Đồ án Thiết kế hệ thống sấy buồng để sấy gỗ với năng suất 40m3

hạ thấp độ ẩm của môi trường sấy xuống quá đáng so với quy định của chế độ sấy. 1.8.5. Các phương pháp sấy gỗ. Cũng như các phương pháp sấy khác, đối với gỗ có các phương pháp sấy sau: Hong khô, sấy chân không, sấy ngưng tụ ẩm, sấy cao tần, sấy hơi nước quá nhiệt, sấy qui chuẩn, sấy bằng năng lượng mặt trời, sấy gỗ trong chất lỏng, sấy ly tâm. CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN NHIỆT HỆ THỐNG SẤY BUỒNG ĐỂ SẤY GỖ Khi tính toán nhiệt một hệ thống sấy buồng ta có thể tiến hành theo các bước sau đây: 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 của tác nhân sấy và thời gian sấy. Tính khối lượng vật liệu sấy vào ra buồng sấy. Tính lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ W (kg ẩm/h). Xác định thông số tác nhân sấy 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 Lo (kg kk/h). Xác định kích thước cơ bản của buồng sấy. Tính tất cả các tổn thất nhiệt có thể có. Xây dựng quá trình sấy thực. Nhiệm vụ chủ yếu của phần này là tính lượng tác nhân sấy cần thiết L (kg kk/h) và nhiệt lượng Q (kJ/h) mà calorifer cần cung cấp. 2.1. Chọn chế độ sấy. Do gỗ là loại vật liệu rất dễ cong vênh, nứt lẻ do đó ngoài nhiệm vụ làm khô gỗ thì ta phải chọn chế độ sấy làm sao cho gỗ không được cong vênh, nứt lẻ. Vì vậy phải đòi hỏi một chế độ sấy hết sức nghiêm ngặt với thời gian sấy khá dài. Dựa vào thực nghiệm ta chọn được chế độ sấy gỗ như sau: Giai đoạn (1) t ăng nhiệt, phun ẩm: + Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 50oC + Độ ẩm của gỗ: ω1 = 62%; ω2 = 60% + Thời gian sấy: τ = 16 h Giai đoạn (2) + Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 60oC + Độ ẩm của gỗ: ω1 = 60%; ω2 = 30% + Thời gian sấy: τ = 168 h Giai đoạn (3) + Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 70oC + Độ ẩm của gỗ: ω1 = 30%; ω2 = 10% + Thời gian sấy: τ = 120 h Giai đoạn (4) xử lý ẩm và quạt nguội: τ = 16 h 2.2. Khối lượng vật liệu sấy ra vào mỗi giai đoạn. Theo yêu cầu thiết kế năng suất đầu vào của hệ thống sấy lạnh là: 40m3/mẻ. Ta có khối lượng riêng của gỗ khi đưa vào buồng ρ = 546 kg/m3. Nếu gọi G1, G2, ω1, ω2 tương ứng là khối lượng và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy đi vào và đi ra khỏi thiết bị sấy thì rõ ràng lượng ẩm đã bốc hơi trong thiết bị sấy bằng: hay hay Trong đó và được viết theo giá trị thực. Do khối lượng vật liệu khô tuyệt đối trước và sau quá trình sấy không đổi và bằng nhau nên ta có : ;kg Ta có G11 = 546.40 = 21840 kg - Giai đoạn (1) kg - giai đoạn (2) G12 = G21= 20748kg Giai đoạn (3) G13 = G22 = 11856kg 2.3. Lượng ẩm cần bốc hơi. Lượng ẩm cần bốc hơi trong cả quá trình là : W = G1 - G2(kg) Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ: ; kg/h Trong đó : τ là thời gian sấy - Giai đoạn (1) kg/h - Giai đoạn (2) - Giai đoạn (3) 2.4. Xác định các thông số ngoài trời. Do địa điểm khảo sát cũng như để thiết kế hệ thống sấy ở Nam Định nên thông số không khí ngoài trời ta tra trong bảng. Nhưng để tiện trong quá trình tính toán ta lấy: Nhiệt độ môi trường trung bình năm to = 250C. Độ ẩm tương đối trung bình năm . Như vậy điểm 0 có cặp thông số (t0;) ta dễ dàng xác định được lượng chứa ẩm do và entanpy Io trên đồ thị I-d. Các thông số này cũng có thể tính theo các công thức