CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT bị sấy

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY:
Khi tính tốn nhiệt một hệ thống sấy buồng ta có thể tiến hành theo các bước
sau đây:
- Căn cứ vào yêu cầu công nghệ, chúng ta phải quyết định chế độ sấy. chế
độ sấy được hiểu chủ yếu là nhiệt độ vào của tác nhân sấy và thời gian
sấy.
- Tính khối lượng vật liệu sấy vào ra buồng sấy.
- Tính lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ W (kg ẩm/h).
- Xác định thông số tác nhân sấy trước và sau calorifer.
- Xây dựng quá trình sấy lý thuyết mà nội dung cơ bản của nó là tính
lượng khơng khí khơ cần thiết Lo (kg kk/h).
- Xác định kích thước cơ bản của buồng sấy.
- Tính tất cả các tổn thất nhiệt có thể có.
- Xây dựng q trình sấy thực. Nhiệm vụ chủ yếu của phần này là tính
lượng tác nhân sấy cần thiết L (kg kk/h) và nhiệt lượng Q (kJ/h) mà
calorifer cần cung cấp.
3.1. Chọn chế độ sấy.
Do gỗ là loại vật liệu rất dễ cong vênh, nứt lẻ do đó ngồi nhiệm vụ làm
khơ gỗ thì ta phải chọn chế độ sấy làm sao cho gỗ không được cong vênh, nứt
lẻ. Vì vậy phải địi hỏi một chế độ sấy hết sức nghiêm ngặt với thời gian sấy
khá dài 216h. Dựa vào thực nghiệm ta chọn được chế độ sấy gỗ như sau:
- Giai đoạn (1) tăng nhiệt, phun ẩm:
+ Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 50oC
+ Độ ẩm của gỗ: ω1 = 62%; ω2 = 60%
+ Thời gian sấy: τ = 16h


- Giai đoạn (2) tốc độ sấy không đổi
+ Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 60oC
+ Độ ẩm của gỗ: ω1 = 60%; ω2 = 30%
+ Thời gian sấy: τ = 160 h

- Giai đoạn (3)
+ Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 70oC
+ Độ ẩm của gỗ: ω1 = 30%; ω2 = 10%
+ Thời gian sấy: τ = 110 h
- Giai đoạn (4) xử lý ẩm và xả ẩm: τ = 16 h
3.2. Khối lượng vật liệu sấy ra vào mỗi giai đoạn.
Theo yêu cầu thiết kế năng suất đầu vào của hệ thống sấy lạnh là: 30m3/mẻ.
Ta có khối lượng riêng của gỗ khi đưa vào buồng ρ = 570 kg/m3.
Nếu gọi G1, G2, ω1, ω2 tương ứng là khối lượng và độ ẩm tương đối của vật
liệu sấy đi vào và đi ra khỏi thiết bị sấy thì rõ ràng lượng ẩm đã bốc hơi trong thiết
bị sấy bằng:
W =G1 −G 2

hay

W=G1 . ω 1−G2 . ω 2

hay
Trong đó

ω1

và

ω2

W=

G1 . ω1 −G 2 . ω2
100

được viết theo giá trị thực.

Do khối lượng vật liệu khô tuyệt đối trước và sau q trình sấy khơng đổi và
bằng nhau nên ta có :
Gk =G1(1−ω1 )=G2 (1−ω 2 )
⇒

G 2 =G 1 .

1−ω 1
1−ω 2

;kg


Ta có G11 = 570.30 = 17100 kg
- Giai đoạn (1)
1

G 2 =G 1 .
1

1−ω1
1−ω2

=17100

1−0 ,62
=16245

1−0. 6

- giai đoạn (2)
G12 = G21= 16245 kg
G 2 =G 2 .
2

1

1−ω 1
1−ω 2

=16245

1−0,6
=9283 kg
1−0. 3

- Giai đoạn (3)
G13 = G22 = 9283 kg
G 3 =G 3 .
2

1

1−ω 1
1−ω 2

=9283

1−0,3
=7220 kg
1−0 . 1

3.3. Lượng ẩm cần bốc hơi.
Lượng ẩm cần bốc hơi trong cả quá trình là :
W = G1 - G2(kg)
Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ:
ƯW =

ƯW
τ ; kg/h

Trong đó : τ là thời gian sấy
- Giai đoạn (1)
ƯW 1 =

G 1 −G
1

21

τ

=

17100−16245
=53
16

kg/h

- Giai đoạn (2)
ƯW 2 =

G 2−G
1

τ

22

=

16425−9283
=44 kg/ h
160

kg


- Giai đoạn (3)
ƯW 3 =

G 3−G
1

23

τ

=

9283−7220
=19 kg/ h
110

3.4. Xác định các thơng số ngồi trời.
Do địa điểm khảo sát cũng như để thiết kế hệ thống sấy ở Nam Định nên
thơng số khơng khí ngồi trời ta tra trong bảng. Nhưng để tiện trong q trình tính
tốn ta lấy:
 Nhiệt độ mơi trường trung bình năm to = 250C.
 Độ ẩm tương đối trung bình năm

ϕ 0 =85 %

.

