ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
-------
---
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ
Đề tài:
THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY ĐỂ
SẤY ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 100Kg/h
GVHD: Nguyễn Thị
Như Ngọc
1
Năm học : 2018-2019
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn Qúa Trình và Thiết Bị
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN KỸ THUẬT HÓA HỌC
Họ và tên sinh viên
Lớp
:
Ngành
: Kỹ Thuật Hóa Lý
1/ Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường.
Áp suất làm việc: áp suất thường
2/ Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo nguyên liệu
: 1000 (kg/h)
Nồng độ ẩm ban đầu
: 3%
Nồng độ ẩm sau sấy
: 1%
3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Tính toán quá trình sấy
Chương 3: Tính toán thiết bị chính
Chương 4: Tính toán thiết bị phụ
Chương 5: Tính toán giá thành thiết bị
Chương 6: Kết luận
Tài liệu tham khảo
4/ Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ)
1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1
1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1
5/ Giáo viên hướng dẫn:
Phần: toàn bộ
Họ và tên: Nguyễn Thị Như Ngọc
6/ Ngày giao nhiệm vụ:
7/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Thông qua bộ môn
Ngày tháng
năm 2018
2
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN
(ký, ghi rõ họ tên)
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(ký, ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN....................................................................................................5
1.1.
Tổng quan về nguyên liệu.........................................................................................5
1.2.
Tổng quan về phương pháp sấy................................................................................6
1.2.1.
Bản chất quá trình sấy.........................................................................................6
1.2.2.
Phân loại quá trình sấy........................................................................................6
1.2.3.
Phương pháp thực hiện.......................................................................................7
1.2.4.
Phương án thiết kế hệ thống sấy đường.............................................................8
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH...............................................................................9
2.1. Các thông số tác nhân sấy:............................................................................................9
2.1.1. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):.............................................11
2.1.2. Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B):............................11
2.1.3. Thông số trang thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C):.....................................11
2.2. Cân bằng vật chất........................................................................................................12
2.3. Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết....................................................12
2.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực:
..............................................................13
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH...................................................................17
3.1. Thể tích, đường kính và chiều dài thùng sấy.............................................................17
3.2. Cường độ bay hơi ẩm:................................................................................................19
3.3. Thời gian lưu của vật liệu:............................................................................................19
3.4. Sốố vòng quay của thùng................................................................................................19
3.5. Hệ số truyền nhiệt K....................................................................................................20
3.6. Bề mặt truyền nhiệt F..................................................................................................23
3.7 . Kiểm tra bề dày thùng:..............................................................................................24
3.8. Tính trở lực qua thùng sấy:........................................................................................25
3.9. chiều cao vật liệu trong thùng.....................................................................................26
3.10. Thông số cánh đảo trong thùng................................................................................27
3
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ........................................................................28
4.1. caloriphe.......................................................................................................................28
4.1.1. Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống α 1...............................................29
4.1.2.Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí chảy cắt ngang ống α 2...................30
4.2. Buồng đốt.....................................................................................................................31
4.3. Xyclon...........................................................................................................................32
4.4. Trở lưc hệ thống..........................................................................................................33
4.5. Tính công suất của quạt và chọn quạt........................................................................37
4.6. thiết bị quay thùng.......................................................................................................39
4.6.1. chọn động cơ quay thùng.....................................................................................39
4.6.2. Chọn hộp giảm tốc................................................................................................39
4.6.3. Bộ truyền bánh răng.............................................................................................41
4.6.4. Vành đai quay thùng............................................................................................44
4.7. Con lăn đỡ và con lăn chặn.........................................................................................45
4.8. Gầu tải nhập liệu.........................................................................................................47
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ.........................................................48
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN......................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................49
4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên, là loại thực phẩm không thể
thiếu đối với cơ thể con người. Đường có thể dùng trực tiếp hoặc dùng làm nguyên
liệu trong sản xuất thực phẩm như sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát, …
Sấy là một công đoạn đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất ra đường.
Việc sấy đường đã giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đường được thuận lợi và
đảm bảo chất lượng.
