Đồ án Thiết kế thiết bị sấy tầng sôi - Vũ Mạnh Cường

o cả chiều dọc cũng như tiết diện ngang của thiết bị, trở lực lớp hạt lớn, hệ số trao đổi nhiệt và hệ số trao đổi chất nhỏ, diịen tích tiết xúc pha thực tế nhỏ hơn tổng diện tích các hạt nhiều. Tất cả điều ấy dẫn đến quả trình xảy ra không mãnh liệt, chất lượng không đồng đều, hiệu quả sử dụnh nguyên liệu và thiết bị thấp. - Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp liệu và tháo sản phẩm, dễ thực hiện quá trình liên tục, cơ giới hoá và tự động hoá, dễ điều chỉnh các thông số công nghệ như lưu lượng và áp suất. - Trỏ lực tương đối nhỏ và ổn định, không phu thuộc vào tốc độ pha khí trong giới hạn tồn tại trạng thái lỏng giả. - Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gon nhẹ và dễ chế tạo. Do tất cả những ưu điểm trên mà kỹ thuật tầng sôi được sử dụng ngày càng phổ biến trong công nghiệp như một phương pháp tăng cường độ quá trình. Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm như: +) Trong phạm vi một lớp vật liệu thì không có khả năng thực hiện quá trình theo nguyên tắc ngược chiều các pha ( vì bị khuấy trộn mãnh liệt). Do đó động lực của các quả trình truyền nhiệt, chuyển khối , không đạt được cực đại. Điều này có thể được khắc phục bằng cách bố trí thiết bị theo mô hình dãy hộp, tức là chuyển từ khuấy trộn lý tưởng sang đẩy lý tưởng. +) Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều, dẫn đến hiện tượng có hạt lưu lại quá ngắn, có hạt lại quá lâu so với thời gian trung bình cần thiết. +) Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vỡ vụn do đó thiết bị phải có thiết bị thu hồi bụi . Thiết bị tầng sôi phải chịu được mài mòn nhất là khi gia công các hạt có cạnh sắc. +) Có hiện tượng tích điện và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ. +) Vận tốc của pha khí bị giới hạn trong phạm vi cần thiết để duy trì trạng thái tầng sôi mà nhiều khi không phải là thích hợp đối với quá trình công nghệ. 4.2). Cơ chế của quá trình tạo tầng sôi Khi cho dòng khí đi từ dưới lên qua ghi phân phối có chứa một lớp hạt rắn thì có thể xảy ra 3 trạng thái sau đây: *) Khi tốc độ khí nhỏ, thì lớp hạt ở trạng thai bất động ( hình I – 5a). Các đặc trưng của nó như bề mặt riêng, độ xốp không thay đổi khi thay đổi vận tốc dòng khí. Lúc này dòng khí đi qua lớp hạt tuân theo các định luật của quá trình lọc, chiều cao lớp hạt không thay đổi ( đoạn AB trên hình I – 6a) và trỏ lực của lớp hạt tĩnhtăng lên cùng với sự tăng vận tốc dòng khí. (a) (b) (c) Chuyển động của dòng khí qua lớp hạt rắn *) Nếu lớp hạt gồm các hạt nhỏ, cùng kích thước không bị dính bết vào nhau và không có lực kêt dính thì trở lực tăng theo đường thẳng OA( hình I – 6b). Neu hạt có kích thước lớn, giữa các hạt có sự kết dính thì đẻ thắng lực kết dính này phải tiêu tốn thêm năng lượng , trở lực sẽ tăng theo đường cong và sẽ có cực đại như đường 2 hoặc 3. *) Tăng vận tốc khí tới một giá trị tới hạn nào đó thì lớp hạt bắt đầu trở nên linh động, chiều cao lớp hạt bắt đầu tăng lên, các hạt dần dần chuyển động và được khuấy trộn với nhau, trở lực đạt tới một giá