giải tích. Khi đó: Lượng chứa ẩm d0: Trong đó: : Độ ẩm tương đối ở điểm 0, = 85% pb: Phân áp suất bão hòa; B = 1at = 0,98 bar: Áp suất khí quyển. Trong đó pb: Thay số: Vậy lượng chứa ẩm do kgẩm/kgkk. Nhiệt dung riêng dẫn suất: Trong đó: Cpk, Cpa - tương ứng là nhiệt dung riêng của không khí khô và hơi nước. Lấy Cpk = 1,004kJ/kgK; Cpa = 1,842 kJ/kgK. Thay số: . Entanpy I0: Trong đó: r = 2500 KJ/kgKK - nhiệt ẩn hóa hơi của nước Do đó: 2.5. Xác định entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy Entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy của từng giai đoạn I1 có thể được xác định bằng đồ thị I - d theo cặp thông số (d1; t1)trong đó d1 = d01, như vậy ta xác định được điểm 1. Các thông số còn lại của điểm 1 ta dễ dàng tìm được như ; I1. Do đây là quá trình đốt nóng được chọn theo thiết kế. Từ đó tìm được I1 hoặc có thể tính bằng giải tích. Trong đó t1 đã chọn trước lần lượt bằng 50oC; 60oC; 70 oC Thay số vào từng giai đoạn ta được Giai đoạn (1): I11= 1,004.50 + 0,0174(2500 +1,842.50) = 95,3 kJ/kg. Giai đoạn (2): I12= 1,004.60 + 0,0174(2500 +1,842.60) = 105,66 kJ/kg Giai đoạn (2): I13= 1,004.70 + 0,0174(2500 +1,842.70) = 116,024 kJ/kg Chọn nhiệt độ tác nhân sấy sau quá trình sấy sao cho bé nhất để giảm tối thiểu tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải hết sức quan tâm việc chọn t2 sao cho không được đọng sương. Theo kinh nghiệm chọn t2 = 310C; 330C; 350C 2.6. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết Xác định các thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết φ Hình 2.1. Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết. Trạng thái A là trạng thái không khí ngoài trời. Trạng thái B là trạng thái đầu của quá trình sấy. Trạng thái Co là trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết. Khi đã chọn được nhiệt độ t2 thì trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết hoàn toàn xác định được nhờ cặp thông số ( t2; I2 = I1 ), trong đó I2 = I1. Khi điểm Co đã được xác định trên đồ thị I-d thì lượng chứa ẩm d2o và cũng hoàn toàn xác định được. Các đại lượng này cũng có thể xác định bằng giải tích: Lượng chứa ẩm d2: Trong đó: Vì r = 2500kJ/kgK ; Cpa = 1,842kJ/kgK Thay số vào từng giai đoạn Giai đoạn (1) kg ẩm/kg kk Giai đoạn (2) kg ẩm/kg kk Giai đoạn (3) kg ẩm/kg kk Như đã nói ở trên nhiệt độ t2 được chọn theo kinh nghiệm. Do đó, ta tính để kiểm tra xem tính hợp lý khi chọn t2. Độ ẩm tương đối : Trong đó: (4.11) Thay số: Giai đoạn (1) Giai đoạn (2) Giai đoạn (3) Thay vào ta tính được độ ẩm tương đối: - Giai đoạn (1) - Giai đoạn (2) - Giai đoạn (3) Lượng không khí lý thuyết Ta có lượng ẩm do 1kg không khí khô mang ra trong quá trình sấy là: ; kgẩm/kgkk Như vậy, lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm trong quá trình sấy là: (kgkk/kgẩm) Thay số: Giai đoạn (1) kgkk/kgẩm l0 - gọi là lượng tiêu hao không khí riêng. Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng không khí khô là: Giai đoạn (2) kg kk/kg ẩm Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng không khí khô là: Giai đoạn (3) kg kk/kg ẩm Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng không khí khô là: 2.7. Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy Kích thước của buồng sấy phụ thuộc vào năng suất của buồng sấy và đặc điểm kích thước của vật liệu sấy. Năng suất của buồng sấy là 40m3/mẻ, còn kích thước của gỗ đưa vào sấy có kích thước như sau: Do gỗ sấy nhằm mục đích là tấm ván sàn nên kích thước đã được đặt sẵn với: Chiều dài của thanh gỗ có kích thước lgỗ = 2000 mm. Chiều dầy của thanh gỗ có kích thước là δgỗ = 37 mm. Chiều rộng của thanh gỗ có kích thước là rgỗ = 100 mm. Để cho khả năng vật liệu được chất cao thì ta không dùng xe goòng để đưa gỗ vào mà dùng xe nâng để đưa từng bó gỗ vào chồng lên nhau, như thế sẽ đảm bảo được vật liệu không bị đổ, năng suất cao chiếm ít diện tích. Cách bố trí gỗ như hình vẽ: do chiều dài của gỗ 2000mm nên ta bố trí gỗ để ngang là 2 hàng, với mỗi bó gỗ cao 1000mm và khoảng trống giữa các bó là 100mm để dễ đưa vật liệu ra vào, cách trần 300mm. hình 2.2. Mặt cắt ngang buồng sấy Bó gỗ Chiều cao của buồng sấy là: H = H1 + H2 + H3,mm Trong đó: - H1 là chiều cao khoảng trống trên để tuần hoàn khí và đặt quạt, H1 = 700mm. H2 là khoảng cách giữa gỗ và tấm chắn, H2 = 300mm. H3 là chiều cao chất gỗ, H3 = 3200mm. Vậy chiều cao buồng sấy là: H = 700 + 300 + 3200 = 4200mm. - Chiều rộng của buồng sấy được tính: r = 2.r1 + r2 + 2.r3,mm Trong đó: r1 là khoảng cách giữa gỗ và tường, r1 = 250mm; r2 là khoảng cách giữa hai bó gỗ, r2 = 100mm; r3 là chiều dài của thanh gỗ, r3 = 2000mm; Vậy chiều rộng của buồng sấy là: r = 2.250 + 100 + 2000.2 = 4600mm; - Chiều dài của buồng sấy được tính(L): Chọn thể tích không gian thoáng để môi chất tuần hoàn là: Vt = 100m3; Vậy tổng thể tích không gian của buồng sấy là: Vb = Vt + Vgỗ = 100 + 40 = 140 m3; Ta lại có: H.L.r = Vb L = 2.8. Tính các tổn thất. Khi tính tổn thất ta tính riêng cho từng giai đoạn. 2.8.1 Giai đoạn 1. 2.8.1.1Tổn thất qua kết cấu bao che Tổn thất qua kết cấu bao che là phức tạp nhất, ta chia kết cấu làm 3 phần: các bề mặt bao quanh, trần và nền. Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy. Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình TNS là 40,50C nên ta chọn được: qn=35 W/m2 Với khoảng cách X = 1m do thiết bị sấy trong trường hợp này được bố trí đặt gần kề với các phân xưởng bên cạnh. Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.35 =1159,2W Tổn thất qua tường bao: Kết cấu của tường bao: Tường buồng sấy được xây bằng gạch đỏ dày 0,25m. Trong đó kết cấu cụ thể như sau : tw1 + Lớp vữa mặt trong và mặt ngoài có cùng độ dày: tw4 + Lớp gạch dày : Tra bảng ta được: W/mK; 0,77W/mK. Hình 2.3. Kết cấu tường buồng sấy Mật độ dòng nhiệt q(W/m2) truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt có thể tính bằng một trong các công thức sau đây: Trong kỹ thuật sấy thì nhiệt độ bề mặt vách sẽ không biết được, ta chỉ biết được nhiệt độ dịch thể nóng tf1 (là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy) và nhiệt độ dịch thể lạnh tf2 (là nhiệt độ không gian bao quanh buồng sấy). Như vậy là phải đi tìm hệ số truyền nhiệt K tức phải đi tìm hệ số trao đổi nhiệt . Việc xác định hai thông số này chính xác là khá phức tạp vì ta phải tính vòng lặp cho đến khi kết quả hợp lý mới thôi. Do đó, ta sẽ tính mật độ dòng nhiệt q(W/m2) Với tf1 là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng với tường là α1 được xác định theo tài liệu [2] như sau: Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K vận tốc gió tuần hoàn ta chọn 2m/s. Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường . Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính toán theo phương pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép. Giả thiết = 32oC; Δt2 = - to = 7oC; Theo tài liệu [2] ta có αo = 3,2W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φt = 0,975. Vậy ta được: α2 = αo. φt = 3,2.0,975 = 3,12 W/m2K q2 = α2.Δt = 3,125.7 = 21,84 W/m2 Kiểm tra lại giả thiết: Sai số so với giả thiết là 0,99% như vậy giả thiết = 32oC là đúng. W/m2K Từ đó ta tính được: W/m2K Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là: Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W Ft chính là diện tích tường bao, vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2. Qt = 99,12.1,41.(40,5 – 25) = 2166,27 W Tổn thất qua trần buồng là: Trong đó: W/m2K Vậy ta có: = 1,58 W/m2K Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,58.7,2.4,6(40,5 - 25) = 811,1 W Vậy tổng tổn thất ra môi trường là: Qbc1 = Qn + Qt + Qtr = 1159,2 + 2166,27 + 811,1 = 4136,56W = 14891,652 kJ/h. qbc1 = kJ/kgẩm 2.8.1.2. Tổn thất do vật liệu mang đi. Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. Vì giai đoạn (1) vật liệu sấy vào có nhiệt độ thấp bằng nhiệt độ tác nhân sấy ra môi trường (t2) của giai đoạn (1) nên nhiệt độ ra của giai đoạn (1) chúng ta lấy nhỏ hơn nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy khoảng (4oC÷5oC). Như vậy chúng ta có: tv11 = t2 = 31oC tv21 = Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tra bảng trong [1] ta được Cv1 = 2,72 (gỗ khi đưa vào với độ ẩm 62%) Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức: Qv1 = G21.Cv1(tv2 – tv1) = 20748.2,72.(35,5 – 31) = 253955,52 kJ kJ/kgẩm 2.8.2. Giai đoạn (2) 2.8.2.1. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy. Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình tác nhân sấy là 46,50C nên ta chọn được: qn= 40W/m2 Với khoảng cách X = 1m do thiết bị sấy trong trường hợp này ta bố trí đặt gần kề với các phân xưởng bên cạnh. Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.40 =1324,8W Tổn thất qua tường bao: Với tf1 là nhiệt độ trung bình của TNS: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng với tường là α1 được xác định theo tài liệu [2] như sau: Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K vận tốc gió tuần hoàn ta chọn 2m/s. Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường . Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính toán theo phương pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép. Giả thiết = 34oC; Δt2 = - to = 9oC; Theo tài liệu [2] ta có αo = 3,4W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φt = 0,975. Vậy ta được: α2 = αo. φt = 3,4.0,975 = 3,315 W/m2K q2 = α2.Δt = 3,315.9 = 29,835 W/m2 Kiểm tra lại giả thiết: Sai số so với giả thiết là 0,97% như vậy giả thiết = 34oC là đúng. W/m2K Từ đó ta tính được: W/m2K Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là: Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W Ft chính là diện tích tường bao, vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2. Qt = 99,12.1,452.(46,5 – 25) = 3094,33 W Tổn thất qua trần buồng là: Trong đó: W/m2K Vậy ta có: = 1,616 W/m2K Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,616.7,2.4,6(46,5 - 25) = 1150,72 W Vậy tổng tổn thất ra môi trường là: Qbc2 = Qn + Qt + Qtr = 1324,8 + 3094,33 + 1150,72 = 5569,85W = 20051,46 kJ/h. qbc2 = kJ/kgẩm 2.8.2.2. Tổn thất do vật liệu mang đi. Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. tv12 = tv21 = 35,5oC tv22 = Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tính Cv = Ck + (Ca – Ck)ω Trong đó, Ck, Ca và ω tương ứng với nhiệt dung riêng của vật liệu khô, nhiệt dung riêng của nước và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy. Nội suy từ giai đoạn 1 ta được Ck = 0,3379 kJ/kgK, V ậy Cv2 = 0,3379 + (4,186 – 0,3379).0,3 = 1,49 kJ/kgK Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức: Qv2 = G22.Cv(tv2 – tv1) = 11856.1,49.(46,5 – 35,5) = 194319,84 kJ kJ/kgẩm 2.8.3. Giai đoạn (3) 2.8.3.1. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy. Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình TNS là 52,50C nên ta chọn được: qn= 45W/m2 Với khoảng cách X = 1m do TBS trong trường hợp này ta bố trí đặt gần kề với các phân xưởng bên cạnh. Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.45 =1490,4W Tổn thất qua tường bao: Với tf1 là nhiệt độ trung bình của TNS: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng với tường là α1 được xác định theo tài liệu [2] như sau: Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K vận tốc gió tuần hoàn ta chọn 2m/s. Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường . Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính toán theo phương pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép. Giả thiết = 36oC; Δt2 = - to = 11oC; Theo tài liệu [2] ta có αo = 3,9W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φt = 0,975. Vậy ta được: α2 = αo. φt = 3,9.0,975 = 3,8025 W/m2K q2 = α2.Δt = 3,8025.11 = 41,83 W/m2 Kiểm tra lại giả thiết: Sai số so với giả thiết là 0,99% như vậy giả thiết = 36oC là đúng. W/m2K Từ đó ta tính được: W/m2K Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là: Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W Ft chính là diện tích tường bao, vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2. Qt = 99,12.1,539.(52,5 – 25) = 4195W Tổn thất qua trần buồng là: Trong đó: W/m2K Vậy ta có: = 1,697 W/m2K Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,697.7,2.4,6(52,5 - 25) = 1545,63 W Vậy tổng tổn thất ra môi trường là: Qbc3 = Qn + Qt + Qtr = 1490,4 + 4195 + 1545,63 = 7231,03W = 26031,708 kJ/h. qbc3 = kJ/kgẩm 2.8.3.2. Tổn thất do vật liệu mang đi. Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. tv13 = tv22 = 46,5oC tv23 = Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tính Cv = Ck + (Ca – Ck)ω Trong đó, Ck, Ca và ω tương ứng với nhiệt dung riêng của vật liệu khô, nhiệt dung riêng của nước và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy. Nội suy từ giai đoạn 1 ta được Ck = 0,3379 kJ/kgK, V ậy Cv3 = 0,3379 + (4,186 – 0,3379).0,1 = 0,72 Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức: Qv3 = G23.Cv(tv2 – tv1) = 9221.0,72.