Quy trình sản xuất đường mía có thể mô tả như sau:
Mía cây
xé tơi mía
Ép mía
Trích ly
Làm sạch
Kếốt tnh đường
non
Nâốu đường
Cố Đặc
Lắống
Đường
loại I
Phân ly
1.1.
Sấấy đường
Đóng gói
Tổng quan về nguyên liệu.
5
Đường saccarose là một trong những thành phần chính của cây mía chiếm hàm
lượng cao, là sản phẩm của công nghệ sản xuất đường.
Đường saccarose có những tính chất đặc trưng sau
Tính chất vật lý:
Là chất rắn kết tinh không màu, trong suốt, vị ngọt
Khối lượng riêng: = 1,5879 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy t = 186-188oC
Không tan trong dầu hỏa, ancol, benzen,…
Dễ tan trong nước, độ tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Ở 20oC, độ tan của đường
= 211,5g/ 100ml H2O
Tính chất hóa học
Trong môi trường acid
Trong môi trường acid có pH<7 đường saccarose bị thủy phân thành glucoza
và fructoza
C12H22O11 + H2O -> C6H12O6 + C6H12O6
Phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo đường
Trong môi trường kiềm
Dung dịch đường có tính acid yếu nên tác dụng được với các chất kiềm tạo
thành saccarate. Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng vôi:
Mono và dicanxi saccarate dễ bị phân hủy, trisaccarate khó bị phân hủy. Đặc
tính này của tri saccarate được ứng dụng để lấy đường saccarose ra khỏi mật củ cải.
Điều kiện pH >8 ( môi trường base nhẹ) và bị nung nóng trong thời gian dài,
đường saccarose bị phân hủy tạo thành các hợp chất có màu vàng và nâu.
1.2. Tổng quan về phương pháp sấy
1.2.1.
Bản chất quá trình sấy
6
Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, là quá
trình khuếch tán do sự chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác
do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
1.2.2.
Phân loại quá trình sấy
Người ta phân biệt ra 2 loại:
Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió ... Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế
lớn là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong
mùa mưa .
Sấy nhân tạo: là quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dung dến tác nhân sấy
như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt.Quá trính sấy này nhân, dễ điều khiển
và triệt để hơn sấy tự nhiên.
Và cũng có nhiều cách phân loại:
Dựa vào tác nhân sấy:
-
Sấy bằng không khí hay khói lò.
-
Sấy thăng hoa.
-
Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng.
Dựa vào áp suất làm việc:
-
Sấy chân không.
-
Sấy ở áp suất thường.
Dựa vào phương pháp làm việc:
-
Máy sấy liên tục.
-
Máy sấy gián đoạn.
Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:
-
Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu.
-
Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng
Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay,
sấy tầng sôi, sấy phun…
7
Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi chiều,
ngược chiều, chéo dòng…
1.2.3.
Phương pháp thực hiện
Sử dụng tác nhân sấy và chất tải nhiệt
Cơ chế của quá trình sấy gồm hai giai đoạn: gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm
hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường, Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà
không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc hơi ẩm từ vật liệu sấy và xảy ra
hiện tượng hút ẩm trở lại. Quá trình có thể dẫn tới làm cho vật không những không
được thoát ẩm mà còn làm cho tính chất hóa lý của vật cần sấy thay đổi. Để tải ẩm từ
vật cần sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp
Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt
Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật liệu sấy thải ra ngoài( sấy chân không)
Trong quá trình sấy đối lưu, vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó
đóng vai trò vừa tải nhệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường là không khí nóng, khói
nóng, hỗn hợp không khí nóng và khói hay hơi quá nhiệt.
Dùng khói làm chất tải nhiệt thì hệ thống thiết bị sẽ đơn giản, giá thành thiết bị
thấp hơn so với dùng hơi nước.
Dùng hơi nước làm chất tải nhiệt có ưu điểm là caloriphe hơi-khí cấu tạo gọn
nhẹ, hệ số truyền nhiêt lớn và thường có thể làm cánh ở phía không khí,việc điều chỉnh
nhiệt độ môi chất sấy dễ dàng. Thiết bị không bị bám bẩn do khói, làm việc ở nhiệt độ
tương đối thấp nên tuổi thọ có thể cao hơn so với caloriphe khí-khói. Tuy nhiên, giá
thành đầu tư thiết bị tương đối lớn .
