 88 20,976 68,931 5,704 210,667 4 87 31,464 58,396 5,1 134,64 5 86 41,952 47,862 4,305 68,287 6 85,6 46,147 43,648 3,884 45,246 7 85 52,44 37,327 2,994 15,948 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 12 - ĐHNL4LT 1 2 1 1 2 2 1 1 1 0,002 0,05 11 1 10,488 50 0,055 3,884 0,792 k               (W/m2K).  q = 0,792.(90-32) = 45,936 (W/m 2 ) = 165,37 (kJ/m 2 h). Tổn thất nhiệt ra mơi trường: Qmt = Sxq.q = 27,68.165,37 = 4577,44 (kJ/h).  4577,44 14,93 306,667 mt mt Q q W    (kJ/kg ẩm). Nhiệt lượng cĩ ích: Ta cĩ: q1 = i2 – Ca.t0 Với: i2 = r + Cpk.t2 = 2500 + 1,842.47 = 2586,574 (kJ/kg ẩm). Vậy: q1 = 2586,574 – 4,186.32 = 2452,622 (kJ/kg ẩm). Tổng tổn thất nhiệt: 0. 4,186.32 197,608 14,93 78,586a v mtC t q q         (kJ/kg ẩm). c. Xác định thơng số quá trình sấy thực bằng phương pháp tính tốn: Trong quá trình sấy lý thuyết ta xác định điểm 2 nhờ giả thuyết I1 = I2 trong quá trình sấy thực tồn tại một giá trị nhiệt tổn thất  . Ta tiến hành xây dựng đồ thị I – d cho quá trình sấy thực: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 13 - ĐHNL4LT Ta cĩ lượng chứa ẩm:    2 210 02 )).(( i ttdC dd dx Mà ta cĩ: Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0 = 1,0048 + 1,842.0,02476 = 1,05 (kJ/kgK). Vậy: 2 1,05.(90 47) 0,02476 0,0417 2586,574 ( 78,586) d       (kg/kgkk). Nhiệt lượng riêng: I2 = Cpk.t2 + d2.i2 = 1,0048.47 + 0,0417.2586,574 = 155,1 (kJ/kg). Độ ẩm tương đối: )621,0.( . 22 2 2 dp dp bh   Ta cĩ: 1051,0 475,235 42,4026 12exp 5,235 42,4026 12exp 2 2                  t pbh (bar). Vậy: 2 1.0,0417 0,5987 0,1051.(0,621 0,0417)     = 59,87 (%). Chi phí tác nhân riêng: 2 0 1 1 59,032 0,0417 0,02476 l d d      (kgkk/kgẩm). Tổn thất nhiệt do TNS mang theo: q2 = l.Cdx(d0).(t2 – t0) = 59,032.1,05.(47 - 32) = 929,754 (kJ/kg ẩm). Lượng khơng khí cần thiết thực tế: L = l.W = 59,032.306,667 = 18103 (kgkk/h) = 5,029 (kgkk/s). Nhiệt lượng tiêu hao riêng: q = l.(I1 – I0) = l.(I2 – I0) - = 59,032.(156,437 – 95,51) = 59,032.(155,1 – 95,51) –(-78,586) = 3596,3 (kJ/kg ẩm). * Tính theo phương trình cân bằng nhiệt lượng: q ’ = q1 +q2 +qv +qmt = 2452,662 +929,754 +197,608+14,93 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 14 - ĐHNL4LT = 3594,954 (kJ/kg ẩm). Ta cĩ sai số: 3596,3 3594,954 .100% 0,037 3596,3    (%). Tính tốn trên chính xác. Ta được bảng cân bằng nhiệt lượng và hiệu suất buồng sấy: STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị (kJ/kg ẩm) Hiệu suất (%) 1 Nhiệt lượng cĩ ích q1 2452,662 68,23 2 Tổn thất do TNS mang đi q2 929,754 25,86 3 Tổn thất do VLS mang đi qv 197,608 5,49 4 Tổn thất ra mơi trường qmt 14,93 0,42 5 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3594,954 100 Nhiệt lượng tiêu hao cho cả quá trình sấy thực: Q = W.q = 306,667. 