Luận văn Thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là khoai tây

ông dụng nhất . Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy từng mẻ ,năng suất không lớn và có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức . • Chọn tác nhân sấy : Khoai tây sấy thành phẩm có thể ăn trực tiếp không qua chế biến vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch , không bị ô nhiễm , bám bụi Mặt khác sấy khoai tây không sấy ở nhiệt độ cao nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng . 3.Giới thiệu hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy đối lưu phổ biến và được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế là hệ thống sấy buồng . Bộ phận chính của hệ thống sấy buồng là buồng sấy . Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy gián đoạn . Do đó , so với hệ thống sấy hầm năng suất hệ thống sấy buồng thường nhỏ hơn . Tuy nhiên nó đặc biệt thích hợp khi cần sấy nhiều loại vật liệu với năng suất không lớn và không cần sản xuất liên tục . Hệ thống sấy buồng gồm hai loại là hệ thống sấy buồng đối lưu tự nhiên và hệ thống sấy buồng đối lưu cưỡng bức 10 Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu . Đây là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống sấy . Tùy theo phương pháp sấy , loại thiết bị sấy mà buồng sấy có dạng khác nhau . Đối với thiết bị sấy buồng , bộ phận buồng sấy có thể như một cái tủ , có thể lớn như một căn phòng . Trong thiết bị sấy hầm , buồng sấy là một buồng có chiều dài lớn như một đường hầm ( tuynen ) . Trong thiết bị sấy phun , buồng sấy là một buồng hình trụ đứng hay nằm ngang . Trong thiết bị sấy khí động , buồng sấy là một ống hình trụ để đứng , có chiều cao lớn 11 PHẦN II . TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY Thông số : • Năng suất : G2 = 100 kg/mẻ • Độ ẩm ban đầu của khoai tây : ω1 = 80% • Độ ẩm sau khi sấy của khoai tây : ω2= 8% • Chất tải nhiệt là hơi nước có áp suất 5 bar • Tác nhân sấy là không khí • Thời gian sấy 𝜏 = 10ℎ ứng với các điều kiện sau : Chế độ sấy có 3 giai đoạn : Giai đoạn I : Thời gian 𝜏1 = 2h Nhiệt độ môi chất sấy vào t11 = 80℃ Vật liệu có độ ẩm vào 𝜔11 = 80% Vật liệu có độ ẩm ra 𝜔21 = 62,3% Giai đoạn II : Thời gian 𝜏2 = 3h Nhiệt độ môi chất sấy vào t12 = 70℃ Vật liệu sấy có độ ẩm vào 𝜔12 = 62,3% Vật liệu sấy có độ ẩm ra 𝜔22 = 32,4% Giai đoạn III : Thời gian 𝜏3 = 5h Nhiệt độ môi chất sấy vào t13 = 65 ℃ Vật liệu sấy có độ ẩm vào 𝜔13 = 32,4% Vật liệu sấy có độ ẩm ra là 𝜔23 = 8% Tốc độ môi chất sấy cả ba giai đoạn là v = 2 m/s Trạng thái không khí bên ngoài t0 = 25℃ , 𝜑0 = 85% 12 Chương I . Tính toán các thông số của vật liệu • Lượng ẩm bốc hơi : W = 𝐺2 𝜔1 − 𝜔2 100 − 𝜔1 = 100 80 − 8 100 − 80 = 360𝑘𝑔 • Lượng vật liệu đưa vào : G11 = W + G2 = 360 + 100 = 460 kg • Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn sau : W1 = 216 kg W2 = 108 kg W3 = 36 kg Giai đoạn I : W1 = 216 kg , ω1 = 80 % • Vì 𝑊1 = 𝐺11 ω1− ω21 100−ω21 W1 100 – W1 ω21 = G11 ω1 – G11 ω21 𝜔21 = 𝐺11𝜔1 − 𝑊1 100 𝐺11 − 𝑊1 = 460. 