1.2.4.
Phương án thiết kế hệ thống sấy đường.
Đường là vật liệu dạng hạt với đường kính tương đối nhỏ. Với hệ thống sấy
thùng quay, một thiết bị đặc trưng sử dụng cho sấy những vật liệu dạng nhỏ, vật liệu
được xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy. Trong quá trình sấy, hạt được
đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấy nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy
đều hơn. Bên cạnh đó, hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc độc lập liên tục với
năng suất lớn, phù hợp với các yêu cầu sản xuất đường thực tế.
Tác nhân sấy:
8
Tác nhân sấy được chọn là không khí, được đun nóng bởi caloriphe, nhiệt cung
cấp cho không khí trong caloriphe là từ khói lò. Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào
bản chất của đường.
Tốc độ không khí nóng đi trong thùng và vận tốc quay của thùng đảm bảo tránh
vật liệu sấy bị cuốn nhanh ra khỏi thùng và giữ tính ổn định. Để nâng cao hiệu suất sấy
cũng như giảm thời gian sấy, tác nhân sấy được tăng tốc độ bởi hệ thống quạt ly tâm
hay hướng trục.
Thiết bị sấy
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn. Trong
đó có đặt các cánh xáo trộn. Thùng được đặt nghiêng so với mặt phẳng theo tỷ lệ.
Trong quá trình sấy, thùng quay theo trục với vận tốc được ấn định trước. Vật liệu sấy
từ phễu chứa đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân, vật liệu sấy được xáo trộn vừa
đi từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp, tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm
cho nhau. Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy và được lấy ra chuẩn bị cho công
đoạn tiếp theo. Tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi bụi và vật liệu sấy bị cuốn đi sau
đó thải ra môi trường.
Thiết bị sấy được lắm cánh đảo trộn phân chia, thường được sử dụng để sấy các
vật liệu có kích thước nhỏ, dễ chảy. Bộ phận cánh đảo giúp quá trình sấy đều đặn và
mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, bên cạnh đó thiết bị cánh
sấy được thiết kế nhỏ gọn và tự động hóa hoàn toàn.
Quy trình công nghệ
Đường sau khi ly tâm liên tục được vận chuyển vào máy sấy nhờ bộ phận Vis
tải, đường được sấy nhờ tác nhân sấy từ caloriphe thông qua quạt ly tâm hút áp suất
cao.
Vật liệu sấy và tác nhân sấy được sáo trộn và trao đổi nhiệt ẩm trong thùng sau
đó vật liệu sấy được vận chuyển ra ngoài và đi đến công đoạn tiếp theo. Tác nhân sấy
được dẫn vào xyclon để loại bỏ bụi và đường và theo quạt hút ra ngoài.
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH
Vật liệu sấy là đường loại I với các thông số
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: 1= 3%
Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: 2= 1%
Năng suất nhập liệu G1= 1000kg/h
9
2.1. Các thông số tác nhân sấy:
Ta quy ước ký hiệu các đại lượng:
G1,G2: Lượng nhập liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi thiết bị sấy (kg/h)
1, 2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo phần trăm khối lượng
vật liệu ướt.
W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h)
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h)
d0: Hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/ kg kk)
d1: Hàm ẩm của không khí khi đi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kk)
d2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kk)
Các công thức tính toán áp dụng
Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:
pb=exp
[(
17 × t o C
−5,093
233,59+t o C
)
]
[bar]
(CT 2.10-[2])
Sách KTS – Trần Văn Phú
Độ chứa ẩm d
d=0,621
ϕ . pb
P−ϕ . p b
[kg/kgkkk]
(CT 2.15-[3])
Với P: áp suất khí trời. P =1at = 0,981bar
Sách KTS – Trần Văn Phú
Enthapy của không khí ẩm
I =C pk . t + d( r +C pa .t )=1,004. t+d (2500+ 1,842.t ) [kj/kgkk]
(CT 2.18-[3])
Sách KTS – Trần Văn Phú
Trong đó:
Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kgoK
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kgoK
r : ần nhiệt hóa hơi của nước r =2500 kJ/kg
10
Thể tích riêng của không khí ẩm:
v=
287 T
[m3/kgkk] (CT 2.9-[2])
(P−P h) ×(1+0,001d )
Trong đó: P,Ph: áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí,
N/m2.