(52,5 – 46,5) = 39834,72 kJ kJ/kgẩm Xác định độ chênh lệch giữa nhiệt lượng đưa vào và tổn thất Δ. Giai đoạn (1): 218,2– 3720,96 = - 3834,51kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): 378,33 – 3666,6 = - 3896,327 kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): 1183,26 – 1810 = - 2798,61kJ/kg ẩm 2.9. Xác định các thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Một thiết bị sấy thực tế bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, có thể bị ảnh hưởng do tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che hoặc bị xâm nhập nhiệt từ môi trường bên ngoài vào thiết bị sấy; hoặc có nhiệt bổ sung và tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi…do chế độ sấy nóng yêu cầu nên nhiệt độ sấy ở đây vẫn cao hơn môi trường do đó vẫn tồn tại những tổn thất ra ngoài môi trường, do vật liệu sấy mang đi, do tác nhân sấy mang đi trong khi không có nhiệt bổ sung. Khi đã biết giá trị Δ bằng cách xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d chúng ta hoàn toàn có thể xác định được các thông số cần thiết của trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Các thông số này cũng có thể xác định bằng giải tích. Xác định lượng chứa ẩm d2. Giai đoạn (1): Giai đoạn (2): Giai đoạn (3): Xác định entanpy I2. Entanpy của tác nhân sấy có thể xác định theo công thức: Giai đoạn (1): Giai đoạn (2): Giai đoạn (3): Xác định độ ẩm tương đối φ2. Độ ẩm được xác định theo công thức: - Giai đoạn (1): - Giai đoạn (2): - Giai đoạn (3): Xác định lượng không khí khô thực tế. Lượng không khí khô thực tế cần thiết để bốc hơi một kg ẩm l và lượng không khí khô thực tế cần thiết trong một giờ L được xác định theo công thức: Giai đoạn (1): kg kk/kg ẩm L1 = l1. W1 = 324,67.68,25 = 22.159 kg kk/h Giai đoạn (2): kg kk/kg ẩm L2 = l2. W2 = 230,95.53 = 12.240kg kk/h Giai đoạn (1): kg kk/kg ẩm L3 = l3. W3 = 147,93.22 = 325.4kg kk/h 2.10. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy. Tổng nhiệt tiêu hao: Tổng nhiệt lượng tiêu hao các vùng được tính theo công thức: q = l(I1 – Io) Giai đoạn (1): q = 324,67.(95,3 – 69,4) = 8408,953 kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): q = 230,95.(105,66 – 69,4) = 8374,247 kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): q = 147,93.(116,024 – 69,4) = 6897,088 kJ/kg ẩm Nhiệt có ích. q1= i2 – Catv1 Q1 = W.q1 Giai đoạn (1): q11 = 2500 + 1,842.31 – 4,186.25 = 2452,4 kJ/kg ẩm Q11 = W1.q1 = 68,25.2452,4 = 167379,85 kJ/h Giai đoạn (2): q12 = 2500 + 1,842.33 – 4,186.35,5 = 2412,2 kJ/kg ẩm Q12 = W2.q1 = 53.2412,2 = 127846 kJ/h Giai đoạn (3): q13 = 2500 + 1,842.35– 4,186.46,5 = 2369,82 kJ/kg ẩm Q13 = W3.q1 = 22.2369,82 = 52136 kJ/h Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi. Q2 = L.Cpk(t2 – to) q2 = Thay các giá trị đã biết cho từng giai đoạn sấy ta được: Giai đoạn (1): Q21 = 22159.1,004(31 – 25) = 133485,816 kJ/h q21 = kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): Q22 = 12240.1,004(33 – 25) = 98311,68 kJ/h q22 = kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): Q23 = 3254.1,004(35 – 25) = 32670,16 kJ/h q23 = kJ/kg ẩm Tổng nhiệt lượng tính toán q’: Tổng lượng nhiệt này bằng tổng nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che, tổn thất do vật liệu sấy mang đi, do tác nhân sấy mang đi và nhiệt lượng có ích: q’= qbc + qv + q2 + q1 Giai đoạn (1): q’= 220 + 3720,96 + 1943,2 + 2452,4 = 8336,56 kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): q’= 380 + 3666,4 + 1867,9 + 2412,2 = 8326,5 kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): q’= 1181 + 1810 + 1612 + 2369,82= 6972,82 kJ/kg ẩm Cân bằng nhiệt. Về nguyên