80 − 216.100 460 − 216 = 62,3% • Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 1 là : G12 = G11 – W1 = 460 – 216 = 244 kg • Các đại lượng được tính trung bình 1h của giai đoạn 1 là : W1h = 𝑊1 𝜏1 = 216 2 = 108 kg/h G21h = 𝐺21 𝜏1 = 244 2 = 122 kg/h Giai đoạn II : W2 = 108 kg , G12 = 244kg • Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : 𝜔22 = 𝐺12𝜔12 − 𝑊2. 100 𝐺12 − 𝑊2 = 244. 62,3 − 108. 100 244 − 108 = 32,4% • Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : G22 = G12 – W2 = 244 – 108 = 136 kg • Các đại lượng tính toán trung bình cho 1h của giai đoạn 2 là : W2h = 𝑊2 𝜏2 = 108 3 = 36 kg/h 13 G22h = 𝐺22 𝜏2 = 136 3 = 45,33 kg/h Giai đoạn III : W3 = 36 kg , G13 = G22 = 136 kg , 𝜔22 = 𝜔13 = 32,4% • Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 là : 𝜔23 = 𝐺13𝜔13 − 𝑊3 100 𝐺13 − 𝑊3 = 136.32,4 − 36.100 136 − 36 = 8,064% ≈ 8% • Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 chính là lượng sản phẩm tức là : G23 = G2 = G13 – W3 = 136 – 36 = 100 kg • Các đại lượng tính trung bình 1h của giai đoạn 3 là : G23h = 𝐺23 𝜏3 = 100 5 = 20 𝑘𝑔/ℎ , W3h= 𝑊3 𝜏3 = 36 5 = 7,2𝑘𝑔/ℎ Chương II . Tính toán quá trình sấy lý thuyết 1. Giai đoạn I Giai đoạn này năng suất bốc hơi ẩm lớn nhất , ẩm bốc hơi nhiều nên nhiệt độ môi chất ra khỏi buồng sấy thấp vì vậy không cần hồi lưu . -Trạng thái không khí bên ngoài t0 = 25℃ , 𝜑0 = 85% : + Áp suất hơi bão hòa tại 25℃ : 𝑝𝑠0 = exp (12 − 4026,42 235,5 + 𝑡0 ) = exp (12 − 4026,42 235,5 + 25 ) = 0,03154𝑏𝑎𝑟 + Lượng chứa ẩm : 𝑑0 = 662 𝜑0 𝑝𝑠0 𝑝 − 𝜑0 𝑝𝑠0 = 662 0,85. 0,03154 0,99333 − 0,85.0,03154 = 18,4𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 + Entanpi là : I0 = t0 + d0( r + Cpht0 ) = 25 + 0,0184( 2500 + 1,9.25 ) = 72 kJ/kgkkk + Khối lượng riêng của không khí : 𝜌𝑘0 = 𝑝 − 𝜑0 𝑝𝑠0 287(273 + 𝑡0 ) = 99333 − 0,85. 0,03154. 105 287(273 + 25) = 1,13 𝑘𝑔/𝑚3 -Trạng thái không khí vào buồng sấy : 14 + Ta có : t11 = 80℃ , ps1 = 0,47 bar d11 = d0 = 0,0184 kg/kgkkk + Entanpi là : 𝐼11 = 𝑡1 + 𝑑1( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡1 ) = 80 + 0,0184. (2500 + 1,9.80) = 128,8𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 + Độ ẩm tương đối : 𝜑11 = 𝑑1𝑝 ( 622 + 𝑑1)𝑝𝑠1 = 18,4.0,99333 (622 + 18,4)0,47 = 0,0607 = 6,07% + Khối lượng riêng của không khí trong giai đoạn I : 𝜌𝑘11 = 𝑝 − 𝜑1𝑝𝑠1 𝑅𝑘 ( 273 + 𝑡1) = 99333 − 0,0607.0,47 287(273 + 80) = 0,9805 𝑘𝑔/𝑚3 -Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy : Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy không đổi , nhiệt độ vật liệu không đổi. Nhiệt độ và độ ẩm không khí vào trong buồng là t11 = 80℃ , 𝜑11= 6,07% . Chọn nhiệt độ khi ra khỏi buồng sấy là t21 = 40℃ , 𝑝𝑠2= 0,0732 bar. + Lượng chứa ẩm : 𝑑21 = 𝐼21 − 𝐶𝑝𝑘 𝑡21 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡21 = 128,8 − 40 2500 + 1,9.40 = 0,03447 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 + Độ ẩm tương đối : 𝜑21 = 𝑑21 𝑝 ( 622 + 𝑑21)𝑝𝑠2 = 34,47.0,99333 (622 + 34,47)0,0732 = 0,712 = 71,2% + Khối lượng riêng của không khí : 𝜌𝑘21 = 𝑝 − 𝜑21𝑝𝑠2 𝑅𝑘(273 + 𝑡21) = 99333 − 0,712.0,0732. 105 287(273 + 40) = 1,0478𝑘𝑔/𝑚3 -Tiêu hao không khí lý thuyết : 𝑙01 = 1000 𝑑21−𝑑11 = 1000 34,4−18,4 = 62,5 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 15 𝐿01= l01. W1 = 62,5 . 