Chương I TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY 1. Thông Số Thiết Kế - Vật liệu: (chọn vật liệu sấy là cơm dừa) có các thông 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/m 3 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: Không khí khô, được gia nhiệt bởi khói của than đá qua calorife khí – khói. Trước khi vào calorife: t 0 =32 0 C,  0 = 80% Sau khi ra khỏi calorife: t 1 = 90 0 C Nhiên liệu sấy là hơi bão hòa ẩm p = 5 bar 2. Tính Toán 2.1. Tính Toán Quá Trình Sấy Lý Thuyết(theo TL[1]/t260) 2.1.1 tính toán thông số tại các điểm nút Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 1 - ĐHNL4LT a. Thông số tác nhân trước khi đưa vào calorife (khí ngoài trời) Địa điểm lắp đặt tại Tp Hồ Chí Minh có: t 0 = 32 0 C,  0 = 80 (%) lấy theo nhiệt độ và độ ẩm trung bình hàng năm. t 0 = 32 0 C: Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ (phụ lục 13, TL [1]/t309) ta được: p bh = 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. Thông 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 sôi thường từ 85 – 95 0 C. Ở đây chọn nhiệt độ tác nhân: t 1 = 90 0 C. Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ, ta được: p bh = 0,7011 bar. Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy trong calorife là quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm nên: Dung ẩm: d 1 = d 0 = 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      bh pd pd  Enthalpy: ).842,12500.(.0048,1 1111 tdtI  = 1,0048.90 + 0,02476.(2500 + 1,842.90) = 156,437 (kJ/kg). Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 2 - ĐHNL4LT c. Thông số tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy Đối với quá trình sấy lý thuyết: I 2 = I 1 = 156,437 (kJ/kg). Nhiệt độ tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy: Thông thường chọn t 2 = 1,15.t ư . Nhiệt độ bầu ướt tại điểm 1 tra theo đồ thị I – d với I ư = I 1 và  ư = 1 là 41 0 C. Do đó: t 2 = 1,15.t ư = 1,15.41 = 47 0 C. Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ, ta được: p bh = 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      bh pd 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 = G 1 – G 2 = 2306,667 – 2000 = 306,667 (kg/h). Chi phí tác nhân riêng (lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm): 339,57 02476,00422,0 11 02 0      dd l (kgkk/kg ẩm) Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi lượng ẩm trong vật liệu sấy: 17584339,57.667,306. 00  lWL (kg/h). Lượng không khí ẩm cần thiết: 18019)02476,01.(17584)1.( 10  dLG k (kg/h). Công suất của calorife: 956,304)95,51- 437,156.( 3600 18019 ).( 01  IIGQ k (kW). Lượng hơi cần cung cấp: ta có phương trình cân bằng nhiệt ).().(. 01 IIGIIG knhh   Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 3 - ĐHNL4LT Chọn hơi bão hòa ẩm có độ khô là 0,9. Nước ngưng tụ là nước sôi ở áp suất 5bar, hiệu suất nhiệt là 70%. Vậy ).( ).( 01 nh k h II IIG G     Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất 5bar ta được: 2749  I (kJ/kg). 1,640  I (kJ/kg). 2538)1,6402749.(9,01,640).(        IIxII h (kJ/kg). 1,640 n I (kJ/kg).  36,826 )1,6402538.(7,0 )51,95437,156.(18019     h G (kg/h). 2.1.2. Tính Toán Vận Tốc Tác Nhân Sấy a. Xác định đường kính tương đương của cơm dừa Sử dụng phương pháp sàng rây ta có 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. d tđ = 2,28mm = 2,2810 –3 m  R = 1,14mm = 1,14.10 –3 (m). b. Vận tốc bắt đầu tạo ra chế độ sôi V S Lúc bằng đầu chế độ sôi, trở kháng thủy lực của dòng tác nhân sấy ở vận tốc V S cân bằng với trọng lực của khối hạt. Khi đó, tiêu chuẩn Reynolds được tính theo công thức sau: 33 Ar Re 1 1,75.Ar 150 s         Trong đó: + Ar: là tiêu chuẩn Archimet được tính bằng: 3 2 . . ( ) Ar td k v k k gd       + : là độ xốp của khối hạt. Lúc bắt đầu chế độ sôi thường lấy =0,4. Thông số vật lý của không khí khô ở 90 0 C theo phụ lục 15 [TL1/t313]là: Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 4 - ĐHNL4LT  k = 0,972 (kg/m 3 ). c pk = 1,009 (kJ/kg).  k = 3,13 (W/m.K).  k = 21,5.10 – 6 (Ns/m 2 ). a k = 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: 39 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 )972,0400.(81,9.4 .10.28,2 3 ).(.4 . 