3594,954 = 1102454 (kJ/h) = 306,2 (kW). 2.2.2. Xác Định Khơng Gian Máy Sấy Từ những tính tốn trên ta xác định được khơng gian máy sấy, như sau: - Vận tốc tác nhân thổi qua ghi máy sấy là V1 = 1,222 (m/s). - Diện tích ghi chọn là F1 = 2x5 = 10 (m 2 ). - Chọn phần rộng nhất mặt cắt ngang máy sấy là V2 = 0,5 (m/s). Tính đến tổn thất qua ghi phân phối khí và chiều cao chuyển động của khơng khí nên chọn F2 = 3x5 = 15 (m 2 ). Từ đĩ ta tính trở lực qua lớp sơi: gh F gG P kv P G ).).(1.( .1   Trong đĩ:  : độ xốp lớp sơi. 598,0 92333 037,126.36,0037,126.18Re.36,0Re.18 21,0 2 21,0 2                Ar  h: chiều cao lớp sơi. 298,0 598,01 4,01 .2,0 1 1 . 00          hh (m) = 298 (mm). Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 15 - ĐHNL4LT Với: h0: chiều cao lớp hạt, h0 = 200 (mm). Vậy: 937,46881,9).972,0400).(598,01.(298,0  GP (Pa). Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 16 - ĐHNL4LT Chương II TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TÍNH CHỌN SICLON Thể tích khơng khí cần vận chuyển: Gtn = 5,029 5,174 0,972k L    (m 3 /s) Thể tích khơng khí qua siclon: Gsiclon = Gtn = 5,174 (m 3 /s) Chọn: V2 = 6 m/s 2 2 5,174 0,862 6 siclonGF V    (m 2 ) D1 = 24. 4.0,862 1,05 3,14 F    (m) D = 2D1 = 2,1 (m) D2 = 0,4D1 = 0,42 (m) h1 = 1,25D1 = 1,3125 (m) h2 = 2,2D1 = 2,31 (m) Chọn d = 0,5m; V1 = 15m/s đủ để dịng khí xốy trong Siclon: b = h1 – d = 0,8125 (m) Giải hệ phương trình: 1 1 2 1 1 1 1 0,425 m. 0,8125 . 15 5,174 0,345 msiclon aa b F a F F V G F F             Vậy chọn a = 0,43m Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 17 - ĐHNL4LT Hoặc cĩ thể chọn siclon từ bảng 7.5 (“Tính tốn và thiết kế hệ thống sấy cơng nghiệp – Bùi Trung Thành) theo thể tích khơng khí qua siclon, ta cĩ bảng quan hệ kích thước của siclon như sau: V (m 3 /h) D a b d h1 h2 h3 D1 D – a 18626,4 2,5 0,625 1,25 0,5 0,88 1,145 2 1,2 1,875 TÍNH CHỌN CALORIFE KHÍ – HƠI. Để nâng nhiệt độ khơng khí lên trước khi đưa vào máy sấy, ta dùng calorife dạng ống truyền nhiệt, trên bề mặt ống cĩ gân để tăng bề mặt trao đổi nhiệt. Chất tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hồ cĩ áp suất p = 5 bar. Tác nhân sấy là khơng khí nĩng sau khi qua calorife cĩ nhiệt độ là 900C. Tính bề mặt truyền nhiệt của calorife : Ta cĩ: Qc = k.F. tbt , W + k : Hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ + tbt : Hiệu số nhiệt độ trung bình, độ Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 18 - ĐHNL4LT + F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2  F = . c tb Q k t , m 2 Tính nhiệt lượng cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩm: Q = W.q = 306,667. 