Đồ án quá trình và thiết bị Hầm sấy chuối
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.1 MB, 37 trang )
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 1
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 3
Chƣơng I: Chọn và thuyết minh qui trình công nghệ 4
1.1. Định nghĩa sấy 4
1.2. Phân loại 4
1.3. Nguồn gốc của chuối 4
1.4. Phân loại chuối ở Việt Nam 4
1.5. Thành phần hóa học của chuối 5
1.6. Các nhân tố ảnh hƣởng đến chuối trong quá trình sấy 5
1.7. Chọn thiết bị phù hợp 5
Chƣơng II. Phân tích, lựa chọn phƣơng pháp, dạng chế độ sấy 6
2.1. Lƣợng ẩm bay hơi tính theo giờ 6
2.2. Lựa chọn phƣơng pháp sấy 6
2.3. Chọn chế độ sấy 6
2.4. Sơ đồ công nghệ hệ thống sấy 7
Chƣơng III. Tính toán cân bằng vật chất và năng lƣợng 8
3.1. Các thông số của không khí trong hệ thống 8
3.2. Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS lên đồ thị I-d 10
3.3. Tính toán thời gian sấy 10
3.4. Xác định kích thƣớc thiết bị sấy ( xe, khay, hầm sấy) 12
3.5. Tính toán nhiệt hầm sấy 14
3.6. Tính toán quá trình sấy thực 17
3.7. Biễu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d 21
Chƣơng IV: Tính toán các thiết bị phụ thiết kế calorifer-chọn quạt-chọn nồi hơi 22
4.1. Tính toán thiết kế calorife 22
4.2. Tính toán chọn quạt 28
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 2
4.3. Chọn nồi hơi: 34
4.4. Chọn tời kéo mặt đất: 35
Chƣơng V: Kết Luận 36
Chƣơng VI: Tài liệu tham khảo 37
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 3
LỜI MỞ ĐẦU
Thực phẩm đối với con ngƣời là vô cùng quan trọng, nó giúp chúng ta có
thể sống, tồn tại và phát triển. Ở Việt Nam, nền công nghiệp thực phẩm cũng ngày
càng phát triển hoàn thiện về chất lƣợng và mẫu mã. Để cho nông sản, thực phẩm
đạt đƣợc chất lƣợng tốt, vẫn giữ đƣợc các chất dinh dƣỡng cần, ngƣời ta sử dụng
các phƣơng pháp chế biến và bảo quản thích hợp tƣơng ứng nhƣ : làm đông lạnh,
sấy khô…Các phƣơng pháp này chủ yếu là làm giảm lƣợng nƣớc trong sản phẩm
để làm giảm sự phát triển của vi sinh vật.
Trong công nghiệp thực phẩm, sử dụng hầm sấy là một trong những hệ thống
sấy thông dụng với năng suất lớn, có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục.và đạt hiệu
quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành.
Trong đợt thực hiện đồ án môn học lần này, đƣợc phân công làm thiết bị sấy,
em xin đƣợc trình bày về thiết kế hệ thống sấy chuối bằng hầm sấy với năng suất
100kg/h. Hệ thống đƣợc lắp đặt tại tp Hồ Chí Minh với nhiệt độ không khí và độ
ẩm trung bình trong năm là t=27,2
o
C, =77%.
Với sự hƣớng dẫn của thầy Trần Tấn Việt đến nay em đã hoàn thành đồ án
này. Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và thiếu nhiều kinh nghiệm thực tế nên
quá trình tính toán và lựa chọn thông số không tránh khỏi sai sót. Em mong nhận
đƣợc sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn quan tâm.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP,Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2014
NGUYỄN VĂN QUỐC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 4
Chương I: Chọn và thuyết minh qui trình công nghệ
1.1. Định nghĩa sấy
Sấy là quá trình làm bốc hơi nƣớc ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt đƣợc cung
cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lƣu, bức xạ hoặc bằng năng lƣợng điện
trƣờng có tần số cao.Mục đích:Làm giảm khối lƣợng vật liệu, tăng độ bền và bảo
quản đƣợc tốt
1.2. Phân loại
Do điều kiện sấy trong mỗi trƣờng hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết
bị sấy khác nhau, vì vậy cũng có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:
Dựa vào TNS: thiết bí sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, sấy
thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại, bằng dòng điện cao tầng.
Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không, sấy ở áp suất thƣờng.
Dựa vào phƣơng thức làm việc : sấy liên tục hay gián đoạn.
Dựa và cấu tạo thiết bị : phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng
quay, sấy phun…
1.3. Nguồn gốc của chuối
Theo truyền thuyết, cây chuối đƣợc cho là xuất phát từ vƣờn của enden nên có
tên là Musa paradise , tên này đƣợc gọi cho đến khi những ngƣời của bộ tộc
African Congo gọi bằng “banana”. Chuối là cây trồng nhiệt đới đƣợc trồng ở Ấn
Độ, Trung Quốc, Việt Nam và các nƣớc Đông Phi, Tây Phi, Mĩ Latinh…Các loại
chuối hoang dại đƣợc tìm thấy nhiều ở các nƣớc Đông Nam Á, do đó có thể cho
rằng Đông Nam Á là quê hƣơng của chuối.
1.4. Phân loại chuối ở Việt Nam
Chuối đƣợc trồng khắp các vùng trên đất nƣớc ta, tuy nhiên chất lƣợng và sản
lƣợng chuối ở miền Nam có phần cao hơn so với miền Trung và miền Bắc, do điều
kiện khí hậu miền Nam nóng ẩm phù hợp cho sự phát triển của chuối. Có nhiều
giống chuối chúng thƣờng đƣợc phân biệt dựa vào hình dạng cây chuối.
a) Chuối tiêu.
b) Chuối sứ.
c) Chuối Ngự.
d) Chuối mật.
e) Chuối cau.
f) Chuối hột.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 5
1.5. Thành phần hóa học của chuối
Chuối là loại trái cây giàu chất dinh dƣỡng. Trái chuối chín chứa 70-80% nƣớc,
20-30% chất khô, chủ yếu là đƣờng khử chiếm 55%. Hàm lƣợng protein thấp (1-
1,8%) gồm 17 acid amin, chủ yếu là histidin. Lipid không đáng kể. Acid hữu cơ
trong chuối chỉ chiếm vào khoảng 0,2%, chủ yếu là acid malic và oxalic, vì thế
chuối có độ chua dịu. Chuối ít vitamin (carotene, vitamin B1, C, acid folic, inositol)
nhƣng hàm lƣợng cân đối, ngoài ra còn có muối khoáng, pectin và hợp chất
polyphenol.
1.6. Các nhân tố ảnh hưởng đến chuối trong quá trình sấy
Sấy chuối là một quá trình làm biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học, và các
biến đổi bất lợi khác ảnh hƣởng tới chất lƣợng sản phẩm.
Biến đổi cơ học: lát chuối bị nứt, cong queo, biến đổi độ xốp…
Biến đổi hóa lý : sự thay đổi hệ keo do pha rắn (nhƣ protein, tinh bột,
đƣờng ) bị biến tính.
Biến đổi hóa sinh : Những phản ứng oxi hóa, polyme hóa các hợp chất; phản
ứng phân hủy vitamin và biến đổi màu
1.7. Chọn thiết bị phù hợp
Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình có hiệu quả cao.
Nhƣng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho chuối vì quả chuối chịu nhiệt kém.
Trong môi trƣờng ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60
0
C thì protein đã bị biến tính, trên
90
0
C thì đƣờng bị caramen hóa, các phản ứng melanoidin, polyme hóa hợp chất cao
phân tử xảy ra mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa chuối có thể bị cháy. Vì vậy để
sấy chuối nhiệt độ sấy không quá cao.