216 = 13500 kg = 6750 kg/h 𝑉1 = 𝐿01 𝜌𝑘1 = 6750 0,9805 = 6884,24 𝑚3/ℎ 𝑉𝑡𝑏1 = 𝐿01 0,5 . (𝜌𝑘1 + 𝜌𝑘2) = 6750 0,5(0,9805 + 1,0478) = 6655,8 𝑚3/ℎ -Tiêu hao nhiệt lý thuyết : q01 = l01(I1 – I0 ) = 62,5(128,8 – 72)= 3550 kJ/kgẩm Q01 = q0W1 = 3550 . 216 = 766800 kJ Q01h = 383400 kJ/h -Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn I : + Nhiệt đưa vào : Qv = Q5 + Q0 = Q01 + Q0 ( Q0 là nhiệt do không khí đưa vào ) Q0 = G0L0 = L01I0 = 6750 . 72 = 486000 kJ/h = 972000 kJ Vậy Qv = 766800+972000 = 1738800 kJ + Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : QR = Q1 + Q’2 + Q1 là nhiệt hữu ích : Q1 = W1[( r + Cpkt2) - Cntm1] = 216[(2500 + 1,9.40) – 4,18.23] = 535650 kJ = 267825 kJ/h = 74,4 kW + Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát ra : Q’2 = L01I’2 = L01[ t2 + d0( r + Cpht2 ) ]= 6750[ 40 +0.0184(2500 + 1,9.40)] = 589939 kJ/h = 1179878 kJ QR = 1715528 kJ ∆𝑄 = 23272 𝑘𝐽 16 ∆𝑄% = ∆𝑄 𝑄𝑣 . 100% = 23272 1738800 .100% = 1,34 % -Hiệu suất nhiệt của buồng sấy : ɳs = 𝑄1 𝑄0 = 535650 972000 = 0,551 = 55,1 % 2. Giai đoạn II Giai đoạn này nhiệt độ môi chất vào nhỏ hơn , năng suất bốc hơi ẩm nhỏ hơn nên nhiệt độ khí thoát ra lớn hơn , vì vậy cần hồi lưu để tiết kiệm nhiệt . Trong giai đoạn II nhiệt độ môi chất vào buồng sấy là t12 = 70℃ , tương ứng có ps2= 0,3073 bar. Vì có hồi lưu nên độ ẩm tương đối của môi chất vào buồng sấy sẽ lớn hơn ở giai đoạn I . Chọn độ ẩm tương đối của môi chất vào 𝜑12 = 20% . Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió , ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng không khí ở cả ba giai đoạn như nhau , tức là L1 = L2 = L3 hay W1l1 = W2l2 = W3l3 . Từ đó ta có : 𝑙2 = 𝑙1 𝑊1 𝑊2 = 62,5. 216 108 = 125 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑙3 = 𝑙1 𝑊1 𝑊3 = 62,5. 216 36 = 375 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 -Trạng thái không khí vào buồng sấy : + Lượng chứa ẩm : 𝑑12 = 622 𝜑12𝑝𝑠1 𝑝 − 𝜑12𝑝𝑠1 = 622 0,2. 0,3073 0,99333 − 0,2.0,3073 = 41 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 + Entanpi : 𝐼12 = 𝑡12 + 𝑑12( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡12) = 70 + 0,041( 2500 + 1,9.70 ) = 178 kJ/kgkkk + Khối lượng riêng của không khí vào giai đoạn II là : 𝜌𝑘12 = 𝑝 − 𝜑12𝑝𝑠1 𝜌𝑘( 𝑡12 + 273) = 99333 − 0,2.0,3073. 105 287. ( 70 + 273 ) = 0,947 𝑘𝑔/𝑚3 17 -Xác định các thông số môi chất ra khỏi buồng sấy : 𝑑22 = 𝑑12 + ∆𝑑 = 𝑑12 + 1000 𝑙2 = 41 + 1000 125 = 49 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑡22 = 𝐼2 − 𝑑222500 1 + 1,9. 𝑑22 = 178 − 0,049.2500 1 + 1,9.0,049 = 50,77℃ 𝑝𝑠2 = 0,127 𝑏𝑎𝑟 𝜑22 = 𝑑22𝑝 ( 622 + 𝑑22)𝑝𝑠2 = 49.0,99333 ( 622 + 49). 0,127 = 0,5712 = 57,12% 𝜌𝑘2 = 𝑝 − 𝜑22𝑝𝑠2 𝑅𝑘( 273 + 𝑡22) = 99333 − 0,5712.0,127. 105 287. (273 + 50,77) = 0,991 𝑘𝑔/𝑚3 -Xác định các thông số trạng thái sau hỗn hợp : + Hệ số hồi lưu : dH2 = d12 = 41 g/kgkkk 𝑛 = 𝐺𝑏 𝐺0 = 𝐿2 𝐺0 = 𝑑𝐻2 − 𝑑0 𝑑22 − 𝑑𝐻2 = 41 − 18,4 49 − 41 = 2,825 + Nhiệt độ khí sau hỗn hợp : 𝑡𝐻2 = 𝑛𝑡2 + 𝑡0 𝑛 + 1 = 2,825.50,77 + 25 2,825 + 1 = 44,03 ℃ 𝑝𝑠𝐻2 = 0,09 𝑏𝑎𝑟 𝐼𝐻2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑𝐻2( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡𝐻2) = 44,03 + 0,041(2500 + 1,9.44,03) = 150𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝜑𝐻2 = 𝑑𝐻2𝑝 ( 622 + 𝑑𝐻2)𝑝𝑠𝐻2 = 41.0,99333 ( 622 + 41)0,09 = 0,683 = 68,3% 𝜌𝑘𝐻2 = 𝑝 − 𝜑𝐻2𝑝𝑠𝐻2 𝑅( 273 + 𝑡𝐻2) = 99333 − 0,683.0,09 287( 273 + 40,03 ) = 1,105 𝑘𝑔/𝑚3 + Tiêu hao không khí lý thuyết : l2 = 125 kJ/kgẩm 18 L2 = l2.W2 = 125 . 