Tải bản đầy đủ
II. Tính toán thiết bị sấy.

II. Tính toán thiết bị sấy.

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

Do khối lợng của vật liệu khô trớc và sau quá trình sấy
là không đổi nên ta có thể viết:
mK = m1(1- u1) = m2( 1- u2).

(III.4.)

Trong đó:
mK Là khối lợng vật chất khô có trong vật cần sấy.
Kết hợp (II.2.) và (II.4.) chúng ta có thể tính đợc lợng
ẩm cần bốc hơi trong một giờ khi biết năng suất thiết bị
m2 hoặc biết năng suất vào vật liệu m 1 và độ ẩm trớc và
sau quá trình sấy u1, u2.
Theo đầu bài ta đã có:
Năng suất thiết bị
Độ ẩm trớc khi sấy

m2 = 450 kg/h.
u1 = 0.5%.

Độ ẩm sau khi sấy

u2 = 0,05%.

Vậy từ công thức (III.4.) ta có:
u u

1
2
U = m2. 1 u = 450.
1

0,05 0,0005
= 23,4kg / h .
1 0,05

Từ đây ta cũng tính đợc khối lợng vật liệu đợc đa vào
thiết bị sấy trong một giờ.

m1 = m2 + U = 450 +

23,4 = 473,4 kg/h.
II.2. Quá trình sấy lý thuyết.
Để xác định 2, Q0 của quá trình sấy lý thuyết ta phải
biết đợc các thông số của khí trời và các thông số của tác
nhân sau calorifer.
Do đặc điểm thời tiết ở Việt Nam, Miền Bắc chia làm
bốn mùa rõ rệt trong đó Mùa đông thờng lạnh giá và độ ẩm
không khí xuống thấp có khi nhiệt độ xuống tới 10 0C và độ
ẩm không khí xuống dới 60% còn mùa hè khí hậu nóng ẩm
ma nhiều có khi nhiệt độ lên tới 40 ữ 420C độ ẩm lên tới 90%
Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

67

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

còn hai mùa còn lại nhiệt độ thờng từ 25 ữ 35 0C độ ẩm thờng 70 ữ 85 %. Trong khi đó ở Miền Nam thì khí hậu lại
nắng nóng quanh năm nhiệt độ trung bình từ 28 ữ 38oC
độ ẩm trung bình 89%. Căn cứ vào các điều kiện trên ta
chọn điều kiện của không khí ngoài trời là:
t0 = 300C, 0 = 85%.
Xác định d0 và I0.
Để xác định d0 và I0 ta dựa vào đồ thị I - d của không
khí ẩm.
Từ điểm gặp nhau của các đờng t = 300C và = 85%
ta xác định đợc điểm A có các thông số sau:
I0 = 22 kcal/kgk2khô = 90 kJ/kg,k2khô
d0 = 23 g/kgk2khô = 0,023 kg/k2khô.
Xác định

I1; 1.

Không khí ẩm ngoài trời đợc đa vào buồng đốt để
nâng nhiệt độ đến nhiệt độ sấy thành tác nhân sấy trớc
khi vào thùng sấy, trong quá trình nâng nhiệt của không
khí ẩm thì độ cha ẩn d không đổi.
Từ điều kiện sấy có t 1 = 600C; d1 = d0 ta tìm đợc
điểm B có các thông số sau:
I1 = 28kcal/kgk2khô = 117,24 kJ/kg,k2khô.
1 = 17%.
Xác định trạng thái của tác nhân ở sau thùng sấy.
Để xác định đợc điểm C là điểm trạng thái của tác
nhân sau quá trình sấy ta phải biết một trong hai thông số
t2 hoặc d2. Vì đờng sau khi sấy có thể đem đóng gói
ngay hoặc đợc làm nguội một chút trớc khi đóng gói, nên ta
chọn nhiệt độ của tác nhân sấy sau buồng đốt là 35 0C vì
Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

68

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

quá trình sấy lý thuyết là quá trình dẳng I nên bằng đồ
thị I - d của không khí ẩm ta xác định đợc điểm C có các
thông số sau:
I2 = I1 = 29 kcal/kgk2khô = 121kJ/kg, k2khô
d2 = 34 g/kgk2khô = 0,034 kg/k2khô.
Từ đây ta có thể xác định đợc đờng cong sấy lý
thuyết.
Tính lợng không khí cần thiết cho quá trình sấy
lí thuyết:
Để tính lợng không khí cho quá trình sấy lý thuyết ta
thiết lập phơng trình cân bằng vật chất cho thùng sấy.
Trong quá trình sấy, tác nhân sấy và vật liệu ẩm trao đồi
ẩm cho nhau:
Theo công thức (4 - 16 ) tài liệu II:
m1.u1 + G1. d1 = m2.u2 + G2. d2

(III.5.)