ϕ
Như vậy điểm 0 có cặp thơng số (t0; 0 ) ta dễ dàng xác định được lượng chứa
ẩm do và entanpy Io trên đồ thị I-d. Các thông số này cũng có thể tính theo các
cơng thức giải tích. Khi đó:

 Lượng chứa ẩm d0:
d 0 =0 , 621

Trong đó:

ϕ0

ϕ0 . p b
B−ϕ 0 . p b

: Độ ẩm tương đối ở điểm 0,

ϕ0

= 85%

pb: Phân áp suất bão hòa;
B = 1at = 0,98 bar: Áp suất khí quyển.
Trong đó pb:

{

4026 , 42
;bar
235 , 500+t0

{

4026 , 42
=0 , 0315 bar
235 , 500+25

pb =exp 12−

}

Thay số:

pb =exp 12−

}

Vậy lượng chứa ẩm do
d 0 =0, 621

0 ,85 .0, 0315
=0 ,0174
0 , 98−0 , 85.0 ,0315
kgẩm/kgkk.


 Nhiệt dung riêng dẫn suất:
Cdx ( d 0 )=C pk +C pa . d 0

Trong đó: Cpk, Cpa - tương ứng là nhiệt dung riêng của khơng khí khơ và hơi
nước. Lấy Cpk = 1,004kJ/kgK; Cpa = 1,842 kJ/kgK.
Cdx ( d 0 )=1 , 004+1, 842 .0 ,0174=1 , 036 kJ /kgK

Thay số:

.

 Entanpy I0:
I 0=C pk t 0 +d 0 ( r+C pa t 0 )

Trong đó: r = 2500 KJ/kgKK - nhiệt ẩn hóa hơi của nước
Do đó:

I 0=1 , 004 . 25+0 , 0172 (2500+1, 842 .25 )=69 , 4 kJ /kgkk

3.5. Xác định entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy
 Entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy của từng giai đoạn I 1 có thể
được xác định bằng đồ thị I - d theo cặp thơng số (d1; t1)trong đó d1 = d01, như vậy
ta xác định được điểm 1. Các thơng số cịn lại của điểm 1 ta dễ dàng tìm được như
ϕ1

; I1. Do đây là quá trình đốt nóng được chọn theo thiết kế. Từ đó tìm được I1
hoặc có thể tính bằng giải tích.

I 1 =C pk t 1 +d1 (r +C pa t 1 )
Trong đó t1 đã chọn trước lần lượt bằng 50oC; 60oC; 70 oC
Thay số vào từng giai đoạn ta được
- Giai đoạn (1):
I11=1,004.50 + 0,0174(2500 +1,842.50) = 95,30 kJ/kg.
- Giai đoạn (2):
I12= 1,004.60 + 0,0174(2500 +1,842.60) = 105,66 kJ/kg
- Giai đoạn (3):
I13= 1,004.70 + 0,0174(2500 +1,842.70) = 116,02 kJ/kg
Chọn nhiệt độ tác nhân sấy sau quá trình sấy sao cho bé nhất để giảm tối thiểu tổn
thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải hết sức quan tâm việc chọn t2
sao cho không được đọng sương. Theo kinh nghiệm chọn t2 = 310C; 330C; 350C


3.6. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết
Xác định các thơng số tác nhân sấy sau q trình sấy lý thuyết

φ

Hình 3.1. Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết.
- Trạng thái A là trạng thái khơng khí ngồi trời.
- Trạng thái B là trạng thái đầu của quá trình sấy.
- Trạng thái Co là trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết.
Khi đã chọn được nhiệt độ t2 thì trạng thái tác nhân sấy sau q trình sấy lý
thuyết hồn tồn xác định được nhờ cặp thông số ( t2; I2 = I1 ), trong đó I2 = I1. Khi
ϕ
điểm Co đã được xác định trên đồ thị I-d thì lượng chứa ẩm d 2o và 2 o cũng hoàn
toàn xác định được. Các đại lượng này cũng có thể xác định bằng giải tích:
 Lượng chứa ẩm d2:
d 20=d 1 +

Trong đó:

C dx (d 1 )(t 1−t 2 )
C dx ( d 1 )(t 1−t 2 )
=d 1 +
i2
r +C pa t 2

C dx (d 1 )=C pk +C pa d 1
Vì

d 1 =d 0 ⇒C dx (d 1 )=C dx (d 0 )

r = 2500kJ/kgK ; Cpa = 1,842kJ/kgK


Thay số vào từng giai đoạn
- Giai đoạn (1)

d 1=0 , 0174+
20

1, 036 (50−31)
=0 ,0251
2500+1 , 842. 31
kg ẩm/kg kk

- Giai đoạn (2)
d 2 =0 , 0174+
20

1, 036 (60−33 )
=0 , 0283
2500+1 , 842. 33
kg ẩm/kg kk

- Giai đoạn (3)
d 3 =0 , 0174+
20

1 ,036 (70−35 )
=0 , 0315
2500+1 , 842. 35
kg ẩm/kg kk

Như đã nói ở trên nhiệt độ t2 được chọn theo kinh nghiệm. Do đó, ta tính
để kiểm tra xem tính hợp lý khi chọn t2.
 Độ ẩm tương đối

ϕ2

:
ϕ 20 =

Trong đó:

{

B . d 20
pb 2 ( 0 , 62+d 20 )

pb 2=exp 12−

}

4026 , 42
;bar
235 , 500+t 2

Thay số:
- Giai đoạn (1)
1

{

4026 , 42
=0 , 0446 bar
235 ,500+31

{

4026 , 42
=0 , 05 bar
235 ,500+33

{

4026 , 42
=0 , 0558 bar
235 , 500+35

p b 2 =exp 12−

}

- Giai đoạn (2)
2

p b 2 =exp 12−

}

- Giai đoạn (3)
3

p b2 =exp 12−

}

(4.11)

ϕ2


Thay vào ta tính được độ ẩm tương đối:
- Giai đoạn (1)
1

ϕ 20=

0 , 98 . 0 , 0251
=0 ,85=85 %
0 , 0446(0 ,621+0 , 0251 )

- Giai đoạn (2)
2

ϕ 20 =

0 , 98 . 0 , 0283
=0 , 854=85 %
0 , 05(0 ,621+0 , 0283 )

- Giai đoạn (3)
3

ϕ 20=

0 , 98 . 0 , 0315

=0 , 85=85 %
0 ,0558( 0 ,621+0 , 0315 )

Lượng khơng khí lý thuyết
Ta có lượng ẩm do 1kg khơng khí khơ mang ra trong quá trình sấy là:
Δd =d 2 −d 0 =d 2 −d 1

; kgẩm/kgkk

Như vậy, lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm trong quá trình
sấy là:
l0=

1
1
1
=
=
;
Δd d 2−d 0 d 2−d 1

(kgkk/kgẩm)

Thay số:
- Giai đoạn (1)
l0=

1
=130
0 , 0251−0 , 0174

kgkk/kgẩm

l0 - gọi là lượng tiêu hao khơng khí riêng.
Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng khơng khí khơ là:
L0 =W 1 . l0=68 ,25 . 130=8864 kgkk/h

- Giai đoạn (2)
l0 =

1
=92
0 , 0283−0 , 0174
kg kk/kg ẩm


Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng khơng khí khơ là:
L0 =W 2 . l0=53 . 92=4863 kgkk/h

- Giai đoạn (3)
l0 =

1
=71
0 , 0315−0 , 0174
kg kk/kg ẩm

Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng khơng khí khơ là:
L0 =W 3 . l0 =22. 71=1560 kgkk /h

3.7. Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy

Kích thước của buồng sấy phụ thuộc vào năng suất của buồng sấy và đặc
điểm kích thước của vật liệu sấy.
Năng suất của buồng sấy là 40m3/mẻ, cịn kích thước của gỗ đưa vào sấy có
kích thước như sau:
Do gỗ sấy nhằm mục đích là tấm ván sàn nên kích thước đã được đặt sẵn
với:
- Chiều dài của thanh gỗ có kích thước lgỗ = 2000 mm.
- Chiều dày của thanh gỗ có kích thước là δgỗ = 37 mm.
- Chiều rộng của thanh gỗ có kích thước là rgỗ = 100 mm.
Để cho khả năng vật liệu được chất cao thì ta khơng dùng xe goòng để đưa
gỗ vào mà dùng xe nâng để đưa từng bó gỗ vào chồng lên nhau, như thế sẽ đảm
bảo được vật liệu không bị đổ, năng suất cao chiếm ít diện tích.
Cách bố trí gỗ như hình vẽ: do chiều dài của gỗ 2000mm nên ta bố trí gỗ để
ngang là 2 hàng, với mỗi bó gỗ cao 1000mm và khoảng trống giữa các bó là
100mm để dễ đưa vật liệu ra vào, cách trần 300mm.


hình 3.2. Mặt cắt ngang buồng sấy

Bó gỗ

- Chiều cao của buồng sấy là:
H = H1 + H2 + H3,mm
Trong đó:
- H1 là chiều cao khoảng trống trên để tuần hồn khí và đặt quạt, H1 =
700mm.
- H2 là khoảng cách giữa gỗ và tấm chắn, H2 = 300mm.
- H3 là chiều cao chất gỗ, H3 = 3200mm.
Vậy chiều cao buồng sấy là:
H = 700 + 300 + 3200 = 4200mm.