Để tránh, làm giảm hoặc làm chậm các biến đổi ấy, cũng nhƣ tạo điều kiện ẩm
thoát ra khỏi chuối dể dàng ,đòi hỏi phải chọn thiết bị, phải có chế độ sấy thích
hợp.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 6
Chương II. Phân tích, lựa chọn phương pháp, dạng chế độ sấy
2.1. Lượng ẩm bay hơi tính theo giờ
Với nguyên liệu là chuối đƣa vào hệ thống sấy có độ ẩm
1
=75% và yêu cầu
của sản phẩm sau sấy là
2
=15%
Khối lƣợng vật liệu vào thiết bị: G
1
=100 kg/h
Khối lƣợng vật liệu sau sấy:
Tính lƣợng ẩm bốc hơi trong một giờ:
W=G
1
-G
2
=100-29,412=70,588 kg/h
2.2. Lựa chọn phương pháp sấy
Để đảm bảo hiệu quả về truyền nhiệt ta sử dụng không khí nóng đi ngƣợc chiều
với vật liệu sấy(VLS) làm tác nhân sấy (TNS). Với yêu cầu cầu là chuối và năng
suất sấy không quá lớn chỉ dừng ở mức trung bình nên ta chọn sấy hầm không hồi
lƣu.
Không khí ngoài trời đƣợc lọc sơ bộ rồi qua calorife khí- hơi. Không khí đƣợc
gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tƣơng đối thấp đƣợc quạt thổi vào
buồng sấy. Trong buồng không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt-ẩm với VLS là
chuối tƣơi làm cho độ ẩm tƣơng đối của không khí tăng lên , đồng thời làm hơi
nƣớc trong VLS đƣợc rút ra ngoài. Sau đó đƣợc thải ra môi trƣờng.
2.3. Chọn chế độ sấy
Với hệ thống hấm sấy và VLS là Chuối có thể chịu đƣợc nhiệt độ trên dƣới
90
o
C. Ta sẽ chọn nhiệt độ TNS vào hầm là t
1
=90
o
C; nhiệt độ không khí ra khỏi hầm
sấy là t
2
=38
o
C( lựa chọn tránh hiện tƣợng đọng sƣơng ở 35
o
C)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 7
2.4. Sơ đồ công nghệ hệ thống sấy
Hình 2.1: sơ đồ công nghệ của hệ thống
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 8
Chương III. Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng
3.1. Các thông số của không khí trong hệ thống
3.1.1. Với thông số không khí ngoài trời Thành phố Hồ Chí Minh:
- Nhiệt độ t
0
=27,2
0
C
- Độ ẩm
=77%
Ta tính đƣợc các thông số còn lại trạng thái A
- hàm ẩm d
0
= 0,0178 kg ẩm/ kg kkk
- Entanpy I
0
= 72,648 kJ/kg kkk
3.1.2. Thông số của không khí sau calorife ( điểm B) t1= 90 0C
Entanpi của không khí ra calorife [2, 29]
I
1
= C
pk
t
1
+ d
1
(r + C
pa
t
1
)=1.90 +0,0178(2493 + 1,97.90)=137,902kJ/kgkkk
Trong đó :
C
pk
nhiệt dung riêng của không khí khô, C
pk
=1 kJ/kg.độ
C
pa
nhiệt dung riêng của hơi nƣớc, C
pa
=1,97 kJ/kg.độ
r nhiệt ẩn hóa hơi, r=2493 kJ/kg
d
1
l hàm ẩm với d
1
= d
0
= 0,0178 kg ẩm / kg kkk
Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc P
b1
[2, 30] ở nhiệt độ t
1
=90
0
C
1
1
4026,42 4026,42
exp 12 exp 12 0,691 ar
235,5 235,5 90
b
Pb
t
Độ ẩm tƣơng đối
:
1
1
11
745
.0,0178
750
4%
(0,622 ) 0,691(0,622 0,0178)
b
Bd
Pd
3.1.3. Thông số TNS sau quá trình sấy lý thuyết (C
0
)
I
20
= I
1
=137,902 kJ/kg kkk
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 9
t
2
= 38
0
C
Hàm ẩm[2, 29]
20 2
20
2
137,902 39
0,0388
2493 1,97.39
pa
It
d
r C t
kg ẩm/kg kkk
Phân áp suất bão hòa hơi nƣớc ở t
2
=38
0
C:
2
2
4026,42 4026,42
exp 12 exp 12 0,06575 ar
235,5 235,5 39
b
Pb
t
Độ ẩm tƣơng đối
20
:
20
20
2 20
745
.0,0384
750
88,8%
(0,622 ) 0,06575(0,622 0,0384)
b
Bd
Pd
Với độ ẩm tƣơng đối
20
=88,8% thỏa mãn điều kiện để vừa tiết kiệm năng
lƣợng do TNS mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tƣợng đọng sƣơng đặt ra
80%<
20
< 95%
3.1.4. Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm l
0
:
0
20 0
11
47,5249
0,0388 0,0178
l
dd
kg kkk/kg ẩm
Tổng lƣợng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy
L
0
=Wl
0
=70,588.47,5249=3354,7018 kg kkk/h
TNS trƣớc khi vào hầm sấy (điểm B) t
1
=90
0
C ;
1
=4% tra phụ lục 5[2, 349]
thể tích của không khí ẩm trong một kg không khí khô v
B
=1,082 m
3
/kg kkk; tƣơng
tự với t
2
=38
0
C ;
1
=88,8%, ta có v
c0
=0,96 m
3
/kg kkk.