trị nhất định và giữ nguyên không đổi ( hình I – 15b, đoạn BE trên hình I – 6a, đoạn AB trên hình I – 6b). Đó là trạng thái tầng sôi, các hạt rắn lơ lửng trong pha khí và chuyển động hỗn loạn, độ xốp của lớp hạt tăng lên theo sự tăng của vận tốc khí. Trạng thái này duy trì trong giới hạn từ vận tốc bắt đầu sôi ( còn gọi là vân tốc sôi tối thiểu) vs tới vận tốc phụt ( còn gọi là vận tốc kéo theo) vf. *) Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí cho đến khi vượt giá trị vf thì trạng thái sôi chấm dứt, các hạt rắn bị dòng khí cuốn theo ra khỏi thiết bị . Lúc này xảy ra quá trình vận chuyển hạt rắn bằng khí thổi, vf còn được gọi là vận tốc treo tự do, vì tại đây độ xốp của lớp hạt rất lớn, thực tế là các hạt bị treo lơ lửng trong dòng khí không lắng xuống mà cũng không bị kéo ra ngoài, thoả mãn điều kiện cân bằng giữa trọng lượng của hạt ( có tính đến sức đẩy Acsimet) và sức cản của không khí, chỉ cần tăng vận tốc khí vượt quá vf một chút là các hạt rắn bắt đầu bị kéo theo ra ngoài Quan hệ giữa tổn thất áp suất và vận tốc khí qua lớp hạt Nếu vận tốc dòng khí giảm xuống dưới vs thì sự phụ thuộc của trỏ lực vào vận tốc sẽ không theo đường 1,2,3 nữa mà theo đường 4. Còn chiều cao lớp hạt thì theo đương CD và lớn hơn khi chưa sôi. Độ xốp của lớp hạt lớn hơn lúc ban đầu . Nếu tác nhân gây lỏng giảm là chất khí thì thường xảy ra hiện tượng sôi không đều: Một phần khí đi qua lớp sôi dưới dạng các bọt khí, túi khí ( chứ không phải ở dạng pha liên tục), các túi khí này khi lên tới bề mặt lớp sôi thì vỡ ra làm cho chiều cao của lớp sôi giao động ( đường CE và CF trên hình I – 6a). Khi số tần sôi chưa lớn thì hiện tượng này không gây ảnh hưởng xấu đến quá trình mà chỉ làm tăng mức độ khuấy trộn trong lớp mà thôi. Tuy nhiên, nếu tăng số tần sôi lên thì các bọt khí lớn xuất hiện nhiều trong kớp sôi và làm các hạt bị bắn tung lên cao và bị kéo theo ra khỏi thiết bị. Hiện tượng này càng dễ xảy ra khi tăng kích thước hạt, tăng vận tốc dòng khí và giảm đường kính thiết bị. Chế độ sôi phân tầng có ảnh hưởng xấu đến quá trình như: Làm sự tiếp xúc giữa các hạt rắn và pha khí kém đi, trở lực của tầng sôi bị dao động vì vậy cần tránh không để cho hiện tượng này xảy ra. Trong thực tế sản xuất, thường gặp các lớp hạt có kích thước khác nhau, nhưng hình dạng như nhau hoặc cùng kích thước và hình dạng nhưng khối lượng riêng khác nhau thì sẽ tạo ra sự phân lớp: Những hạt lớn hơn hoặc nặng hơn sẽ ở dưới, còn những hạt nhỏ hơn sẽ ở lớp trên. Hạt càng nhỏ và càng nhẹ sẽ ở càng xa ghi phân phối khí. Qua nghiên cứu cho thấy, vật liệu dạng hạt có kích thước trong giải 0.001ữ 65mm đều có thể tạo ra được lớp sôi. Nhưng để tạo được một lớp sôi đồng nhất thì hạt có kích thước 0.01ữ 0.2mm là dễ có khả năng nhất. Những hạt lớn gây ra sự dao động chiều cao lớp sôi rất lớn, còn những hạt nhỏ lại dễ dính với nhau và tạo nên hiện tượng vòi rồng. Trạng thái lỏng giả còn có thể được tạo ra nhờ các tác động cơ học, ví dụ như khuấy trộn hoặc rung. Khi đó ta có hiện tượng lỏng giả cơ học ( phân biệt với trường hợp lỏng giả khí động và lỏng