3 122 3 3 2        k kv td g dFe   Tính tốc độ V S công thức Egun: Khi 20 < Re < 1000: 574,0 10.5,21.1650 )972,0400.(10.28,2.81,9 .1650 ).(. 6 62 2        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  Fe t Khoa Công 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    t V (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  Ar t  222,1 10.28,2 10.1,22.037,126 3 6    t V (m/s). Vậy sai số: 3,3033,0 222,1 222,1262,1     (%). Chọn V t = 1,222 (m/s). d. Vận tốc tới hạn trên Thời điểm này tương ứng với độ xốp lớn nhất 1  , bắt đầu có sự lôi cuốn các hạt vật liệu theo dòng 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 044,454 Re 3 3  Ar Ly th Tốc độ tới hạn của dòng khí: )./(486,4 972,0 )972,0400.(81,9.10.5,21.764,1013 ).( 3 2 6 3 2 max 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 công thức nghiệm của Egorov 2 1 21 100 100 ln 435,0             kk cb Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 6 - ĐHNL4LT Trong đó: k 1 , k 2 : Là những hằng số thực nghiệm và được đoán định trong những khoảng ẩm độ cân bằng hạt và độ ẩm tương đối của không khí. Lúc này )158(  cbh  % và 10<  <80 %, thì k 1 = 2,7 và k 2 = 19,5 Vậy độ ẩm cân bằng của vật liệu:          2 1 80100 100 ln.5,19.435,07,2 cb  9,5 (%). 2.1.3: Xác Định Thời Gian Sấy Vật Liệu (có 3 giai đoạn sấy) [1]/t99. a. Thời gian đốt nóng vật liệu Thông số nhiệt độ theo quang hệ: 0 1       k k t t Với: t k = t m = 90 ( 0 C).  0 = t 0 = 32 ( 0 C).  1 = t ư = 41 ( 0 C). Vậy: 845,0 3290 4190      ( 0 C). Tiêu chuẩn Biot: . Bi q R    Trong đó: q  : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng 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 Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 7 - ĐHNL4LT Vậy thời gian đốt nóng 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 (m 2 /s).  5,12 10.634,1 10.14,1.57,1 7 62 0    t (s). Giai đoạn sấy đẳng tốc: 2 100. . b v J U R   (%h). Trong đó: r J J b b 1 2  , cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật sấy. Với: nhiệt ẩn hóa hơi: r = 2500 (kJ/kg). Mật độ dòng nhiệt: 11 () b m b J t t   (kJ/m 2 h.K). Mà: t m = 90 0 C t b = 41 0 C Vận tốc tác nhân sấy là 1,222 (m/s) < 2 m/s thì hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: 488,10222,1.46,5.46,5 1  V  (W/m 2 K) = 37,757 (kJ/m 2 h.K). Vậy: 1850)4190.(757,37 1  b J (kJ/m 2 h).  74,0 2500 1850 2  b J (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 khô: -  1 = 25%   k1 = 33,3 (%). -  2 = 13,5%   k2 = 15,6 (%). Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 8 - ĐHNL4LT -  cb = 9,5%   kcb = 10,5 (%). Ta có: Hệ sấy tương đối: 1 1,8 1,8 0,054 33,3 k      Độ ẩm tới hạn: 1 11 10,5 29,02 0,054 x cb        (%). Vậy thời gian sấy đẳng tốc: 11 1 33,3 29,02 0,02637 162,281 kx t 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     22 11 ln .( ) ln 0,054.(15,6 10,5) . 0,054.162,281 k cb t U           = 0,14715 (h). d. Tổng thời gian sấy: t = t 0 + t 1 +t 2 = 12,5 + 95 + 529 = 636,5 (s) = 10,608 (phút). 2.2. Tính Toán 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 có: 2 2 2 0 . .( ) VV Q G C t t (kJ/kg).  W ttCG q VV V ).(. 022   (kJ/kg ẩm). Trong đó: G 2 = 2000 (kg/h). W = 306,667 (kg/h). 42547)105( 22  tt V ( 0 C). C V : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm 2  Khoa Công 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 đó: C vk : Nhiệt dung riêng của cơm dừa, C vk = 2,85 (kJ/kg 0 C). Vậy: 608,197 667,306 )3242.(03,3.2000    V q (kJ/kg ẩm). b. Tổn thất nhiệt ra môi trường: Ta tiến hành tính toán kích thước sơ bộ của buồng sấy: Lượng vật liệu thường xuyên nằm trên ghi: Chọn G = 2 22 .2000 800 55 G  (kg) - Thể tích ghi phân phối khí: 800 2 400 V G V     (m 3 ). - Diện tích ghi phân phối khí: Ghi có 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 ab h     (m 2 ). Chọn a = 2 m thì b = 5 m. Vậy chọn ghi có kích thước a = 2 m và b = 5 m. - Diện tích xung quanh buồng sấy: Để dễ tính ta có thể quy đổi hình dạng buồng sấy về hình trụ chiều dài là 5 m và đường kính H = 2 m thì: S xq = 2.S mb + S trụ – S sàn + Diện tích hai mặt bên: 22 . .2 3,14 44 mb H S     (m 2 ). + Diện tích trụ: S trụ =  .H.b =  .2.5 = 31,4 (m 2 ). + Diện tích sàn: [...]... 