Do đó :
V
B
=L
0
v
B
=3354,7018.1,082=3629,8774 m
3
/h
V
Co
=L
0
v
Co
=3354,7018.0,96= 3220,5138 m
3
/h
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 10
3.1.5. Lưu lượng thể tích trung bình V
o
V
o
=0,5(V
B
+V
Co
)=0,5(3629,8774+3220,5138)= 3425,1506 m
3
/h
3.2. Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS lên đồ thị I-d
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn quá trình sấy lý thuyết
3.3. Tính toán thời gian sấy
Chuối đƣợc cắt thành từng lát có đƣờng kính khoảng d
c
=30mm, dày h
c
=3mm,
khối lƣợng riêng
c
=977kg/m
3
Giả sử vận tốc sấy là w=0,44 m/s (thử lại sau)
Diện tích xung quanh lát chuối:
2
2
32
2
2.3,14(0,03 )
3,14.(0,003 )(0,01 ) 1,7.10
44
c
xq c c
d
m
S d h m m m
Khối lƣợng 1 lát chuối:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 11
2
2
1
3
3,14.(0,03 )
(0,003 ).(977 ) 0,0021
44
c
cc
d
m kg
m h m kg
m
Bề mặt riêng khối lƣợng của vật liệu :
1
2
2
1
1 1 1
0,0017
0,8095 /
0,0021
xq
xq
vl
G
S
S
F
m
m
f m kg
G G m kg
Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, chọn độ chênh lệch nhiệt độ giữa TNS
và bề mặt vật liệu (t
m
-t
b
)=64-56,1=7,9K
Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt J
1b
[2, 90]
2
11
2
3,6
W
( ) (41,9481 )(7,9 ) 1193,013 /
1
b m b
kJ
h
J t t K kJ m h
m K W
Cƣờng độ bay hơi ẩm J
2b
[2, 97]
2
2
1
2
1193,013
0,506 /
2358
b
b
kJ
J
mh
J kg m h
kJ
r
kg
Tốc độ sấy đẳng tốc[2, 100] :
2
2
2
100 100(0,506 )(0,8095 ) 40,957% /
b
kg m
N J f am h
m h kg
Độ ẩm đầu
1
=75%, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy không đổi
k1
=35%
Thời gian sấy giai đoạn tốc độ sấy không đổi
11
1
75% 35%
0,98
%
40,957
k
h
N
h
Độ ẩm sau
2
=15% và độ ẩm cân bằng của chuối
cb
=3%
Hệ số
1
1,8 1,8
0,024
75
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 12
Thời gian sấy giai đoạn tốc độ giảm
:
22
11
ln ( ) ln 0,024 15% 3% 1,27
0,024.(40,957%/ )
cb
h
Nh
Thời gian sấy =2
)=2(0,98+1,27)4,5 h
Ta có =4,5h là thời gian lƣu vật liệu trong hầm sấy ; *=16h là thời gian hệ thống
sấy làm việc liên tục trong 1 ngày.