- Chiều rộng của buồng sấy được tính:
r = 2.r1 + r2 + 2.r3,mm
Trong đó:
- r1 là khoảng cách giữa gỗ và tường, r1 = 250mm;
- r2 là khoảng cách giữa hai bó gỗ, r2 = 100mm;
- r3 là chiều dài của thanh gỗ, r3 = 2000mm;
Vậy chiều rộng của buồng sấy là:
r = 2.250 + 100 + 2000.2 = 4600mm;
- Chiều dài của buồng sấy được tính(L):
Chọn thể tích khơng gian thống để mơi chất tuần hồn là:
Vt = 100m3;


Vậy tổng thể tích khơng gian của buồng sấy là:
Vb = Vt + Vgỗ = 100 + 40 = 140 m3;
Ta lại có:

V b 140
=
=7,2 m
H.L.r = Vb ⇒ L = H . r 4,2. 4,6

3.8. Tính các tổn thất.
Khi tính tổn thất ta tính riêng cho từng giai đoạn.
3.8.1 Giai đoạn 1.
3.8.1.1 Tổn thất qua kết cấu bao che
Tổn thất qua kết cấu bao che là phức tạp nhất, ta chia kết cấu làm 3 phần:
các /bề mặt bao quanh, trần và nền.
 Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa
tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi

măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn
so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do
đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua
nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng
và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy.
Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình TNS là 40,5 0C
nên ta chọn được:
qn=35 W/m2
Với khoảng cách X = 1m do thiết bị sấy trong trường hợp này được bố trí đặt
gần kề với các phân xưởng bên cạnh.
Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.35 =1159,2W
 Tổn thất qua tường bao:
Kết cấu của tường bao: Tường buồng sấy được xây
bằng gạch đỏ dày 0,25m.
Trong đó kết cấu cụ thể như sau :


+ Lớp vữa mặt trong và mặt ngồi có cùng độ dày:
+ Lớp gạch dày :

δ 1=δ 3 =0 , 015 m

tw1

δ 2=0 ,22 m
tw4

Tra bảng ta được:
λ1 =λ 3 =0 , 93
λ2 =

W/mK;

0,77W/mK.
Hình 3.3. Kết cấu tường buồng sấy

Mật độ dòng nhiệt q(W/m2) truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt có
q=KΔt =K (t f 1 −t f 2 )
thể tính bằng một trong các cơng thức sau đây:
=α 1 (t f 1 −t w1 ) =α 2 (t w 4 −t f 2 )
=

( t w1 −t w 4 )
δ1 δ 2 δ 3
+ +
λ1 λ2 λ 3

Trong kỹ thuật sấy thì nhiệt độ bề mặt vách sẽ không biết được, ta chỉ biết
được nhiệt độ dịch thể nóng tf1 (là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy) và nhiệt độ
dịch thể lạnh tf2 (là nhiệt độ không gian bao quanh buồng sấy).
Như vậy là phải đi tìm hệ số truyền nhiệt K tức phải đi tìm hệ số trao đổi nhiệt
α 1 ;α 2

. Việc xác định hai thơng số này chính xác là khá phức tạp vì ta phải tính
vịng lặp cho đến khi kết quả hợp lý mới thơi. Do đó, ta sẽ tính mật độ dịng nhiệt
q(W/m2)
0

0

31 C+50 C
t f 1=
=40 , 50 C
2
Với tf1 là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy:

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí trong buồng với tường là α 1 được
xác định theo tài liệu [2] như sau:
Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K


vận tốc gió tuần hồn ta chọn 2m/s.
Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K
Trao đổi nhiệt từ tường bao đến khơng khí bên ngồi là đối lưu tự nhiên với
t
hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường w2 . Trị số
này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính tốn theo phương
pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép.
Giả thiết

t w2

= 32oC; Δt2 =

t w2

- to = 7oC;

Theo tài liệu [2] ta có α o = 3,2W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φt =
0,975.

Vậy ta được:
α2 = αo. φt = 3,2.0,975 = 3,12 W/m2K
q2 = α2.Δt = 3,125.7 = 21,84 W/m2
Kiểm tra lại giả thiết:
t w2 =t f 1 −q 2

( )

(

Sai số so với giả thiết là 0,99% như vậy giả thiết
α 2=3 , 12

)

1 δ
1
0 ,22 2. 0 , 015
+ =40 ,5−21 , 84
+
+
=32 , 1o C
α1 λ
14 ,51 0 , 77 0 , 93

t w2

= 32oC là đúng.