108 = 13500 kg = 4500kg/h 𝑉2𝑡𝑏 = 𝐿2 (𝜌𝑘1 + 𝜌𝑘2 ) 1 2 = 4500 ( 0,947 + 0,991) 1 2 = 4644 𝑚3/ℎ + Lưu lượng khí mới bổ sung : 𝐺0 = 𝐿2 𝑛 = 4500 2,825 = 1593𝑘𝑔/ℎ + Tiêu hao nhiệt : 𝑞02 = 𝑙2( 𝐼12 − 𝐼𝐻2 ) = 125(178 − 150) = 3500 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑄02 = 𝑞02𝑊2 = 3500 .108 = 378000 𝑘𝐽 𝑄02ℎ = 126000 𝑘𝐽/ℎ -Cân bằng nhiệt của hệ thống : 𝑄𝑣 = 𝑄02 + 𝑄0 Trong đó : Q02 là nhiệt đưa vào buồng sấy . Q0 là nhiệt do không khí mới đưa vào 𝑄0ℎ = 𝐺0𝐼0 = 1593.72 = 114696 𝑘𝐽/ℎ 𝑄0 = 𝑄0ℎ𝜏2 = 114696 . 3 = 344088 𝑘𝐽 Vậy : 𝑄𝑣 = 378000 + 344088 = 722088 𝑘𝐽 + Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : 𝑄𝑅 = 𝑄1 + 𝑄′2 + Q1 là nhiệt hữu ích : 𝑄1 = 𝑊2[(𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡ℎ2) − 𝐶𝑛𝑡𝑚12] = 108[(2500 + 1,9.44,03 ) − 4,18.32] = 264589 𝑘𝐽 + Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát ra : 19 𝐼′2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑0( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡𝐻2) = 44,03 + 0,0184(2500 + 1,9.44,03) = 91,57 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑄′2ℎ = 𝐼′2𝐺0 = 91,57.1593 = 145871 𝑘𝐽/ℎ Q’2= 437613 kJ + Vậy : QR = 264589+ 437613 = 702202 kJ ∆𝑄 = 𝑄𝑣 − 𝑄𝑅 = 19886 𝑘𝐽 ∆𝑄% = ∆𝑄 𝑄𝑣 . 100% = 19886 722088 .100% = 2,75% 3. Giai đoạn III Xác định các thông số vào buồng sấy Ta có : t13 = 65℃ ; 𝜑13 = 15% ( chọn ) Ps1 = 0,247 bar + Ta xác định được các thông số còn lại : 𝑑13 = 622. 𝜑13𝑝𝑠1 𝑝 − 𝜑13𝑝𝑠1 = 622 0,15.0,247 0,99333 − 0,15.0,247 = 24,1 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝐼13 = 𝑡13 + 𝑑13( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡13) = 65 + 0,0241( 2500 + 1,9.65) = 128,23 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝜌𝑘13 = 𝑝 − 𝜑13𝑝𝑠1 𝑅𝑘( 273 + 𝑡13) = 99333 − 0,15.0,247. 105 287(273 + 65) = 0,986 𝑘𝑔/𝑚3 -Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy : 𝑑23 = 𝑑13 + ∆𝑑 = 𝑑13 + 1000 𝑙3 = 24,1 + 1000 375 = 26,8 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑡23 = 𝐼23 − 𝑑232500 1 + 𝐶𝑝ℎ𝑑23 = 128,23 − 0,0268.2500 1 + 1,9.0,0268 = 58,26℃ 𝑝𝑠3 = 0,182 𝑏𝑎𝑟 20 𝜑23 = 𝑑23𝑝 (622 + 𝑑23)𝑝𝑠3 = 26,8.0,99333 (622 + 26,8). 0,182 = 0,225 = 22,5% 𝜌𝑘23 = 𝑝 − 𝜑23𝑝𝑠3 𝑅𝑘(273 + 𝑡23) = 99333 − 0,225.0,182. 105 287(273 + 58,26) = 1,002 𝑘𝑔/𝑚3 -Xác định trạng thái môi chất sau hỗn hợp : + Hệ số hồi lưu : 𝑛 = 𝐺𝑏 𝐺0 = 𝐿3 𝐺0 = 𝑑𝐻3 − 𝑑0 𝑑23 − 𝑑𝐻3 = 24,1 − 18,4 26,8 − 24,1 = 2,11 ( 𝑑𝐻3 = 𝑑13) + Nhiệt độ khí sau hỗn hợp : 𝑡𝐻3 = 𝑛𝑡23 + 𝑡0 𝑛 + 1 = 2,11.58,26 + 25 2,11 + 1 = 47,56℃ + Entanpi của khí sau hỗn hợp : 𝐼𝐻3 = 𝑡𝐻3 + 𝑑𝐻3(𝑟 + 𝐶𝑝ℎ . 𝑡𝐻3) = 47,56 + 0,0241(2500 + 1,9.47,56) = 110 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 + Độ ẩm tương đối sau hỗn hợp : 𝜑𝐻3 = 𝑑𝐻3𝑝 (622 + 𝑑𝐻3)𝑝𝑠𝐻3 = 24,1.0,99333 (622 + 24,1). 