Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản - Chương 2 pot

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

52
Chơng 2.

thiết bị sấy đối lu

2.1 Khái niệm
Phơng pháp sấy đối lu là phơng pháp đợc dùng khá phổ biến trong sản xuất, sử
dụng tác nhân sấy là khí nóng vừa làm nhiệm vụ truyền nhiệt và lấy ẩm ra khỏi vật liệu sấy.
Nh phần phân loại thiết bị sấy ở chơng trớc, tác nhân sấy có thể có nhiều dạng khác nhau
phụ thuộc vào kiểu máy sấy.
Nguyên tắc cấu tạo:
Thiết bị sấy đối lu có cấu tạo khác nhau theo tính chất, kết cấu, hình dạng và kích
thớc của vật liệu ẩm khi đa vào sấy. Những năm gần đây sử dụng rộng ri sấy đối lu nhờ
sản phẩm cháy của nhiên liệu hoặc hỗn hợp với không khí ở nhiệt độ cao. Quá trình sấy này có
cờng độ khá mạnh. Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo các loại sấy đối lu cho ở bảng dới.
I - Thiết bị sấy vật rời, hạt lớp chặt và lớp rời.
A - Sản phẩm rời (mảnh), sấy theo lớp.

Tunen

Băng chuyền

Goòng di chuyển

Băng
tải

Buồng

Tủ sấy

Goòng cố định

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản

53
B - H¹t rêi.
a/ SÊy theo líp.

Qu©n cê

Khe chíp

Qu©n cê

cã khe

chíp quay
b/ SÊy líp t¬i

Trèng

Trôc cuèn

Thanh

Rung, gia tèc nhá

§Üa chång

Vßng

Buång

R«to

Tuèc bin

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

54
II - Thiết bị sấy vật liệu rời.
1 - Sấy tầng sôi. 2 - Sấy khí động

Một buồng

Nhiều buồng

Khối


Lớp rung

Khối rung

Hỗn hợp
-
ly
tâm có ống hơi
H
ỗn hợp

Khối khí động

Xyclôn

ố
ng khí
động

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản

55
III - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu nho. IV - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu láng

Líp s«i

Líp rung

Líp rung khÝ ®éng

Trôc

SÊy phun

Phun ®Üa ly t©m

Vßi phun h¬i

Líp rung

Líp s«i

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

56
Các ký hiệu:
Vật liệu:
Tác nhân sấy:

Hớng quay của
phần tử cơ cấu

Sàng phân phối khí:

Quán trính vật liệu:

2.2. Lý thuyết tính toán
Tính toán thiết bị sấy, thờng bắt đầu tính toán buông sấy, gồm các giai đoạn chính
sau: Tính lợng ẩm bốc hơi, thiết lập phơng trình cân bằng và xác định chi phí không khí, xác

định kích thớc chính của buồng sấy, tính toán nhiệt buông sấy.
(Hình 2.1) Đây là sơ đồ tính toán sấy bằng không khí kiểu tunen, có calorife riêng và
quạt đặt trớc nó.

Hình 2.1. Sơ đồ sấy bằng không khí kiểu tu nen
Kcal/Kg

g
/Kg

Vật liệu

Kcal/Kg

g/Kg

g/Kg

Không khí

I
Không khí

Vật li
ệu

Không khí

Kcal
/Kg

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

57
Thông số của không khí bên ngoài: nhiệt độ t
0
, độ ẩm
0
, hàm lợng ẩm độ, entanpy I
0

đơc hâm nóng khi quạt thổi vào calorifer và khí ra với các thông số t
1
,
1
, d
1
, I
1
đợc đa trực
tiếp vào buống sấy. Trong quá trình sấy, những thông số của không khí sẽ thay đổi và có giá trị
t
2
,
2
, d
2
, I
2
và thoát ra khỏi buồng sấy.
Trạng thái vật liệu trớc khi sấy đặc trng bởi w
1
(độ ẩm ban đầu theo % đối với khối

lợng chung) và t
1
(nhiệt độ), sau khi sấy là w
2
và t
2
.
Sự thay đổi thông số chính của không khí và tính chất của vật liệu trớc và sau khi sấy
chỉ trên sơ đồ dạng đồ thị khi sấy lúa mì.
2.2.1. Tính lợng ẩm bốc hơi.
Phù hợp với định luật bảo toàn chất, khối lợng vật liệu đa vào máy sấy phải bằng
khối lợng vật liệu ra khỏi máy cộng với khối lợng ẩm bốc hơi.
g
1
= g
2
+ U (2.1)
Trong đó: g
1
, g
2
- khối lợng vật liệu ẩm đa vào buồng sấy và đa ra khỏi buồng sấy (kg/h).
u khối lợng ẩm bốc hơi (kg/h).
Khối lợng vật liệu gồm khối lợng chất khô tuyệt đối g
K
và khối lợng ẩm (nớc)
chứa trong vật liệu.
Trong quá trình sấy g
K
= const, ta có thể viết

1
1 1
1
1
100
1
100
K
K
w
g g g
g
g
w
= +
=

(2.2)