T: nhiệt độ của không khí,0K
Độ ẩm tương đối
ϕ=
P ×d
%
Pb ×( 0,621+ d)
2.1.1. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Thiết bị sấy giả sử được lắp đặt và vận hành ở tỉnh Đồng Nai, do vậy nhiệt độ
trung bình của không khí khoảng t0= 26oC, độ ẩm tương đối 0= 85%
2.1.2. Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B):
Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 =d0) đến
trạng thái B(d1,t1). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay.
Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy , do tính chất của vật liệu
sấy và quy trình công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải
thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của đường.
Do đó, ta chọn điểm B có t1=70oC, và d1=d0 (kg/kgkk)
2.1.3. Thông số trang thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C):
Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lý
thuyết (I1= I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C(t2, 2).
Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất do tác
nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh
trạng thái C nằm trên đường bảo hòa. Đồng thời, độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C
phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm
trở lại.
Với, Enthalpy:I1=I2 (kj/kgkk)
Đồ thị I-d của không khí ẩm:
Từ đồ thị ta có nhiệt độ điểm sương ts=33oC
11
Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=35oC
Như vậy, áp dụng công thức tính toán và đặc điểm các trạng thái không khí theo
giai đoạn, ta có bảng kết quả các thông số cần thiết trong quá trình sấy lý thuyết:
Đại lượng
Trạng thái không
khí ban đầu(A)
t (oC)
(đơn vị)
d (kg/kgkk)
I (kJ/kgkk)
pb (bar)
v (m3/kgkk)
Trạng thái không khí
vào thiết bị sấy (B)
Trạng thái không khí
ra khỏi thiết bị sấy (C)
26
70
35
0,85
0,0187
73,75
0,0337
0,901
0,093
0,0187
119,19
0,3094
1,033
0,88
0,0328
119,19
0,056
0,949
2.2. Cân bằng vật chất
Phương trình cân bắằng vật châốt
W =G 1−G 2 W =G1 ω1−G 2 ω2
Sách KTS – TVP (5.1)
Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ
W =G 1
ω1−ω2
0,03−0,01
=1000 ×
=20,2( kg/h)
1−ω2
1−0,01
Sách KTS – TVP (5.3)
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
Gk =G1 (1−ω1 )=G2 (1−ω2 )¿>G k =1000(1−0,03)=970 ( kg /h )
Sách KTS – TVP (5.2)
Năng suất của sản phẩm sấy:
G2=G1−W =1000−20,2=979,8 ( kg /h )
2.3. Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết
Người ta gọi thiếốt bị sâốy lý tưởng là thiếốt b ị sâốy th ỏa m ản các điếằu ki ện sau đây:
Nhiệt lượng bổ sung QBS=0
12
Tổn thâốt nhiệt qua các kếốt câốu bao che QBC=0
Tổn thâốt nhiệt do thiếốt bị truyếằn tải QCt=0
Tổn thâốt do vật liệu sâốy mang đi QV=0
Chỉ có tổn thâốt do tác nhân sâốy mang đi
Do khống có nhiệt lượng bổ sung và các loại t ổn thâốt nến nhi ệt l ượng câằn thiếốt đ ể bốốc h ơi ẩm
trong vật liệu sâốy được lâốy ngay chính nhiệt lượng của tác nhân sâốy và sau đó ẩm d ưới d ạng h ơi l ại
quay trở lại tác nhân và mang trả lại cho tác nhân m ột nhi ệt l ượng đúng bắằng thếố, nhi ệt l ượng này
thể hiện dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt v ật lý c ủa h ơi n ước. Vì v ậy ng ười ta xem quá trình sâốy lý
tưởng là quá trình đẳng entanpy. Đây là đ ặc tr ưng c ơ b ản c ủa quá trình sâốy lý thuyếốt.
