Đề tài Thiết kế hệ thống sấy lại lá thuốc lá

húng được hút ra nhờ một quạt hút có ống dẫn ra ngoài trời trên nóc buồng số . VII ) Sơ đồ mặt bằng hệ thống sấy lại thuốc lá kiểu băng tải sơ đồ mặt bằng hệ thống sấy lại thuốc lá kiểu băng tải 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Bộ truyền động Giai đoạn sấy khô Làm mát Giai đoạn hồi ẩm Bộ truyền động chương III tính toán cân bằng nhiệt của hệ thống sấy I ) nội dung tính toán : Quá trình sấy tối ưu là quá trình đảm bảo những yêu cầu về chất lượng sản phẩm , như không nứt nẻ ( chẳng hạn như lá thuốc ) , không cong vênh ( ví dụ trong sấy gỗ ) ,giữ được các vị lượng( có thể có trong các sản phẩm thực phẩm ) v.v ...với chi phí năng lượng , chi phí vận hành thấp nhất và thời gian sấy ngắn nhất . Cho nên , yêu cầu cơ bản của sản phẩm trong một hệ thống sấy chất lượng của sản phẩm trong quá trình sấy phải khô đều . Hệ thống sấy phải có đủ những điều kiện để điều chỉnh các thông số của quá trình sấy một cách dễ dàng , đồng thời HTS phải có khả năng thích ứng với các dạng sản phẩm sấy khác nhau và phải kinh tế nhất . Bởi vậy , những yêu cầu này phần lớn phụ thuộc vào chế độ sấy, cấu tạo của thiết bị và một số thông số lựa chọn trong khi tính toán . Vì vậy khi tính toán hệ thống sấy phải chú ý đến việc lựa chọn thiết bị , chế độ và phương pháp sấy thích hợp nhất. Với thông số đã cho chúng ta có thể chọn các đặc tính của thiết bị và sản phẩm sấy như sau: + Về thiết bị sấy : Phải đảm bảo năng suất sấy trong một giờ 2500 Kg / h , loại tác nhân sấy là không khí, phưong thức cung cấp nhiệt là đối lưu , tác nhân sấy là không khí nóng đi ngược chiều với vật liệu sấy cách đun nóng tác nhân sấy đó là calorifer, phương thức tuần hoàn của tác nhân sấy không hồi lưu. + Về sản phẩm sấy : Phải đảm bảo độ ẩm ban đầu và cuối của quá trình sấy lần lượt là v1 = 20 % , v =10% Căn cứ vào yêu cầu công nghệ , chúng ta phải quyết định chế độ sấy . Chế độ sấy được hiểu chủ yếu là nhiệt độ vào và ra của TNS và thời gian sấy. + Về chế độ sấy : Tác nhân sấy là không khí lấy từ môi trường xung quanh. Hệ thống sấy trong quá trình làm việc chịu tác động của môi trường nên việc xác định các thông số kỹ thuật của không khí là cần thiết . Do sự biến đổi nhiệt độ và độ ẩm trong một năm phức tạp , độ chênh lệch nhiệt độ , độ ẩm tương đối lớn giữa các mùa , trong quá trình tính toán ta lấy trị số trung bình trong một năm để hệ thống làm việc ổn định không cần công suất dự phòng lớn Thông thường theo thống kê ở miền bắc việt nam /7/ , nhiệt độ trung bình của không khí t0 = 258C . Độ ẩm tương đối trung bình trong năm w = 85% + Nhiệt độ vào và ra của tác nhân sấy được chọn như sau : vật liệu sấy là lá thuốc lá có thể chịu được nhiệt độ trên duới 908C . Chúng ta chọn nhiệt độ của tác nhân sấy vào hầm sấy là t1 = 908C nhiệt độ này thích hợp cho quá trình sấy . Tốc độ sấy nhanh mà thành phẩm không bị vàng và mất phẩm chất. Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi hầm sấy t2 được chọn sao cho tổn thất do tác nhân sấy mang đi là bé nhất , phải bảo đảm về yêu cầu kỹ thuật là không xảy ra hiện tượng đọng sương sau hầm sấy , có thể chọn sơ bộ nhiệt độ t2 = 358C thoả mãn độ ẩm tương đối w =( 90 65 ) % /7/. Do đó , khi tính toán cân bằng nhiệt cho hệ thống sấy hầm kiểu băng tải chúng ta có thể tiến hành theo các bước sau đây : - Tính khối lượng VLS vào hầm sấy. - Tính lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ W ( kg ẩm / h ). - Xác định thông số TNS trước và sau calorifer. - Xây dựng quá trình sấy lý thuyết mà nội dung cơ bản của nó là tính lượng không khí khô cần thiết L0 ( kg kk / h). - Xác định các kích thước cơ bản của hầm sấy , TBCT v.v... - Tính toán các tổn thất nhiệt của hầm sấy. - Xây dựng quá trình sấy thực , nhiệm vụ chủ yếu của phần này là tính lượng TNS cần thiết L ( kg kk / h ) và nhiệt lượng Q ( kJ / h ) mà calorifer cần cung cấp. Tính toán nhiệt hệ thống sấy có thể theo trình tự sau đây : 1 ) Tính năng suất sấy trong một giờ : Với năng suất của hệ thống sấy là 2500 kg thành phẩm /giờ độ ẩm của thành phẩm 10 % thời gian sấy t = 0,5 giờ ( 27 – 30 phút ) Năng suất sấy trung bình trong một giờ là : G2 = 2500 kg / h Nguyên liệu ở độ ẩm 20% đưa vào sản xuất trong 1 giờ là : ( 3.1 ) G1 =2812,5 kg / h 2 ) Tính lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ : Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ được xác định là : W = G1 - G 2 ( 3.2 ) W = 2812,5 - 2500 =312,5 kg / h 3 ) Tính toán quá trình sấy lý thuyết : Quá trình sấy lý thuyết xây dựng trên đồ thị I – d là quá trình ABC0 trong đó - Trạng thái A là trạng thái của không khí ngoài trời - Trạng thái B là trạng thái của không khí đầu quá trình sấy ( hay entanpy của tác nhân sấy ( TNS ) sau calorifer ) - Trạng thái C 0 là trạng thái TNS sau quá trình sấy lý thuyết Đồ thị I - d của quá trình sấy lý thuyết : I B t1 C2 C0 t2 C1 t0 A d Hình 3.1 Đồ thị I – d của quá trình sấy lý thuyết Trạng thái A xác định được nhờ các thông số không khí ngoài trời ( t0 ,w0 ) áp suất khí trời B = 745 mm Hg từ đồ thị I –d hoặc nếu tính bằng các công thức giải tích ta xác định được các thông số ( do , w0 ) như sau : Lượng chứa ẩm d0 của không khí ở trạng thái A là : ( 3.3 ) Trong đó : w0 - độ ẩm của không khí B - áp suất khí trời Pb0 - áp suất bão hoà của không khí ,theo /7/ được xác định : pb0 = exp ở nhiệt độ t0 = 258C phân áp suất bão hoà của không khí là pb0 = exp -Khi đó lượng chứa ẩm d0 bằng : kg ẩm / kg kk -Nhiệt dung riêng dẫn xuất của không khí : Cdx(d0) = Cpk + Cpad0 ( 3.4 ) Trong đó : Cpk , Cpa tưong ứng là nhiệt dung riêng của không khí khô và hơi nước có thể lấy Cpk =1,004 kJ / kg . K , Cpa = 1,842 kJ/kg . K Cdx(d0) =1,004 +1,842.0,017 = 1,0353 - Entanpy của không khí được xác định theo công thức sau : I0 =1,004.25 + 0,017( 2500 + 1,842.t0) ( 3.5 ) - Thay vào công thức ( 3.5 ) ta được Entanpy I0 của không khí ngoài trời là I0 =1,004.25 + 0,017( 2500 + 1,842.25) =68,383 kJ /kg kk Khi đó ta xác định được trạng thái A của không khí ngoài trời : d0 =0,017 kg ẩm / kg kk I0 =68,383 kJ / kg kk Cdx(d0) =1,0353 kJ / kg . K Entanpy của TNS calorifer ( điểm B ) Trạng thái không khí sau carifer (điểm B ) Trạng thái không khí sau calorifer B được xác định trên đồ thị I - d bởi cặp thông