2
2 2
2
2
100
1
100
K
K
w

g g g
g
g
w
= +
=

(2.3)
Ta có tỷ số

1 2
2 1
100
100
g w
g w

=

(2.4)
Suy ra

2
2 1
1
100
100
w
g g
w

=

(2.5)
Từ phơng trình cơ bản (2.1) và tơng quan (2.4), có thể nhận đợc tơng quan thờng
dùng trong tính toán thiết bị sấy.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

58

( )
( )
2 1 1 2
1 1 2 2
1 2 1 2
2 2 1 1
100
1 1 2.6
100 100
100
1 1 2.7
100 100
g w w w
U
g g w w
g w w wU
g g w w

= = =

= = =


Trong đó:

1
U
g
- khối lợng ẩm bốc hơi qua 1 kg vật liêu khô (kg/kg).

2
U
g
- khối lợng ẩm bốc hơi qua 1 kg vật liệu sau sấy (kg/kg).
Ta có:
( )
1 2 1 2
1 2
2 1
2.8
100 100
w w w w
U 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 lợng

vật liệu khô, có thể xác định đợc khối lợng vật liệu sau khi sấy (hoặc ngợc lại) và lợng ẩm
bốc hơi.
2.2.2. Cân bằng ẩm và chi phí không khí trong buông sấy.
Trong quá trình sấy khối lợng ẩm trong hỗn hợp không khí tăng, khối lợng khô của
không khí không đổi. (Thực tế có thay đổi một chút, do ro rỉ ). Trong quá trình sấy khối
lợng không khí khô L (kg/kg) có thể coi là không đổi.
Phơng trình cân bằng ẩm đối với buồng sấy, biểu diễn sự cân bằng giữa ẩm đa vào
của vật liệu và trong tác nhân sấy trớc khi sấy và ẩm đa 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 d
L L

+ = +
(2.9)
Trong đó:
1 1
100
g w

- khối lợng ẩm đa vào buông sấy cùng với vật liệu (kg/h).

2 2
100
g w

- khối lợng ẩm tách khỏi vật liệu (kg/h).

1
100
L d

- Khối lợng ẩm trong không khí vào buông sấy (kg/h) (dg/kgkk,
100
d
kg/kgkk).

2
100
L d

- Khối lợng ẩm tách không khí (kg/h)
Từ phơng trình trên ta viết.


1 1 2 2 2 1
100 100 1000
g w g w d d
L

=

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

59
Hiệu số:
1 1 2 2

100 100
g w g w


- tổn thất ẩm của vật liệu sau khi sấy, hoặc lợng ẩm bốc hơi
trong 1 giờ u (kg/h).
Từ đó ta có:

2 1
1000
d d
u L

=

Khối lợng không khí khô.

2 1
1000
L u
d d
=



L
l
u
=
Chi phí không khí cho 1 kg nớc bốc hơi (kg/kg) trong ẩm bốc hơi.

2 1
1000
l
d d
=

(2.11)
Không khí đi qua calorife, d = const, nghĩa là d
1
= d
0
, ta viết.

2 0
1000
l
d d
=

(2.11

)
Đây là phơng 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 d
0
. Hàm lợng ẩm bên ngoài vào mùa hè cao hơn mùa
đông, do đó thờng tính quạt theo điều kiện mùa hè.

Tính toán quạt theo thể tích không khí di chuyển. biết chi phí không khí theo khối
lợng không khí khô L, có thể xác định chi phi không khi theo thể tích V (m
3
ẩm/h).
V = L

V
0

ở đây: V
0
- Thể tích không khí ẩm, xác định theo phơng trình trạng thái V
0
= V
c
(thể
tích riêng của không khí khô).
Thay giá trị
2
2
2
2
2
622
h
h
P
d
B P

=

vào phơng trình (2.11

); chú ý rằng d
0


0 vì giá trị của
nó bằng 5
ữ
10 g/kg quá nhỏ so với d
2
; ta có

(
)
2
2 2
2
2 0 2 2
1000
1000
1,6 1
622
h
h h
B P

B
l
d d P P




= = =





Qua phơng trình này cho thấy; chi phí không khí
l
giảm: khi tăng
2
(2.13) nghĩa là
tăng mức độ bo hoà của không khí ra khỏi buồng sấy; tăng P
h2
, nghĩa là t
2
- 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 đa vào buồng sấy và lợng nhiệt thoát ra khỏi buồng sấy. Để đơn

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

60
giản tính toán, ta coi quá trình sấy không tổn thất nhiệt và bổ xung nhiệt. Ngời 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 đ làm việc. Ta không tính nhiệt cần hâm nóng cơ cấu vận chuyển, tổn thất vào môi
trờng, nhiệt hâm nóng vật liệu, khi đó:
t
1
= t
2
(t
1
, t
2
nhiệt độ trớc và sau khi sấy của vật liệu). Cân bằng nhiệt buồng sấy.