tắc trong mỗi giai đoạn sấy chúng ta phải có tổng nhiệt lượng tiêu hao để đưa không khí từ nhiệt độ môi trường lên nhiệt độ t1. Do đó q’ phải bằng q. Nhưng do nhiều lý do, chẳng hạn do tra đồ thị hay dùng các công thức giải t ích gần đúng, hơn nữa trong tính toán chúng ta đã làm tròn nên bao giờ giữa q và q’ cũng có những sai số nhất định. Trong tính toán nhiệt thiết bị sấy nếu sai số tương đối ε = abs(q-q’)/q ≤ 10% là cho phép.Có thể thấy mọi tính toán của chúng ta cho 3 giai đoạn sấy thoả mãn điều kiện này. Dưới đây là bảng liệt kê mọi tính toán trong bảng cân bằng nhiệt cho từng giai đoạn. T.T Đại lượng kJ/h kJ/kg ẩm % Giai đoạn (1) 1. Tổn thất qua kết cấu qbc1 14.891,652 218,2 3 2. Tổn thất do VLS qv1 253.955,52 3.720,96 44 3. Tổn thất do TNS q21 133.485,816 1.955,836 23 4. Nhiệt lượng có ích q11 167.379,85 2.452,4 30 5. Tổng nhiệt lượng tính toán 569.709,77 8.347,396 100 6. Tổng nhiệt lượng tiêu hao 573.904,22 8.408,953 100 7. Sai số |q – q’|/q’ 4.194,45 61,557 1 Giai đoạn (2) 1. Tổn thất qua kết cấu qbc2 20.051,46 378,33 5 2. Tổn thất do VLS qv2 194.319,84 3.666,4 44 3. Tổn thất do TNS q22 98.311,68 1.854,937 22 4. Nhiệt lượng có ích q12 127.846 2.412,2 29 5. Tổng nhiệt lượng tính toán 441.215,99 8.324,83 100 6. Tổng nhiệt lượng tiêu hao 443.835,09 8.374,247 100 7. Sai số |q – q’|/q’ 2.619,1 49,417 1 Giai đoạn (3) 1. Tổn thất qua kết cấu qbc3 26.031,708 1.183,26 17 2. Tổn thất do VLS qv3 39.834,72 1.810 26 3. Tổn thất do TNS q23 32.670,16 1.485 23 4. Nhiệt lượng có ích q13 52136 2.369,82 34 5. Tổng nhiệt lượng tính toán 150.657,76 6.848,08 100 6. Tổng nhiệt lượng tiêu hao 151.735,936 6.897,088 100 7. Sai số |q – q’|/q’ 1.078,176 49 1 Có thể thấy trong các tổn thất thì tổn thất do tác nhân sấy mang đi ở cả ba giai đoạn sấy đều là rất lớn (26% ÷44%). Vì vậy tìm cách giảm nhiệt độ t2 ở các giai đoạn sấy sẽ mang lại hiệu quả sử dụng nhiên liệu đáng kể. Tuy nhiên, giải quyết vấn đề cách nhiệt buồng sấy phải tính toán kinh tế giữa việc tiết kiệm nhiệt lượng và vốn đầu tư thêm. Về hiệu suất nhiệt ta thấy hầu hết ở các giai đoạn hiệu suất đều khá nhỏ từ (29% ÷ 34%) do thời giai sấy gỗ ở các giai đoạn khá dài vì gỗ là sản phẩm rất dễ cong vênh nên trong khi sấy ta vừa nâng nhiệt và phun ẩm khi độ ẩm trong phòng thấp để duy trì chế độ sấy. Ta có tính hiệu suất trung bình cho cả 3 giai đoạn như sau: % 2.11. Tính công suất nhiệt của hệ thống sấy. Nhiệt lượng tiêu hao để sấy một mẻ (40 m3 gỗ) bằng tổng nhiệt lượng tiêu hao của cả 3 giai đoạn: giai đoạn (1) 16 giờ, giai đoạn (2) 168 giờ và giai đoạn (3) là 120 giờ. Do đó: Q = 573904,22.16 + 443835,09.168 + 151735,936.120 = 101.955.075 kJ Công suất nhiệt trung bình mà bộ đốt nóng không khí (calorifer) cần dùng là: Công suất nhiệt cực đại Qcđ. Từ số liệu cân bằng ta thấy công suất nhiệt cực đại là công suất nhiệt trong giai đoạn (1): Qcđ = 573904,22/3600 = 158 kW Như vậy, công suất cực đại gần gấp đôi công suất trung bình. Chúng ta sẽ lấy công suất này làm cơ sở để tính diện tích bề mặt truyền nhiệt. CHƯƠNG III. TÍNH CHỌN CALORIFER VÀ LÒ HƠI 3.1. Tính chọn calorifer. Trong kỹ thuật sấy người ta thường sử dụng hai loại calorifer để đốt nóng không khí: calorifer khí – hơi và calorifer khí – khói. Đối với hệ thống sấy buồng người ta sử dụng calorifer khí – hơi. Tron