0,108 = 0,343 = 34,3% + Khối lượng riêng : 𝜌𝑘𝐻3 = 𝑝 − 𝜑𝐻3𝑝𝑠𝐻3 𝑅𝑘(273 + 𝑡𝐻3) = 99333 − 0,343.0,108. 105 287(273 + 47,56) = 1,04 𝑘𝑔/𝑚3 -Xác định tiêu hao không khí : l03 = 375 kg/kgẩm L03 = l03.W3 = 375.36 = 13500 kg = 2700 kg/h 𝑉03 = 𝐿03 𝜌𝑘13 = 2700 0,986 = 2738,3 𝑚3/ℎ 𝑉3𝑡𝑏 = 𝐿3 1 2 (𝜌𝑘31 + 𝜌𝑘32) = 2700 0,5(0,986 + 1,002) = 2716,3 𝑚3/ℎ 21 -Tiêu hao nhiệt lý thuyết : q03 = l03(I13 – IH3) = 375(128,23 – 110) = 6836,25 kJ/kgẩm Q03 = q03.W3 = 6836,25.36 = 246105 kJ = 49221 kJ/h -Cân bằng nhiệt lý thuyết của hệ thống : + Nhiệt đưa vào : QV = Q03 + Q0 ( ở đây Q0 là nhiệt do không khí đưa vào ) 𝑄0ℎ = 𝐺0. 𝐿0 = 𝐿3 𝑛 𝐼0 = 2700 2,11 .72 = 92132,7 𝑘𝐽/ℎ Q0 = 460663,5 kJ Vậy Qv = 246105 + 460663,5 = 706768,5 kJ + Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : QR = Q1 + Q’2 + Q1 là nhiệt hữu ích 𝑄1 = 𝑊3[( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡𝐻3) − 𝐶𝑛𝑡𝑚13] = 36[(2500 + 1,9.47,56) − 4,18.37,4] = 87635,2 𝑘𝐽 + Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát : 𝑄′2ℎ = 𝐺0𝐼′2 = 𝐺0[𝑡𝐻3 + 𝑑0(𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡𝐻3)] = 2700 2,11 [47,56 + 0,0184(2500 + 1,9.47,56)] = 121849 𝑘𝐼/ℎ 𝑄′2 = 𝑄 ′ 2ℎ𝜏3 = 609245 𝑘𝐽 QR = 87635,2 + 609245 = 696880,2 kJ ∆𝑄 = 𝑄𝑣 − 𝑄𝑅 = 9888,3 𝑘𝐽 ∆𝑄% = ∆𝑄 𝑄𝑣 . 100% = 9888,3 706768,5 . 100% = 1,4% 22 Chương III . Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị - Tiết diện thông gió của buồng là : 𝐹𝑘ℎ = 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑣 Vmax là lưu lượng khí lớn nhất qua buồng . Giai đoạn I có lưu lượng khí lớn nhất nên Vmax = V1tb = 6655,8 m3/h 𝐹𝑘ℎ = 6655,8 2.3600 = 0,9 𝑚2 - Chọn chiều dài chất vật liệu trên xe là L = 1,5 m - Chiều cao thông gió là : 𝐻𝑘ℎ = 𝐹𝑘ℎ 𝐿𝑚 = 0,9 1,5 = 0,6 𝑚 - Số tầng khay vật liệu trong hầm là : 𝑚 = 𝐻𝑘ℎ ℎ𝑘 = 0,6 0,05 = 12 𝑡ầ𝑛𝑔 + hk : là khoảng không khí trên khay - Chiều cao chất vật liệu là : 𝐻𝑚 = 𝑚(ℎ𝑘 + ℎ𝑚) = 12( 50 + 30 ) = 960 𝑚𝑚 + hm là chiều dày vật liệu trên khay , hm = 30mm - Chiều cao xe là : 𝐻𝑥 = 𝐻𝑚 + ∆𝐻𝑥 = 960 + 70 = 1030 𝑚𝑚 + ∆𝐻𝑥 = 70 𝑚𝑚 là chiều cao bánh xe - Chiều cao bên trong buồng là : 𝐻 = 𝐻𝑥 + ∆𝐻 = 1030 + 40 = 1070 𝑚𝑚 + ∆𝐻 = 40𝑚𝑚 là khoảng cách giữa vật liệu trên khay trên cùng tới trần buồng . 23 - Tổng diện tích khay sấy là : 𝐹𝑘ℎ = 𝐺1 𝑔1 = 460 20 = 23 𝑚2 + g1 là khối lượng vật liệu trên 1m2 khay - Diện tích 1 tầng khay là : 𝐹1𝑘ℎ = 𝐹𝑘ℎ 𝑚 = 23 12 = 1,92 𝑚2 - Chiều rộng chất vật liệu là : 𝐵𝑚 = 𝐹1𝑘ℎ 𝐿𝑚 = 1,92 1,5 = 1,28 𝑚 - Chiều rộng bên trong buồng là : 𝐵 = 𝐵𝑚 + 2∆𝐵 = 1,28 + 2.0,15 = 1,58 𝑚 + ∆𝐵 = 0,15 𝑚 𝑙à chiều rộng kênh dẫn khí - Chiều dài bên trong buồng là : 𝐿 = 𝐿𝑚 + 2∆𝐿 = 1,5 + 2.0,015 = 1,53 𝑚 - Chiều cao phủ bì buồng là : 𝐻𝑁 = 𝐻 + 𝛿 = 1,07 + 0,04 .2 = 1,15 𝑚 + 𝛿 = 40 𝑚𝑚 là chiều dày trần buồng - Chiều rộng phủ bì của buồng : 𝐵𝑁 = 𝐵 + 2𝛿 = 1,58 + 2.0,04 = 1,66 𝑚 - Chiều dài phủ bì của buồng : 𝐿𝑁 = 𝐿 + 2𝛿 = 1,53 + 2.0,04 = 1,61 𝑚 - Diện tích xung quanh của buồng là : 𝐹𝑥𝑞 = 2(𝐵𝑁 + 𝐿𝑁)𝐻𝑁 = 2(1,66 + 1,61). 1,15 = 7,52 𝑚 2 - Diện tích trần nền là : 𝐹𝑡𝑟 = 𝐿𝑁 . 𝐵𝑁 = 1,61. 