Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 52 Chơng 2. thiết bị sấy đối lu 2.1 Khái niệm Phơng pháp sấy đối lu là phơng pháp đợc dùng khá phổ biến trong sản xuất, sử dụng tác nhân sấy là khí nóng vừa làm nhiệm vụ truyền nhiệt và lấy ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Nh phần phân loại thiết bị sấy ở chơng trớc, tác nhân sấy có thể có nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào kiểu máy sấy. Nguyên tắc cấu tạo: Thiết bị sấy đối lu có cấu tạo khác nhau theo tính chất, kết cấu, hình dạng và kích thớc của vật liệu ẩm khi đa vào sấy. Những năm gần đây sử dụng rộng ri sấy đối lu nhờ sản phẩm cháy của nhiên liệu hoặc hỗn hợp với không khí ở nhiệt độ cao. Quá trình sấy này có cờng độ khá mạnh. Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo các loại sấy đối lu cho ở bảng dới. I - Thiết bị sấy vật rời, hạt lớp chặt và lớp rời. A - Sản phẩm rời (mảnh), sấy theo lớp. Tunen Băng chuyền Goòng di chuyển Băng tải Buồng Tủ sấy Goòng cố định Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản 53 B - H¹t rêi. a/ SÊy theo líp. Qu©n cê Khe chíp Qu©n cê cã khe chíp quay b/ SÊy líp t¬i Trèng Trôc cuèn Thanh Rung, gia tèc nhá §Üa chång Vßng Buång R«to Tuèc bin Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 54 II - Thiết bị sấy vật liệu rời. 1 - Sấy tầng sôi. 2 - Sấy khí động Một buồng Nhiều buồng Khối Lớp rung Khối rung Hỗn hợp - ly tâm có ống hơi H ỗn hợp Khối khí động Xyclôn ố ng khí động Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản 55 III - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu nho. IV - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu láng Líp s«i Líp rung Líp rung khÝ ®éng Trôc SÊy phun Phun ®Üa ly t©m Vßi phun h¬i Líp rung Líp s«i Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 56 Các ký hiệu: Vật liệu: Tác nhân sấy: Hớng quay của phần tử cơ cấu Sàng phân phối khí: Quán trính vật liệu: 2.2. Lý thuyết tính toán Tính toán thiết bị sấy, thờng bắt đầu tính toán buông sấy, gồm các giai đoạn chính sau: Tính lợng ẩm bốc hơi, thiết lập phơng trình cân bằng và xác định chi phí không khí, xác định kích thớc chính của buồng sấy, tính toán nhiệt buông sấy. (Hình 2.1) Đây là sơ đồ tính toán sấy bằng không khí kiểu tunen, có calorife riêng và quạt đặt trớc nó. Hình 2.1. Sơ đồ sấy bằng không khí kiểu tu nen Kcal/Kg g /Kg Vật liệu Kcal/Kg g/Kg g/Kg Không khí I Không khí Vật li ệu Không khí Kcal /Kg Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 57 Thông số của không khí bên ngoài: nhiệt độ t 0 , độ ẩm 0 , hàm lợng ẩm độ, entanpy