số ( t1 , d0 ) .Từ điểm B trên đồ thị I – d chúng ta xác định được entanpy I1 độ ẩm tương đối w1 .Ngoài ra cũng có thể tính toán theo công thức giải tích. - Entanpy I1 của TNS vào hầm sấy được xác định theo công thức ( 3.5) bằng I1 = 1,004 .90 + 0,017( 2500 + 1,842.90 ) =135,678 kJ / kg kk - Phân áp suất bão hoà của hơi nước pb1 ở nhiệt độ t1 = 908C là : - Độ ẩm tương đối w 1 : ( 3.6 ) Thông só TNS sau quá trình sấy lý thuyết ( điểm C0 ) : Trạng thái TNS sau quá trình sấy lý thuyết được xác định bởi cặp thông số trạng thái ( I20 = I 1 , t =t2) . Từ điểm C0 trên đồ thị ta xác định được lượng chứa ẩm d20 và độ ẩm tương đối w20 .Tất nhiên ta có thể xác định bằng giải tích. - Theo /7/ Lượng chứa ẩm d20 được xác định bằng công thức sau : (3.7 ) Khi đó : d20 = 0,0392 kg ẩm / kg kk - Phân áp suất bão hoà của hơi nước pb2 ở nhiệt độ t2 : - Độ ẩm tương đối w20 của TNS sau quá trình sấy lý thuyết được xác định theo ( 3.6 ) bằng : Căn cứ vào độ ẩm w = ( 9065 ) và nhiệt độ TNS ra khỏi hầm sấy t2 = 358C đã được chọn . Quá trình tính toán độ ẩm tương đối w20 nằm trong giới hạn được chọn , dẫn đến vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đong sương vừa tiết kiệm nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi Như vậy lượng chứa ẩm d20 , độ ẩm tương đối w20 trong quá trình sấy lý thuyết được xác định là : Lượng chứa ẩm d20 = 0,0392 Độ ẩm tương đối w20 = 94,6 % - Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm l0 : kg kk / kg ẩm L0 = W. l0 = 312,5 .46,729 = 14602,812 kg kk/ h Tác nhân sấy vào hầm sấy điểm ( B ) có t1 =908C và có w1 =3,83 % theo (phụ lục 5 ) , /1/ với thông số này thể tích thể tích của một kg không khí ẩm chứa một kg không khí khô là vB = 1,027 m3 / kg kk . Tương tự , TNS sau quá trình sấy lý thuyết ( điểm C0 ) có t2 =358C , w20 = 94,6 % ta có vCO = 0,942 m3/ kg kk Do đó : VB = L0vB = 14602,812.1,027 =14997,088 m3 / h VCO = L0 vCO =14602,812.0,942 = 13755,848 m3 / h Lưu lượng thể tích trung bình V0 V0 = 0,5 ( 14997,088 + 13755,848 ) = 14376,468 m3 / h V0 =3,993 m3 / s 4 ) Xác định kích thước hầm sấy : Thiết bị sấy là một hầm sấy dài ,trong đó vật liệu sấy được bố trí trên băng tải lưới và băng tải xích . Đồng thời hầm sấy là nơi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt và chất giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Để tính xác định kích thước của hầm ,ta phải biết được thời gian sấy .Trong điều kiện hiện nay chưa thể tính được thời gian bằng phương pháp giải tích .Thời gian sấy phụ thuộc vào kinh nghiệm thực tế sản xuất .Qua tham khảo số liệu sản xuất và thí nghiệm của công ty xây dựng và lắp đặt điện nước và viện thiết kế máy nông nghiệp bộ cơ khí – luyện kim cho các số liệu sau. Hệ thống sấy băng tải băng tải xích và băng tải lưới có kích thước : - Chiều rộng băng tải Bt = 4500 mm - Chiều dài băng tải Lt = 114200 mm - Đường kính tang quay Dt = 3080 mm - Khối lượng băng tải m =1803,8 kg - Vật liệu băng tải là thép - Bộ phận cung cấp nguyên liệu cho HTS bao gồm các giá treo và xe đẩy - Thời gian sấy t = 0,5 giờ Kích thước bên trong hầm sấy : - Chiều rộng hầm sấy Bh = Bt + 100 =4500 + 100 =4600 mm => Bh = 4600 mm - Chiều dài của hầm sấy Lh = Lt + 100 = 57100 +100 = 57200 mm => Lh =57200 mm - Chiều cao của hầm sấy Hh =Ht + 100 = 3080 + 100 =3180 mm => Hh =3180 mm Kích thước phủ bì của hầm sấy : Hầm sấy được xây dựng bằng gạch đỏ có chiều dày d3 = d1 = 110 m ( hai lớp) ở giữa là lớp không khí có chiều dày d2 =50 m , hầm sấy được đổ bê tông có chiều dày d4 = 50 mvà lớp cách nhiệt bằng bông thuỷ tinh d5 =100 m - Chiều rộng phủ bì : B = Bh + 2(2d1 + d2 ) = 4600 + 2( 2.110 + 50) =5140 mm - Chiều cao phủ bì : H = Hh + d4 + d5 = 3180 + 50 + 150 = 3380 mm 5 ) Tính toán các tổn thất nhiệt của hầm sấy : Tổn thất do vật liệu sấy mang đi qv : Để tính tổn thất do vật liệu sấy mang đi trước hết ta phải biết nhiệt độ vật liệu sấy ( VLS) ra khỏi hầm tv2 và nhiệt dung riêng C v2trong sấy nông sản nhiệt độ VLS ra khỏi thiết bị sấy ( TBS) lấy thấp hơn nhiệt độ TNS tương ứng 5->10 8C Trong hệ thống sấy này thì VLS và TNS chuyển động ngược chiều nên t v2 =t1- ( 5->10 )8C vì vậy ta lấy tv2 =90 – 10 =808C nhiệt dung riêng của lá thuốc là Cvk =1,32 kJ / kg k và nhiệt dung riêng của ẩm Ca = 4,18 kJ / kg k.Do đó nhiệt dung riêng của lá thuốc lá ra khỏi hầm sấy Cv2 bằng : Cv2 = Cvk( 1 - v2) + Cav2 = 1,32 ( 1 – 0,1 ) + 4,18.0,1 =1,606 kJ / kg k Tổn thất do vật liệu sấy mang đi bằng : Qv = G2Cv2( t2 – t1 ) = 2500.1,606( 80 – 25 ) = 220825 kJ / h kJ / kg ẩm Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải : - Tổn thất nhiệt do băng tải mang đi Băng tải làm bằng thép CT3 có khối lượng là m =1803,8 kg theo (mục lục 4) /1/ nhiệt dung riêng của thép là Cx =0,5 kJ / kg k .Vì là thép nên nhiệt độ băng tải bằng nhiệt dộ tác nhân sấy . Như vậy tx1 = t1 =908C . Do đó ta có : Qx =117247 kJ / h kJ / kg ẩm Tổn thất ra môi trường : - Giả thiết tốc độ của tác nhân sấy : Để tính được tổn thất ra ngoài môi trường . Trước hết ta giả thiết trước tốc độ của TNS trong hầm ta biết khi kết cấu của hầm được xác định ,thì tiết diện tự do của hầm cũng dược xác định Ftd = ( BhHh - BtHt ) = (4,6.3,18 - 4,5 . 3,08 ) = 0,768 m2 Do đó , tốc độ TNS tối thiểu sẽ bằng lưu lượng thể tích trong quá trình sấy lý thuyết V0 chia cho tiết diện tự do Ftd , hay : Vì lưu lượng của tác nhấn sấy trong quá trình sấy thực phải lớn hơn lưu lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết.Nên tốc độ tác nhân sấy giả thiết để tính toán các tổn thất cũng phải lớn hơn w0.Giả sử ta lấy w = 6 m / s .Chúng ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này sau khi đã tính được lưu lượng thể tích thực tế. Các dữ liệu tính mật độ dòng nhiệt truyền qua hai tường bên hầm sấy : Nhiệt độ dịch thể nóng tf1 trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy tf1 = 0,5( t1 + t2 ) =0,5 ( 90 + 37 ) =63,58C Nhiệt độ dịch thể lạnh là nhiệt độ của môi trường tf2 = t0 =208C, Kích thước xác định chiều cao tường hầm sấy Hh = 3,38 .Tường xây bằng gạch dày d1 = d3 = 110 mm và hệ số dẫn nhiệt l1 = 0,77 W / mK .Chúng ta xem TNS chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ w =6 m/s và không khí phía ngoài đối lưu tự nhiên chảy rối Theo công thức ( 7 .47), /1/ khi tốc độ của không khí v > 5 m / s a1 = 7,5 . w0,78 = 7,5 . 6,70,78 = 33,07 W/ m2 K (3.8) a1 =33,07 W / m2 K Để đảm bảo cách nhiệt được tốt và chịu lực bền ta xây dựng tường hầm theo kết cấu như hình vẽ gồm 2 lớp gạch đổ chiều dày mỗi lớp là 0,11m , ở giữa là lớp đệm không khí .Lớp đệm không khí làm tăng khả năng cách nhiệt của tường hầm sấy . Gạch đỏ có hệ số dẫn nhiệt không lớn ,sức bền cơ học của gạch khá tốt thích hợp với việc xây tường hầm. Khi dó dòng nhiệt đi qua không khí trong khe hẹp sẽ đối lưu tuần hoàn làm giảm khả năng cách nhiệt . Để làm giảm hiện tượng này ,người ta xây nối giữa hai lớp gạch. 2 1 1 Hình 3 - 2 Kết cầu tường hầm sấy Lớp gạch đỏ Lớp đệm không khí Bảng 3- 1 . Số liệu thiết kế tường hầm Tên Ký hiệu Trị số ( m) Chiều dày một lớp gạch dg 0,11 Chiều dày lớp đệm không khí dKK 0,05 Chiều dày tường hầm dT 0,27 Chiều cao tường hầm hT 3,3 Diện tích tường hầm FT 188,76 Mật độ dòng nhiệt qua hai bên tường q : Bằng phương pháp lặp ta giả thiết trước nhiệt độ tường phía trong hình vẽ (2 . 2 ) . Khi đó ta tính tính được mật độ dòng nhiệt q truyền qua tường , từ dòng nhiệt này ta tìm được nhiệt độ mặt ngoài tW4 và tìm được a2 Nếu dòng nhiệt truyền bằng đối lưu giữa tác nhân sấy với tường trong dòng nhiệt truyền bằng đối lưu giữa mặt ngoài tường với môi trường , có sự sai khác dưới 10% thì tW4 chấp nhận được. == == == == == == == tW2 == == == == tW3 == == == == == == == == == == == == == == == tW2 tW3 tW1 tW4 tf1 tf2 d1 d2 d3 Hình 3.3.Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường Căn cứ vào bảng 3-1 ta có số liệu thiết kế tường hầm như sau : Tường cách nhiệt gồm có 3 lớp trong đó 2 lớp trong và ngoài xây bằng gạch đỏ và lớp giữa là đệm không khí . Các lớp có kích thước : d1 = 0,11 m , d2 = 0,05 m , d3 = 0,11 m .Hệ số dẫn nhiệt của của gạch và không của không khí theo /7/ tương ứng bằng lgạch = 0,77 W / m K , lkk = 0,26 W / m K . Khi đó mật độ dòng nhiệt q truyền qua hai bên tường được xác định : Bằng phương pháp lặp ta giả thiết trước nhiệt độ tường phía trong hình vẽ (3 .3) . Tính được dòng nhiệt q truyền qua tường, từ dòng nhiệt này ta tính được nhiệt độ mặt ngoài tW4 và tìm được a2. Nếu mật độ dòng nhiệt trưyền bằng đối lưu giữa tác nhân sấy với mặt trong của tường và mật độ dòng nhiệt truyền bằng đối lưu giữa mặt ngoài của tường với môi trường sai khác dưới 10 % . Khi xem không khí phía ngoài phía trong đều chảy rối Thì tW1 giả thiết chấp nhân được. Ta giả thiết nhiệt độ mặt trong của tường là tW1 = 61,928C . Theo công thức mật độ dòng nhiệt ta có : q = a1 ( tf1 – tW1 ) ( 3 .9) q = 33,07( 63,5 – 61,92 ) = 52,251 W / m2 Nhiêt độ mặt giáp với đệm không khí tW2 theo hệ quả furie ta có (3.10) Trong đó : l1 – hệ số dẫn nhiệt của gạch ; l1 = 0,77 W / m K d1- chiều dày gạch ; d1 =0,11 m tW2 =54,468C Tương tự ta có nhiệt độ vách trong của không khí với lớp gạch là : tW3 = 44,418C Tương tự ta có nhiệt độ vách ngoài của tường là : tW4 = 36,958C Từ đây ta có độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt ngoài của tường và môi trường Dt = tW4 – tf1 = 36,95 –25 = 11,958C Giả thiết chế độ chảy của không khí là chảy rối . Khi đó hệ số truyền nhiệt a2 được tính theo /1/ ta có : a2 = 1,715 .Dt0,333 = 1,715 . 