3594,954 = 1102454(kJ/h) = 306,2 (kW). Nhiệt lượng thực tế do calorife cung cấp: Qct = 1102454 1224948,9 0,9 cQ    , kJ/h +  : Hiệu suất cung cấp nhiệt, với  = 90% Lượng hơi cần cung cấp cho calorife: Ta cĩ: ct ct 1 2 1 2 Q Q ( ) ( ) h h h h h h G i i G i i      Tra bảng nước và hơi nước trên đường bão hịa ở p = 5bar, ta được: tbh = 151,84 0 C; i” = 2749 kJ/kg; i’= 640,1 kJ/kg; Với độ khơ x = 0,9 thì ih1 = x.i” + (1 – x)i’ = 0,9.2749 + 0,1.640,1 = 2538,11 kJ/kg Hơi ra khỏi calorife là nước ngưng ở áp suất 5 bar nên ih2 = i’ = 640,1 kJ/kg. Vậy lượng hơi cần thiết cho calorife là: 1224948,9 645,38 kg/h 0,179 kg/s (2538,11 640,1) hG     Tính hiệu số nhiệt độ trung bình tbt : Áp suất hơi nước bão hồ p = 5 bar, ta cĩ nhiệt độ hơi nước bão hồ tương ứng là tbh = 151,84 0 C. Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 19 - ĐHNL4LT + tmax = 151,84 – 32 = 119,84 0 C + tmin = 151,84 – 90 = 61,84 0 C 0max min max min 119,84 61,84 87,67 119,84 lnln 61,84 tb t t t C t t           Tính hệ số truyền nhiệt k: a) Chọn kích thước calorife, chọn chiều lưu thể hơi nước đi trong ống vuơng gĩc với chiều khơng khí được gia nhiệt trong calorife - Chọn ống truyền nhiệt cĩ gân vuơng gĩc với trục ống + Đường kính ngồi của ống Dh = 0,057 m + Chiều cao ống H = 1,5 m + Chiều dày thành ống  = 0,003 m + Chiều dày gân ’ = 0,001 m + Đường kính gân D = 1,3.Dh = 1,3 x 0,057 = 0,074 m + Bước ống thường lấy t1 = (1,21,5).Dh, chọn t1 =1,5.Dh  t1 = 1,5 x 0,057 = 0,085 m + Bước gân t2 tính theo : 3  2 hD t  4,8 + Chọn Dh/t2 = 4  t2 = Dh/4 = 0,057/4 = 0,014 m + Chiều cao gân h = 2 hD D = 0,074 0,057 2  = 0,009 m + Số gân trên 1 ống: m = 2 H t = 1,5 0,014 = 107 gân + Tổng chiều dài số gân trên ống: l = m.’ = 107 x 0,001 = 0,107 m + Chiều dài phần ống khơng gân: L1 = H – l = 1,5 – 0,107 = 1,393 m b) Tính tốn calorife: - Diện tích xung quanh ống khơng kể gân: F1 = .Dh.L1 = 3,14 x 0,057 x 1,393 = 0,249 m 2 - Diện tích mặt đứng của tổng số gân trên một ống: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 20 - ĐHNL4LT F1’ = .Dh.l = 3,14 x 0,057 x 0,107 = 0,019 m 2 - Diện tích mặt trên và mặt dưới của tổng số gân trên 1 ống: F2’ = 2. 4  .(D 2 – Dh 2 ).m = 2. 3,14 4 .(0,074 2 – 0,0572).107 = 0,374 m2 - Tổng diện tích bề mặt của tất cả các gân trên 1 ống: F2 = F1’ + F2’ = 0,019 + 0,374 = 0,393 m 2 - Tổng diện tích bề mặt ngồi của 1 ống (kể cả gân) Fn = F1 + F2 – F1’ = 0,249 + 0,393 – 0,019 = 0,623 m 2 - Tổng diện tích bề mặt trong của ống: Ftr = .(Dh – 2.).H = 3,14.(0,057 – 2.0,003).1,5 = 0,24 m 2 c) Tính vận tốc thực tế của khơng khí đi trong calorife : - Chọn số ống xếp trên 1 hàng ngang của calorife là n1 = 14 ống, xếp sole. Chiều rộng của calorife: Rc = t1.