I 0 đơc hâm nóng khi quạt thổi vào calorifer và khí ra với các thông số t 1 , 1 , d 1 , I 1 đợc đa trực tiếp vào buống sấy. Trong quá trình sấy, những thông số của không khí sẽ thay đổi và có giá trị t 2 , 2 , d 2 , I 2 và thoát ra khỏi buồng sấy. Trạng thái vật liệu trớc khi sấy đặc trng bởi w 1 (độ ẩm ban đầu theo % đối với khối lợng chung) và t 1 (nhiệt độ), sau khi sấy là w 2 và t 2 . Sự thay đổi thông số chính của không khí và tính chất của vật liệu trớc và sau khi sấy chỉ trên sơ đồ dạng đồ thị khi sấy lúa mì. 2.2.1. Tính lợng ẩm bốc hơi. Phù hợp với định luật bảo toàn chất, khối lợng vật liệu đa vào máy sấy phải bằng khối lợng vật liệu ra khỏi máy cộng với khối lợng ẩm bốc hơi. g 1 = g 2 + U (2.1) Trong đó: g 1 , g 2 - khối lợng vật liệu ẩm đa vào buồng sấy và đa ra khỏi buồng sấy (kg/h). u khối lợng ẩm bốc hơi (kg/h). Khối lợng vật liệu gồm khối lợng chất khô tuyệt đối g K và khối lợng ẩm (nớc) chứa trong vật liệu. Trong quá trình sấy g K = const, ta có thể viết 1 1 1 1 1 100 1 100 K K w g g g g g w = + = (2.2) 2 2 2 2 2 100 1 100 K K w g g g g g w = + = (2.3) Ta có tỷ số 1 2 2 1 100 100 g w g w = (2.4) Suy ra 2 2 1 1 100 100 w g g w = (2.5) Từ phơng trình cơ bản (2.1) và tơng quan (2.4), có thể nhận đợc tơng quan thờng dùng trong tính toán thiết bị sấy. Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 58 ( ) ( ) 2 1 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 2 2 1 1 100 1 1 2.6 100 100 100 1 1 2.7 100 100 g w w w U g g w w g w w wU g g w w = = = = = = Trong đó: 1 U g - khối lợng ẩm bốc hơi qua 1 kg vật liêu khô (kg/kg). 2 U g - khối lợng ẩm bốc hơi qua 1 kg vật liệu sau sấy (kg/kg). Ta có: ( ) 1 2 1 2 1 2 2 1 2.8 100 100 w w w w U g g w w = = Nhơ công thức (2.5) và (2.8) khi biết giá trị đầu và cuối của vật liệu ẩm và khối lợng vật liệu khô, có thể xác định đợc khối lợng vật liệu sau khi sấy (hoặc ngợc lại) và lợng ẩm bốc hơi. 2.2.2. Cân bằng ẩm và chi phí không khí trong buông sấy. Trong quá trình sấy khối lợng ẩm trong hỗn hợp không khí tăng, khối lợng khô của không khí không đổi. (Thực tế có thay đổi một chút, do ro rỉ ). Trong quá trình sấy khối lợng không khí khô L (kg/kg) có thể coi là không đổi. Phơng trình cân bằng ẩm đối với buồng sấy, biểu diễn sự cân bằng giữa ẩm đa vào của vật liệu và trong tác nhân sấy trớc khi sấy và ẩm đa ra khỏi buồng sấy (trong tác nhân và ẩm còn lại trong vật liệu sấy) 1 1 1 2 2 2 100 100 100 100 g w d g w d L L + = + (2.9) Trong đó: 1 1 100 g w - khối lợng ẩm đa vào buông sấy cùng với vật liệu (kg/h). 2 2 100 g w - khối lợng ẩm tách khỏi vật liệu (kg/h). 