11,950,333 = 3,92 W / m2 K (3.11) Khi đó mật độ dòng nhiệt : q9 = a2 ( tW4 – tf1 ) = 3,92 (38,7 – 25 ) = 46,844 W / m2 So sánh mật độ dòng nhiệt q và q’ ta có %De = %De = 12 % Như vây , so sánh mật độ dòng nhiệt giữa mặt trong của hầm sấy với mật độ dòng nhiệt do mặt ngoài thiết bị sấy truyền cho không khí có sự sai khác . Khi đó ta tiến hành bằng phương pháp lặp lại từ đầu với giá trị mới tW1. Tưong tự ta chọn nhiệt độ tW1 = 61,968C. khi đó mật độ dòng nhiệt truyền qua vách là : q = 50,912 W / m2 Nhiệt độ mặt trong của tường hầm sấy lần lượt là : tW2 = 54,698C ; tW3 = 44,898C Nhiệt độ mặt ngoài của tường hầm sấy là : tW4 = 37,628C Do đó ta có dộ chênh nhiệt độ là : Dt = tW4 – tf1 = 37,62 –25 =12,628C Hệ số truyền nhiệt theo công thức ( 3.11 ) bằng : a2 = 1,715 .Dt0,333 = 1,715 . (12,62)0,333 = 3,989 W/ m2 K Khi đó mật độ dòng nhiệt q9 = a2 ( tW4 – tf1 ) = 3,989 .( 37,62 – 25 ) = 50,341 W / m2 So sánh q và q9 ta có %De = 1,1 % . Sai số này chấp nhận được. Hệ số truyền nhiệt k được xác định theo công thức : (3.12) Trong đó : d1 , d2 , d3 – lần lượt là chiều dày của lớp gạch , và lớp đệm không khí l1 , l2 , l2 – lần lượt là hệ số dẫn nhiệt của gạch và lớp đệm không khí a1- hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS với mặt trong của tường hầm sấy a2- hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa TNS với mặt trong của tường hầm sấy k = 1,318 W / m2 K Mật độ dòng nhiệt là : q = k . ( tf1 – tf2 ) = 1,318 ( 63,5 – 25 ) = 50,743 W / m2 q = 182,67 kJ / m2 h Tổn thất nhiệt qua hai bên tường là : Qt = F .q = 2 .(57,2. 3,38).182,67 = 70633,374 kJ / h kJ / kg ẩm - Tổn thất nhiệt qua trần , nền hầm sấy : Kết cấu trần hầm sấy gồm hai lớp: một lớp chịu lực và một lớp cách nhiệt , lớp chịu lực làm bằng bê tông cốt thép , bên trên lớp chịu lực là lớp bông thuỷ tinh ,làm nhiệm vụ cách nhiệt Bảng 3 . 2 . Số liệu thiết kế trần hầm sấy Tên Ký hiệu Trị số ( m) Chiều dày lớp bê tông chịu lực db 0,07 Chiều dày lớp bông thuỷ tinh dtt 0,15 Chiều dày trần hầm dtr 0,22 Chiều rộng trần hầm Bh 5,14 Chiều dài trần hầm Lh 57,2 Diện tích trần hầm Ftr 294,01 Theo giáo trình “truyền nhiệt” , với bề mặt nóng quay lên trên như trần hầm thì hệ số trao đổi nhiệt đối lưu a2tr = 1,3a2 =1,3 .3,989 = 5,186 W / m2 K Do đó hệ số truyền nhiệt tính cho trần hầm sấy bằng : Trong đó : lbt , ltt tương ứng là hệ số dẫn nhiệt của bê tông và bông thuỷ tinh cách nhiệt Theo phụ lục 2 , /1/ ta lấy : lbt = 1,55 W / m K , ltt = 0,058 W / m K ktr = 0,352 W / m2 K Do đó : Qtr = 3,6 .ktr.Ft( tf1 - t2 ) =3,6.0,352.57,2.5,14( 63,5 - 25 ) =14343,83 kJ / h kJ / kg ẩm - Tổn thất qua nền : Nên hầm sấy xây bằng gạch đỏ bên dưới lót xỉ than Bảng 3 . 3 . Số liệu thiết kế nền hầm sấy Tên Ký hiệu Trị số ( m) Chiều dày lớp gạch đỏ lát nền df 0,11 Chiều dày lớp xỉ than dx 0,05 Chiều rộng nền hầm Bh 5,14 Chiều dài nền hầm Lh 57,2 Diện tích nền hầm Fn 294,01 Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy bằng 63,58C và giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2 m , theo bảng ( 7.1) , /1/ ta có mật độ dòng nhiệt là q =41,65 W / m2 . Do đó tổn thất qua nền bằng : Qn =3,6 .Fn.q =3,6.57,2.5,14.41,65 = 44083,56 kJ / h kJ / kg ẩm - Tổn thất qua cửa hầm sấy : Bảng 3. 