W/m2K

Từ đó ta tính được:
kt=

1
=1 ,41
1
0 . 22 2 .0 ,015 1
+
+
+
14 , 51 0 , 77 0 , 93 3 ,12
W/m2K

Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là:
Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W
Ft chính là diện tích tường bao,
vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2.
Qt = 99,12.1,41.(40,5 – 25) = 2166,27 W
- Tổn thất qua trần buồng là:


k tr =

1
1 δ 1
+ +
α 1 tr λ α 2 tr

α 2tr =α 2 . 1,3=3 , 12.1,3=4 , 056

Trong đó:

W/m2K

Vậy ta có:
k tr =

1
1
0 , 22 2 .0 , 015
1
+
+
+
14 , 51 0 , 77 0 , 93 4, 056 = 1,58 W/m2K

Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là:
Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,58.7,2.4,6(40,5 - 25) = 811,1 W
Vậy tổng tổn thất ra môi trường là:
Qbc1 = Qn + Qt + Qtr
= 1159,2 + 2166,27 + 811,1 = 4136,56W = 14891,652 kJ/h.
qbc1 =

Q bc 14891 ,652
=
=218 , 2
W 1 68 , 25

kJ/kgẩm

3.7.1.2. Tổn thất do vật liệu mang đi.
Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu
sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác
nhân sấy. Vì giai đoạn (1) vật liệu sấy vào có nhiệt độ thấp bằng nhiệt độ tác nhân
sấy ra môi trường (t2) của giai đoạn (1) nên nhiệt độ ra của giai đoạn (1) chúng ta
lấy nhỏ hơn nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy khoảng (4 oC÷5oC). Như vậy
chúng ta có:
tv11 = t2 = 31oC
tv21 =

{

}

31+50
−5=35 , 5o C
2

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tra bảng trong [1] ta được
Cv1 = 2,72 (gỗ khi đưa vào với độ ẩm 62%)
Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức:
Qv1 = G21.Cv1(tv2 – tv1) = 20748.2,72.(35,5 – 31) = 253955,52 kJ


q 1=
v

Qv
W1

=

253955 , 52
=3720 , 96
68 , 25

kJ/kgẩm

3.8.2. Giai đoạn (2)
3.8.2.1. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che
 Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa
tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi
măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn
so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do
đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua
nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng
và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy.
Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình tác nhân sấy là
46,50C nên ta chọn được:
qn= 40W/m2
Với khoảng cách X = 1m do thiết bị sấy trong trường hợp này ta bố trí đặt gần
kề với các phân xưởng bên cạnh.
Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.40 =1324,8W

 Tổn thất qua tường bao:
0

0

33 C+60 C
t f 1=
=46 ,5 0 C
2
Với tf1 là nhiệt độ trung bình của TNS:

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí trong buồng với tường là α 1 được
xác định theo tài liệu [2] như sau:
Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K
vận tốc gió tuần hồn ta chọn 2m/s.
Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K
Trao đổi nhiệt từ tường bao đến khơng khí bên ngồi là đối lưu tự nhiên với
t
hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường w2 . Trị số
này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính tốn theo phương
pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép.


Giả thiết

t w2

= 34oC; Δt2 =

t w2

- to = 9oC;

Theo tài liệu [2] ta có α o = 3,4W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φ t =
0,975.

Vậy ta được:
α2 = αo. φt = 3,4.0,975 = 3,315 W/m2K
q2 = α2.Δt = 3,315.9 = 29,835 W/m2
Kiểm tra lại giả thiết:
t w2 =t f 1 −q 2

( )

(

)

1 δ
1
0 , 22 2 . 0 , 015
o
+ =46 , 5−29 , 835
+
+
=35 C
α1 λ
14 ,51 0 , 77 0 , 93

Sai số so với giả thiết là 0,97% như vậy giả thiết
α 2=3 , 315

t w2

= 34oC là đúng.

W/m2K

Từ đó ta tính được:
kt=

1
=1 , 452
1
0 . 22 2 .0 ,015
1
+
+
+
14 , 51 0 , 77 0 , 93 3 ,315
W/m2K

Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là:
Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W
Ft chính là diện tích tường bao,
vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2.
Qt = 99,12.1,452.(46,5 – 25) = 3094,33 W
- Tổn thất qua trần buồng là:
k tr =

Trong đó:
Vậy ta có:

1
1 δ 1
+ +

α 1 tr λ α 2 tr

α 2tr =α 2 . 1,3=3 , 315 .1,3=4 ,3095

W/m2K


k tr =

1
1
0 , 22 2.0 , 015
1
+
+
+
14 , 51 0 , 77 0 , 93 4 , 3095 = 1,616 W/m2K

Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là:
Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,616.7,2.4,6(46,5 - 25) = 1150,72 W
Vậy tổng tổn thất ra môi trường là:
Qbc2 = Qn + Qt + Qtr
= 1324,8 + 3094,33 + 1150,72 = 5569,85W = 20051,46 kJ/h.
Q bc 20156 , 46
=
=380
2
W
53
qbc =

kJ/kgẩm

3.8.2.2. Tổn thất do vật liệu mang đi.
Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu
sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác
nhân sấy.
tv12 = tv21 = 35,5oC
33+60
=46 ,5 C
{
2 }
=
o

tv22

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tính
Cv = Ck + (Ca – Ck)ω
Trong đó, Ck, Ca và ω tương ứng với nhiệt dung riêng của vật liệu khô, nhiệt
dung riêng của nước và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy. Nội suy từ giai đoạn 1 ta
được Ck = 0,3379 kJ/kgK,
V ậy Cv2 = 0,3379 + (4,186 – 0,3379).0,3 = 1,49 kJ/kgK
Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức:
Qv2 = G22.Cv(tv2 – tv1) = 11856.1,49.(46,5 – 35,5) = 194319,84 kJ
q 2=
v

Qv

194319 , 84

=
=3666 , 4
W 2 53

kJ/kgẩm

3.8.3. Giai đoạn (3)
3.8.3.1. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che


 Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa
tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi
măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn
so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do
đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua
nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng
và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy.
Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình TNS là 52,5 0C
nên ta chọn được:
qn= 45W/m2
Với khoảng cách X = 1m do TBS trong trường hợp này ta bố trí đặt gần kề
với các phân xưởng bên cạnh.
Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.45 =1490,4W

 Tổn thất qua tường bao:
0

0

35 C+70 C

t f 1=
=52 ,5 0 C
2
Với tf1 là nhiệt độ trung bình của TNS:

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí trong buồng với tường là α 1 được
xác định theo tài liệu [2] như sau:
Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K
vận tốc gió tuần hồn ta chọn 2m/s.
Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K
Trao đổi nhiệt từ tường bao đến khơng khí bên ngồi là đối lưu tự nhiên với
t
hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường w2 . Trị số
này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính tốn theo phương
pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép.
Giả thiết

t w2

= 36oC; Δt2 =

t w2

- to = 11oC;

Theo tài liệu [2] ta có α o = 3,9W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φt =
0,975.
Vậy ta được:
α2 = αo. φt = 3,9.0,975 = 3,8025 W/m2K

q2 = α2.Δt = 3,8025.11 = 41,83 W/m2
Kiểm tra lại giả thiết:
t w2 =t f 1 −q 2

( )

(

)

1 δ
1
0 , 22 2. 0 , 015
o
+ =52 , 5−41 ,83
+
+
=36 , 5 C
α1 λ
14 , 51 0 ,77
0 ,93

Sai số so với giả thiết là 0,99% như vậy giả thiết
α 2=3 , 8025

t w2

= 36oC là đúng.

W/m2K

Từ đó ta tính được:
kt=

1
=1 , 539
1
0 . 22 2 .0 ,015
1
+
+
+
14 , 51 0 , 77 0 , 93 3 ,8025
W/m2K

Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là:
Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W
Ft chính là diện tích tường bao,
vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2.
Qt = 99,12.1,539.(52,5 – 25) = 4195W
- Tổn thất qua trần buồng là:
k tr =

Trong đó:

1
1 δ 1
+ +
α 1 tr λ α 2 tr

α 2tr =α 2 . 1,3=3 , 8025 .1,3=4 , 94

W/m2K

Vậy ta có:
k tr =

1
1
0 , 22 2 .0 , 015 1
+
+
+
14 , 51 0 , 77 0 , 93 4 , 94 = 1,697 W/m2K

Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là:
Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,697.7,2.4,6(52,5 - 25) = 1545,63 W
Vậy tổng tổn thất ra môi trường là:
Qbc3 = Qn + Qt + Qtr


= 1490,4 + 4195 + 1545,63 = 7231,03W = 26031,708 kJ/h.
qbc3 =

Q bc 25985 , 6
=
=1183 ,26
W 3 22

kJ/kgẩm

3.8.3.2. Tổn thất do vật liệu mang đi.
Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu
sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác
nhân sấy.
tv13 = tv22 = 46,5oC
35+ 70
=52 ,5 C
{
2 }
=
o

tv23

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tính
Cv = Ck + (Ca – Ck)ω
Trong đó, Ck, Ca và ω tương ứng với nhiệt dung riêng của vật liệu khô, nhiệt
dung riêng của nước và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy. Nội suy từ giai đoạn 1 ta
được Ck = 0,3379 kJ/kgK,
V ậy Cv3 = 0,3379 + (4,186 – 0,3379).0,1 = 0,72
Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức:
Qv3 = G23.Cv(tv2 – tv1) = 9221.0,72.(52,5 – 46,5) = 39834,72 kJ
q 3=
v