Trong đó:
m1, m2 lần lợt là khối lợng của vật sấy đi vào và sản
phẩm đi ra;
u1, u2 lần lợt là độ ẩm của vật sấy và sản phẩm sấy;
d1, d2 lần lợt là hàm ẩm của không khí vào và ra;
G1, G2 lần lợt là khối lợng của không khí vào và ra khỏi
thiết bị;
Từ công thức (II.4.) ta có:
m1.u1 - m2.u2 = G2. d2- G1. d1

(III.6.)

Nếu bỏ qua tổn thất không khí tại buồng sấy ta có:
G1 = G2 = G0 = G
Hơn nữa:
Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

69

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

m1.u1 - m2.u2 = U.
Thay các giá trị trên vào công thức (III.6) ta có:
G(d2- d1) = U

(III.7)

U

hay

G = d d
2
1

(III.8)

Với:
d2 = 0,034 kg/k2khô.
d1 = 0,023 kg/k2khô.
U = 23,4 kg/h.
Ta đợc:
23,4

G = 0,034 0,023 = 2127,3 kg k2/h.
Chia cả hai vế cho U ta đợc lợng không khí khô cần
để làm bay hơi 1kg ẩm khỏi vật sấy khi đi qua calorifer
hàm ẩm của không khí không đổi vậy lợng khí trời cần để
làm bay hơi 1kg ẩm từ vật sấy trong 1 giờ là:
1

1

G = d d =
= 90,9 kg k2/kg ẩm bh.
0,034 0,023
2
0
Xây dựng đồ thị sấy lý thuyết.
I kJ/kg kk

B

60

I=
co
ns
t

C

= 90%

0

30
C

= 8 %
5 =

1

C
A

2
5

C

d0 d1

d

g/kg
kk

d

Biểu đồ sấy2lý
thuyết

Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

70

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

II.3. Tính toán quá trình sấy thực.
II.3.1. Xác định tốc độ làm việc tối u Wt.
Để xác định tốc độ làm việc tối u ta căn cứ vào hệ số
Reynol.
Theo công thức (4-120) tài liệu I ta tính đợc tốc độ
dòng tác nhân lúc bắt đầu quá trình sôi đợc tính theo hệ
số Reynol tới hạn:
Ar

Re th =
150

1
1,75
+
Ar
3

3

(III.9)

Trong đó:
Ar - số Archimedes
- độ xốp của lớp hạt
Chọn = 0,4 (khi rải lớp hạt bất kỳ) ta có:
Re th =

Ar
1400 + 5,22 Ar

(III.10)

Lúc kết thúc quá trình sôi chuyển sang quá trình vận
chuyển hạt ta có vận tốc lắng tính theo số Reynol lắng
Re l =

Ar. 4, 75
18 + 0,61 Ar. 4,75

(III.11)

Khi sôi ta chọn độ xốp = 1, khi đó
Re l =

Ar
18 + 0,6 Ar

(III.12)

Ar đợc tính theo công thức (4-123) tài liệu I nh sau:
Ar =

d ( k )g
k k

(III.13)

Trong đó:
, k - khối lợng riêng của đờng và tác nhân sấy, kg/m3
d - đờng kính tơng đơng của hạt đờng, m
Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

71

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

d = 0.5 mm = 5.10-4 m
k- độ nhớt động của tác nhân sấy, m2/s
Theo phụ lục 9 tài liệu I ta có các thông số của tác
nhân sấy là không khí nh sau:
k= 18,97.10-6 m2/s
k= 1,026 kg/m3
= 750 kg/m3
Thay vào công thức (III.13) ta có:
Ar =