1,66 = 2,67 𝑚 2 - Xác định kích thước xe : + Chiều rộng xe : 𝐵𝑥𝑒 = 𝐵𝑚 2 = 1,28 2 = 0,64 𝑚 + Chiều dài xe : 24 𝐿𝑥𝑒 = 𝐿𝑚 2 = 1,5 2 = 0,75 𝑚 + Chiều cao xe : Hxe = 1,03 m - Như vậy trong hầm bố trí 4 xe - Kích thước khay sấy : + Chiều dài : lkh = 0,74 m + Chiều rộng : bkh = 0,63 m - Diện tích một khay là : 𝑓𝑘ℎ = 𝑏𝑘ℎ . 𝑙𝑘ℎ = 0,4662 𝑚 2 - Số lượng khay là : 𝑛𝑘ℎ = 4.12 = 48 𝑘ℎ𝑎𝑦 - Khối lượng vật liệu trên 1 xe là : 𝑔𝑥𝑒 = 460 4 = 115 𝑘𝑔 - Khối lượng 1 xe là : 𝑚𝑥 = 29 𝑘𝑔 - Khối lượng khay sấy là : 𝑚𝑘ℎ = 18𝑘𝑔 - Khối lượng xe trong hầm là : Gvt= 4( 29 +18 ) = 188 kg - Khối lượng 1 xe cả vật liệu là : Gmv = 115 + 47 = 162 kg Chương IV. Tính toán quá trình sấy thực tế 1. Giai đoạn 1 -Xác định tổn thất do vật liệu mang đi : 𝑄𝑚1 = 𝐺𝑚1. 𝐶𝑚1(𝑡𝑚11 − 𝑡𝑚21) + Trong đó : Gm1 = G21 = 244 kg Cm1 = Cmk( 1- 𝜔21) + Cn𝜔21 = 1,88( 1- 0,623) + 4,8.0,623 = 3,7 kJ/kgK tm2 = tM1 = 32℃ , tM1 = tM0 = 23℃ Vậy ta có : Qm1 = 244.3,7( 32 – 23) = 8125,2 kJ 25 𝑞𝑚1 = 𝑄𝑚1 𝑊1 = 8125,2 216 = 37,62 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 -Xác định tổn thất thiết bị vận chuyển : 𝑄𝑣𝑡1 = 𝐺𝑣𝑡. 𝐶𝑣𝑡(𝑡𝑚2 − 𝑡𝑚1) 𝐺𝑣𝑡 = 4. (𝑚𝑥𝑒 + 𝑚𝑘ℎ) = 4( 29 + 18 ) = 188 𝑘𝑔 Cvt = 0,5 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của kim loại xe và khay Qvt = 188.0,5(32 -23 ) = 846 kJ 𝑞𝑣𝑡1 = 𝑄𝑣𝑡1 𝑤1 = 846 216 = 3,92 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 -Tổn thất do nhiệt tỏa vào môi trường : + Tổn thất nhiệt qua tường và cửa : 𝑄𝑥𝑞1 = 𝑘𝑥𝑞1. 𝐹𝑥𝑞( 𝑡𝑘1 − 𝑡0) Trong đó : kxq1 – hệ số truyền nhiệt từ môi chất sấy qua tường bao xung quanh và cửa . Fxq – diện tích tường bao và cửa . tk1- nhiệt độ trung bình của khí trong buồng . t0 – nhệt độ không khí bên ngoài . + Nhiệt độ khí trong buồng là : tk1 = 0,5( t11 + t12 ) = 0,5( 80+ 40 ) = 60℃ 𝑘𝑥𝑞1 = 1 1 𝛼11 + 1 𝛼21 + 𝛿 𝜆 Tường bao xung quanh làm bằng thép góc ghép các tấm tôn tráng kẽm có lớp cách nhiệt dày 𝛿 = 0,075 𝑚 , λ = 0,1W/mK . Cửa buồng sấy cũng làm bằng thép góc ghép tôn tráng kẽm , ở giữa là lớp cách nhiệt dày 0,075m ,như vậy ta coi mật độ dòng nhiệt qua cửa và qua tường bao là như nhau 26 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng tới tường là 𝛼11được xác định theo tài liệu như sau : Khi v < 5 m/s ta có 𝛼11 = 6,15 + 4,18𝑣 , 𝑊/𝑚 2𝐾 Vậy 𝛼11 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51W/𝑚 2K Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt 𝛼21. Muốn xác định 𝛼21 cần biết nhiệt độ bề mặt tường tw2 . 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 . Gỉa thiết : tw2 = 34,5 ℃ , ∆𝑡2 = 𝑡𝑤2 − 𝑡0 = 9,5℃ Theo tài liệu ta có : 𝛼0 = 3,29 W/𝑚 2K và hệ số hiệu đính theo nhiệt độ 𝜑𝑇 = 0,975 Vậy ta được : α21 = 𝛼0 . 𝜑𝑇 = 3,29.0,975 = 3,207 𝑊/𝑚 2𝐾 𝑞2 = 𝛼21∆𝑡 = 3,207. ( 34,5 − 25 ) = 30,5 Kiểm tra lại giả thiết : 𝑡𝑤2 = 𝑡𝑘1 − 𝑞2 ( 1 𝛼1 + 𝛿 𝜆 ) = 60 − 30,5 ( 1 14,51 + 0,075 0,1 ) = 35℃ Sai số so với giả thiết là 1,4% như vậy giả thiết 𝑡𝑤2 = 34,5℃ là đúng . Từ đó ta tính được : 𝑘𝑥𝑞1 = 1 1 14,5 + 0,075 0,1 + 1 3,207 = 0,89 𝑊/𝑚2𝐾 Qxq1 = 0,89.7,52.( 60 – 25) = 234,25W + Hệ số truyền nhiệt của không khí trong buồng qua trần là : 𝑘𝑡𝑟 = 1 1 𝛼11 + 𝛿 𝜆 + 1 𝛼2𝑡 27 Trong đó : 𝛼2𝑡𝑟 = 𝛼21. 1,3 = 3,207. 1,3 = 4,169 𝑊/𝑚 2K Vậy ta có : 𝑘𝑡𝑟 = 1 1 14,51 + 0,075 0,1 + 1 4,169 = 0,944 𝑊/𝑚2K + Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là : 𝑄𝑡𝑟 = 𝑘𝑡𝑟 . 