giả thuỷ lực). PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TẦNG SÔI THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 1THIẾT BỊ LỌC BỤI TAY ỎO 4.VỚT TẢI NẠP LIỆU 7, 9. XẢ LIỆU KIỂU CỎNH 2.XYCLON 5.LŨ đốt. 8.Quạt ly tâm. 3.THIẾT BỊ SẤY TẦNG SỤI 6.VAN LỎ 10.VỚT TẢI VẬN CHUYỂN Nguyên liệu được đưa vào thiết bị sấy tầng sôi (3) bằng vít tải nạp liêu (4). Nguyên liệu ở trong thiết bị tầng sôi (3) được sấy bằng tác nhân sấy là không khí nóng, không khí này được gia nhiệt gián tiếp bằng khói lò. Vật liệu được sấy khô được chia làm hai dạng, dạng cục sẽ được đưa ra nhờ cửa ra liệu kiểu cánh (7), còn dạng bụi sẽ được quạt ly tâm (8) hút và được thu hồi nhờ xyclon lắng (2) và lọc bụi tay áo (1). CHƯƠNGI: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Ta có các thông số ban đầu của công nghệ sấy tinh bột sắn bằng phương pháp tầng sôi: Năng suất: G2=500kg/h Độ ẩm trước khi sấy: W1=25% Độ ẩm sau khi sấy: W2=12% Với các thông số trên ta bắt đầu các bước tính toán sau: 1. TÍNH LƯỢNG ẨM CẦN BỐC HƠI: Ta tính lượng ẩm cần bay hơi (128 - III) Trong đó: G2 là năng suất của thiết bị sấy: G2= 500 kg/h W1 là độ ẩm đầu của VLS: W1= 25 % W2 là độ ẩm của VLS sau quá trình sấy: W2= 12 % Ta có: W=G1- G2 (kg/ h) → G1=W + G2 = 86,7+ 500 = 586,7 (kg / h) 2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 2.1). Xác định thông số không khí ngoài trời Ta xác định bởi cặp thông số không khí ngoài trời ở khí hậu Việt Nam (t0; ử0)= ( 250C; 85%) tương ứng với điểm A trên đồ thị I – d Từ đồ thị I – d ta có thể xác định được d0 và I0 Đồ thị sấy lý thuyết Hoặc theo /III/ ta có thể tính được d0 và I0 a) Tính áp suất bão hoà (Pbho) tại nhiệt độ t0= 250C Ta có : Pbh = exp bar (30 - III) =expbar b)Tính lượng chứa ẩm ( d0) (41 - III) Trong đó: φ0: Độ ẩm tương đối của không khí ở điều kiện không khí ngoài trời φ0 = 85 % Pbh0: áp suất bão hoà của không khí tại nhiệt độ t0 = 250C; Pbh0 = 0,031 bar Với B= 1 at = 0,98 bar là nếu áp suất khí trời c) Tính Entanpy ( I0) (kJ/kgkk) ( kJ/ kgkk) Trong đó: t0: là nhiệt độ không khí ngoài trời ; t0= 25 0C d0: là lượng chứa ẩm của không khí, d0 = 0,017 (kg ẩm/ kg kk) Vậy ta có các thông số không khí ngoài trời:t0= 25 0C φ= 85% d0= 0,017 kg ẩm / kg kk I0 = 68,4 kJ/ kg kk 2.2). Xác định thông số của tác nhân sấy trước khi vào TBS ( sau khi ra khỏi Caloriphe) Ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy (t1= 80 0 C) là theo kinh nghiệm. Khi đó ta có cặp thông số: (t1; d1)= (t0; d0) tương ứng với điểm B trên đồ thị I- d Tính áp suất bão hoà của tác nhân sấy (Pbht) tại nhiệt độ t1= 800C Pbh1 = exp bar (30 - III) = exp bar b) Tính Entapy của tác nhân sấy (I1) (kJ / kg kk) (41- III ) kJ/kgkk Trong đó : t1: là nhiệt độ tác nhân sấy sau khi ra khỏi Calorife; t1 = 800C d1: là lượng chứa ẩm tác nhân sấy sau khi ra khỏi Calorife; ( kg ẩm/kg kk) c) Tính độ ẩm tương đối của tác nhân sấy (φ1) (%) (28 - -III) = 5,7 % Trong đó : Pbh0 :là áp suất bão hoà của tác nhân sấy ở t1 = 800C d1: là lượng chứa ẩm của tác nhân sấy sau khi ra khỏi Calorife; d1 = 0,017 (kg ẩm / kg kk) Vậy ta có các thông số của không khí trước khí vào TBS là: t1 = 800C φ1 = 5,7 % d1 = 0,017 (kgam / kg kk ) I1 = 125,3 ( kJ / kg kk) 2.3). Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy lý thuyết Để tìm trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết ta chọn t2 = 400C Vậy ta có cặp thông số (t2; I2) = (t2 ;I1) tương ứng với điểm C0 trên đồ thị I - d a). Tính áp suất bão hoà của tác nhân sấy ( Pbh2) tại t2 = 400C bar (bar) b). Tính lượng chứa ẩm của TNS sau quá trình sấy lý thuyết (d20) (kgam/kgkk) (132 - III) Trong đó : +) t1: là nhiệt độ của TNS trước khi vào thiết bị sấy t1 = 800C +) t2: là nhiệt độ của TNS sau khi ra khỏi thiết bị sấy +) i2: là Entapy của hơi nước tính theo công thức: ( kJ/kg) (29 – III) r: ẩm nhiệt hoá hơi của hơi nước: Cpa = 1,842 ( kJ / kg kk) Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước : Cpa = 1,842 (kJ / kg kk) (kJ/kg) +) Cdx (d1)nhiệt dung riêng dẫn xuất không khí ẩm ứng với độ ẩm chứa d1 (kJ/kg kk) Theo (III) ta có: Với: Cpx là nhiệt dung riêng của không khí khô: Cpx = 1,004 (kJ/kg kk) Cpa là nhiệt dung riêng của hơi nước : Cpa = 1,842 kJ / kg kk d1 là lượng chứa ẩm của TNS trước khi vào thiết bị sấy d1 = 0,017 kg ẩm / kg kk (kJ / kg ) Vậy ta có; (kgam / kgkk) c) Tính độ ẩm tương đối của TNS sau quá trình sấy lý thuyết (φ2) % (28 - III) % Trong đó: Pbh2: là áp suấtbáo hào của TNS sau quá trình sấy lý thuyết Pbh2 = 0,07 bar d20: là lượng chứa ẩm của TNS sau quá trình sấy lý thuyết d20 = 0,033 (kg ẩm / kg kk ) Vậy ta có thông số của TNS sau quá trình sấy lý thuyết là: t2 = 400C φ20 = 78,5 % d20 = 0,033 (kgam / kgkk) I20 = 125,3 ( kJ / kgkk) 2.4). Tính lượng không khí lý thuyết. Theo (III) ta có: (kgKK / kgam) (kgKK / h) 3. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 3.1). Xác định tốc độ là việc tối ưu (wt) Trước hết ta tính tiêu chuẩn Fe (263 - III) Trong đó: +) g: là gia tốc trọng trường ; d = 9,8 m/s2 +) Fe: là công thức Phêđôrov +) Ở điều kiện là việc: Tra bảng thông số nhiệt vật lý của không khí khô ta được () (kg / m3) +) Trước khi vào sấy thì tinh bột sắn sau quá trình lắng cho qua máy đánh tơi để làm nhỏ kích thước. Giả sử ta cho máy đánh tơi thành các hạt nhỏ như hạt đậu với dtb = 0,003 (m) Pv = 1300 ( kg / m3) Ta có: Ta thấy tốc độ làm việc tối ưu theo phương trình tiêu chuẩn (264 - III) Do đó ta có: (264 - III) (m / s) Trong đó : Ret: là trị số Reynol tối ưu; Ret= 324,8 Vk: là độ nhớt động của TNS; Vk = 18,97 10-6 m2/s dtb: là đường kính trung bình của tinh bột sắn trước khi sấy 3.2). Xác định sơ bộ diện tích lưới và chiều cao VLS a) Tính diện tích lưới Ta có: (264 - III) (m2) Trong đó: FG : là diện tích lưới (m) L0 : lượng không khí khô lý thuyết cần thiết : L0 = 5418,8 (kg kk / h) Wt : là tốc độ làm việc tối ưu : Wt = 2,1 (m/s) Pk : là khối lượng riêng của TNS ; Pk = 1,06 (kg / m3) bính đường kính sơ bộ của lưới (m) Chiều cao lớp VLS nằm trên ghi chúng ta chọn sơ bộ : H = 0,25 (m) Chiều cao sơ bộ của buồng sấy : Hb = 4 H = 1(m) Diện tích bao quanh buồng sấy là Thiết bị nồi sấy 3.3). Tính toán thiết bị nhiệt cho thiết bị sấy Tính toán nhiệt cho thiết bị