Giả sử lượng khí vào ra thiếốt bị sâốy là khống đ ổi, kí hi ệu là : L 0 (kg/h)
Theo phương trình cân bắằng vật châốt ta có:
L0 d 1+G1 ω 1=L0 d2 +G 2 ω2
Tính toán và tke ht sâốy -TVP (7.12)
Lượng không khí khô cần thiết
L0=
W
20,2
=
=1432,62(kg /h) (CT 7.13/131-[2])
d 2−d 0 0,0328−0,0187
Tính toán và tke ht sấy -TVP
Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm:
l 0=
L0
1
1
=
=
=70,92 (kgkk/kg ẩm)(CT 7.14/131-[2])
W d 2−d 0 0,0328−0,0187
Tính toán và tke ht sấy -TVP
Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết
(I1=I2)
Q 0=L 0(I 1−I 0 )=L0 (I 2−I 0)=1432,62(119,19-73,75)=65098,25( KJ/h)
Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.15)
Nhiệt lượng tếu hao riếng
q 0=
Q 0 65098,25
=
=3222,68 (kj/kh ẩm)
W
20,2
Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.16)
13
2.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực:
Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thề có nhiệt
lượng bổ sung QBS và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che
QBC, tồn thất nhiệt do thiết bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu sấy
mang đi QV.
Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có
thiết bị chuyển tải, do đó QBS=0, QCT=0.
Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:
Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer:
L(I1-I2)
Nhiệt lượng bổ sung QBS
Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang vào : GCTCCTtCT1
Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W)CV1+WCa]tV1
Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi L(I2-I0)
Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che: QBC
Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang ra : GCTCCTtCT2
Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2tV2.
Với
tV1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: t v1
= to = 26oC
tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
tv2 = t2 – (50C) = 35 – 4 = 31oC , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân
sấy 3-50C.
C v1 = Cv2 = Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị
sấy là như nhau. Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở 2 =1% :
Cv = Cvk(1-2) + Ca.
o
2,kJ/kg K (CT 7.40/141-[1])
Với: Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca=Cn=4,18KJ/kg0K
Cvk=1,45(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật liêu khô.
=> Cv = Cvk(1-2) + Ca. 2= 1,45.(1 - 0,01) + 4,18.0,01=1,4773(kJ/kg.K)
- Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy, ta có:
L(I1-I0)+QBS+ GCTCCTtCT1+ [(G1-W)CV1+WCa]tV1
14
= L(I2-I0) + QBC + GCTCCTtCT2+ G2CV2tV2
Trong đó: G2=G1−W , ta xem C V =C V =C V
- Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:
Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) - QBS +QBC + GCTCCT (tCT2-tCT1)+ G2CV2 (tV2 –tV1) -WCatV1
Đặt QCT= GCTCCT (tCT2-tCT1), QV= G2CV2 (tV2 –tV1)
tương ứng là tổn thất do thiết bị chuyển tải và tổn thất do vật liệu sấy mang đi ta
được:
Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) + QV +QBC - WCatV1
Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.18)
- Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi:
q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1
- Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.19)
2
-
Trong đó q V =
1
QV
1
Q
G C (t −t )
; q V = V = 2 V V 2 V 1 ;l= d −d
W
W
W
2
1
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv = G2Cv(tv2 – tv1) =979,8 . 1,4773.(31 – 26) = 7237,29 (kJ/h)
q v=
Qv 7237,29
=
=358,28 (kJ/kg ẩm)
W
20,2
Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che
Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường Q BC thường chiếm
khoảng 3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi
Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:
Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)]
?
Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, rtv1=2500 kJ/kg
Qhi= 20,2.[2500 + 1,842.(35 – 26)] = 50834,88 (kJ/h)
QBC = 0,03.Qhi= 0,03. 50834,88 =1525,05(kj/h)
QBC 1525,05
=
=75,49 (kj/kg ẩm)
W
20,2
Đặt Δ=C a t V 1−q BC −qV :nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực, là
q BC =
đại lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết.