0,0005(750 1,026).9,81
= 188751,76
18,97.10 6.1,026

Thay Ar vào (III.10) và (III.12) ta tính đợc Reth và Rel
Re th =

Re l =

188751,76
1400 + 5,22 188751,76
188751,76

18 + 0,6 188751,76

= 51,46

= 677,322

Từ các hệ số Reynol tới hạn và Reynol lắng ta tính đợc
tốc độ tới hạn và tốc độ lắng của tác nhân
Ư Wk .th =

Re th . k 51,46.18,97.10 6
=
= 1,95m / s
d td
0,0005

II.3.2. Tính cân bằng nhiệt lợng.
- Nguyên tắc chung của việc thành lập phơng trình
cân bằng nhiệt lợng là tổng nhiệt lợng vào hệ thống thiết
bị bằng tổng nhiệt lợng đi ra (kể cả mất mát ra môi trờng
xung quanh) của hệ thống thiết bị đó.

Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

72

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

Trong đó:
- Q - nhiệt lợng tiêu hao chung cho máy sấy, w.
- Qs- nhiệt lợng tiêu hao ở lò sấy w.
- q = Q/W nhiệt lợng tiêu hao riêng cho máy sấy.
- qs = Qs/W nhiệt lợng tiêu hao ở lò sấy.
- Io, I1, I2 - nhiệt lợng của không khí trớc khi vào lò đốt,
sau khi ra khỏi lò sấy( bắt đầu vào thiết bị sấy) và sau
khi ra khỏi phòng sấy, j/kgkk.
- to,t1,t2 - nhiệt độ của không khí trớc khi vào lò đốt,
sau khi ra khỏi lò đốt và sau khi ra khỏi thiết bị sấy, oC.
- 1, 2-nhiệt độ của vật liệu trớc khi vào phòng sấy và
sau khi ra khỏi phòng sấy, oC.
- Svl, Cw, C- nhiệt dung riêng của vật liệu, của bộ phận
vận chuyển và của nớc ở C, j/kgoC.
- G1, G2,Gvo- khối vật liệu trớc, sau khi sấy và khối lợng
của bộ phận vận chuyển vật liệu sấy, kg/h
- td, tco- nhiệt độ trớc và sau khi sấy của bộ phận vận
chuyển, kg/h.
- Qm, qm = Qm/W - nhiệt mất mát và nhiệt lợng mất mát
riêng đối với 1 kg ẩm ra môi trờng xung quanh, W và
j/kgẩm.
Dựa vào hình ta có:
Nhiệt lợng đa vào thiết bị gồm:
Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

73

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

- Nhiệt lợng do tác nhân nhận đợc từ calorifer QK.
- Nhiệt lợng do không khí mang vào G.I0.
- Nhiệt lợng do vật sấy mang vào: m1.C1.t1.
- Nhiệt lợng do các thiết bị chuyền tải mang vào:
m1.C1.t1.
- Nhiệt bổ sung QBS.
Nhiệt lợng mang ra khỏi thiết bị gồm:
- Nhiệt lợng khí thải ra G.I2..
- Nhiệt lợng do sản phẩm mang ra m2.C2.t2.
- Nhiệt lợng tổn thất qua kết cấu bao che QBC.
- Nhiệt lợng do phơng tiện vận chuyển mang ra:
m2.C2.t2.
Phơng trình cân bằng nhiệt:
G.I0 + QK + m1.C1.t1 + m1.C1.t1 + QBS = G.I2.+ QBC +
m2.C2.t2 + m2.C2.t2
* Các dòng nhiệt lợng đi vào máy sấy.
+ Do không khí G.Io.
+ Do vật liệu: m1.Cvl.t1
+ Do bộ phận vận chuyển: mvc.Cvc.tvc= QVC
+ Do tác nhân nhận đợc từ calorifer Qk
+ Do bổ sung nhiệt Qbs
* Các dòng nhiệt mang ra khỏi máy sấy.
+ Do không khí thải: G.I2.
+ Do vật liệu sấy: m2.Cvl.t2.
+ Do bộ phận vận chuyển: mvo.Cvoto.
+ Do mất mát ra môi trờng xung quanh Qbc
Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

74

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

Vậy ta có phơng trình cần bằng nhiệt:
G.I0 + QK + m1.C1.t1 + m1.C1.t1 + QBS
= G.I2.+ QBC + m2.C2.t2 + m2.C2.t2