sấy tầng sôi với nội dung là tính tổng tổn thất nhiệt trong tất cả các trường hợp để từ đó biết được nguồn năng lượng loại và sẽ được sử dụng bao nhiêu kg than để có thể cho nhiệt lượng đã tổn thất trong quá trình sấy. Hoặc nói một cách cụ thể là tổng tổn thất bằng nhiệt sinh ra. Sau đây ta tính tổng nhiệt cần tiêu tốn trong quá trình sấy: Tính nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1 kg ẩm q1 q1= i2 - Ca x 1 = (2500 + 1,842 x 40) - 4,19 x 25 (265-III) = 2468 (kj/kgam) Trong đó : I2 = r + Cpa x t2 entanpi Cpa : Nhiệt dung riêng của hơi nước; Cpa =1,842 ( kJ/kg độ) r = 2500 kJ/ kg nhiệt ẩm hoá hơi t2 : nhiệt đọ của TNS khi ra t2 = 400C 1 = 250C nhiệt độ của nước Ca : nhiệt dung riêng của nước : Ca = 4,18 ( kJ / kg độ) Hoặc nhiệt lượng càn thiết để bốc hơi W kg ẩm trong 1 giờ sẽ là: Q1 = W x q1 = 86,7 x 2403 = 214056(kJ/h) b)Tính tổn thất nhiệt do 1 kg vật liệu sấy mang đi (q2) Ta có (kJ / kgam) (265-III) Trong đó: G2: năng suất sấy. G2 = 500 kg/h Cv: nhiệt dung riêng của VLS Cv = 1,55+0,0263xw2 = 1,55 + 0,0263 x 0,12 (21 - III) = 1,55 W: lượng ẩm cần bay hơi: W = 86,7 kg/h tv0 : nhiệt độ đầu của VLS bằng nhiệt độ môi trường: tv0 = 250C tv2 : nhiệt độ VLS ra khỏi buồng sấy : tv2 = 40 Vậy ta có: (kJ / kgam) =134,1 (kJ / kgam) Hoặc nhiệt lượng tổn thất do bốc W kg ẩm của vật liệu trong 1 giờ Q2 = q2 x W = 134,1 x 86,7 = 11626,5 (kJ / h) c)Tính tổn thất ra môi trường xung quanh Tổn thất ra môi trường xung quanh ở đây là tổn thất do thành thiết bị. Thiết bị sấy coi như là một hình trụ tròn, có thể xem buồng sấy như vách phẳng với một phía là đối lưu tự nhiên có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường và phía kia là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốc độ wt = 2,1 m/s2 và nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình của TNS t1v = 60 Ta có: (kJ / kgam) (25 - III) Trong đó: +)K là hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy ra môi trường xung quanh (142 –III) *) 1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy (w / m2 0C) Trong đó: wt là vận tốc làm việc tối ưu wt = 2,1 m / s2 *)Dòng nhiệt do tác nhân truyền cho mặt trong thành thiết bị (143 - III) Trong đó: tlv: là nhiệt độ trung bình trong thiết bị sấy tlv = 0,5 x (80 + 40) = 6O0C tT: là nhiệt độ mạt tường trong thành thiết bị sấy Giả sử tlv và chênh nhau 50C. Ta có: = 60 - 5 = 55 và qt = 14,9 x (60 - 55) = 74,5 (w/m2) *)Tính 2Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa mặt ngoài kết cấu bao che và không khí Ta có : Trong đó: 1 là chiều dày thành thiết bị sơ bộ chọn: 1 = 0,01 (m) 1 là hệ số dẫn nhiệt của thép CT3 : 1 = 50,2 (w/m.độ) 2 là chiều dày lớp cách nhiệt sơ bộ chọn: 2 = 0,06 (m) 2 là hệ số dẫn nhiệt bông thuỷ tinh: 2 = 0,4 (w/m. độ) 3 là chiều dày của lớp nhôm bảo vệ: 3 = 0,001 (m) 3 là hệ số dẫn nhiệt của nhôm : 3 = 250 (w/m.