Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản - Thiết bị sấy đối lưu

ong đó: 1 U g - khối l−ợng ẩm bốc hơi qua 1 kg vật liêu khô (kg/kg). 2 U g - khối l−ợng ẩm bốc hơi qua 1 kg vật liệu sau sấy (kg/kg). Ta có: ( )1 2 1 21 2 2 1 2.8 100 100 w w w wU 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 l−ợng vật liệu khô, có thể xác định đ−ợc khối l−ợng vật liệu sau khi sấy (hoặc ng−ợc lại) và l−ợng ẩm bốc hơi. 2.2.2. Cân bằng ẩm và chi phí không khí trong buông sấy. Trong quá trình sấy khối l−ợng ẩm trong hỗn hợp không khí tăng, khối l−ợng khô của không khí không đổi. (Thực tế có thay đổi một chút, do ro rỉ...). Trong quá trình sấy khối l−ợng không khí khô L (kg/kg) có thể coi là không đổi. Ph−ơng trình cân bằng ẩm đối với buồng sấy, biểu diễn sự cân bằng giữa ẩm đ−a vào của vật liệu và trong tác nhân sấy tr−ớc khi sấy và ẩm đ−a 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 dL L⋅ ⋅+ ⋅ = + ⋅ (2.9) Trong đó: 1 1 100 g w⋅ - khối l−ợng ẩm đ−a vào buông sấy cùng với vật liệu (kg/h). 2 2 100 g w⋅ - khối l−ợng ẩm tách khỏi vật liệu (kg/h). 1 100 L d⋅ - Khối l−ợng ẩm trong không khí vào buông sấy (kg/h) (dg/kgkk, 100 d kg/kgkk). 2 100 L d⋅ - Khối l−ợng ẩm tách không khí (kg/h) Từ ph−ơng trình trên ta viết. 1 1 2 2 2 1 100 100 1000 g w g w d dL⋅ ⋅ −− = ⋅ Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 59 Hiệu số: 1 1 2 2 100 100 g w g w⋅ ⋅ − - tổn thất ẩm của vật liệu sau khi sấy, hoặc l−ợng ẩm bốc hơi trong 1 giờ u (kg/h). Từ đó ta có: 2 1 1000 d d u L −= ⋅ Khối l−ợng không khí khô. 2 1 1000L u d d = ⋅ − L l u = Chi phí không khí cho 1 kg n−ớc bốc hơi (kg/kg) trong ẩm bốc hơi. 2 1 1000l d d = − (2.11) Không khí đi qua calorife, d = const, nghĩa là d1 = d0, ta viết. 2 0 1000l d d = − (2.11’) Đây là ph−ơng 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 d0. Hàm l−ợng ẩm bên ngoài vào mùa hè cao hơn mùa đông, do đó th−ờng tính quạt theo điều kiện mùa hè. Tính toán quạt theo thể tích không khí di chuyển. biết chi phí không khí theo khối l−ợng không khí khô L, có thể xác định chi phi không khi theo thể tích V (m3 ẩm/h). V = L⋅V0 ở đây: V0 - Thể tích không khí ẩm, xác định theo ph−ơng trình trạng thái V0 = Vc (thể tích riêng của không khí khô). Thay giá trị 2 2 2 2 2 622 h h P d B P ϕ ϕ ⋅ ⋅ = − ⋅ vào ph−ơng trình (2.11’); chú ý rằng d0 ≈ 0 vì giá trị của nó bằng 5 ữ 10 g/kg quá nhỏ so với d2; ta có ( )2 2 2 2 2 0 2 2 10001000 1,6 1 622 h h h B P Bl d d P P ϕ ϕ ϕ ⋅ − ⋅   = = = ⋅ −   − ⋅ ⋅ ⋅  Qua ph−ơng trình này cho thấy; chi phí không khí l giảm: khi tăng ϕ2 (2.13) nghĩa là tăng mức độ b7o hoà của không khí ra khỏi buồng sấy; tăng Ph2, nghĩa là t2 - 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 đ−a vào buồng sấy và l−ợng nhiệt thoát ra khỏi buồng sấy. Để