Q v 39834 ,72
=
=1810

W 3 22

kJ/kgẩm

 Xác định độ chênh lệch giữa nhiệt lượng đưa vào và tổn thất Δ.
- Giai đoạn (1):
Δ 1=C a . t v 1 −q bc −q v=4 , 186 .25−

218,2– 3720,96 = - 3834,51kJ/kg ẩm

- Giai đoạn (2):
Δ 2=C a . t v1 −q bc −q v=4 , 186 .35 , 5−

378,33 – 3666,6 = - 3896,327 kJ/kg ẩm

- Giai đoạn (3):
Δ 3=C a . t v1 −q bc −q v=4 , 186 . 46 , 5−

1183,26 – 1810 = - 2798,61kJ/kg ẩm


3.9. Xác định các thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy thực.
Một thiết bị sấy thực tế bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, có thể bị ảnh hưởng
do tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che hoặc bị xâm nhập nhiệt từ môi
trường bên ngồi vào thiết bị sấy; hoặc có nhiệt bổ sung và tổn thất nhiệt do tác
nhân sấy mang đi…do chế độ sấy nóng yêu cầu nên nhiệt độ sấy ở đây vẫn cao
hơn mơi trường do đó vẫn tồn tại những tổn thất ra ngồi mơi trường, do vật liệu
sấy mang đi, do tác nhân sấy mang đi trong khi khơng có nhiệt bổ sung.
Khi đã biết giá trị Δ bằng cách xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d
chúng ta hồn tồn có thể xác định được các thông số cần thiết của trạng thái tác

nhân sấy sau q trình sấy thực. Các thơng số này cũng có thể xác định bằng giải
tích.
 Xác định lượng chứa ẩm d2.
Giai đoạn (1):
C dx (d o )(t 1 −t 2 )
2
r+C pa . t 2− Δ
1 , 036 .(50−31 )
¿ 0 , 0174+
=0 , 02048 kgam/kgkk
2500+1 , 842. 31+3834 , 51
d 1 =d o +

Giai đoạn (2):
C dx ( d o )(t 1 −t 2 )
2
r+C pa . t 2− Δ
1 , 036 .(60−33 )
¿ 0 , 0174+
=0 , 02173 kgam/kgkk
2500+1 , 842. 33+3896 , 327
d 2 =d o +

Giai đoạn (3):


C dx ( d o )(t 1 −t 2 )
2
r+C pa .t 2 −Δ
1 , 0353 .(70−35 )

¿ 0 , 0174+
=0 , 02416 kgam/kgkk
2500+1 , 842. 35+2798 , 61
d 3 =d o +

 Xác định entanpy I2.
Entanpy của tác nhân sấy có thể xác định theo cơng thức:
- Giai đoạn (1):
I 1=C pk .t 2 +d 2 i 2
2

¿ 1 ,004 . 31+0 . 02048.(2500+1, 842 .31 )=83 , 49 kJ /kgkk

- Giai đoạn (2):
I 2 =C pk .t 2 +d 2 i2
2

¿ 1 ,004 . 33+0 . 02173 .(2500+1 ,842 .33 )=88 ,78 kJ /kgkk

- Giai đoạn (3):
I 3 =C pk . t 2 +d 2 i2
2

¿1 ,004 . 35+0 , 02416 .(2500+1 , 842. 35)=97 , 1 kJ /kgkk

 Xác định độ ẩm tương đối φ2.
Độ ẩm được xác định theo công thức:
- Giai đoạn (1):
B .d 2

0 , 98. 0 , 02048
2
pb 2 (0 , 621+d 2 ) 0 , 0446.(0 ,621+0 , 02048 )
ϕ 1 =0,7=70 %
ϕ 1=

=

2

- Giai đoạn (2):
B . d2

0 , 98. 0 , 02173
2
pb 2 (0 ,621+d 2 ) 0 , 05( 0 , 621+ 0 , 02173)
ϕ 2 =0 , 67=67 %
ϕ 2=

=

2

- Giai đoạn (3):
B . d2

0 , 98 .0 , 02416
2
pb 2 (0 ,621+ d2 ) 0 , 0558.( 0 ,621+0 , 02416 )
ϕ 3 =0 ,66=66 %

ϕ 3=
2

=


 Xác định lượng khơng khí khơ thực tế.
Lượng khơng khí khơ thực tế cần thiết để bốc hơi một kg ẩm l và lượng khơng
khí khơ thực tế cần thiết trong một giờ L được xác định theo công thức:
- Giai đoạn (1):
l1=