(n1 – 1) + 2.lđ , m + 2.lđ: Chiều dài lấy thêm ở 2 đầu của calorife, 2.lđ = 0,01 m  Rc = 0,085.(14 – 1) + 0,01 = 1,115 m - Tiết diện ngang của calorife : Ftự do = F – Fcản , m 2 + Fcản = Fgân cản + Fống cản (tính theo mặt cắt ngang) Fgân cản = D.l.n1 = 0,074.0,107.14 = 0,11 m 2 Fống cản= Dh.(H – l).n1 = 0,057.(1,5 – 0,107).14 = 1,112 m 2  Ftự do= F – Fcản= Rc.H – (Fgân cản+ Fống cản) = 1,115.1,5 – (0,11 + 1,112) = 0,45 m2 - Vận tốc thực tế của khơng khí đi trong calorife : k = 5,174 11,5 0,45 kV F   tự do m/s Trong đĩ: 5,029 5,174 0,972 k k L V     m 3 /s d) Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu : Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 21 - ĐHNL4LT - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khi ngưng hơi về phía hơi nước bão hồ (theo “Truyền nhiệt và tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.253): 1 = 3 4 1 ( )3 4 4 . f hrg H t       , W/m 2 .K + r : Nhiệt ẩn hố hơi của nước, r = 2109.103 J/kg + H : Chiều cao của ống truyền nhiệt, H = 1,5 m + t1: Hiệu số giữa nhiệt độ ngưng (nhiệt độ bão hồ) và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi ngưng, chọn t1 = 1,84 0 C + Nhiệt độ trung bình tính tốn tm = 0,5.(tt + tbh) tt: nhiệt độ bề mặt vách, tt = 150 0 C tbh: nhiệt độ hơi bão hồ, tbh= 151,84 0 C  tm = 0,5.(150 + 151,84) = 150,92 0 C. Tra bảng thơng số vật lý của nước trên đường bão hịa ở tm:  = 68,39 W/m2K; f = ’ = 915,16 kg/m 3 ; h = ” = 2,669 kg/m 3 ;  = 0,2019 m2/s 3 3 4 1 3 68,39 .2109.10 .9,81(915,16 2,669) 6614,15 4 4.0,2019.1,5.1,84     W/m 2 .K - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía khơng khí: Theo “Truyền nhiệt và tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.487 khi tính hệ số tỏa nhiệt đối với calorife gia nhiệt bằng hơi cĩ thể sử dụng cơng thức sau: 0,375 0,625 0,33 2 1 Re Pr , W/m Knk h F C D F          Trong đĩ: C – hệ số, với chùm ống sole C = 0,45  - Hệ số dẫn nhiệt của khơng khí, W/m2K Re = k hD   - độ nhớt động học của khơng khí, m2/s Fn – tổng diện tích bề mặt ngồi của ống, m 2 F1 – tổng diện tích bề mặt ngồi của ống trơn, m 2 Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 22 - ĐHNL4LT Nhiệt độ trung bình tính tốn về phía khơng khí: 032 90 61 2 2 k k tb t t t C       Tra bảng thơng số vật lý của khơng khí ở ttb:  = 1,0569 kg/m3;  = 2,906.10-2 W/mK;  = 20,15.10-6 Ns/m2;  = 19,075.10-6 m2/s; Pr = 0,6958; Chuẩn số Reynolds: Re = 6 11,5.0,057 34364,4 19,075.10  0,3752 0,625 0,33 22,906.10 0,6230,45 34364,4 0,6958 98,71 W/m K 0,057 ,249 k         Khi xét đến ảnh hưởng sự tỏa nhiệt khơng đồng đều trên tồn bộ mặt cánh thì: 2. 