đơn Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 60 giản tính toán, ta coi quá trình sấy không tổn thất nhiệt và bổ xung nhiệt. Ng−ời 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 đ7 làm việc. Ta không tính nhiệt cần hâm nóng cơ cấu vận chuyển, tổn thất vào môi tr−ờng, nhiệt hâm nóng vật liệu, khi đó: t1 = t2 (t1, t2 nhiệt độ tr−ớc và sau khi sấy của vật liệu). Cân bằng nhiệt buồng sấy. 2 1 1 1 2 2 2 2L I g c t L I g c t⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ + ⋅ ⋅ (2.14) Trong đó: I1, I2 - Entanpi của không khí tr−ớc và sau khi ra khỏi buồng sấy (kJ/kgkk) từ đó cho thấy, l−ợng nhiệt (KJ/h hoặc watt) đ−a vào buồng sấy với không khí (LI1) và vật liệu (g1c1t1) bằng l−ợng nhiệt ra khỏi buồng sấy với không khí(LI2) và vật liệu (g2c2t2). Vì g1 = g2 + U, nhiệt dung riêng của n−ớc C1 = 1kcal/kg 0C ta có thể viết. 1 1 1 2 2 1 1g c t g c t U t⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ (2.15) Trong hệ SI, Cn = 4,19 kJ/kg 0K và khi đó 1 1 1 2 2 1 14,19g c t g c t U t⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ hoặc dạng chung 1 1 1 2 2 2 1ng c t g c t U C t⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ (2.15) vào ph−ơng trình cân bằng ta có: 1 1 1 1 1 2 2 2 2nL I g c t U C t L I g c t⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ + ⋅ ⋅ Khi sấy không có tổn thất t1 = t2 do đó 1 1 2nL I U C t L I⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ (2.16) Entapy của không khí ra khỏi buồng sấy 12 1 n U C tI I L ⋅ ⋅ = + (2.17) Cân bằng nhiệt của quá trình đốt nóng không khí trong calorife 0 1kL I Q L I⋅ + = ⋅ (2.18) Trong đó: I0 - Entanpy của không khí và calorife (kJ/kg). Qk - Nhiệt truyền vào không khí trong calorife (kJ/h hoặc W) Từ đấy có thể xác định đ−ợc Qt đối với sấy lý thuyết và sấy thực. ( )1 0kQ L I I= ⋅ − (2.19) Chia hai vế cho U và ký hiệu t t Q q U = ta có ( )1 0kq l I I= ⋅ − (2.19’) Thay giá trị (2.18) LI1 vào (2.16) ta có 0 1 2k nL I Q U c t L I⋅ + + ⋅ ⋅ = ⋅ Từ đó nhận đ−ợc biểu thức khác đối với chi phí nhiệt trong calorife khi sấy lý thuyết. ( )2 0 2t nQ L I I U c t= ⋅ − − ⋅ ⋅ (2.20) hoặc ( )2 0 1t nq l I I c t= ⋅ − − ⋅ (2.21) Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 61 Để thấy rõ kết cấu cân bằng nhiệt khi sấy không có tổn thất, thay giá trị I2, I0 từ công thức d−ới vào (2.21). 1000k a dI c t I= ⋅ + ⋅ ở đây I = r + 0,44⋅t 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⋅(d2 - d0) ⋅l = 1. Ta có ph−ơng trình cuối cùng ( ) ( ) ( )2 2 01 2 0 00,001k a n k a aq I c t l c t t l d I I = − ⋅ + ⋅ ⋅ − + ⋅ ⋅ −  (2.22) hoặc k bhq 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 (qbh), một phần của nó không tránh khỏi mất vào không khí thoát ra khỏi buồng sấy (qyx). b) Sấy thực. Sấy thực là sấy có tính tới tổn thất: hâm nóng vật liệu qvl, cơ cấu vận chuyển qvc, tổn thất vào môi tr−ờng qmt. Ngoài ra không khí còn nhận đ−ợc nhiệt từ bề mặt đốt nóng trong buồng sấy một l−ợng phụ thêm qft. Ph−ơng trình cân bằng nhiệt trong sấy thực có dạng: qk + qft = qbh + qyx + Σqtt Tổng tổn thất nhiệt: Σqtt = qvl + qvc + qmt L−ợng nhiệt chung đ−a vào buống sấy: q = qk + qft Tổn thất nhiệt hâm nóng vật liệu ra khỏi buồng sấy có dạng: ( )2 2 2 1vl vlgq c t tU= ⋅ ⋅ − Trong đó: 2 g U - Khối l−ợng vật liệu ra khỏi buồng sấy, tính cho 1kg ẩm bốc hơi có thể tính theo giá trị đ7 cho w1, w2 2 1 1 2 100 w w w g U − = − Nhiệt dung riêng của vật đ7 sấy: ( )2 2 2 w 100 w 100 n k vl c c C ⋅ + ⋅ − = Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 62 Để xác định t2 cần tìm sự phụ thuộc hàm số giữa nhiệt độ t và hàm l−ợng ẩm của vật liệu u trong quá trình sấy; xác định bởi độ lớn du dtb = . Tỷ số du dt đặc tr−ng cho sự thay đổi nhiệt độ trung bình của vật liệu trong quá trình sấy, khi thay đổi hàm l−ợng trung bình đi 1 kgẩm/ kgchất khô gọi là hệ số nhiệt độ sấy. Trong thời kỳ sấy thứ nhất và ban đầu của thời kỳ thứ hai. u0; d d dt d c τ τ ≈ = ≈onst;b 0 a) ở cuối quá trình sấy. d dt τ > 0; 0 d du τ → và b → ∞ b) Giữ đúng đặc tính phụ thuộc t = f(u) có ph−ơng trình gần đúng c) thoả m7n điều kiện a,b. ( ) 1 1 1 n k k k k p u u t t t t u u   − = − − ⋅ −    −  − c) Trong đó: tk - nhiệt độ môi tr−ờng t− - nhiệt độ nhiệt kế −ớt u - hàm l−ợng ẩm ở thời điểm bất kỳ τ uk1, up - hàm l−ợng ẩm chuẩn và cân bằng của vật liệu n - hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu ảnh h−ởng của thông số chế độ của quá trình (nhiệt độ t và độ ẩm không khí ϕ) tới uk1 và up. Nếu biết giá trị uk1 và up thì ph−ơng trình c) t = f(u) nghĩa là t = f1(τ) ng−ời ta xác định nhiệt độ của vật liệu cuối quá trình sấy t2. Biết quan hệ t = f(u) cho phép tính toán động học thiết bị sấy khi sử dụng số Rêbinđe Rb. ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 1 0 1 r 2 1 2 1 n k k vl k p k n k p k k p n n u u n c c u u u Rb t t u u u u u u n EuRb K Eu − −   − ⋅   − ⋅ −  = − ⋅ − ⋅ ⋅ −  − ⋅ −    −  ⋅ = − ⋅ ⋅ − − Chuẩn KôssôBitra đối với thời kỳ 2. ( ) ( ) ( )1110 ; ; 2.24 kvl k k pk p vl a k u uc t t K Eu u ur u u c c u c −⋅ − = = − ⋅ − = ⋅ + − Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 63 Ph−ơng trình (2.24) thiết lập mối t−ơng quan giữa chi phí nhiệt để hâm nóng vật liệu và sự bốc hơi ẩm tại thời điểm bất kỳ của thời kỳ sấy thứ 2 (đ−ợc xác định bởi Rb) và t−ơng quan giữa Rb/K0. 