𝐹𝑡𝑟(𝑡𝑘1 − 𝑡0) = 0,944 . 2,67( 60 – 25 ) = 88,2 W + Nhiệt truyền qua nền buồng sấy là : QN = qN.FN Theo tài liệu ta có qN = 57 W/ 𝑚2 Vậy ta có : QN1 = 57. 2,67 = 152,2 W + Tổng tổn thất nhiệt vào môi trường là : 𝑄51 = 𝑄𝑥𝑞1 + 𝑄𝑡𝑟1 + 𝑄𝑁1 = 234,25 + 88,2 + 152,2 = 474,65 𝑊 = 1708,7 𝑘𝐽/ℎ 𝑞51 = 𝑄51 𝑊 = 1708,7 108 = 15,82 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 + Từ đó ta xác định được : ∆ = 𝐶𝑛𝑡 . 𝑡𝑚1 − (𝑞𝑚1 + 𝑞𝑣𝑡1 + 𝑞51) = 4,18. 23 − ( 37,62 + 3,92 + 15,82) = 38,8 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 -Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế : 𝑑21 = 𝐶𝑝𝑘(𝑡1 − 𝑡2) + 𝑑1(𝑖1 − ∆) 𝑖2 − ∆ 𝑖1 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡1 = 2500 + 1,9.80 = 2652 kJ/kg i2 = r + Cpht2 = 2500 + 1,9.40 = 2576 kJ/kg 𝑑21 = 1,01 . ( 80 − 40 ) + 0,0184( 2652 − 38,8 ) 2576 − 38,8 = 0,0349 𝑘𝑔 𝑘𝑔𝑘𝑘 𝑙1 = 1000 𝑑2 − 𝑑1 = 1000 34,9 − 18,4 = 60,6 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 28 𝐼21 = 𝐼11 − ∆ 𝑙 = 128,8 − 38,8 60,6 = 128,2 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝜑21 = 𝑑21𝑝 (622 + 𝑑21)𝑝51 = 34,9.0,99333 (622 + 34,9). 0,47 = 0,1123 = 11,23% 𝜌𝑘1 = 𝑝 − 𝜑21𝑝51 𝑅𝑘(𝑡21 + 273) = 99333 − 0,1123.0,47. 105 287(40 + 273) = 1,047 𝑘𝑔/𝑚3 -Tiêu hao không khí thực tế : l1 = 60,6 kg/kgẩm L1 = l1.W1 = 60,6. 216 = 13089,6 kg = 6545 kg/h 𝑉1 = 𝐿1 𝜌11 = 6545 0,9805 = 6675 𝑚3/ℎ 𝑉1𝑡𝑏 = 𝐿1 0,5(𝜌11 + 𝜌𝑘1) = 6545 0,5(0,9805 + 1,047) = 6456 𝑚3/ℎ Vậy ta có : L1 = 6545 kg/h l1 = 60,6 kg/kgẩm Q1 = 74,4 kW q1 = 3550 kJ/kgẩm 2. Giai đoạn II + Tổn thất nhiệt do vật liệu : 𝑄𝑚2 = 𝐺𝑚2. 𝐶𝑚2(𝑡𝑚22 − 𝑡𝑚12) Trong đó : Gm2 = G22 = 136kg Cm2 = 𝐶𝑚𝑘(1 − 𝜔22) + 𝐶𝑛𝜔22 = 1,88(1 −0,324) + 4,8.0,324 =2,826 kJ/kgK Nhiệt độ vật liệu vào giai đoạn 2 là tm12 = tm21 = 32℃ Nhiệt độ vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là tm22 = t22 - ∆𝑡 (∆𝑡 chọn khoảng 10 - 20℃) Vậy ta có : tm22 = 50,77 – 10 = 40,77℃ Vậy ta được : Qm2 = 136.2,826.(40,77 – 32) = 3370,63 kJ 𝑞𝑚2 = 𝑄𝑚2 𝑊2 = 3370,63 108 = 31,2 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 29 + Tổn thất do thiết bị vận chuyển : 𝑄𝑣𝑡2 = 𝐺𝑣𝑡𝐶𝑣𝑡(𝑡𝑚2 − 𝑡𝑚1) = 272.0,5(40,77 − 32) = 1192,72 𝑘𝐽 𝑞𝑣𝑡2 = 𝑄𝑣𝑡2 𝑊2 = 1192,72 108 = 11,04 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 + Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh : 𝑄𝑥𝑞2 = 𝑘𝑥𝑞2. 𝐹𝑥𝑞 . ∆𝑡2 𝑘𝑥𝑞2 = 1 1 𝛼12 + 𝛿 𝜆 + 1 𝛼22 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khí bên trong buồng sấy 𝛼12 = 14,51, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ bề mặt tường tới không khí bên ngoài được xác định tương tự giai đoạn 1 ta được 𝛼22 = 3,7 𝑊/𝑚 2𝐾 Vậy ta được : 𝑘𝑥𝑞2 = 1 1 14,51 + 0,075 0,1 + 1 3,7 = 0,918 𝑊/𝑚2𝐾 Nhiệt độ trung bình của khí trong buồng 𝑡𝑘2 = 60,4 ℃ Qxq2 = 0,918.7,52.(60,4 -25) = 244,5 W = 880 kJ/h + Tổn thất nhiệt qua trần : 𝑄𝑡𝑟2 = 𝑘𝑡𝑟2𝐹𝑡𝑟∆𝑡2 Trong đó : 𝛼𝑡𝑟2 = α22.1,3 = 4,81 W/𝑚 2𝐾 𝑘𝑡𝑟2 = 1 1 14,51 + 0,075 0,1 + 1 4,81 = 0,974 𝑊/𝑚2𝐾 Qtr2 = 𝑘𝑡𝑟2. 𝐹𝑡𝑟(𝑡𝑘2 − 𝑡0) = 0,974. 2,67. (60,4 − 25) = 92 𝑊 = 331 𝑘𝐽/ℎ + Tổn thất nhiệt qua nền : 𝑄𝑁2 = 𝑞𝑁 . 