2 1 1 1 2 2 2 2
L I g c t L I g c t
+ = +
(2.14)
Trong đó: I
1
, I
2
- Entanpi của không khí trớc và sau khi ra khỏi buồng sấy (kJ/kgkk) từ
đó cho thấy, lợng nhiệt (KJ/h hoặc watt) đa vào buồng sấy với không khí (LI
1

) và vật liệu
(g
1
c
1
t
1
) bằng lợng nhiệt ra khỏi buồng sấy với không khí(LI
2
) và vật liệu (g
2
c
2
t
2
).
Vì g
1
= g
2
+ U, nhiệt dung riêng của nớc C
1
= 1kcal/kg
0
C ta có thể viết.

1 1 1 2 2 1 1
g c t g c t U t
= +
(2.15)

Trong hệ SI, C
n
= 4,19 kJ/kg
0
K và khi đó
1 1 1 2 2 1 1
4,19
g c t g c t U t
= +
hoặc dạng
chung
1 1 1 2 2 2 1
n
g c t g c t U C t
= +
(2.15) vào phơng trình cân bằng ta có:

1 1 1 1 1 2 2 2 2
n
L I g c t U C t L I g c t
+ + = +

Khi sấy không có tổn thất t
1
= t
2
do đó

1 1 2
n

L I U C t L I
+ =
(2.16)
Entapy của không khí ra khỏi buồng sấy

1
2 1
n
U C t
I I
L

= + (2.17)
Cân bằng nhiệt của quá trình đốt nóng không khí trong calorife

0 1
k
L I Q L I
+ =
(2.18)
Trong đó: I
0
- Entanpy của không khí và calorife (kJ/kg).
Q
k
- Nhiệt truyền vào không khí trong calorife (kJ/h hoặc W)
Từ đấy có thể xác định đợc Q
t
đối với sấy lý thuyết và sấy thực.

(
)
1 0
k
Q L I I
= (2.19)
Chia hai vế cho U và ký hiệu
t
t
Q
q
U
=
ta có

(
)
1 0
k
q l I I
= (2.19

)
Thay giá trị (2.18) LI
1
vào (2.16) ta có

0 1 2
k n
L I Q U c t L I

+ + =

Từ đó nhận đợc biểu thức khác đối với chi phí nhiệt trong calorife khi sấy lý thuyết.

(
)
2 0 2
t n
Q L I I U c t
=
(2.20)
hoặc
(
)
2 0 1
t n
q l I I c t
=
(2.21)
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

61
Để thấy rõ kết cấu cân bằng nhiệt khi sấy không có tổn thất, thay giá trị I
2
, I
0
từ công
thức dới vào (2.21).

1000

k a
d
I c t I
= +

ở đây I = r + 0,44t 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(d
2
- d
0
) l = 1. Ta có phơng trình cuối cùng

(
)
( )
(
)
2 2 0
1 2 0 0
0,001
k a n k a a
q I c t l c t t l d I I

= + +

(2.22)
hoặc

k bh
q 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 (q
bh
), một phần của nó không tránh khỏi mất vào không khí thoát ra khỏi buồng sấy (q
yx
).
b) Sấy thực.
Sấy thực là sấy có tính tới tổn thất: hâm nóng vật liệu q
vl
, cơ cấu vận chuyển q
vc
, tổn
thất vào môi trờng q
mt
. Ngoài ra không khí còn nhận đợc nhiệt từ bề mặt đốt nóng trong
buồng sấy một lợng phụ thêm q
ft
.
Phơng trình cân bằng nhiệt trong sấy thực có dạng:
q
k
+ q
ft
= q
bh

+ q
yx
+ q
tt

Tổng tổn thất nhiệt:

q
tt
= q
vl
+ q
vc
+ q
mt

Lợng nhiệt chung đa vào buống sấy:
q = q
k
+ q
ft

Tổn thất nhiệt hâm nóng vật liệu ra khỏi buồng sấy có dạng:

( )
2
2 2 1
vl vl
g
q c t t

U
=

Trong đó:
2
g
U
- Khối lợng vật liệu ra khỏi buồng sấy, tính cho 1kg ẩm bốc hơi có
thể tính theo giá trị đ cho w
1
, w
2


2 1
1 2
100 w
w w
g
U

=


Nhiệt dung riêng của vật đ sấy:

(
)
2 2
2

w 100 w
100
n k
vl
c c
C
+
=

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

62
Để xác định t
2
cần tìm sự phụ thuộc hàm số giữa nhiệt độ t và hàm lợng ẩm của vật
liệu u trong quá trình sấy; xác định bởi độ lớn
du
dt
b = . Tỷ số
du
dt
đặc trng cho sự thay đổi
nhiệt độ trung bình của vật liệu trong quá trình sấy, khi thay đổi hàm lợng 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.

u
0;
d d
dt d

c

=
onst;b 0
a)

ở
cuối quá trình sấy.

d
dt

> 0;
0
d
du


và b



b)
Giữ đúng đặc tính phụ thuộc t = f(u) có phơng trình gần đúng c) thoả mn điều kiện a,b.