0,85.98,71 83,9 W/m Kk k      Tính hệ số truyền nhiệt k: 1 2 1 1 1 . n tr k F r F       , W/m 2 .K + Fn: Bề mặt ngồi tồn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho 1 đơn vị chiều dài ống, m2 + Ftr: Bề mặt trong của ống tính cho 1 đơn vị chiều dài ống, m 2 + 1,2: Hệ số cấp nhiệt phía trong và ngồi ống, W/m 2. độ + r : Tổng nhiệt trở của ống và các lớp cặn bẩn, r = 0,3.10-3 m2K/W.  3 1 31,86 1 1 0,623 . 0,3.10 6614,15 83,9 0,24 k      W/m 2 K - Bề mặt truyền nhiệt của calorife: 1224948,9.1000 121,82 . 31,86.87,67.3600 ct c tb Q F k t     m 2 Xác định kích thước của calorife : Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 23 - ĐHNL4LT - Số ống truyền nhiệt trong calorife : 121,82 196 0,623 c n F n F    ống - Số hàng sắp các ống truyền nhiệt: 2 1 196 14 14 n n n    hàng - Chiều dài calorife : Lc= t1.n2 + 2.lđ = 0,085.14 + 0,01 = 1,2 m - Kích thước calorife  D×R×C : 1200 1115 1500  mm TÍNH CHỌN QUẠT Lưu lượng quạt theo tính tốn trên: Qq = 5,174 m 3 /s Tổng cột áp cần khắc phục Δp: Δp = Δpt + Δpcb + Δpms, N/m 2  Trở lực qua lớp vật liệu trên ghi: Khối lượng của lớp liệu trên ghi, G = 800 (kg) Khối lượng riêng của dịng khí tại nhiệt độ tm, k = 0,972 (kg/m 3 ) Khối lượng riêng của hạt vật liệu, v = 400 (kg/m 3 ) Diện tích của ghi, Sgh = 10 (m 2 ) Ta tính được: 800 ( ). (400 0,972).9,81 782,89 400.10 t h k k gh G p g S        (Pa)  Trở lực cục bộ qua co, ghi và siclon: Vận tốc dịng khí: VS = 1,222 (m/s) Hệ số trở lực qua co, ξco = 1,1; Hệ số trở lực lực qua ghi, chọn ξG = 250; Hệ số trở lực lực qua siclon, chọn ξS = 100 Ta tính được: 2 2 co G S . 0,972.1,222 ( + + ) (1,1 250 100). 254,81 2 2 k S cb V p         (Pa)  Trở lực cục bộ qua calorife: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 24 - ĐHNL4LT 2 . . 2 cb k v p    Vận tốc khơng khí đi trong ống dẫn từ quạt đến siclon: v = 11,5 m/s. tiết diện ống dẫn là: 5,174 0,45 11,5 G F v    m 2 . Chọn tiết diện ống là hình chữ nhật cĩ a = 500 mm thì b = 900 mm. Đường kính tương đương của ống dẫn: 0,625 0,625 0,25 0,25 ( ) (500.900) 1,3 1,3 726 ( ) (500 900) td ab d a b      mm : sức cản thủy lực của chùm ống: 0,23 0,26(6 9 ) Re s m d          m’ = 14: số dãy ống xếp theo phương chuyển động của khơng khí. s: khoảng cách giữa hai trục ống kế tiếp: s = d2 + t1 = 0,054 + 0,085 = 0,139m Re = 34364,4 (tính ở trên). 0,23 0,260,139(6 9.14) .(34364,4) 7,11 0,057           Vậy trở lực qua calorife: 211,5 7,11.0,972 456,98 2 cbp   (Pa)  Trở lực ma sát từ quạt đến calorife: 2 1 . . . 2. ms l p d      Chọn ống nối từ quạt đến calorife cĩ chiều dài là 3 m. Chuẩn số Re: 6 1 . 