1 0 2 1 n u Rb n Eu K Eu − ⋅ = ⋅ − (2.25) Tính toán động lực học dẫn tới xác định sự phụ thuộc của Rb = f(u) hoặc (Rb = f1(τ) chi phi nhiệt hữu ích qhi. ( )0 1hi v duq R r Rbdς τ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + qhi - Chi phí nhiệt hữu ích trên một đơn vị bề mặt bốc hơi trong một đơn vị thời gian tổn thất nhiệt hâm nóng cơ cấu vận chuyển. ( )2 1vcvc vc vc vcgq c t tU= ⋅ ⋅ − Trong đó: gvc - Khối l−ợng cơ cấu vận chuyển sau một giờ qua buồng sấy (kg/h) . Tổn thất nhiệt qua môi tr−ờng qmt bao gồm tổn thất qua cơ cấu bao che qbc (là chính) và tổn thất rò rỉ khí do không kín qyx. qmt = qbc + qyx Tổn thất nhiệt qua bao che của buồng sấy đ−ợc tính theo công thức truyền nhiệt. tbbc K F t q U ⋅ ⋅∆ = ∑ (2.26) Trong đó: F - Diện tích bề mặt từng vùng (m2) K - Hệ số truyền nhiệt chung của vùng bao che (w/m20K). ∆ttb - Sai lệch nhiệt độ trung bình đối với từng vùng tb tb nt t t∆ = − ttb - nhiệt độ trung bình của không khí (môi tr−ờng hơi - khí) trong buồng sấy của bề mặt bao che nào đó. 1 2 2tb t t t + = t1, t2 - Nhiệt độ cực đại và cực tiểu của không khí trong buồng sấy của vùng bao che. tn - Nhiệt độ không khí trong nhà sấy. Các cơ cấu bao che chia thành từng vùng phụ thuộc vào cấu trúc (t−ờng, trần, cửa, nền) và vật liệu (kim loại, gạch...). Hệ số nhiệt chung K (w/m2K) xác định theo. 1 2 1 1 1n n K δ α λ α = + +∑ (2.27) Trong đó: α1, α2 - Hệ số trao đổi nhiệt từ môi tr−ờng buồng sấy vào bên trong bề mặt t−ờng bao che và từ bên ngoài mặt t−ờng bao che vào môi tr−ờng không khí (w/m2K). δn - Độ dầy từng lớp cấu tạo nên bao che (m). Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 64 λm - Hệ số dẫn nhiệt t−ơng ứng (w/m0K) Trao đổi nhiệt giữa khí và t−ờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thông số vật lý của khí, thành phần và nhiệt độ của nó, chế độ chuyển động của khí,và tốc độ của nó (chuyển động tự do hay c−ỡng bức, chế độ chảy tầng hay chảy rối...), kích th−ớc hình học của buồng, vị trí t−ờng hoặc thành (đứng hay nằm ngang) và trạng thái bề mặt của nó. Trong buồng sấy. Không khí chuyển động d−ới tác động của quạt (chuyển động c−ỡng bức). Nhiệt chuyền từ không khí của buồng sấy vào t−ờng là đối l−u c−ỡng bức. Hàng loạt chuyển động c−ỡng bức trong buồng sấy, gây ra mật độ khí không đều theo chiều cao buồng sấy. Do đó hệ số α1 nên tính theo công thức của Phê - Đô - Rốp n.m ( )' ''1 1 1Aα α α= ⋅ + Trong đó: A - Hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí và trạng thái bề mặt của thành. Đối với chế độ chảy rối và bề mặt nhám A = 1,2 ữ 1,3. α1 ’ - Hệ số truyền nhiệt khi chuyển động c−ỡng bức. α1 ’’ - Hệ số truyền nhiệt đối l−u tự nhiên. Xác định nhờ: Re Prn nNu c= ⋅ ⋅ ở đây: Nu lαλ= ⋅ - Chuẩn Nussen l - Kích th−ớc hình học của bao che (m) λ - Hệ số dẫn nhiệt của khí (w/m0K) c, n, m - Hệ số tính tới điều kiện chẩy của quá trình Re d γ ⋅ = v - Chuẩn Reynol v - Tốc độ chuyển động của khí (m/s). γ - Độ nhớt động học (m2/s) d - Kích th−ớc hình học của buồng (r7nh) (m). Đối với Tunen tiết diện chữ nhật (BXH), ta có đ−ờng kính t−ơng đ−ơng. ( ) ' 24 2td S B H B Hd A p B H B H ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ = ⋅ + + ở đây: S’ - Diện tích tiết diện ngang dòng khí P - chu vi −ớt Pr - chuẩn Prandt g c a γ à λ ⋅ ⋅ = = a - Hệ số dẫn nhiệt của khí (m2/s) à - độ nhớt động lực (NS/m2) Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 65 g - Gia tốc tự do (m/s2) c - Nhiệt dung riêng của khí (kJ/kg0K) Hình 2.2. Tính chất vật lý của dòng khí có thành phần trung bình CO2 = 12,3%, N2 = 80,5% O2 = 7,2% theo thể tích Đối với khí 2 nguyên tử Pr = 0,7 và công thức đơn giản sẽ là Nu = C’⋅Re’’ Khi Re < 105 Nu = 0,66⋅Re0,5 Khi Re > 105 Nu = 0,032⋅Re0,8 Đối với chế độ đối l−u tự nhiên, hệ số trao đổi nhiệt α1 ’’ xác định qua chuẩn Nussen. ( )" Pr nNu C Gr= ⋅ ⋅ Trong đó chuẩn Gratgop 3 2 tb t tb T Tg lGr Tν   −⋅ = ⋅    ở đây: Ttb và Tt nhiệt độ không khí và thành ( 0K) Hằng số c’’ và n với các giá trị khác nhau của Gr.Pr cho trong bảng 2.2. λ/ 1, 15 W /m 0 K K g/ m 2 K J/ K g0 K Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 66 Bảng 2.1. Thông số vật lý của không khí khi B = 735,5 mmHg Cp λ à.106 t0 , C kJ /k g0 K K ca l/ kg 0 C ρ , k g/ m 3 W /m 0 K K ca l/ m .h .0 C γ.1 04 m 3 / s a. 10 4 m 2 / s N s/ m 2 K s/ m 2 0 1,005 0,240 1,252 0,0244 0,0210 0,137 0,195 17,2 1,75 20 1,010 0,242 1,164 0,0256 0,0222 0,157 0,222 18,2 1,86 40 1,010 0,242 1,092 0,0271 0,0234 0,176 0,248 19,2 1,96 60 1,020 0,243 1,025 0,0285 0,0246 0,196 0,278 20,1 2,05 80 1,021 0,244 0,968 0,0298 0,0257 0,217 0,306 21,0 2,14 100 1,021 0,244 0,916 0,0311 0,0268 0,238 0,337 21,7 2,22 120 1,022 0,245 0,870 0,0324 0,0279 0,262 0,368 22,8 2,32 140 1,022 0,245 0,827 0,0336 0,0290 0,285 0,403 23,6 2,40 160 1,028 0,246 0,789 0,0350 0,0301 0,306 0,436 24,2 2,46 180 1,035 0,247 0,755 0,0361 0,0311 0,331 0,469 25,0 2,55 200 1,035 0,247 0,723 0,0372 0,0322 0,358 0,505 26,0 2,64 Bảng 2.2. Giá trị của C’’ và n. Gr.Pr C’’ n Gr.Pr C’’ n 1.10-4 ữ 1.10-3 0,5 0 5.102 ữ 2.107 0,54 1/4 1.10-3 ữ 5.102 1,18 1/8 2.107 ữ 1.1013 0,135 1/4 Nhiệt độ bên ngoài mặt t−ờng buồng sấy cần giữ trong khoảng 30 ữ 400C để đảm bảo an toàn lao động. Nhiệt độ bề mặt bên trong t−ờng không đ−ợc nhỏ hơn nhiệt độ đọng s−ơng của môi tr−ờng hơi - không khí tại các vùng trong buồng sấy để tránh ng−ng tụ hơi n−ớc ở mặt trong t−ờng. Để kiểm tra có thể sử dụng các quan hệ sau: + Mặt ngoài t−ờng buồng sấy. ( ) ( )2bc nt n tb nQ F t t k F t tα= ⋅ − = ⋅ ⋅ − Nhiệt độ mặt t−ờng ngoài. ( ) 2 tb n nt n k t t t t α ⋅ − = + + Nhiệt độ mặt trong t−ờng buồng sấy. ( ) ( )1bc tb tt tb nQ F t t k F t tα= ⋅ ⋅ − = ⋅ ⋅ − ( ) 1 tb n tt tb k t t t t α ⋅ − = − Để tính toán sơ bộ bao che của buồng sấy, có thể lấy K = 0,93 ữ 1,74 w/m20K. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 67 Khi thiết lập cân bằng nhiệt làm việc của máy sấy có thể dùng công thức. ( )2 nt n bc t t F q U α ⋅ − ⋅ = ∑ Truyền nhiệt từ mặt ngoài của t−ờng máy sấy do đối l−u tự nhiên của không khí nơi đặt máy và bức xạ của thành đối diện (t−ờng công trình). Do đó hệ số truyền nhiệt α2 là tổng của hai hệ số đó. α2 = α2s + α2 ” ở đây: α2s - Hệ số truyền nhiệt do bức xạ. α2 ” - Hệ số truyền nhiệt do đối l−u tự nhiên ( ) 4 4 1 2 2 100 100 nt t s nt n T TC t t α −      ⋅ −           = − ở đây: C1-2 - Hệ số bức xạ qui dẫn (W/m2K4) có thể tính gần đúng 1 21 2 5,8 C CC − ⋅ ≈ C1, C2 - Hệ số bức xạ truyền và nhận nhiệt của bề mặt Bảng 2.3. Hệ số bức xạ của vật rắn. C C Vật liệu W/m2 0K4 Kcal/m2.h.k4 Vật liệu W/m2K4 Kcal/m2.h.K4 Giấy 4,65 - 5,43 4 - 4,61 Các tông 5,25 4,52 Kính 5,4 4,65 Thép tấm 3,2 2,7 Thạch cao 4,65 ữ 5,2 4 ữ 4,48 Gang nhám 2,65 4,0 Gỗ 4,54 - 5,15 3,9 ữ 4,45 ôxít chì 1,61 1,39 Tổn thất nhiệt qua nền buồng sấy Qn: ' n n nQ q F= ⋅ Trong đó: Fn - Diện tích nền (m 2). 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 X (m) 20 40 60 80 100 150 250 1 22 35 48,5 61,4 74,5 107,1 173 2 17,4 27,8 39,1 49,3 59,5 86,2 137,5 3 16,1 24,5 34,4 43 52,4 76,1 121,1 4 15,2 23,4 31,9 40,1 48,1 61 110,2 5 15,1 22,8 31 38,5 45,6 66,8 104,3 Từ 20 - 2500C và khoảng cách từ t−ờng ngoài của công trình X = 1 ữ 5m. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 68 Tổn thất nhiệt do rò rỉ không khí khỏi buồng sấy (kJ/kg). ( )rr r tb nLq c t tU= ⋅ ⋅ − (2.28) Trong đó: Lr - Rò rỉ không khí (kg/h) xác định bằng thực nghiệm cr - Nhiệt dung riêng không khí của buồng sấy khi ttb. Ph−ơng trình cân bằng nhiệt trong sấy thực 1 2 0 1 2 2 1 2 2 2 2 t n vc vc vc ft vc vc vc mt L I Q U c t g c t g c t Q L I g c t g c t Q ⋅ + + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + = ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + Chia hai bên cho U, nghĩa là chi phí nhiệt cho 1 kg ẩm bốc hơi, sau khi biến đổi ta có. ( ) ( ) ( )2 122 0 2 2 1 1vck vc vc vc mt nggq l I I c t t c t t q c tU U= ⋅ − + ⋅ − + ⋅ ⋅ − + − ⋅ Hoặc: ( ) ( )2 0 1 2 0 1 1k vl vc mt n tt ftq l I I q q q c t l I I q q c t= ⋅ − + + − − ⋅ = ⋅ − + − − ⋅∑ (2.29) Thay giá trị của qk ở ph−ơng trình (2.19 ’) vào (2.29) ta có. ( ) ( )1 0 2 0 1 1tt ftl I I l I I q q c t⋅ − = ⋅ − + − − ⋅∑ Suy ra: ( )2 1 1 1ft ttl I I q c t q⋅ − = + ⋅ −∑ Đặt tổng phần phải qua ∆ (kJ/kgẩm) 1 1ft ttq c t q∆ = + ⋅ −∑ Suy ra: ( )2 1 2 1 l I I I I l ⋅ − = ∆ ∆ = + (2.30) Ph−ơng trình (2.30) đặc tr−ng sự thay đổi entanpi hỗn hợp hơi không khí trong sấy thực. Nếu ∆ > 0 nghĩa là (qft + c1⋅t1) > Σqtt thì I2 > I1 Nếu ∆ < 0 nghĩa là (qft + c1⋅t1) < Σqtt thì I2 < I1 th−ờng thấy trong buồng sấy không có bổ xung nhiệt (qft = 0) Nếu ∆ = 0 thì I2 = I1 (sấy lý thuyết hoặc sấy thực với qft + c1⋅t1 = Σqtt qk = l⋅(I2 - I0) - ∆ c)Xây dựng đồ thị I - d, ph−ơng pháp - đồ thị - giải tích