( )
1
1
1
n

k
k k
k p
u u
t t t t
u u


=





c)
Trong đó: t
k
- nhiệt độ môi trờng
t

- nhiệt độ nhiệt kế ớt
u - hàm lợng ẩm ở thời điểm bất kỳ

u
k1
, u
p
- hàm lợng ẩm chuẩn và cân bằng của vật liệu
n - hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu

ả
nh hởng của thông số chế độ của quá trình (nhiệt độ t và độ ẩm không khí ) tới u
k1

và u
p
. Nếu biết giá trị u
k1
và u
p
thì phơng trình c) t = f(u) nghĩa là t = f
1
() ngời ta xác định
nhiệt độ của vật liệu cuối quá trình sấy t
2
.
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 Eu
Rb K
Eu

=









=



Chuẩn KôssôBitra đối với thời kỳ 2.

(
)
( )
( )
1
1
1
0
; ; 2.24

k
vl k
k p
k p
vl a k
u u
c t t
K Eu
u u
r u u
c c u c


= =


= +


Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

63
Phơng trình (2.24) thiết lập mối tơng 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 (đợc xác định bởi Rb) và tơng quan giữa Rb/K
0
.

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 = f
1
()
chi phi nhiệt hữu ích q
hi
.

( )
0
1
hi v
du
q R r Rb
d


= +
q
hi
- 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 1
vc
vc vc vc vc
g
q c t t
U
=
Trong đó: g
vc
- Khối lợng cơ cấu vận chuyển sau một giờ qua buồng sấy (kg/h) .
Tổn thất nhiệt qua môi trờng q
mt
bao gồm tổn thất qua cơ cấu bao che q
bc
(là chính) và
tổn thất rò rỉ khí do không kín q
yx
.
q
mt
= q
bc
+ q
yx

Tổn thất nhiệt qua bao che của buồng sấy đợc tính theo công thức truyền nhiệt.

tb
bc
K F t
q
U

=

(2.26)
Trong đó: F - Diện tích bề mặt từng vùng (m
2
)
K - Hệ số truyền nhiệt chung của vùng bao che (w/m
20
K).
t
tb
- Sai lệch nhiệt độ trung bình đối với từng vùng
tb tb n
t t t
=

t
tb
- nhiệt độ trung bình của không khí (môi trờng hơi - khí) trong buồng
sấy của bề mặt bao che nào đó.
1 2
2
tb
t t

t
+
=
t
1
, t
2
- Nhiệt độ cực đại và cực tiểu của không khí trong buồng sấy của vùng
bao che.
t
n
- Nhiệt độ không khí trong nhà sấy.
Các cơ cấu bao che chia thành từng vùng phụ thuộc vào cấu trúc (tờng, trần, cửa, nền)
và vật liệu (kim loại, gạch ).
Hệ số nhiệt chung K (w/m
2
K) xác định theo.

1 2
1
1 1
n
n
K


=
+ +

(2.27)

Trong đó:

1
,

2
- Hệ số trao đổi nhiệt từ môi trờng buồng sấy vào bên trong bề mặt
tờng bao che và từ bên ngoài mặt tờng bao che vào môi trờng không khí (w/m
2
K).


n
- Độ dầy từng lớp cấu tạo nên bao che (m).
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

64


m
- Hệ số dẫn nhiệt tơng ứng (w/m
0
K)
Trao đổi nhiệt giữa khí và tờng 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 cỡng bức, chế độ chảy tầng hay chảy rối ), kích thớc hình học của buồng, vị trí
tờng hoặc thành (đứng hay nằm ngang) và trạng thái bề mặt của nó.
Trong buồng sấy. Không khí chuyển động dới tác động của quạt (chuyển động cỡng bức).
Nhiệt chuyền từ không khí của buồng sấy vào tờng là đối lu cỡng bức. Hàng loạt chuyển động
cỡng bức trong buồng sấy, gây ra mật độ khí không đều theo chiều cao buồng sấy. Do đó hệ

số

1
nên tính theo công thức của Phê - Đô - Rốp n.m

(
)
' ''
1 1 1
A

= +

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.


1

- Hệ số truyền nhiệt khi chuyển động cỡng bức.


1

- Hệ số truyền nhiệt đối lu tự nhiên.
Xác định nhờ:
Re Pr

n n
Nu c
=


ở
đây:

Nu l


=
- Chuẩn Nussen
l - Kích thớc hình học của bao che (m)


- Hệ số dẫn nhiệt của khí (w/m
0
K)
c, n, m - Hệ số tính tới điều kiện chẩy của quá trình

Re
d


=
v
- Chuẩn Reynol
v - Tốc độ chuyển động của khí (m/s).

- Độ nhớt động học (m
2
/s)
d - Kích thớc hình học của buồng (rnh) (m). Đối với Tunen tiết diện chữ nhật
(BXH), ta có đờng kính tơng đơng.