𝐹𝑁 = 57.2,67 = 152,2 𝑊 = 547,9 𝑘𝐽/ℎ + Tổn thất nhiệt vào môi trường : 30 𝑄52 = 𝑄𝑥𝑞2 + 𝑄𝑡𝑟2 + 𝑄𝑁2 = 244,5 + 92 + 152,2 = 488,7 𝑊 = 1759,32 𝑘𝐽 ℎ = 5278 𝑘𝐽 𝑞52 = 𝑄52 𝑊2 = 5278 108 = 48,87 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∆ = 𝐶𝑛𝑡 . 𝑡𝑚12 − ( 𝑞𝑚2 + 𝑞𝑣𝑡2 + 𝑞52) = 4,18.32 − (31,2 + 11,04 + 48,87) = 42,65 kJ/kgẩm -Xác định thông số của quá trình sấy thực tế : 𝐼22 = 𝐼12 + ∆ 𝑙 𝑑22 = 𝐶𝑝𝑘(𝑡12 − 𝑡22) + 𝑑12(𝑖1 − ∆ ) 𝑖2 − ∆ 𝑖1 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ . 𝑡12 = 2500 + 1,9.70 = 2633 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑖2 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ . 𝑡22 = 2500 + 1,9.50,77 = 2596, 5 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑑22 = 1,01(70 − 50,77) + 0,041. (2633 − 42,65) 2596,5 − 42,65 = 0,0492 𝑘𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝐼21 = 𝐼12 − ∆ 𝑙 = 178 − 42,65 125 = 177,6 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑙2 = 1000 𝑑22 − 𝑑12 = 1000 49,2 − 41 = 122 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝜑22 = 𝑑22𝑝 (622 + 𝑑22)𝑝52 = 49,2.0,99333 (622 + 49,2). 0,127 = 0.5733 = 57,33% 𝜌𝑘2 = 𝑝 − 𝜑22. 𝑝𝑠2 𝑅𝑘( 273 + 𝑡22) = 99333 − 0,5733.0,127. 105 287(273 + 50,77) = 0,991 𝑘𝑔/𝑚3 -Xác định các thông số hỗn hợp : 𝑛 = 𝐺ℎ 𝐺𝑜 = 𝐿2 𝐺𝑜 = 𝑑𝐻2 − 𝑑𝑜 𝑑22 − 𝑑𝐻2 = 41 − 18,4 49,2 − 41 = 2,75 31 𝑡𝐻2 = 𝑛. 𝑡22 + 𝑡𝑜 𝑛 + 1 = 2,75 .50,77 + 25 2,75 + 1 = 44 ℃ 𝑝𝑠𝐻2 = 0,09 𝑏𝑎𝑟 𝐼𝐻2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑𝐻2(𝑟 + 𝐶𝑝ℎ . 𝑡𝐻2) = 44 + 0,041( 2500 + 1,9.44) = 150 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝜑𝐻2 = 𝑑𝐻2. 𝑝 ( 622 + 𝑑22)𝑝𝑠𝐻2 = 41.0,99333 ( 622 + 49,2). 0,09 = 0,6743 = 67,43 % 𝜌𝐻2 = 𝑝 − 𝜑𝐻2. 𝑝𝑠𝐻2 𝑅𝑘(273 + 𝑡𝐻2) = 99333 − 0,6743.0,09. 105 287(273 + 44) = 1,025 𝑘𝑔/𝑚3 + Tiêu hao không khí thực tế : l2 = 122 kg/kgẩm L2 = l2.W2 = 122.108 = 13176 kg = 4392 kg/h 𝑉𝑡𝑏2 = 𝐿2 (𝜌𝑘1 + 𝜌𝑘2) 1 2 = 4392 (0,947 + 0,991) 1 2 = 4532 𝑚3/ℎ + Tiêu hao nhiệt thực tế : 𝑞2 = 𝑙2(𝐼12 − 𝐼𝐻2) = 122 (177,6 − 150) = 3368 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑄2 = 𝑞2𝑊2 = 3368.108 = 357008 𝑘𝐽 -Lập cân bằng nhiệt : + Nhiệt đưa vào hệ thống : 𝑄𝑣 = 𝑄𝑠 + 𝑄02 Trong đó : 𝑄𝑠 = 𝑄2 𝑄𝑜2ℎ = 𝐺0. 𝐼0 = 𝐿2 𝑛 𝐼0 = 4392 2,75 .72 = 114990 𝑘𝐽/ℎ 𝑄02 = 𝑄02ℎ . 𝜏2 = 344971 𝑘𝐽 Qv = 357008 + 344971 = 701979 kJ 32 + Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : 𝑄𝑅 = 𝑄12 + 𝑄′22 + 𝑄𝑚2 + 𝑄52 Trong đó : Q12 là nhiệt hữu ích 𝑄12 = 𝑊2[𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡𝐻2 − 𝐶𝑛𝑡𝑚12] = 108[2500 + 1,9.44 − 4,18.32] = 264583 𝑘𝐽 Q’22 là tổn thất nhiệt do khí thoát ra : 𝑄′22 = 𝐼′2. 𝐺0 𝐼′2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑0(𝑟 + 𝐶𝑝ℎ𝑡𝐻2) = 44 + 0,0184(2500 + 1,9.44) = 91,54 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 Q’22 = 91,54. 4392 2,75 = 146198 kJ/h = 438593 kJ QR = 264583 + 438593 + 3370,63 + 5278 = 706546,63 kJ Sai lệch : ∆𝑄 = 𝑄𝑣 − 𝑄𝑅 = 701979 − 706546,63 = −4567,63 𝑘𝐽 ∆𝑄% = ∆𝑄 𝑄𝑣 . 100% = 4567,63 701979 . 100% = 0,65 % Hiệu suất sử dụng nhiệt của buồng sấy : ɳs = 𝑄1 𝑄2 = 264583 357008 = 0,741 = 74,1% 3. Giai đoạn III + Tổn thất nhiệt do vật liệu : 𝑄𝑚3 = 𝐺𝑚3. 𝐶𝑚3(𝑡𝑚23 − 𝑡𝑚13) Trong đó : Gm3 = G2 = 100 kg Cm3 =1,88(1 - 𝜔23) + 4,18. 𝜔23 = 1,88(1 – 0,08) + 4,18.0,08 = 2,064 kJ/k