3.4. Xác định kích thước thiết bị sấy ( xe, khay, hầm sấy)
Để đáp ứng yêu cầu về năng suất , thiết bị ta lựa chọn là hầm sấy. VLS là lát
chuối đƣợc xếp kín lên khay ( không chồng nhau), xếp lên xe gòong để đẩy vào
hầm sấy. Sau khi sấy xong thì mở cửa hầm và đẩy xe gòong ra ngoài.
Kích thƣớc khay sấy
Khay sấy dùng để xếp VLS là lát chuối dày khoảng
3mm; có đƣờng kính trung bình là 3 cm ; khối lƣợng 6g.
Khay sấy đƣợc chế tạo từ vât liệu là tấm inox 304 dập lỗ
đƣờng kính lỗ 10mm. Đƣợc tạo hình bằng phƣơng pháp
đột lỗ.
Kích thƣớc khay sấy là 1000x1200mm.
Khối lƣợng mỗi khay sấy là 2,66 kg Hình 3.2: Khay dập lỗ
Diện tích cho phép tải vật liệu lên là : (1000.1200)=1200000 mm
2
Diện tích mỗi lát chuối : 3,14.30
2
/4=706,5 mm
2
Khối lƣợng chuối có thể xếp lên mỗi khay :
1500000
.6 .0,9 9171 9
706,5
g g kg
Trung bình ta chọn trên mỗi khay sấy cho phép chất 9 kg nguyên liệu
Kích thƣớc xe gòong
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 13
Chọn xe gòong đƣợc chế tạo có kích thƣớc (LxBxH) 1050x1250x1650 mm,
khối lƣợng 24kg/xe. Mỗi xe đặt 15 khay. Nhƣ vậy khối lƣợng VLS của một xe
bằng :
G
x
=(9kg).15=135 kg
Số xe gòong :
1
(100 )(16 )
*
12
(135 )
x
kg
h
G
h
N xe
G kg
Ta chế tạo dƣ ra 2 xe, nhƣ vậy số xe cần chế tạo là 14 xe.
Kích thƣớc hầm sấy
Chiều rộng của hầm : lấy theo chiều rộng của xe gòong, ta lấy dƣ ra 2 mép,
mỗi mép là 100 mm để xe di chuyển dọc hầm dễ dàng:
B
h
=B
x
+ 2.100=1250 +2.100=1450 mm
Chiều cao của hẩm: phụ thuộc vào chiều cao của xe gòong, ta lấy dƣ phía
trên 100mm để tiện cho việc di chuyển của xe
H
h
=H
x
+100=1650 + 100=1750 mm
Chiều dài của hầm : phụ thuộc vào chiều dài xe và số lƣợng xe làm việc
trong hầm. lấy dƣ 2 phía của vào và cửa ra mỗi phía là 1000mm giúp cho việc lấy
xe ra đƣợc thuận lợi
L
h
=n.L
x
+2.1000=12.1050 +2000= 14600 mm
Kích thƣớc phủ bì hầm sấy:
Tƣờng hầm đƣợc xây bằng gạch đỏ có chiều dày
mmBên trong có
phủ lớp cách nhiệt là bông khoáng
mm
Chiều rộng phủ bì : B=B
h
+2.250+2.50=1450+500+100=2050 mm
Trần hầm đƣợc đổ bê tông có chiều dày
2
=100mm, bọc thêm lớp bông
khoáng cách nhiệt
3
=100mm.
Chiều cao phủ bì : H=H
h
+100 +100=1750+100+100= 1950 mm
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 14
xe
hầm
phủ bi
dài L,mm
1050
14600
rộng B,mm
1250
1450
2050
cao H,mm
1650
1750
1950
Bảng 3.1: Kích thƣớc của xe và hầm
3.5. Tính toán nhiệt hầm sấy
3.5.1. Tổn thất do VLS mang đi
Theo kinh nghiệm, trong sấy nông sản nhiệt độ vật liệu ra khỏi TBS lấy thấp
hơn nhiệt độ TNS tƣơng ứng 5 10
o
C. Vật liệu chuyển động ngƣợc chiều nên
t
v2
=90-10=80
o
C
Nhiệt dung riêng của chuối ra khỏi hầm sấy[2, 20]:
2 2 2
(1 ) (1,880 )(1 0,15) (4,18 )0,15 2,225 /
v vk a
kJ kJ
C C C kJ kgK
kgK kgK
Tổn thất nhiệt VLS mang đi:
2 2 2 1
( ) (29,412 )(2,225 )(85,36 31,74) 3806,0584 /
vv
kg kJ
Q G C t t K kJ h
h kgK
3.5.2. Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải
Tổn thất do xe gòong mang đi
Xe gòong làm bằng inox 304 có khối lƣợng mỗi xe bằng 24kg. nhiệt dung riêng
của thép bằng C
x
=0,42 kJ/kgK. Vì chuyển động ngƣợc chiều dòng khí nên nhiệt độ
xe gòong ra khỏi hầm sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân, t
x2
=90
o
C.