1 100 L d - Khối lợng ẩm trong không khí vào buông sấy (kg/h) (dg/kgkk, 100 d kg/kgkk). 2 100 L d - Khối lợng ẩm tách không khí (kg/h) Từ phơng trình trên ta viết. 1 1 2 2 2 1 100 100 1000 g w g w d d L = Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 59 Hiệu số: 1 1 2 2 100 100 g w g w - tổn thất ẩm của vật liệu sau khi sấy, hoặc lợng ẩm bốc hơi trong 1 giờ u (kg/h). Từ đó ta có: 2 1 1000 d d u L = Khối lợng không khí khô. 2 1 1000 L u d d = L l u = Chi phí không khí cho 1 kg nớc bốc hơi (kg/kg) trong ẩm bốc hơi. 2 1 1000 l d d = (2.11) Không khí đi qua calorife, d = const, nghĩa là d 1 = d 0 , ta viết. 2 0 1000 l d d = (2.11 ) Đây là phơng trình cơ bản để xác định chi phí không khí trong thiết bị sấy. Từ (2.11 ) cho thấy chi phí không khí tăng khi tăng d 0 . Hàm lợng ẩm bên ngoài vào mùa hè cao hơn mùa đông, do đó thờng tính quạt theo điều kiện mùa hè. Tính toán quạt theo thể tích không khí di chuyển. biết chi phí không khí theo khối lợng không khí khô L, có thể xác định chi phi không khi theo thể tích V (m 3 ẩm/h). V = L V 0 ở đây: V 0 - Thể tích không khí ẩm, xác định theo phơng trình trạng thái V 0 = V c (thể tích riêng của không khí khô). Thay giá trị 2 2 2 2 2 622 h h P d B P = vào phơng trình (2.11 ); chú ý rằng d 0 0 vì giá trị của nó bằng 5 ữ 10 g/kg quá nhỏ so với d 2 ; ta có ( ) 2 2 2 2 2 0 2 2 1000 1000 1,6 1 622 h h h B P B l d d P P = = = Qua phơng trình này cho thấy; chi phí không khí l giảm: khi tăng 2 (2.13) nghĩa là tăng mức độ bo hoà của không khí ra khỏi buồng sấy; tăng P h2 , nghĩa là t 2 - nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy. Giảm áp suất khí trời B . Chi phí không khí l cũng có thể xác định trên đồ thị (I-d). 2.2.3. Tính nhiệt buồng sấy. Để tính chi phí nhiệt trong thiết bị sấy, thiết lập sự cân băng nhiệt của buồng sấy: sự giảm cân bằng giữa nhiệt đa vào buồng sấy và lợng nhiệt thoát ra khỏi buồng sấy. Để đơn Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 60 giản tính toán, ta coi quá trình sấy không tổn thất nhiệt và bổ xung nhiệt. Ngời ta gọi đó là sấy lý thuyết. a) Sấy lý thuyết. Sấy không có tổn thất, nghĩa là nhiệt chỉ chi phí làm bốc hơi ẩm của vật liệu và đốt nóng khí đ làm việc. Ta không tính nhiệt cần hâm nóng cơ cấu vận chuyển, tổn thất vào môi trờng, nhiệt hâm nóng vật liệu, khi đó: t 1 = t 2 (t 1 , t 2 nhiệt độ trớc và sau khi sấy của vật liệu). Cân bằng nhiệt buồng sấy. 2 1 1 1 2 2 2 2 L I g c t L I g c t + = + (2.14) Trong đó: I 1 , I 2 - Entanpi của không khí trớc và sau khi ra khỏi buồng sấy (kJ/kgkk) từ đó cho thấy, lợng nhiệt (KJ/h hoặc watt) đa vào buồng sấy với không khí (LI 1 ) và vật liệu (g 1 c 1 t 1 ) bằng lợng nhiệt ra khỏi buồng sấy với không khí(LI 2 ) và vật liệu (g 2 c 2 t 2 ). Vì g 1 = g 2 + U, nhiệt dung riêng của nớc C 1 = 1kcal/kg 0 C ta có thể viết. 1 1 1 2 2 1 1 g c t g c t U t = + (2.15) Trong hệ SI, C n = 4,19 kJ/kg 0 K và khi đó 1 1 1 2 2 1 1 4,19 g c t g c t U t = + hoặc dạng chung 1 1 1 2 2 2 1 n g c t g c t U C t = + (2.15) vào phơng trình cân bằng ta có: 1 1 1 1 1 2 2 2 2 n L I g c t U C t L I g c t + + = + Khi sấy không có tổn thất t 1 = t 2 do đó 1 1 2 n L I U C t L I + = (2.16) Entapy của không khí ra khỏi buồng sấy 1 2 1 n U C t I I L = + (2.17) Cân bằng nhiệt của quá trình đốt nóng không khí trong calorife 0 1 k L I Q L I + = (2.18) Trong đó: I 0 - Entanpy của không khí và calorife (kJ/kg). Q k - Nhiệt truyền vào không khí trong calorife (kJ/h hoặc W) Từ đấy có thể xác định đợc Q t đối với sấy lý thuyết và sấy thực. ( ) 1 0 k Q L I I = (2.19) Chia hai vế cho U và ký hiệu t t Q q U = ta có ( ) 1 0 k q l I I = (2.19 ) Thay giá trị (2.18) LI 1 vào (2.16) ta có 0 1 2 k n L I Q U c t L I + + = Từ đó nhận đợc biểu thức khác đối với chi phí nhiệt trong calorife khi sấy lý thuyết. ( ) 2 0 2 t n Q L I I U c t = (2.20) hoặc ( ) 2 0 1 t n q l I I c t = (2.21) Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn 61 Để thấy rõ kết cấu cân bằng nhiệt khi sấy không có tổn thất, thay giá trị I 2 , I 0 từ công thức dới vào (2.21). 1000 k a d I c t I = + ở đây I = r + 0,44t là entanpy của hơi chứa trong không khí, ta có ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 0 2 2 2 2 0 2 0 2 0 1 2 0 2 0 0 0 2 0 1 2 0 2 0 0 1 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 k k c a n k k a a a a n k a a a n q l c t t d I d I c t q l c t t l d I l d I l d I l d I c t l c t t l d d I l d I I c t = + = + + = + + Bởi vì 0,001(d 2 - d 0 ) l = 1. Ta có phơng trình cuối cùng ( ) ( ) ( ) 2 2 0 1 2 0 0 0,001 k a n k a a q I c t l c t t l d I I = + + (2.22) hoặc k bh q q q = + yx (2.23) Từ đó cho thấy sấy lý thuyết, nhiệt truyền vào không khí trong calorife, ẩm bốc hơi từ vật liệu (q bh ), một phần của nó không tránh khỏi mất vào không khí thoát ra khỏi buồng sấy (q yx ). b) Sấy thực. Sấy thực là sấy có tính tới tổn thất: hâm nóng vật liệu q vl , cơ cấu vận chuyển q vc , tổn thất vào môi trờng q mt . Ngoài ra không khí còn nhận đợc nhiệt từ bề mặt đốt nóng trong buồng sấy một lợng phụ thêm q ft . Phơng trình cân bằng nhiệt trong sấy thực có dạng: q k + q ft = q bh + q yx + q tt Tổng tổn