(III.14)

Do không co đốt nóng bổ sung và không có bộ phận
vận chuyển nên QBS, QCT = 0.
Phuong trình chỉ còn:
G.I0 + QK + m1.C1.t1 = G.I2 + m2.C2.t2 + QBC
q=

Q
Q
Q
Q
Q
G
= s =
( I 2 I o ) + vl + vc + m t1 .C
U U U
U U U

(III.15.)
(III.16)

I2 Io

q = qs = d d + qvl + qvc + qm - t1 .C
2
o
(III.17)
Đặt q = qvl + qvc + qm gọi là tổng nhiệt lợng tiêu tốn
vì nó không làm bốc hơi nớc trong vật liệu sấy mà chỉ
dùng nó để đun nóng vật liệu sấy, đun nóng bộ phận vận
chuyển và bù vào mất mát ra môi trờng xung quanh. Vậy ta
có:
I2 Io

q = qs = d d + q - t1 .C
2
o

(III.18)

Đặt

= t1.C - q

(III.19)

ta sẽ có:

qs = d d -
2
o

Tính

I2 Io

(III.20)

= t1 .C- (qvl + qvc + qm)

(III.21)
* Tính

qm =

3,6.F.kttb
W

Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt là tác nhân sấy
đến môi trờng xung quanh.

Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

75

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy
1
k = 1 + 1 + l1 + l 3 + l 2
1 2
1
2

(III.22)

với: 1 -hệ số cấp nhiệt từ khối khí đến thành thiết bị
1 = k (1- 1).
và k - hệ số kể đến độ nhám của thiết bị: không >
1,25.
1-hệ số cấp nhiệt từ không khí đến thành thiết bị do
đối lu cỡng bức.
1 =

Nu.
Dt

(III.23)

Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao vật liệu
sấy.
- Diện tích ghi lò tính theo lợng tác nhân sấy lý thuyết.
1,5.G

2
FG = 3600.W . = 1,95 = 2(m )
t
k

(III.24)

Do đó chọn kích thớc của ghi là:
a.b = 2.1 = 2m2
Đờng kính ghi xác định theo công thức:
D=

4 FG
=1,6m


Chiều cao lớp hạt trên ghi, chọn sơ bộ H = 0,25m để
bố trí phễu đa vật liệu sấy vào và ra buồng sấy ta chọn
chiều cao buồng sấy:
Hb = 4.0,25 =1m
- Diện tích bao quanh buồng sấy bằng:
F = 10m2

Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

76

Đồ án tốt nghiệp
đờng tầng sôi

hệ thống sấy

đó cũng là diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết
bị.
Ta có Nu = 0,018.Re0,8.1 trong đó Re =

w th .D


Ta có tính chất nhiệt vật lý của tác nhân sấy:
= 20,10.10-6 m2/s, = 2,90.10-2 W/moC
Re =

1,95.1,6
= 155223,8 > 10 4 --> 1 = 1,18.
6
20,10.10

Vậy Nu = 0,018.155223,8 0,8.1,18 = 301,94.
301,94.2,90.10 2
= 5,47(W / m 2 o C )
1 =
1,6

- Hệ số cấp nhiệt do đối lu tự nhiên 1
1 =

Nu
Trong đó Nu = 0,47.Gr0,25
Dt

Để tính theo công thức này ta giả thiết rằng nhiệt độ
trung bình của thành bên trong thùng t th = 60oC, khi đó
nhiệt độ ở lớp ngăn cách là:
tlớp =

47,5 + 60
= 53,75 0 C
2

Tại nhiệt độ đó các hằng số vật lý của tác nhân là:
= 20,34.10-6 m2/s ; = 3,22.10-2 W/moC
+ Chuẩn số Grashop bằng:
Gr =

g .D 3 .t
9,81.1,6 3
( 47,5 35)
=
.
= 4,73.1010
2
6 2
.T
(20,34.10 ) (47,5 + 273)

Nu = 0,47.Gr0,25 = 0,47.(4,7310)0,25 = 22,86
Nu.
22,86.3,22.10 2
1 =
=
= 0,46 W/m2oC.
D
1,6

Nguyễn tuấn Anh - Máy thực phẩm K46

77