4 . Số liệu thiết kế cửa hầm sấy Tên Ký hiệu Trị số ( m) Chiều cao cánh cửa Hc 3,18 Chiều rộng một cánh Bc 4,6 Chiều dày cửa dc 0,005 Diện tích hai cửa Fc 29,256 Hai đầu hầm sấy có cửa làm bằng thép dày dc = 5 mm Hệ số dẫn nhiệt lc = 0,5 W / m K Do đó hệ số truyền nhiệt qua cửa kc bằng : kc = 3,44 W / m2 K Cửa phía tác nhân sấy vào có độ chênh lệch nhiệt độ ( t2 - t0 )còn cửa đầu kia có độ chênh nhiệt độ là ( t2 - t0 ) . Do đó : Qc =3,6. kc .Fc {( t1 - t0) + ( t2 - t0 ) } Qc =3,6 .3,44.14,628{ ( 90 - 25 ) + ( 37 - 25 ) } = 13948,79 kJ / h kJ / kg ẩm Như vây , tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra môi trường bằng: Qmt = Qt + Qtr + Qc + Qn Qmt = 70633,374 + 14343,83 + 13948,79 + 44083,56 Qmt = 143009,554 kJ / h kJ / kg ẩm Tổng tổn thất nhiệt D : D = Ca . tv1 - qv - qct - qmt = 4,18.25 - 706,64 - 375,19 - 457,63 D = - 1434,96 kJ /kg ẩm Trong đó : Ca - là nhiệt dung riêng của nước ; Ca =4,18 kJ / kg . K 6 ) Tính toán quá trình sấy thực - Xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I - d I B t1 C0 F C E0 t0 A d d0 d2 Hình 3.4 .Xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I - d Trong quá trình sấy lý thuyết , trạng thái C0 của TNS sau TBS được xác định nhờ cặp thông số ( t2 ,I2 ), trong dó I1 = I2 . Các quá trình sấy thực , như trên đã phân tích , tồn tại một giá trị nhất định . Như vây, nếu biết nhiệt độ t2 và D thì trạng thái C sau quá trình sấy thực hoàn toàn được xác định . Từ điểm C trên đồ thị I – d chúng ta tìm được entanpy I2 , lượng chứa ẩm d2 và độ ẩm tương đối w2 của tác nhân sấy sau quá trình sáy thực .Các thông số này cũng có thể xác định theo phương pháp giải tích như sau - Lượng chứa ẩm d2 trong quá trình sấy thực được xác định theo /7/ bằng : Trong đó : D - là tổng tổn thất nhiệt t1 , t2 - nhiệt độ vào và ra của tác nhân sấy i2 - entanpy của tác nhân sấy ra khỏi hầm sấy Cdx(d0) - nhiệt dung riêng dẫn xuất Khi đó ta có lượng chứa ẩm d2 được xác định : d2 = 0,03071 kg ẩm / kg kk - Entanpy I2 theo (3.5) ta được I2 = 1,004 .t2 + d2( 2500 + 1,842. t2) I2 = 1,004.37 + 0,03071 ( 2500 + 1,842.37 ) =116,016 kJ / kg .kk - Độ ẩm tương đối w2 theo (3.6) ta tính được w2 = 75 % Như vây , không khí với độ ẩm tương đôi w2 = 75 % vẫn còn rát xa trạng thái bão hoà . Để tiết kiệm nhiệt lượng ta có thể chọn lại nhiệt độ t2. Có thể thấy ,tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che ,không thay đổi nhiều trong phạm vi biến thiên hẹp của nhiệt độ t2 . Do đó để đơn giản khi ta chọn lại t2 xem như giá trị D không thay đổi. Chọn nhiệt độ tối ưu là t2 = 348C . Khi đó tính tương tự bằng phương pháp giải tích ta có thể xác định được : - Lượng chứa ẩm d2 = 0,0315 kg ẩm / kg kk - Entanpy I2 = 114,86 kJ /kg K - Độ ẩm tương đối w2 = 90 % Như vậy quá trình tính toán độ ẩm tương đối w2 thoả mãn với điều kiện đã chọn w2 = ( 90 65 ) %. 