0,726.11,5 Re 377783 22,1.10 tdd v      khơng khí chảy rối. Với dịng chảy rối hệ số ma sát được xác định theo phương trình Colbrook: 0.91 6.81 2.lg 3,7. Retdd               Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 25 - ĐHNL4LT : độ nhám của vật liệu làm ống. Chọn  = 0,5.10–4 0,941 0,5.10 6,81 2.lg 8,28 3,7.0,726 377783              0,014586  Vậy: 2 1 0,014586.3.0,972.10 2,93 2.0,726 msp   Pa  Trở lực ma sát từ calorife đến buồng sấy: Chiều dài ống từ calorife đến buồng sấy l = 6 m, đường kính dtđ = 0,726m 2 2 0,014586.6.0,972.10 5,86 2.0,726 msp   (Pa) Cột áp tồn phần của quạt: p = 5,86 + 2,93 + 456,98 + 254,81 + 782,89 = 1503,47 Pa Lưu lượng quạt: Q = 5,174 m3/s Cơng suất quạt lý thuyết: . 1503,47.5,174 15,56 kW 1000. 1000.0,5 lt pQ N    Cơng suất động cơ quạt: Nđc = 1,1.Nlt = 1,1.15,56 = 17 kW Dùng phần mềm Fantech ta chọn được quạt như sau: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 26 - ĐHNL4LT TÍNH CHỌN VÍT TẢI Máy vận chuyển vít tải để sử dụng vật liệu rời như bột, hạt cục nhỏ bên cạnh các loại vận chuyển khác. Vít tải gồm các máng cố định, phần dưới của nĩ cĩ hình dạng một nửa hình trụ, nắp máng trục dẫn động trên đĩ cĩ gắn các cánh vít, các gối tựa ở các đầu và các gối tựa trung gian của trục, bộ phận truyền động, máng chất tải và dỡ tải. Vật liệu được đẩy bằng vít dọc theo máng, tương tự như đai ốc, vật liệu bị giữ khơng bị quay nhờ trọng lực và ma sát với thành máng. Việc dỡ tải được tiến hành qua các lỗ dỡ tải ở đáy máng. Các lỗ dỡ tải này được trang bị nắp và ống nối. Các vít tải khơng sử dụng để vận chuyển các vật dạng cục lớn,yêu cầu khơng bị mài mịn, vỡ vụn, đĩng tảng và dính trong quá trình vận chuyển. Năng suất của vít tải được tính: Q = 47.D 2 .n.s...C (kg/ph) Đối với vít tải cấp liệu, ta chọn các thơng số cơ bản sau: Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 27 - ĐHNL4LT - Đường kính vít chọn theo tiêu chuẩn, D = 200mm - Bước vít, s = (0,8 – 1)D = 0,8.200 = 160mm - Số vịng quay, n = 30 vịng/phút - Khối lượng riêng,  = 400 kg/m3 - Hệ số chứa đầy chọn theo vật liệu nghiền nhỏ,  = 0,55 - Hệ số tính đến việc giảm năng suất khi đặt vít tải nằm nghiêng, ta đặt vít tải nghiêng một gĩc 100, dựa vào bảng 7.11 được C = 0,8. Thế số vào ta được: Q = 47.0,2 2 .30.0,16.0,55.400.0,8 = 1588 kg/ph = 26,47 kg/s Vậy ta chọn các thơng số kỹ thuật cho vít tải như trên là hợp lý. Cơng suất của vít tải được xác định theo cơng thức: . . . N .( 1), kW 1000. Q g H k     Trong đĩ: H – chiều cao nâng của vật liệu, H = 2 m  – hiệu suất truyền động, chọn  = 0,9 k – hệ số tổn thất do ma sát của trục vít với gối đỡ, k = 1,15 ξ – Hệ số trở lực, ξ = 6 26,47.9,81.2.1,15 N (6 1) 4,64 1000.0,9     (kW) Chọn động cơ cơng suất 5 kW.