Quá trình sấy ly thuyết: Δ=0
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
15
Q = L(I2 – Io)¿ 1432,62(119,19-73,75)=65098,25(KJ/h )
q = l(I1 – Io)=70,92(119,19-73,75)=3222,6(KJ/kg ẩm)
Quá trình sấy thực tế: Δ ≠ 0
Δ=C a t V 1−q BC −qV =4,18.26-75,49-358,28=-325,09 (kJ/kg ẩm)
=> Δ <0 ⇒Catv1 < qBC + qv =>
I2 < I1
=> Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I 1(vậy đường sấy
thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)
Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy
I 2=I 1 +
Δ
l
Tuy nhên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:
Độ chứa ẩm của tác nhân sấy
d 2=
C pk (t 1−t 2)+ d o (i1 −Δ)
(i2 −Δ)
(CT 7.31/138–[2])
Trong đó:
i1=2500+1,842.70=2628,94(KJ/kg)
i2=2500+ 1,842.35=2564,47(kJ/kg)
1,004(70−35)+0,0187(2628,94 +325,09)
=0,0315(kg /kgkkk )
2536,842+325,09
d 2=
Enthalpy
I 2 =1 , 004 . t2 +d 2 (2500+1 , 842. t 2 )
¿ 1 ,004 . 35+0 , 0315(2500+1 , 842 .35 )=115, 92( kj/kgkkk)
Độ ẩm tương đối
ϕ 2=
d2. P
0,0315.0,981
=
=0,845
pb (0,621+ d2 ) 0,056.(0,621+ 0,0315)
2
Thể tích riêng
v 2=
287.T 2
287( 35+ 273)
=
=0,947( m3 /kgkkk )
5
5
P−ϕ 2 . pb 0,981.10 −0,845.0,056 .1 0
2
=>Lượng tác nhân khô cần thiết:
16
L=
W
20,2
=
=1578,13(kg /h)
d 2−d1 0,0315−0,0187
Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
l=
L
1
1
=
=
=78,125 (kg/kg ẩm)
W d 2−d 1 0,0315−0,0187
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q= L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv
=1432,62(115,92-73,75)+ 1525,05+ 7237,29 -20,2.4,18.26
=66980(kj/h)
Lượng nhiệt cung cấp:
q=
Q 66980
=
=3315,87 (kJ/kg ẩm)
W 20,2
η=
Qh i 50834,88
=
=0.759=75,9 %
Q 66980
Hiệu suất sấy
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Thể tích, đường kính và chiều dài thùng sấy.
Thiết bị sấy là TB thùng quay:
Dt =
0.0188 V
∗
√ 1−β ω
√
(CTVII.49- [4])
Sổ tay 2
Trong đó: + β : Hệ số chứa, giá trị từ 10%÷ 25%
+ω : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy, ω=2 m/s ÷ 3 m/s
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy (m3 /h)
V 2=L . v 2=1432,62 .0,949=1359,56(m3 /h)
Chọn: hệ số chứa β = 25%, vận tốc ω =2,5m/s
⇒
Dt =
0,0188
1359,56
.
=0,506( m)
2,5
√1−0,25
√
Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[7]), ta chon D t =0,55(m).
17
Sổ tay 2
Tính lại ω:
0.0188 V
.
√ 1−β ω
√
Ta có: D t =
2
⇒ ω=
2
0,018 8 .V 0,018 8 .1359,56
=
=2,11(m/s) .
Dt2 .(1−β ) 0,5 52 .(1−0,25)
Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy
Ta có t1=700C=> ρ1=1,029 (Kg/m3 ) (Tra bảng I.255 trang 318-[5])
Vậy:
V0=L.v0=1432,62.0.901=1290,79(m3/h)
V 1=L . v 1=1432,62.1,033=1479.9(m3 /h)
V 2=L . v 2=1432,62.0,949=1359,56(m3 /h)
Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
V=
V 1 +V 2 1479,9+ 1359,56
=
=1419,7(m3 /h)
2
2
Tiết diện tự do của thùng sấy
D2t
0,5 52
F td =(1−β). F t =(1−0.25) π . =(1−0.25). π .