tính chi phí nhiệt và không khí. Khí trời có thông số d0, ϕ0 (điểm A) đ−ợc đốt nóng trong calorife khi d = const, nhiệt độ của nó tăng từ t0 đến t1 (điểm B), entanpy từ I0 đến I1, ngoài ra hâm nóng không khí ẩm, độ ẩm giảm từ ϕ0 đến ϕ1. Qu átrình đốt nóng không khí trong calorife biểu diễn bởi đoạn AB với d = const. Qu átrình sấy lý thuyết biểu diễn bởi đ−ờng I = const; Nhiệt độ không khí giảm từ t1 xuống t2, hàm l−ợng ẩm tăng từ d1 đến d2, cùng làm tăng cả độ ẩm không khí từ ϕ1 đến ϕ2. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 69 Thông số khí đ7 làm việc (t2, d2) xác định trên đồ thị ở điểm cuối cung của quá trình C0. Nh− vậy trong quá trình sấy biểu diễn bằng đ−ờng BC0. Trong sấy thực I2 ≠ I1, thay đổi giá trị entanpy xác định bởi dấu của ∆ phu hợp với ph−ơng trình (2 -30). Nếu ∆ > 0 thì I2’ > I1, đ−ờng sấy thực BC1’ nghiêng lên trên so với đ−ờng I1 = const. Nếu ∆ < 0 thì I2” < I1 đ−ờng sấy thực BC” lệch xuống d−ới so với đ−ờng I1 = const ( hình 2.3b). Nh− vậy xây dựng quá trình sấy trên đồ thị I - d, cần xác định góc nghiêng đ−ờng BC. Giả thiết đ−ờng sấy thực BC đ7 biết (Hình 2.3c), sử dụng quan hệ ∆ = l⋅(I2 - I1) thay l bằng giá trị 2 1 1000 d d− , ta có ( )2 1 2 1 1000 I I d d ⋅ − = ∆ − Hình 2.3. Xây dựng đồ thị I - d quá trình sấy a - sấy lý thuyết b - c sấy thực b c Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 70 Biểu thức viết vơi trung gian bất kỳ ( ví dụ điểm E có d và l) ( )1 1 1000 I I d d ⋅ − = ∆ − (2.32) Giá trị (I - I1) biểu diễn bởi đoạn El với tỷ lệ xích EeMi = I - I1, efMd = d - d1 thay vào (2.32) ta có. 1000 i d Ee M efM ⋅ ⋅ = ∆ Ký hiệu 1000 i d M m M ⋅ = ( đại l−ợng không đổi với đồ thị đ7 cho) eE ef m ∆ = ⋅ (2.33) Độ lớn Ee biểu diễn quá trình sấy trong đồ thị I - d. Trình tự các b−ớc xây dựng: + Trên đ−ờng I1 = const cắt đ−ờng d tại e. + Trên đ−ờng này đặt đoạn này là eE (mm), eE ef m ∆ = ⋅ ở đây ef là khoảng cách từ điểm e đến đ−ờng d1 = const (mm). + Đoạn eE đặt phía trên nếu ∆ > 0 và d−ới ∆ < 0. + Nối B với E, BE cắt đ−ờng ϕ2 = const, ta đ−ợc điểm kết thúc quá trình, điểm C. Nh− vậy ta có đ−ơng gẫy khúc AB ( hâm nóng trong calorife) và BC ( quá trình sấy). Trong quá trình sây dựng có thể tìm l (chi phí không khí kg/kg) và qk ( chi phí nhiệt trong calorife kJ/kg) từ công thức. ( ) 2 1 1 0 1000 1000 1000 d k i d l d d CD M ABq l I I AB M m CD M CD = = − ⋅ = ⋅ − = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ AB; CD (mm) độ lớn đoạn đo. d) Ph−ơng pháp giải tích tính toán thông số không khí trong thiết bị sấy. + Tính toán giải tích luôn cho giá trị chính xác hơn so với đồ thị. D−ới đấy cho ví dụ tính toán theo ph−ơng pháp phê - đô - rốp H.E. Giả sử các thông số bên ngoài là t0, ϕ0, thông số ra khỏi buồng sấy t2, ϕ2 ta tìm ∆, cần biết t1 (không khí hâm nóng