7 ) Tính lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực: Khối luợng tác nhân sấy theo ( 7.35 ) ,/1/ chúng ta xác định được lượng không khí khô cần thiết bốc hơi một kg ẩm trong quá trình sấy thực l bằng : kg kk / kg ẩm Do đó : L =W . l = 312,5 . 68,966 = 21551,875 kg kk / h Để thiết lập bảng tính cân bằng nhiệt ta xác định : - Nhiệt lượng tiêu hao q : q = l( I1 - I0 ) = 68,966 ( 135,678 - 68,383 ) = 4641,067 kJ /kg ẩm - Nhiệt lượng có ích q1 : q1= i2 - Ca . tv1= ( 2500 +1,842 .34 ) - 4,18.25 = 2458,128 kJ / kg ẩm - Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2 : Theo công thức ( 7.17 ) ,/7/ nhiệt lượng này bằng : q2 = l. Cdx( d0)( t2 - t0 ) = 68,966.1,0353 ( 34 - 25 ) = 642,604 kJ / kg ẩm - Tổng nhiệt có ích và các tổn thất q9 : q9 = q1 + q2 + qv + qct + qmt =2458,128 + 642,604 + 706,64 + 457,63 + 375,19 = 4640,192 kJ / kg ẩm Có thể thấy rằng nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ bằng nhau . Tuy nhiên , do trong quá trình tính toán các tổn thất phạm phải sai số nào đó . Chúng ta kiểm tra sai số này . ở đây : Sai số tuyệt đối Dq = q - q’ = 4641,067 - 4640,192 = 0,875 Hay sai số e = Dq / q = 0,875 / 4641,067 = 0.00019 %e = 0% Bảng cân bằng nhiệt TT Đại Lượng Ký hiệu kJ / kg ẩm % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2458,128 53 2 Tổn thất nhiệt do TNS q2 642,640 14 3 Tổn thất nhiệt do VLS qv 706,64 15 4 Tổn thất nhiệt do TBCT qct 375,19 8 5 Tổn thất ra môi trường qmt 457,63 10 6 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 4640,192 100 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 4641,067 100 8 Sai số tương đối 0 Từ bảng cân bằng nhiệt ta có nhận xét : Hiệu suất nhiệt của thiết bi sấy h = q1 / q = 53 % Trong tất cả các tổn thất trên thì tổn thất do vật liệu sấy mang đi là lớn nhất , tiếp theo là tổn thất do vật liệu sấy . Tổn thất do TBCT và tổn thất ra môi trường là bé nhất Bây giời chúng ta kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy . Muốn vậy , chúng ta tính : - Xác định lại tốc độ của tác nhân sấy trong hầm sấy . Với thông số t2 = 348C và w = 90 % tra phụ lục 5 , /7/ ta có thể tích vC = 0,901 m3 /kg kk Do đó : lưu lượng thể tích tác nhân sấy sau hầm sấy VC bằng : VC = vC . L0 = 21551,875 .0,901 =19418,24 m3 /h Thể tích TNS trước khi vào hầm sấy khi tính toán lý thuyết thì vB = 1,027 m3 / kg kk .Do đó : VB = vB . L0 = 21551,875 . 1,027 = 21982,91m3 / h - Lưu lượng thể tích trung bình TNS đi trong hầm sấy V bằng : V = 0,5 .( VB + VC ) = 0,5 ( 21982,91 + 19418,24 ) = 20700,58 m3 / h V = 5,75 m3 / s - Kiểm tra tốc độ TNS đã giả thiết. Tốc độ trung bình của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực w bằng : w = V / Ftd = 5,75 / 0,768 = 7,5 - Do đó so với tốc độ thực sai số tương đối là : %e = (wtính - w chọn ) / wtính = (7,5 –6,7 )/ 7,5 = 10% Tốc độ tác nhân sấy theo giả thiết khi tính tổn thất bằng 7,5 m/ s .So với tốc độ sai số tương đối bằng 10% . Như vậy mọi tính toán xem như là gần đúng. 8 ) Năng suất quạt cần đáp ứng V = 20700,58 m3 / h 9 ) Công suất nhiệt và lượng hơi cần thiết Công suất nhiệt của calorifer : Q = W . q = 312,5 . 4641,067 = 1450333,44 kJ / h = 402,87 kW Lưu lượng hơi cần thiết : Bộ trao đổi nhiệt có hiệu suất ( 95 – 98 % ) . Chọn hiệu suất h =