0,8125 (m) Giải hệ phương trình: a  0, 425 m a.b  F1 0,8125a  F1    2 15F1  5,174  F1.V1  Gsiclon  F1  0,345 m Vậy chọn a = 0,43m GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 16 - ĐHNL4LT Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 Hoặc có thể chọn siclon từ bảng 7.5 ( Tính toán và thiết kế hệ thống sấy công nghiệp – Bùi Trung Thành) theo thể tích không khí qua siclon, ta có bảng quan hệ kích thước... Không Gian Máy Sấy Từ những tính toán trên ta xác định được không 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 (m2) - 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 không khí nên chọn F2 = 3x5 = 15 (m2) Từ đó ta tính trở lực qua lớp sôi: PG  G1... 669) 2 4  6614,15 W/m K 4 4.0, 2019.1,5.1,84 - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí: Theo “Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.487 khi tính hệ số tỏa nhiệt đối với calorife gia nhiệt bằng hơi có thể sử dụng công thức sau: k  C Trong đó:  Dh Re 0,625  Fn     F1  0,375 Pr 0,33 , W/m2 K C – hệ số, với chùm ống sole C = 0,45  - Hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m2K Re = k... k = Trong đó: Vk 5,174   11,5 m/s Ftöï do 0, 45 Vk  L k  5,029 3  5,174 m /s 0,972 d) Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu : GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 20 - ĐHNL4LT Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khi ngưng hơi về phía hơi nước bão hoà (theo “Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.253): 3 3  rg (  f   h ) 1 = 4 , W/m2.K 4 4 H t1 + r : Nhiệt...Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 Ssàn = a.b = 2.5 = 10  (m2) Sxq = 2.3,14 + 31,4 – 10 = 27,68 (m2) Tính toán tổn thất: Giả thiết thiết bị sấy được làm bằng thép dày 1 = 2 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 = 50 (W/mK), bên ngoài được bọc một lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 2 = 50 mm, hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,055 (W/mK) Ngoài cùng là lớp tole dày...  14,93  78,586 (kJ/kg ẩm) c Xác định thông số quá trình sấy thực bằng phương pháp tính toán: 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: GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 12 - ĐHNL4LT Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 Ta có lượng chứa ẩm: d2... thì:   k    k  0,85.98,71  83,9 W/m2 K Tính hệ số truyền nhiệt k: k 1 , W/m2.K 1 1 F  n  r  1  2 Ftr + Fn: Bề mặt ngoài toàn 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, m2 + 1,2: Hệ số cấp nhiệt phía trong và ngoài ống, W/m2 độ + r : Tổng nhiệt trở của ống và các lớp cặn bẩn, r = 0,3.10-3 m2K/W  k 1... 1,875 TÍNH CHỌN CALORIFE KHÍ – HƠI Để nâng nhiệt độ không khí lên trước khi đưa vào máy sấy, ta dùng calorife dạng ống truyền nhiệt, trên bề mặt ống có gân để tăng bề mặt trao đổi nhiệt Chất tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hoà có áp suất p = 5 bar Tác nhân sấy là không khí nóng sau khi qua calorife có nhiệt độ là 900C Tính bề mặt truyền nhiệt của calorife : Ta có: Qc = k.F ttb , W + k : Hệ số... liệu, v = 400 (kg/m3) Diện tích của ghi, Sgh = 10 (m2) Ta tính được: pt  G 800 ( h  k ).g  (400  0,972).9,81  782,89 k S gh 400.10 (Pa)  Trở lực cục bộ qua co, ghi và siclon: Vận tốc dòng 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: pcb  (co + G + S ) k VS2 2  (1,1  250 ... Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2 - Đường kính vít chọn theo tiêu chuẩn, D = 200mm - Bước vít, s = (0,8 – 1)D = 0,8.200 = 160mm - Số vòng quay, n = 30 vòng/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 góc 100, dựa vào bảng 7.11 được C = 0,8 Thế số vào . Chương I TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY 1. Thông Số Thiết Kế - Vật liệu: (chọn vật liệu sấy là cơm dừa) có các thông số sau theo [TL1/t260]: Năng suất máy sấy: 2000 kg/h Đường. calorife (trước khi vào ra máy sấy) Nhiệt độ tác nhân sấy khi sấy cơm dừa bằng sấy tầng sôi thường từ 85 – 95 0 C. Ở đây chọn nhiệt độ tác nhân: t 1 = 90 0 C. Tra bảng nước và hơi nước bão hòa. Hoặc có thể chọn siclon từ bảng 7.5 ( Tính toán và thiết kế hệ thống sấy công nghiệp – Bùi Trung Thành) theo thể tích không khí qua siclon, ta có bảng quan hệ kích thước của siclon như sau: V