độ) → = - qt = 55- 74,5 x 0,2 = 43,80C Giả sử nhiệt trong phòng đặt thiết bị t0 = 250C. Ta tìm được nhiệt độ chênh lệch giữa mặt thành ngoài và môi trường t0 =- t2 = 43,8 -25 = 18,80C Nhiệt độ trung bình của không khí gần mặt ngoài thiết bị Từ nhiệt độ này ta tìm được các thông số của không khí hệ số giãn nở thể tích Thông số vật lý ở nhiệt độ môi trường(t=25) là: = 2,9 x 10-2 (w / m. độ) V = 18,97 x 10-6 (m/ s) Pr = 0,7 = Tiêu chuẩn Nuxen trong truyền nhiệt đối lưu tự nhiên: Nu = C x ( Gr x Pr)n = 0,135 x (1,6 x 109 x 0,7)1/3 = 140,2 (143-III) Ta có hệ số cấp nhiệt 2 Như vậy dòng truyền nhiệt từ mặt ngoài vào môi trường là: (w / m 2) Sai số giữa dòng nhiệt từ thiết bị sấy ra thành thiết bị và mặt ngoài thiết bị ra môi trường Sai số này nhỏ hơn 5% nên cho phép chúng ta xem kết quả tính toán trên là đáng tin cậy K Như vậy: ( kJ / kgam) d).Tổng các tổn thất là: q∑ = q2 + q3 = 134,1 + 14 = 148 ( kJ / kg ẩm) 3.4).Xác định thông số TNS sau quá trình sấy thực Đồ thị sấy thực tế a) Quá trình sấy thực Quá trình sấy thực là quá trình lượng nhiệt bổ xung thực tế # 0. Ta có tính xem giá trị cụ thể như thế nào: = Ca.tvl - q2 - q3 = 4,186.25 - 134,1 -14 = - 43,5 ( kJ / kgam ) Trong đó: q2 : là tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: q2 = 134,1 ( kJ / kg ẩm) q3 : tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh ; q3 =14 ( kJ/kg ẩm ) Ca : là nhiệt dung riêng của nước Ca = 4,186 (kJ/kg K) → < 0 →Trạng thái TNS sau quá trình sấy thực có điểm C nằm phía bên dưới điểm C0 b) Lượng chứa ẩm d2 Ta tính được lượng chứa ẩm d2 (132- III) (kgam / khkk) Trong đó: d0 : là lượng chứa ẩm d0= 0,017 kg ẩm / kg KK Cdx(d0) là nhiệt dung riêng dẫn xuất không khí ẩm ứng với độ chứa ẩm d1; Cdx(d0) = 1,035 kJ / kg KK t1 : nhiệt độ sấy ; t1 = 800C t2 : nhiệt độ tác nhân sấy sau quá trình sấy ; t2 = 400C i2: entanpi ; i2 = 2573,7 : tổn thất nhiệt = - 43,5 ( kJ / kg ẩm) c) Emtanpy (I2) Ta có: I2 = Cpx x t2+d2 x i2 (29 - III) = 1,004 x 40 + 0,0328 x 2582,7 = 124,7 ( kJ / kgam ) Trong đó: Cpx : là nhiệt dung riêng của không khí khô Cpx = 1,004 ( kJ / kg KK) t2 : là nhiệt độ của TNS sau khi sấy t2 = 400C d2 : là lượng chứa ẩm d2 = 0,0328 kg ẩm / kg KK i2 : entanpi i2 = 2582,9 d) Xác định độ ẩm tương đối 2 Ta có: (28 -III) = Trong đó: B : là áp suất không khí ngoài trời B = 0,98 bar d2 : là lượng chứa ẩm d2 = 0,0328 kg ẩm / kg KK Pbh: là áp suất bão hoà tại t = 400C ; Pbh = 0,07 bar Vậy ta có các thông số TNS sau quá trình sấy thực: d2 = 0,0328 ( kg ẩm/kg KK) I2 = 124,8 ( kJ / kg KK) t2 = 400C 2 = 70% e) Lượng không khí thực tế (kgkk / kgam) L = l.w = 63,2 x 86,7 = 5487 (kgkk / h) 3.5). Cân bằng nhiệt và hiệu suất buồng sấy a) Tổn thất nhiệt do TNS mang đi (q4) Ta có: q4 = l x Cdx (d0) x (t2 -t0) ( kJ/kgam) =63,31,035(40-25)=982,7 ( 263-II ) Trong đó: l: là lượng không khí thức tế cần để làm bay hơi 1 kg ẩm ; l = 63,3 kg (KK / kg ẩm) Cdx (d0) : là nhiệt dung riêng dẫn xuất của không khí ẩm ứng với độ chứa ẩm d0 ; Cdx (dc) = 1,035 kJ / kg KK t2 : là nhiệt độ sau quá trình sấy ; t2 = 400C t0 : là nhiệt độ môi trường ; t0 = 250C Nhiệt lượng tiêu hao (q5) Ta có: q=lx(I1-I0) (266 - III) = 63,3 x (125,3 - 68,4) = 3601,77 (kJ / kgam) Trong đó: L: là lượng không khí cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm I1;I2 là entanpy Nếu tính theo phương trình cân