thất nhiệt: q tt = q vl + q vc + q mt Lợng nhiệt chung đa vào buống sấy: q = q k + q ft Tổn thất nhiệt hâm nóng vật liệu ra khỏi buồng sấy có dạng: ( ) 2 2 2 1 vl vl g q c t t U = Trong đó: 2 g U - Khối lợng vật liệu ra khỏi buồng sấy, tính cho 1kg ẩm bốc hơi có thể tính theo giá trị đ cho w 1 , w 2 2 1 1 2 100 w w w g U = Nhiệt dung riêng của vật đ sấy: ( ) 2 2 2 w 100 w 100 n k vl c c C + = [...]... 0,436 0,469 0,505 Ns/m2 a.104m2/s .104m3/s Kcal/m.h.0C W/m0K 0 1,005 0 ,24 0 1 ,25 2 20 1,010 0 ,24 2 1,164 40 1,010 0 ,24 2 1,0 92 60 1, 020 0 ,24 3 1, 025 80 1, 021 0 ,24 4 0,968 100 1, 021 0 ,24 4 0,916 120 1, 022 0 ,24 5 0,870 140 1, 022 0 ,24 5 0, 827 160 1, 028 0 ,24 6 0,789 180 1,035 0 ,24 7 0,755 20 0 1,035 0 ,24 7 0, 723 Bảng 2. 2 Giá trị của C v n 17 ,2 18 ,2 19 ,2 20,1 21 ,0 21 ,7 22 ,8 23 ,6 24 ,2 25,0 26 ,0 Ks/m2 à.106 , kg/m3 Kcal/kg0C... bảng 2. 2 Tr ng ủ i h c Nụng nghi p 1 Giỏo trỡnh K thu t s ynụng s n - 65 Bảng 2. 1 Thông số vật lý của không khí khi B = 735,5 mmHg 0, 024 4 0, 025 6 0, 027 1 0, 028 5 0, 029 8 0,0311 0,0 324 0,0336 0,0350 0,0361 0,03 72 0, 021 0 0, 022 2 0, 023 4 0, 024 6 0, 025 7 0, 026 8 0, 027 9 0, 029 0 0,0301 0,0311 0,0 322 0,137 0,157 0,176 0,196 0 ,21 7 0 ,23 8 0 ,26 2 0 ,28 5 0,306 0,331 0,358 0,195 0 ,22 2 0 ,24 8 0 ,27 8 0,306... K 5 ,25 3 ,2 2,65 1,61 4 C Kcal/m2.h.K4 4, 52 2,7 4,0 1,39 ' Qn = qn Fn Fn - Diện tích nền (m2) qn - Tổn thất nhiệt cho 1m2 nền tính với nhiệt trung bình của buồng sấy Bảng 2. 4 Tổn thất nhiệt qn (w/m2) Nhiệt độ 0C 20 40 60 80 100 150 1 22 35 48,5 61,4 74,5 107,1 2 17,4 27 ,8 39,1 49,3 59,5 86 ,2 3 16,1 24 ,5 34,4 43 52, 4 76,1 4 15 ,2 23,4 31,9 40,1 48,1 61 15,1 22 ,8 31 38,5 45,6 66,8 0 Từ 20 - 25 0 C v khoảng... 1,84 103 d 0 ) (2. 34) +Giả sử thông số không khí đ cho t0, 0, t1 v t2 Tìm 2 v q 622 0 Ph 0 d0 = ; d1 = d0 B 0 Ph 0 Tìm I1 = CK t1 + d0 ( 25 00 + 1,84t1 ) 1000 Tìm d2 bằng giải hai phơng trình l(I2 I1) = 1000 l= = d 2 d1 I 2 I1 CK t2 + d2 (25 00 + 1,84t 2 ) I 1 1000 = 1000 d2 d0 Suy ra d2 = 1000(C K t 2 I 1 ) + d 0 1000(C K t 2 I 1 ) + d 0 = (25 00 + 1,84t 2 ) I a2 Ia2 xác định nhờ... 1,86 1,96 2, 05 2, 14 2, 22 2, 32 2,40 2, 46 2, 55 2, 64 Gr.Pr C n Gr.Pr C n -4 -3 2 7 0,5 0 0,54 1/4 1.10 ữ 1.10 5.10 ữ 2. 10 -3 2 7 13 1,18 1/8 0,135 1/4 1.10 ữ 5.10 2. 10 ữ 1.10 Nhiệt độ bên ngo i mặt tờng buồng sấy cần giữ trong khoảng 30 ữ 400C để đảm bảo an to n lao động Nhiệt độ bề mặt bên trong tờng không đợc nhỏ hơn nhiệt độ đọng sơng của môi trờng hơi - không khí tại các vùng trong buồng sấy để tránh... 