trong calorife), l chi phi không khí và q chi phí nhiệt. ( ) ( ) 0 0 2 2 00 0 0 2 2 2 0 622622 ; / 622 1000 ; / h h h h PPad g kg B Pa B P P d B P l kg kg d d ϕ ϕ ϕ ϕ ⋅ ⋅ ⋅ = = − − ⋅ ⋅ ⋅ = − ⋅ = − Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 71 ( ) ( ) ( ) 0 2 0 0 2 1 2500 1,84 ; / 1000k k dl c t t kJ kgkk q l I I = ⋅ + ⋅ + ⋅ = ⋅ − − ∆ t1 tìm từ ph−ơng trình: ( )1 0Kq l I I= − Khi d1 = d0 ta có: ( ) ( ) ( )0 01 0 1 1 0 01,01 2500 1,84 1,01 2500 1,841000 1000K d dq l I I l t t t t = ⋅ − = ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ − ⋅ + ⋅   ( ) ( )31 0 01,01 1,84 10l t t d−= ⋅ − ⋅ + ⋅ ⋅ (kJ/kgẩm) suy ra: ( )1 03 01,01 1,84 10 kqt t l d− = + ⋅ + ⋅ ⋅ (2.34) +Giả sử thông số không khí đ7 cho t0, ϕ0, t1 và t2. Tìm ϕ2 và q. 0 0 0 0 0 622 h h P d B P ϕ ϕ ⋅ ⋅ = − ⋅ ; d1 = d0 • Tìm ( )01 1 12500 1,841000K d I C t t= ⋅ + + • Tìm d2 bằng giải hai ph−ơng trình l(I2 – I1) = ∆ 1212 1000 IIdd l − ∆ = − = ( ) 021222 1000 84,12500 1000 ddItdtCK − = −++⋅ ∆ Suy ra ( ) ( ) ( ) 2 012 2 012 2 1000 84,12500 1000 a KK I dItC t dItCd −∆ ∆+− = +−∆ ∆+− = Ia2 xác định nhờ bảng hơi n−ớc • ( ) 22 2 2 622 hPd Bd + =ϕ • Biết d2 xác định 02 1000 dd l − = • ( )0000 84,125001000 t d tCI K ++= • qK =l(I2- I0) =∆ Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 72 e/ Sấy có tác nhân sấy hồi l−u. Các ph−ơng pháp tính toán trình bày ở trên dùng với tác nhân sấy đ−ợc xả vào môi tr−ờng ở giai đoạn cuối và không có nhiệt bù thêm trong quá trình sấy. Thực tế ng−ời ta tận dụng nhiệt của khí đ7 làm việc để sấy lại hoặc có hâm nóng khí trung gian. + Sấy có khí đ7 làm việc hồi l−u. Một phần khí đ7 làm việc đ−ợc quạt thổi về trộn với không khí bên ngoài và hỗn hợp đ−ợc về calorife. Số còn lại xả vào môi tr−ờng. Thông số Ihh và dhh đ−ợc tính nh− đại l−ợng trung bình. Giả sử 1Kg không khí bên ngoài khô tuyệt đối, bổ sung n Kg khí đ7 làm việc khô tuyệt đối, entalpy của hỗn hợp sẽ là n nII I hh + + = 1 20 (2.35) Có hàm l−ợng ẩm (g/Kgkk) n nddd hh + + = 1 20 (2.36) Hình 2.4. Sấy có khí đ6 làm việc hồi l−u a- Sơ đồ thiết bị b- Sấy lý thuyết có hồi l−u c- Sự thay đổi chi phí nhiệt khi d2 thay đổi Quay trở lại khí đã làm việc Không khí ngoài trời Không khí bên ngoài đã làm việc b c Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 73 Giá trị n đặc tr−ng cho khối l−ợng t−ơng ứng các thành phần hỗn hợp, gọi là bội số hỗn hợp. Để xây dựng đồ thị (I-d) ta dùng các biểu thức toán sau: Ihh – I0 =n(I2 – Ihh) dhh – d0 =n(d2 – dhh) (2.37) Suy ra hh hh hh hh dd II dd II − − = − − 2 2 0 0 (2.37’) đây là ph−ơng trình đ−ờng thẳng trong toạ độ I-d qua ba điểm: điểm A đặc tr−ng trạng thái khi bên ngoài, điểm C- khí đ7 làm việc (I2,d2) và điểm M- trạng thái hỗn hợp (Ihh,dhh) Từ đồ thị ta có : MC AM KN AK dd dd hh hh == − − 2 0 Từ (2.37) ta có: n dd