bằng ta có: q5 = q1 + q4 + q2 + q3 = 2468 +982,7 +134,1 + 14 = 3598 ( kJ / kgam ) Hay Q = q5 x w = 3598 x 86,7 = 311946 Như vậy ta có thể thấy sai số tương đối do tính toán c) Bảng cân bằng nhiệt và hiệu suất buồng sấy TT Đại lượng Kí hiệu KJ/kg ẩm % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2468 68,6 2 Tổn thất do VLS q2 134,1 3,72 3 Tổn thất ra môi trường q3 14 0.38 4 Tổn thất do TNS q4 981,2 27,2 5 Tổng nhiệt lượng tiêu hao tính toán ( ở calorife) q5 3598 6 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q5 3532 100 Hiệu suất buồng sấy: 4.TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT VÀ LƯỢNG THAN CHO QUÁ TRÌNH SẤY Lò đốt 4.1). Tính bề mặt truyền nhiệt Chúng ta sấy tinh bột sắn bằng khói lò gián tiếp. Than cháy sinh khói lò, khói lò đốt nóng ống dẫn nhiệt, quạt thổi gió đi trong ống nhiệt ở đây không khí nhận nhiệt từ thành ống rồi đi vào thiết bị để sấy vật liệu. Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau đây. Lượng nhiệt khói mất đi bằng nhiệt lượng không khí sấy nhận ( bỏ qua tổn thất) Qk = Gk x Ck ( tkv - tkr) = Gkk ( t1 - t2) Trong đó: GK ; Gkk : lượng khói. Ck ; Ckk nhiệt dung riêng trung bình của khói và không khí sấy tkv : nhiệt độ của khói vào tkr : nhiệt độ của khói ra Gkk : lượng không khí chuyển động trong ống t1 và t2 : nhiệt độ ra và vào của không khí sấy 0C: t1 = 800C t2 = 250C Ta có phương trình truyền nhiệt Qk = K.F.t (27-III) Trong đó: K : hệ số truyền nhiệt (W / m2 độ) F : bề mặt trao đổi nhiệt t : hiệu nhiệt độ trung bình (28 - VIII) Ở đây: k hệ số cấp nhiệt của khói đến bề mặt ngoài ống kk hệ số cấp nhiệt của bề mặt trong ống đến không khí trong ống bề dày và hệ số dẫn nhiệt của thành ống thép = 0,005 (m) = 46,5 W / m độ Chọn nhiệt độ của khói vào là: Tkv = 6000C có Ck = 1,214 (Kj / kg độ) Lưu lượng của khói ngoài ống : GK = 1 kg/s Ta tính được nhiệt lượng tiêu hao ( nhiệt lượng cần thiết ) cho quá trình sấy ( Kw) Khi bỏ qua tổn thất của môi trường thì nhiệt độ thì nhiệt lượng của tác nhân sấy nhận Q2 bằng nhiệt lượng của khói nhả QK và bằng nhiệt lượng tiêu hao Q = QK = Q2 = 86,7 (kJ / s) Để tìm nhiệt độ của khói ta có: (50 - VIII) Ta có: Nhiệt độ trung bình của khói: +)Xác định hệ số cấp nhiệt của khói lò cho thành ống (233 - I) Trong đó: D2 : đường kính ngoài của ống d = 60 = 0,06 m 2 : hệ số dẫn nhiệt của khói lò : 2 = 0,074 w / m độ k : hệ số cấp nhiệt của khói Mặt khác các hàng ống ở đây ta xếp sole theo chuẩn số Nuxen ta có thể tính theo công thức sau: Nu = 0,41 x Re0,6 x P433 x A x ồS (30 - VIII) Trong đó: Pr = 0,62 (347 - VIII) Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dòng nhiệt. Do Pr thay đổi ít nên ồS = 1 ống thẳng (44 - VIII) Trong đó : Wk : tốc độ khói chọn Wk = 1m/s d2 = 0,06 m : đường kính ngoài của ống ồk = 93,61 . 10-6 ( m2 / s) Thay số vào ta có: Vậy ta có: Nu = 0,41 x R0,6 x Pr0,33 x A x ồS Nu = 0,41 x (64000)0,6 x (0,62)0,33 x 1 x 1= 123 Hệ số cấp nhiệt k như sau: (w / m2 độ) +) Xác định hệ số cấp nhiệt kk từ mặt ống đến không khí sấy (tác nhân sấy) (233 - I) Trong đó: d1 đường kính ống dẫn d1 = 0,06 m (d1 = d2) kk hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy kk= 0,0283 w/m độ kk hệ số cấp nhiệt của mặt trong ống đến tác nhân sấy Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: Trong đó: kk = 18,25 . 