( )
'
2
4
2
td
S B H B H
d A
p B H B H

= = =
+ +


ở
đây:
S

- Diện tích tiết diện ngang dòng khí
P -
c
hu vi ớt
Pr - chuẩn Prandt

g c
a
à


= =

a - Hệ số dẫn nhiệt của khí (m
2
/s)

à
- độ nhớt động lực (NS/m
2
)
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

65
g - Gia tốc tự do (m/s
2
)
c - Nhiệt dung riêng của khí (kJ/kg
0
K)

Hình 2.2. Tính chất vật lý của dòng khí có thành phần trung bình
CO
2
= 12,3%, N
2
= 80,5% O
2
= 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 < 10
5
Nu = 0,66

Re
0,5

Khi Re > 10
5
Nu = 0,032

Re
0,8

Đối với chế độ đối lu tự nhiên, hệ số trao đổi nhiệt

1

xác định qua chuẩn Nussen.

( )
"
Pr
n
Nu C Gr=

Trong đó chuẩn Gratgop

3
2
tb t
tb
T T
g l
Gr
T




=




ở
đây:
T
tb
và T
t
nhiệt độ không khí và thành (
0
K)
Hằng số c và n với các giá trị khác nhau của Gr.Pr cho trong bảng 2.2.

/1,15 W/m
0
K

Kg/m
2

KJ/Kg
0
K

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

66
Bảng 2.1. Thông số vật lý của không khí khi B = 735,5 mmHg
C
p




à
.10
6

t
0
, C
kJ/kg

0
K
Kcal/kg
0
C
, kg/m
3

W/m
0
K
Kcal/m.h.
0
C
.10
4
m
3
/s


a.10
4
m
2
/s
Ns/m
2
Ks/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
5.10
2

ữ
2.10
7

0,54 1/4
1.10
-3

ữ
5.10
2

1,18 1/8
2.10
7

ữ
1.10
13

0,135 1/4

Nhiệt độ bên ngoài mặt tờng buồng sấy cần giữ trong khoảng 30
ữ
40
0
C để đảm bảo
an toàn lao động. Nhiệt độ bề mặt bên trong tờng không đợc nhỏ hơn nhiệt độ đọng sơng
của môi trờng hơi - không khí tại các vùng trong buồng sấy để tránh ngng tụ hơi nớc ở mặt
trong tờng. Để kiểm tra có thể sử dụng các quan hệ sau:
+ Mặt ngoài tờng buồng sấy.

(
)
(
)
2
bc nt n tb n
Q F t t k F t t

= =

Nhiệt độ mặt tờng ngoài.

(
)
2
tb n
nt n
k t t
t t

= +

+ Nhiệt độ mặt trong tờng buồng sấy.

(
)
(
)
1
bc tb tt tb n
Q F t t k F t t

= =


(
)
1
tb n
tt tb
k t t
t t


=

Để tính toán sơ bộ bao che của buồng sấy, có thể lấy K = 0,93
ữ
1,74 w/m

20
K.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

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


=


Truyền nhiệt từ mặt ngoài của tờng máy sấy do đối lu tự nhiên của không khí nơi đặt
máy và bức xạ của thành đối diện (tờng công trình). Do đó hệ số truyền nhiệt

2
là tổng của
hai hệ số đó.


2
=

2s
+

2



ở
đây:

2s
- Hệ số truyền nhiệt do bức xạ.


2

- Hệ số truyền nhiệt do đối lu tự nhiên

( )
4 4
1 2
2
100 100
nt t
s
nt n
T T
C
t t

=



ở
đây: C
1-2
- Hệ số bức xạ qui dẫn (W/m
2
K
4
) có thể tính gần đúng

1 2
1 2
5,8
C C
C

C
1
, C
2
- 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/m
2 0
K
4
Kcal/m
2
.h.k
4
Vật liệu
W/m
2
K
4
Kcal/m
2
.h.K
4

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
ô
xít chì
1,61 1,39
Tổn thất nhiệt qua nền buồng sấy Q
n
:
'
n n n
Q q F
=

Trong đó: F
n
- Diện tích nền (m
2
).
q
n

- Tổn thất nhiệt cho 1m

2
nền tính với nhiệt trung bình của buồng sấy.
Bảng 2.4. Tổn thất nhiệt q
n

(w/m
2
)
Nhiệt độ
0
C 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 - 250
0
C và khoảng cách từ tờng ngoài của công trình X = 1
ữ
5m.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

68
Tổn thất nhiệt do rò rỉ không khí khỏi buồng sấy (kJ/kg).

( )
r
r r tb n

L
q c t t
U
=
(2.28)
Trong đó:
L
r
- Rò rỉ không khí (kg/h) xác định bằng thực nghiệm
c
r
- Nhiệt dung riêng không khí của buồng sấy khi t
tb
.
Phơng 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 1
2
2 0 2 2 1 1
vc
k vc vc vc mt n
g
g
q l I I c t t c t t q c t
U U
= + + +

Hoặc:

(
)
(
)
2 0 1 2 0 1 1
k vl vc mt n tt ft
q l I I q q q c t l I I q q c t
= + + = +

(2.29)
Thay giá trị của q
k
ở phơng trình (2.19

) vào (2.29) ta có.