2 c2 t1 + gvc cvc tvc1 + Q ft = L I 2 + g 2 c2 t2 + gvc cvc tvc2 + Qmt Chia hai bên cho U, nghĩa l chi phí nhiệt cho 1 kg ẩm bốc hơi, sau khi biến đổi ta có g g qk = l ( I 2 I 0 ) + 2 c2 ( t2 t1 ) + vc cvc tvc2 tvc1 + qmt cn t1 U U Hoặc: qk = l ( I 2 I 0 ) + qvl + qvc qmt cn t1 = l ( I 2 I 0 ) + qtt q ft c1 t1 (2. 29) ( ) Thay giá trị của qk ở phơng trình (2. 19) v o (2. 29)... C 1 -2 - Hệ số bức xạ qui dẫn (W/m2K4) có thể tính gần đúng C C C1 2 1 2 5,8 C1, C2 - Hệ số bức xạ truyền v nhận nhiệt của bề mặt Bảng 2. 3 Hệ số bức xạ của vật rắn Vật liệu 20 Giấy Kính Thạch cao Gỗ 4 W/m K 4,65 - 5,43 5,4 4,65 ữ 5 ,2 4,54 - 5,15 C Kcal/m2.h.k4 4 - 4,61 4,65 4 ữ 4,48 3,9 ữ 4,45 Tổn thất nhiệt qua nền buồng sấy Qn: Trong đó: Vật liệu 2 Các tông Thép tấm Gang nhám ôxít chì W/m K 5 ,25 3 ,2. .. l(I2 - I1) thay l bằng giá trị , ta có ( I 2 I1 ) = d 2 d1 d 2 d1 b c Hình 2. 3 Xây dựng đồ thị I - d quá trình sấy a - sấy lý thuyết b - c sấy thực Tr ng ủ i h c Nụng nghi p 1 Giỏo trỡnh K thu t s ynụng s n - 69 Biểu thức viết vơi trung gian bất kỳ ( ví dụ điểm E có d v l) 1000 ( I I1 ) = (2. 32) d d1 Giá trị (I - I1) biểu diễn bởi đoạn El với tỷ lệ xích EeMi = I -. .. bảng hơi nớc d2B 2 = ( 622 + d 2 )Ph 2 Biết d2 xác định l= 1000 d2 d0 d0 (25 00 + 1,84t 0 ) 1000 qK =l(I 2- I0) = I 0 = CK t0 + Tr ng ủ i h c Nụng nghi p 1 Giỏo trỡnh K thu t s ynụng s n - 71 e/ Sấy có tác nhân sấy hồi lu Các phơng pháp tính toán trình b y ở trên dùng với tác nhân sấy đợc xả v o môi trờng ở giai đoạn cuối v không có nhiệt bù thêm trong quá trình sấy Thực tế... dtd = A S' BH 2 B H = 4 = 2( B + H ) B + H p ở đây: S - Diện tích tiết diện ngang dòng khí P - chu vi ớt à g c Pr - chuẩn Prandt = = a a - Hệ số dẫn nhiệt của khí (m2/s) à - độ nhớt động lực (NS/m2) Tr ng ủ i h c Nụng nghi p 1 Giỏo trỡnh K thu t s ynụng s n - 64 KJ/Kg0K Kg/m2 /1,15 W/m0K g - Gia tốc tự do (m/s2) c - Nhiệt dung riêng của khí (kJ/kg0K) Hình 2. 2 Tính chất vật . 0,337 21 ,7 2, 22 120 1, 022 0 ,24 5 0,870 0,0 324 0, 027 9 0 ,26 2 0,368 22 ,8 2, 32 140 1, 022 0 ,24 5 0, 827 0,0336 0, 029 0 0 ,28 5 0,403 23 ,6 2, 40 160 1, 028 0 ,24 6 0,789 0,0350 0,0301 0,306 0,436 24 ,2. a.10 4 m 2 /s Ns/m 2 Ks/m 2 0 1,005 0 ,24 0 1 ,25 2 0, 024 4 0, 021 0 0,137 0,195 17 ,2 1,75 20 1,010 0 ,24 2 1,164 0, 025 6 0, 022 2 0,157 0 ,22 2 18 ,2 1,86 40 1,010 0 ,24 2 1,0 92 0, 027 1 0, 023 4 0,176. 0,176 0 ,24 8 19 ,2 1,96 60 1, 020 0 ,24 3 1, 025 0, 028 5 0, 024 6 0,196 0 ,27 8 20 ,1 2, 05 80 1, 021 0 ,24 4 0,968 0, 029 8 0, 025 7 0 ,21 7 0,306 21 ,0 2, 14 100 1, 021 0 ,24 4 0,916 0,0311 0, 026 8 0 ,23 8 0,337