12
12(24 )(0,42 ) (90 27,2)
()
1688,064 /
4,5
x x x x
x
kJ
kg K
nG C t t
kgK
Q kJ h
h
Tổn thất khay sấy mang đi
Khay làm bằng inox có khối lƣợng mỗi khay 2,66kg. Nhiệt độ của khay ra
khỏi hầm sấy cũng lấy bằng nhiệt độ tác nhân, nghĩa là t
k2
=t
1
=90
0
C.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 15
12
15.12(2,66 )(0,42 ) (90 27,2)
15 ( )
2806,406 /
4,5
k k k k
k
kJ
kg K
nG C t t
kgK
Q kJ h
h
Tổn thất do thiết bị truyền tải
Q
tt
=Q
x
+Q
k
= 4494,470 kJ/h
3.5.3. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che
Tổn thất nhiệt qua hai tường bên Q
t
Lớp bông khoáng dày
mm, có hệ số dẫn nhiệt
=0,036 W/mK
Lớp gạch đỏ dày
mmcó hệ số dẫn nhiệt
=0,77 W/mK
Tiết diện tự do của TNS nóng đi trong hầm :
2
2,5375 0,255 2,2825
td h x
F F F m
Tốc độ TNS tối thiểu :
3
0
0
2
3425,1506
1
w 0,4168 /
2,2825 3600
td
m
V
h
h
ms
F m s
Lập phƣơng trình cân bằng nhiệt và phƣơng trình truyền nhiệt mô tả quá
trình cấp và dẫn nhiệt từ trong hầm đến thành, qua các lớp tƣờng sau đó ra bên
ngoài. Giải bài toán bằng excel[5, 34] ta có:
Nhiệt độ mặt trong của hầm sấy t
w1
=85,36
o
C
Hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu cƣỡng bức giữa TNS với mặt trong tƣờng hầm
sấy
=41,9484 W/m
2
K
Nhiệt độ mặt ngoài của tƣờng hầm sấy t
w3
=31,74
o
C
Hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu tự nhiên giữa mặt ngoài của tƣờng hầm sấy với
không khí ngoài trời
=2,86 W/m
2
K
Hệ số truyền nhiệt :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 16
2
1
1 1 2
22
11
0,228 /
1 0,1 0,25 1
11
W W W W
41,3698 0,036 0,77 2,86
b
b
k W m K
mm
m K mK mK m K
Tổn thất nhiệt qua hai tƣờng bên:
2
w1 w2
2
W 3,6 /
2 ( ) 2(25,55 ) 0,228 85,36 31,74 2840,81 /
1
tt
kJ h
Q Fk t t m K kJ h
m K W
Tổn thất nhiệt qua trần Q
tr
Lớp bông khoáng dày
mm, có hệ số dẫn nhiệt
=0,036 W/mK
Lớp bê tông chiều dày
mmcó hệ số dẫn nhiệt
=1,55 W/mK
Tổn thất của trần sẽ đƣợc tính nhƣ tổn thất tƣờng bên với hệ số trao đổi nhiệt
đối lƣu tăng 30% [2, 142]
tr
=1,3
2
=3,718 W/m
2
K
Hệ số truyền nhiệt tính cho trần bằng:
2
3
4
1 1 4 2
22
11
0,3189 /
1 0,1 0,1 1
11
W W W W
41,3698 0,036 1,55 3,718
tr
tr
k W m K
mm
m K mK mK m K
Tổn thất nhiệt qua trần:
2
w1 2
2
W 3,6 /
( ) (21,17 ) 0,3189 85,36 27,2 1413,84 /
1
tr tr tr
kJ h
Q F k t t m K kJ h
m K W
Tổn thất nhiệt qua cửa Q
c
Lớp bông khoáng dày
mm, có hệ số dẫn nhiệt
=0,036 W/mK
Cửa làm bằng thép dày
=5mm, có hệ số dẫn nhiệt
=0,5 W/mK.