(
)
(
)
1 0 2 0 1 1
tt ft
l I I l I I q q c t
= +


Suy ra:

(
)
2 1 1 1
ft tt
l I I q c t q
= +


Đặt tổng phần phải qua

(kJ/kgẩm)

1 1
ft tt
q c t q
= +

Suy ra:

(
)
2 1
2 1
l I I
I I
l
=

= +
(2.30)
Phơng trình (2.30) đặc trng sự thay đổi entanpi hỗn hợp hơi không khí trong sấy thực.
Nếu

> 0 nghĩa là (q
ft
+ c
1

t
1
) >

q
tt
thì I
2
> I

1

Nếu

< 0 nghĩa là (q
ft
+ c
1

t
1
) <

q
tt
thì I
2
< I
1
thờng thấy trong buồng sấy không có
bổ xung nhiệt (q
ft
= 0)
Nếu

= 0 thì I
2
= I
1
(sấy lý thuyết hoặc sấy thực với q

ft
+ c
1

t
1
=

q
tt

q
k
= l

(I
2
- I
0
) -


c)Xây dựng đồ thị I - d, phơng pháp - đồ thị - giải tích tính chi phí nhiệt và không khí.
Khí trời có thông số d
0
,

0
(điểm A) đợc đốt nóng trong calorife khi d = const, nhiệt
độ của nó tăng từ t

0
đến t
1
(điểm B), entanpy từ I
0
đến I
1
, ngoài ra hâm nóng không khí ẩm, độ
ẩm giảm từ

0
đến

1
. Quá trình đốt nóng không khí trong calorife biểu diễn bởi đoạn AB với d = const.
Quá trình sấy lý thuyết biểu diễn bởi đờng I = const; Nhiệt độ không khí giảm từ t
1
xuống t
2
, hàm lợng
ẩm tăng từ d
1
đến d
2
, cùng làm tăng cả độ ẩm không khí từ

1
đến

2

.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

69
Thông số khí đ làm việc (t
2
, d
2
) xác định trên đồ thị ở điểm cuối cung của quá trình C
0
.
Nh vậy trong quá trình sấy biểu diễn bằng đờng BC
0
.
Trong sấy thực I
2


I
1
, thay đổi giá trị entanpy xác định bởi dấu của

phu hợp với
phơng trình (2 -30). Nếu

> 0 thì I
2

> I
1

, đờng sấy thực BC
1

nghiêng lên trên so với đờng
I
1
= const.
Nếu

< 0 thì I
2

< I
1
đờng sấy thực BC

lệch xuống dới so với đờng I
1
= const
( hình 2.3b). Nh vậy xây dựng quá trình sấy trên đồ thị I - d, cần xác định góc nghiêng
đờng BC.
Giả thiết đờng sấy thực BC đ biết (Hình 2.3c), sử dụng quan hệ

= l

(I
2
- I
1
) 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

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

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 - I
1
) biểu diễn bởi đoạn El với tỷ lệ xích EeM
i
= I - I

1
, efM
d
= d - d
1
thay vào (2.32) ta có.

1000
i
d
Ee M
efM
=

Ký hiệu
1000
i
d
M
m
M
=
( đại lợng không đổi với đồ thị đ cho)

eE ef
m

=
(2.33)
Độ lớn Ee biểu diễn quá trình sấy trong đồ thị I - d. Trình tự các bớc xây dựng:

+ Trên đờng I
1
= const cắt đờng d tại e.
+ Trên đờng này đặt đoạn này là eE (mm),
eE ef
m

=
ở đây ef là khoảng cách từ
điểm e đến đờng d
1
= const (mm).
+ Đoạn eE đặt phía trên nếu

> 0 và dới

< 0.
+ Nối B với E, BE cắt đờng

2
= const, ta đợc điểm kết thúc quá trình, điểm C.
Nh vậy ta có đơng 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 q
k
( 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
AB
q l I I AB M m
CD M CD
= =

= = =


AB; CD (mm) độ lớn đoạn đo.
d) Phơng 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. Dới đấy cho ví dụ
tính toán theo phơng pháp phê - đô - rốp H.E.
Giả sử các thông số bên ngoài là t
0
,

0
, thông số ra khỏi buồng sấy t
2
,

2
ta tìm

, cần
biết t
1
(không khí hâm nóng trong calorife), l chi phi không khí và q chi phí nhiệt.

( )
( )
0
0
2
2
0
0
0
0
2
2
2 0
622
622
; /
622
1000
; /
h
h
h
h
P

Pa
d g kg
B Pa B P
P
d
B P
l kg kg
d d






= =


=

=


Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

71

( ) ( )
( )
0
2 0 0

2 1
2500 1,84 ; /
1000
k
k
d
l c t t kJ kgkk
q l I I
= + +
=

t
1
tìm từ phơng trình:
(
)
1 0
K
q l I I
=

Khi d
1
= d
0
ta có:


( ) ( ) ( )
0 0

1 0 1 1 0 0
1,01 2500 1,84 1,01 2500 1,84
1000 1000
K
d d
q l I I l t t t t

= = + + +




(
)
(
)
3
1 0 0
1,01 1,84 10
l t t d

= +
(kJ/kgẩm)
s
uy ra:

( )
1 0
3
0

1,01 1,84 10
k
q
t t
l d

= +
+
(2.34)
+Giả sử thông số không khí đ cho t
0
,
0
, t
1
và t
2
. Tìm
2
và q.