=0,178(m2 )
4
4
Vận tốc tác nhân sấy:
'
v k=
V 1419,7
=
=7975,8 (m/h)=2,22(m/s)
F 0,178
Sai số so với vận tốc chọn
ε=
v 'k −v k
2,22−2,11
.100 %=
.100 %=4,95 % (<5%)
'
2,22
vk
Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là ω = 2,11 m/s
Chiều dài thùng sấy:
Đối với TB sấy thùng quay, tỷ lệ thông thường:
ta chọn
L
=¿3,5-7,
D
L
=¿6,5
D
18
⇒ Lt =6,5. D t=6,5.0,55=3,58( m).
Vậy ta chọn Lt= 4 (m)
Thể tích thùng sấy:
Ta có: V t =
Π Dt 2
3,14.0,55 2
. Lt =
×4=0,95 (m3)
4
4
(VII.51/121-[6])
3.2. Cường độ bay hơi ẩm:
A=
Ta có:
ƯW
3
= 20,2 =21,26
m
Vt
0,95
(kg ẩm/ h)
(CT VII.50/121-[6])
3.3. Thời gian lưu của vật liệu:
Thời gian lưu mà lật liệu lưu trú trong thùng (thời gian v ật li ệu di hếốt chiếằu dài c ủa thùng):
τ1=
V T β . ρv 0,95.0,25.1587
=
=0,377(h)=22,6 ( p hú t )
G1
1000
Với ρ v=1587kg/m3
Klr CỦA ĐƯỜNG
3.4. Số vòng quay của thùng
m. k . L
,
Ta có: n = τ . D . tgα ,
t
( CTVII.52/122 –[6])
Trong đó :
+ n’: số vòng quay của thùng.
+ L: là chiều dài của thùng.
+ : Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng
dài là 2.5-30, còn thùng ngắn đến 60, với L=4m là tương đối ngắn, chọn =4 0 tg =
0,0699
+ m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, TB lắp cánh đảo
phân chia, chọn m=1
19
+ k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, khí di chuyển cùng
chiều với VLS, nên chọn k = 0,4
+ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút
⇒ n'=
1.0,4 .4
=1,84 (vòng/phút).
22,6.0,55 .0,699
(trang 122-[6])
3.5. Hệ số truyền nhiệt K
Hệ số cấp nhiệt α 1 từ dòng tác nhân sấy đến bên trong thùng sấy.
Thông số của không khí bên trong thùng sấy:
Nhiệt độ trung bình Ttb= 52,5oC ; vân tốcω =2,11m/s; hệ số dẫn nhiệt
k=0,0281W/m.oK; độ nhớt k=0,197.10-4Ns/m2; khối lượng riêng k=1,085 kg/m3; độ
nhớt động học ν k =
μk
= 1,816.10-5 (phụ lục 6- [2])
ρk
Chuẩn số Reynolds:
ℜ¿
ω . D t 2,11.0,55
5
=
=0,64.10
−5
νk
1,816.10
Ta thấy, Re>104, nên dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy, nên có thể bỏ qua sự
truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên. Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành
thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức với L/D<50.
Chuẩn số Nusseelt
Nu = 0,018. ε l .Re0,8, trong đó hệ số hiệu chỉnh ε l=1,135 (bảng V.2-[6]
Vậy Nu= 0,018.1,135.(0,64.105)0,8=142,96
Hệ số cấp nhiệt α 1
α 1=
Nu . λk 142,96.0,0281
=
=7,304
DT
0,55
Hệ số cấp nhiệt α 2 từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh
Thông số không khí bên ngoài thùng sấy:
Nhiệt độ T=26oC???; hệ số dẫn nhiệt k=0,0264W/m.oK; độ nhớt k=0,184.10-4Ns/m2;
khối lượng riêng k=1,181 kg/m3; độ nhớt động học ν k =
μk
= 1,56.10-5 ( phụ lục 6- [2])
ρk
20
- Xem thêm -