Do có ở 2 đầu nên hệ số truyền nhiệt k
c
bằng:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 17
2
56
1 1 6 2
22
11
0,5641 /
1 0,05 0,005 1
11
W W W W
41,3698 0,036 0,5 2,86
c
k W m K
mm
m K mK mK m K
TNS ở cửa vào có độ chênh lệch (t
1
-t
0
)=62,8K, còn ở cửa đầu kia có độ
chênh lệch bằng (t
2
-t
0
)=10,8K. Do đó :
2
1 0 2 0
2
W 3,6 /
(2,5375 ) 0,5641 62,8 10,8 379,1464 /
1
c c c
kJ h
Q F k t t t t m K kJ h
m K W
Tổn thất nhiệt qua nền Q
n
Nhiệt độ trung bình của TNS bằng 64,5
o
C và giả sử tƣờng hầm sấy cách tƣờng
bao che phân xƣởng là 2m, theo bảng 7.1[2, 142], ta có q=41,65 W/m
2
.
Tổn thất qua nền bằng:
2
2
W 3,6 /
(21,17 )(41,65 ) 3174,23 /
1
nn
kJ h
Q F q m kJ h
mW
Tổn thất Q (kJ/h)
VLS
TBCT
Kết cấu bao che
xe
khay
2 tƣờng
trần
cửa
nền
3806,059
1688,064
2806,406
2840,813
1413,843
379,350
3174,230
Bảng 3.2: Tổn thất nhiệt của hệ thống sấy
Tổng tổn thất Q= 16108,765 kJ/h
Tổng tổn thất
1
16108,765
4,18 27,2
W
70,58
114, 1 /
8
5
o
a
o
kJ
Q kJ
h
C t C
kgam
kg C
kJ g m
h
ka
3.6. Tính toán quá trình sấy thực
Lƣợng chứa ẩm d
2t
[2,138]:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 18
0 1 2
20
2
()
dx
t
C d t t
dd
i
Trong đó:
00
1,004 1,97 0,0178 1,039 /
o
dx pk pa
oo
kJ kJ kg am
C d C C d kJ kg C
kg C kg C kg kkk
0
22
2493 1,97 38 2567,86 /
pa
o
kJ kJ
i r C t C kJ kg
kg kg C
Ta có:
2
1,039 90 38
0,0178 0,0379 /
256 114,517,86
o
o
t
kJ
C
kg C
kgam
d kgam kgkkk
kgkkk
kJ kJ
kg kgam
Entanpy I
2
:
2 2 2 2
( ) 1,004 38 0,0379 2493 1,97 38
oo
t pk t pa
oo
kJ kg am kJ kJ
I C t d r C t C C
kg C kg kkk kg kg C
2
135,47 /
t
kJ k kI gkk
Độ ẩm tƣơng đối:
2
2
22
745
.0,0379
750
86,76%
(0,622 ) 0,0657(0,622 0,0379)
t
t
bt
Bd
Pd
Như vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2t) có:
t
2t
=38
o
C
2t
=86,76%
d
2t
=0,0379 kg am/kg kkk
I
2t
=135,47 kJ/kg kkk
Lƣợng kkk cần thiết để bốc hơi hết lƣợng ẩm:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 19
20
70,588
W
W 3512,54
0,0379
/
0,0178
t
kg am
h
Ll
dd
kg am kg am
kg kk
kgk
k kg kkk
kk h
Nhiệt lƣợng có ích:
1 2 1
2567,86 4,18 31,74 2435,1868
o
av
o
kJ kJ kJ
q i C t C
kg kg C kg am
Tổn thất nhiệt do TNS mang đi:
2 0 2 0
( ) 49,76 1,039 38 27,2 558,42 /
o
dx
o
kg kkk kJ
q lC d t t C kJ kgam
kg am kg C
STT
đại lƣợng
kí hiệu
kJ/kg ẩm
%
1
Nhiệt lƣợng có ích
q
1
2435,19
75,58
2
Tổn thất nhiệt do TNS
q
2
558,42
17,33
3
Tổn thất nhiệt do VLS
q
vls
53,92
1,67
4
Tổn thất nhiệt do TBCT
q
tb
63,67
1,98
5
Tổn thất ra môi trƣờng
q
mt
110,62
3,43
6
Tổng nhiệt lƣợng tính toán
q'
3221,81
100,00
7
Tổng nhiệt lƣợng tiêu hao
q
3247,10
100,78
8
Sai số tƣơng đối