10-6 độ nhớt của tác nhân ở 550C d1 = 0,06 đường kính trong ống Wkk = 3,5 m/s Và Re > 1.104 nên không khí sấy trong ống chảy rối ta áp dụng công thức là: Nu = 0,021 x Re0,8 x Pr0,43 x A x ồr x ồ1 (30 - VIII) Trong đó: Pr : chuản số Prant : Pr = 0,697 A = 1 ồ1 = 1 (347 - VIII) ồr = 1 Thay vào tính Nu Nu = 0,21 x ( 1,15 x 104 )0,8 x ( 0,697 )0,43 x 1 x 1 x 1 = 210 Thay vào tính kk (W/m độ) Và hệ số truyền nhiệt (W / m2 do) +) Xác định hiệu nhiệt độ trung bình t (28 - VIII) Trong đó: tC = tkkR - tkkV = 80-25 = 550C tđ = tkV - tkR = 600 - 524 = 760C Thay số vào ta có: +) Thay các giá trị vào ta tìm được diện tích truyền nhiệt +) Tính số ống dẫn nhiệt Nếu ống ử 60 dài 1,2 m thì diện tích bề mặt ngoài của 1,2 m là : Vậy số ống trao đổi nhiệt là: (ống) 4.2).Tính lượng than tiêu thụ Nếu lấy hiệu suất của buồng đốt là = 60% =0,6 Nhiên liệu ta sử dụng là than có các thành phần tính theo phần trăm (%) như sau: C = H = 2,7 N = 0,7 36,70 A = 20,6 O = S = 3,2 11,1 W = 25 Nhiệt dung riêng của nhiên liệu Cnl = 0,5 (Kcal / kg độ) Nhiệt trị cao của nhiên liệu xác định theo công thức sau: QC = 81 C + 300H - 26 (0 - S) Thay số vào ta có: QC = 81.36,7 + 3000.2,7 - 26 (11,1 - 3,2) (kcal / kg) = 3575 (kcal / kg) = 14.952 (kj /kg) Chúng ta đã có nhiệt lượng tiêu hao cần cho quá trình sấy là: Q = 306224 (kJ /h) Vậy lượng than cần cho quá trình sấy là: ( kg / h) 4.3). Diện tích ghi lò Số ống : ử 60 ; L = 1200 là 110 ống Bố trí ống như sau: +) Chiều ngang 10 ống, cách nhau trung bình 120 mm +) Chiều cao 11 hàng ống, hai hàng ống liên tiếp xếp sole nhau, khoảng cách hàng theo chiều cao th = 60 mm Vậy diện tích ghi lò chọn: Bg = 1000 mm Dg = 700 mm Lượng than cho vào đọt đầu, lớp than dày 50 (HT) Tđ = Bg x Dg x Ht x = 1 x 0,7 x 0,05 x 1,3 = 0,0455 tấn = 45,5 kg Trong đó : khối lượng riêng của than đá = 1,3 (T/m3) 5. TÍNH LẠI MỘT SỐ KÍCH THƯỚC 5.1). Tính lại kích thước lưới a)Diện tích lưới thực tế (267 - III) Trong đó: L : là lượng TNS cần thiết để làm bay hơi W kg ẩm trong 1 giờ Wt : là vận tốc tối ưu Pk : là khối lượng của không khí khô b) Đường kính lưới (267-III) Đây là diện tích có ích, vì vậy ta phải cộng thêm một lượng không có ích trên diện tích lưới thực tế vì thế ta có DG = 1,5 (m) 5.2).Khối lượng VLS nằm trên lưới a)Trước hết ta tính theo tiêu chuẩn Feđorốp (III) Ở điều kiện Tra bảng thông số nhiệt vật lý của không khí khô ta được vk = 18,97.10-6 ( m/s2 ) k = 1,06 ( kg / m3) k = 2,9 x 10-2 ( w / m.do ) Khi đó ta có: Dtd = 0,003 (m) v = 1300 (kg / m3) Ta tính được chuẩn số Reynol tối ưu Ret = (0,19 0,285) x Fe1,56 (III ) = 0,285 x 106,31,56 = 413,3 Ta có: Nu = 0,028 x Fe0,6 x (413,3)0,65 x ( 0,25 / 0,003)-0,34 = 5,1337 Từ đó ta tính được hệ số cấp nhiệt tâng sôi giữa VLS và TNS Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa TNS và VLS được tính ( 147 - XI) : Nhiêt độ đầu vào củaTNS.C : Nhiêt độ cuối củaTNS.C