1
1
=
=324 , 67
d 1−d 0 0 , 02048−0 , 0174
2

kg kk/kg ẩm

L1 = l1. W1 = 324,67.68,25 = 22.159 kg kk/h
- Giai đoạn (2):
l 2=

1
1
=
=230 , 95
d 2−d 0 0 , 02173−0 , 0174

2

kg kk/kg ẩm

L2 = l2. W2 = 230,95.53 = 12.240kg kk/h
- Giai đoạn (1):
l3=

1
1
=
=147 , 93
d 3 −d 0 0 , 02416−0 , 0174
2

kg kk/kg ẩm

L3 = l3. W3 = 147,93.22 = 325.4kg kk/h
3.10. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy.
 Tổng nhiệt tiêu hao: Tổng nhiệt lượng tiêu hao các vùng được tính theo cơng
thức:
q = l(I1 – Io)
Giai đoạn (1):
q = 324,67.(95,3 – 69,4) = 8408,953 kJ/kg ẩm
Giai đoạn (2):
q = 230,95.(105,66 – 69,4) = 8374,247 kJ/kg ẩm
Giai đoạn (3):
q = 147,93.(116,024 – 69,4) = 6897,088 kJ/kg ẩm
 Nhiệt có ích.
q1= i2 – Catv1

Q1 = W.q1


Giai đoạn (1):
q11 = 2500 + 1,842.31 – 4,186.25 = 2452,4 kJ/kg ẩm
Q11 = W1.q1 = 68,25.2452,4 = 167379,85 kJ/h
Giai đoạn (2):
q12 = 2500 + 1,842.33 – 4,186.35,5 = 2412,2 kJ/kg ẩm
Q12 = W2.q1 = 53.2412,2 = 127846 kJ/h
Giai đoạn (3):
q13 = 2500 + 1,842.35– 4,186.46,5 = 2369,82 kJ/kg ẩm
Q13 = W3.q1 = 22.2369,82 = 52136 kJ/h
 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi.
Q2 = L.Cpk(t2 – to)
Q2
q2 = W

Thay các giá trị đã biết cho từng giai đoạn sấy ta được:
Giai đoạn (1):
Q21 = 22159.1,004(31 – 25) = 133485,816 kJ/h
133485 ,816
=1955, 836
1
68
,25
q2 =
kJ/kg ẩm

Giai đoạn (2):
Q22 = 12240.1,004(33 – 25) = 98311,68 kJ/h

98311 ,68
=1854 ,937
2
53
q2 =
kJ/kg ẩm

Giai đoạn (3):
Q23 = 3254.1,004(35 – 25) = 32670,16 kJ/h
32670 ,16
=1485
q23 = 22
kJ/kg ẩm


 Tổng nhiệt lượng tính tốn q’: Tổng lượng nhiệt này bằng tổng nhiệt lượng
tổn thất qua kết cấu bao che, tổn thất do vật liệu sấy mang đi, do tác nhân
sấy mang đi và nhiệt lượng có ích:
q’= qbc + qv + q2 + q1
Giai đoạn (1):
q’= 220 + 3720,96 + 1943,2 + 2452,4 = 8336,56 kJ/kg ẩm
Giai đoạn (2):
q’= 380 + 3666,4 + 1867,9 + 2412,2 = 8326,5 kJ/kg ẩm
Giai đoạn (3):
q’= 1181 + 1810 + 1612 + 2369,82= 6972,82 kJ/kg ẩm
 Cân bằng nhiệt.
Về nguyên tắc trong mỗi giai đoạn sấy chúng ta phải có tổng nhiệt lượng
tiêu hao để đưa khơng khí từ nhiệt độ mơi trường lên nhiệt độ t 1. Do đó q’ phải
bằng q. Nhưng do nhiều lý do, chẳng hạn do tra đồ thị hay dùng các cơng thức giải
t ích gần đúng, hơn nữa trong tính tốn chúng ta đã làm trịn nên bao giờ giữa q và

q’ cũng có những sai số nhất định. Trong tính tốn nhiệt thiết bị sấy nếu sai số
tương đối ε = abs(q-q’)/q ≤ 10% là cho phép.Có thể thấy mọi tính tốn của chúng
ta cho 3 giai đoạn sấy thoả mãn điều kiện này. Dưới đây là bảng liệt kê mọi tính
tốn trong bảng cân bằng nhiệt cho từng giai đoạn.
T.
T

Đại lượng

kJ/h

kJ/kg ẩm

%

Giai đoạn (1)
1.

Tổn thất qua kết cấu qbc1

14.891,652

218,2

3

2.

Tổn thất do VLS qv1

253.955,52

3.720,96

44

3.

Tổn thất do TNS q21

133.485,816

1.955,836

23

4.

Nhiệt lượng có ích q11

167.379,85

2.452,4

30

5.

Tổng nhiệt lượng tính tốn

569.709,77

8.347,396

100

6.

Tổng nhiệt lượng tiêu hao

573.904,22

8.408,953

100