0
0
0
0
0
622
h
h
P

d
B P



=

; d
1
= d
0

Tìm
( )
0
1 1 1
2500 1,84
1000
K
d
I C t t
= + +

Tìm d
2
bằng giải hai phơng trình
l(I
2
I
1

) =

1212
1000
IIdd
l


=

=

( )
02
12
2
2
1000
84,12500
1000
dd
It
d
tC
K

=
++

Suy ra

(
)
( )
(
)
2
012
2
012
2
1000
84,12500
1000
a
KK
I
dItC
t
dItC
d

+
=
+
+
=

I

a2
xác định nhờ bảng hơi nớc


( )
22
2
2
622
h
Pd
Bd
+
=



Biết d
2
xác định
02
1000
dd
l

=


( )
0

0
00
84,12500
1000
t
d
tCI
K
++=

q
K
=l(I
2
- I
0
) =
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

72
e/ Sấy có tác nhân sấy hồi lu.
Các phơng pháp tính toán trình bày ở trên dùng với tác nhân sấy đợc xả vào môi
trờng ở giai đoạn cuối và không có nhiệt bù thêm trong quá trình sấy. Thực tế ngời ta tận
dụng nhiệt của khí đ làm việc để sấy lại hoặc có hâm nóng khí trung gian.
+ Sấy có khí đ làm việc hồi lu.
Một phần khí đ làm việc đợc quạt thổi về trộn với không khí bên ngoài và hỗn hợp đợc về
calorife. Số còn lại xả vào môi trờng.
Thông số I
hh
và d

hh
đợc tính nh đại lợng trung bình. Giả sử 1Kg không khí bên ngoài
khô tuyệt đối, bổ sung n Kg khí đ làm việc khô tuyệt đối, entalpy của hỗn hợp sẽ là

n
nII
I
hh
+
+
=
1
20
(2.35)
Có hàm lợng ẩm (g/Kgkk)

n
ndd
d
hh
+
+
=
1
20
(2.36)

Hình 2.4. Sấy có khí đ làm việc hồi lu
a- Sơ đồ thiết bị b- Sấy lý thuyết có hồi lu
c- Sự thay đổi chi phí nhiệt khi d
2
thay đổi
Quay trở lại kh
í đã làm việc

Không khí

ngoài trời

Không khí bên ngoài đã làm việc

b

c

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

73
Giá trị n đặc trng cho khối lợng tơng 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:
I
hh
I
0
=n(I
2
I
hh
)
d
hh
d
0
=n(d
2

d
hh
) (2.37)
Suy ra
hh
hh
hh
hh
dd
II
dd
II


=


2
2
0
0
(2.37

)
đây là phơng trình đờng thẳng trong toạ độ I-d qua ba điểm: điểm A đặc trng trạng thái khi
bên ngoài, điểm C- khí đ làm việc (I
2
,d
2
) và điểm M- trạng thái hỗn hợp (I

hh,
d
hh
)
Từ đồ thị ta có :
MC
AM
KN
AK
dd
dd
hh
hh
==


2
0

Từ (2.37) ta có:
n
dd
dd
hh
hh
=


2
0

Do đó:
AM
n
MC
=

Hoặc
0
2
1 1
hh
hh
d d
n
d d

+ = +



;1
2
02
+=


n
dd
dd

hh


( )
;1
+= n
MC
AC

1
+
=
n
AC
MC

Nh vậy biết n có thể tìm đợc vị trí điểm M trên đờng AC, nghĩa là thông số
hỗn hợp (và ngợc lại)
Trong sấy lý thuyết có hồi lu, quá trình trình bày trên đờng gy AM( đờng
hỗn hợp) MB (đốt nóng trong Calorife)- BC(sấy).
Chi phí không khí bên ngoài và một phần đ làm việc xả ra ngoài môi
trờng(kg/kg)

2 0
1000 1000
d
l
d d CD M
= =

Chi phí không khí hồi lu:
2
1000 1000
'
n
hh d
l
d d CD M
= =



1
'
n
l
CD AM
n
l CD MC
= = = +

Suy ra l = l(n+1)
Do đó trong sấy hồi lu, lợng không khí hồi lu tăng (n+1) lần; đó là u điểm của kiểu sấy
này đợc phổ biến trong công nghiệp.
Khi tăng lợng không khí đi vào làm tăng tốc độ của nó trong buồng sấy, tăng cờng độ sấy và
tăng độ sấy đều trong sấy kiểu Tunen
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

74

Trong callirife không khí đa vào với eltanpi cao hơn (I
hh
) so với không khí bên ngoài
(I
0
)và hiệu (I
hh1
- I
hh
) nhỏ hơn hiệu (I
1
I
0
) nhng lợng không khí qua calorife tăng [l
n
=
l(n+1)
] do đó chi phí còn lại không thay đổi. Từ đồ thị (hình C) ta thấy:

( ) ( ) ( )
1 0
1
1 0
1 1 0
1
'
1
1
hh hh
K h hh hh

I I
AB AC
n
I I MB MC
I I
q l I I l n l I I
n

= = = +


= = + =
+

+ Hâm nóng phụ thêm không khí trong buồng sấy.
Nếu không khí không chỉ đợc đốt nóng trong calorife(q
k
) mà còn trong buồng sấy(q
ft
) thì chi
phí nhiệt chung sẽ là: q= q
k
+ q
ft
=
ft
q
CD
AB
m +

Ta biết : q
k
= l(I
2
I
0
) q
ft
c
1
t
1
+ q
tt

Chi phí nhiệt chung: q = l(I
2
I
0
) c
1
t
1
+q
tt

Đồ thị hình dới

( )

2 0
1000
i
d
AF
l I I AFM m
CD M CD
= =





















Hình 2.5. Xây dựng quá trình sấy với đốt nóng không khí phụ thêm trong buồng sấy

Chi phí nhiệt chung:
Khi đó


+=+

==
+=
ttttktt
tt
qtC
CD
BF
mqtC
CD
ABAF
mqqq
qtC
CD
AF
mq
1111
11

b

a

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

75
Mặt khác ta cũng có thể nhận đợc từ phơng trình (2.30):
l(I
2
I
1
) =

= q
ft
+c
1
t
1
-

q
tt

q
ft
= l(I
2
I
1
)- c
1
t
1
+

q
tt
= m

+
tt
qtC
CD
BF
11

Loại có hâm nóng phụ thêm không khí trong buồng sấy, thực hiện sấy ở nhiệt độ thấp hơn loại
sấy thông thờng. Do đó khi sấy có hâm nóng phụ thêm có thể truyền số lợng nhiệt theo yêu
cầu ở nhiệt độ t
max
của nó, nhng không vợt quá nhiệt độ cho phép của sản phẩm.
Nói cách khác, quá trình sấy có thể khi thông số không khí ngoài và khí đ làm việc không
thay đổi (điểm A,C)chi phí nhiệt và không khí không thay đổi, nhng giá trị q
k
và q
ft
khác nhau
và nhiệt độ không khí trong buồng sấy t
max
khác nhau.
ở
hình b cho 4 quá trình nh thế đối với
sấy lý thuyết, nghĩa là khi

q
tt
c
1
t
1
=0
Quá trình thứ nhất là đờng gy khúc ABC, điểm B là giao điểm của đờng d
0
= const và I
2
=const
Xác định chi phí nhiệt
q=q
k
=
CD
AB
m
, q
ft
= 0 t
max
= t
1

Trong quá trình sấy này t
1
>t

2
, nghĩa là diễn ra khi giảm nhiệt độ không khí trong quá trình sấy.
Quá trình thứ hai, đơng gấp khúc ABC
q
k
=
CD
AB
m
'
q
ft
=
CD
BB
m
'

q= q
k
+q
ft
=
CD
AB
m

t
max
= t

1
(<t
1
nhng >t
2
)
Nhiệt độ ban đầu thấp và giảm trong quá trình sấy .
Quá trình thứ ba:đờng gấp khúc ABC( điểm B nằm trên đờng đẳng áp t
max
=t
2
=const)
nghĩa là quá trình diễn ra khi nhiệt độ không khí không đổi
q
k
=
CD
AB
m
"
q
ft
=
CD
BB
m
'

q =
CD

AB
m

Quá trình thứ t: đờng AC. Toàn bộ nhiệt tập trung trong buồng sấy
q
K
= 0 , q= q
ft
=
CD
AB
m

t
max
= t
2
(>t
0
) , nhiệt độ nâng cao trong quá trình sấy.






Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

76
câu hỏi ôn tập chơng ii

1. Phơng pháp xác định lợng ẩm bốc hơi (kg/h) kiểu Tunen, có calorifer riêng và quạt đợc
đặt trớc nó.
2. Tính nhiệt buồng sấy trong 2 trờng hợp: lý thuyết và sấy thực.
3. Thiết bị sấy với năng suất sản phẩm sấy G
2
= 15 kg/h. Tính lợng ẩm bốc hơi và lợng
nguyên liệu đa vào G
1
, nếu biết

1
= 0,85 và

2
= 0,2.
4. Với số liệu trong bài 3, khi biết không khí ngoài trời có áp suất 760mmHg, t
0
= 25
0
C,

0
=
0,85. Nhiệt độ trớc và sau khi sấy t
1
= 90
0
C và t
2

= 40
0
C. Tính lợng không khí khô cần thiết
và nhiệt lợng tiêu hao nếu đây là thiết bị sấy lý tởng.
5. Giải thích việc xây dựng đồ thị I - d?
6. Trình bày phơng pháp tính toán thông số không khí trong thiết bị sấy.
7. Giải trình phơng pháp tính toán khi sấy có tác nhân sấy hồi lu.