0,78
Bảng 3.3: Cân bằng nhiệt của hệ thống sấy
Nhận xét: hiệu suất nhiệt của thiết bị sấy
T
=75,58%
Trong tất cả các tổn thất thì tổn thất do TNS mang đi là lớn nhất, còn các tổn
thất còn lại chiểm không đáng kể tổng tổn thất. vì vậy khi tính toán thức tế ta có thể
lấy gần đúng tổng tổn thất này vào khoảng 10%, từ đó đơn giản việc tính toán rất
nhiều.
Kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy:
Với t
2
=38
o
C và
=86,76%
Tra phụ lục 5 ta có: v
c
=0,966 m
3
/kg kkk
v
b
=1,082 m
3
/kg kkk
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 20
Lƣu lƣợng thể tích TNS sau hầm sấy:
3
3
0,9663 3393512,54 ,12 /
cc
kg kkk m
V Lv m h
h kg kkk
Lƣu lƣợng thể tích TNS trƣớc khi vào hầm sấy:
3
3
3512,54 1,082 3800,57 /
bb
kg kkk m
V Lv m h
h kg kkk
Lƣu lƣợng thể tích trung bình của TNS đi trong hầm sấy
3
0,5( ) 0,5(3393,12 3800,57) 3596,84 /
CB
V V V m h
Tốc độ trung bình của TNS trong quá trình sấy thực
3
2
1
3596,84
3600
w 0,4377 /
2,2825
td
mh
hs
V
ms
Fm
Tốc độ TNS giả thiết ban đầu bằng 0,44 m/s . So với tốc độ thực sai số tƣơng
đối chỉ bằng 0,23%. Nhƣ vậy mọi tính toán có thể xem là đúng.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 21
3.7. Biễu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn quá trình sấy thực
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 22
Chương IV: Tính toán các thiết bị phụ thiết kế calorife-chọn quạt-
chọn nồi hơi
4.1. Tính toán thiết kế calorife
4.1.1. Công suất nhiệt calorife: với tính toán trong quá trình sấy thực ta tính
đƣợc công suất nhiệt calorifer. Coi hiệu suất của calorifer là 90% ( 10% là tổn thất
nhƣ bám bụi bẩn, lâu ngày bị ăn mòn…), do vậy công suất nhiệt mà hơi nƣớc cần
cung cấp là:
1,1 1,1 70,588 3247,10 252127,711
c
kg am kJ kJ
Q Wq
h kg am h
4.1.2. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình t
log
:
t
log
giữa hơi nƣớc ngƣng trong ống với không khí chuyển động ngoài ống đƣợc
biểu diễn trên đồ thị:
Hình 4.1 : Đồ thị độ chênh lệch nhiệt độ
Nồi hơi có áp suất làm việc p=2,5kg/cm
2
; nhiệt độ hơi bão hòa t
N
=138
o
C.
t
N
=138
o
C
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 23
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình t
log
:
4.1.3. Hệ số trao đổi nhiệt:
Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích bề mặt ngoài có cánh[4, 226] :
1
1
1 1 1
.
t t n n
k
F F F
Trong đó :
=0,5(d
2
-d
1
) là chiều dày ống
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống
n
: hệ số trao đổi nhiệt khi ngƣng của hơi nƣớc
k
: hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu của không khí
Chọn ống:
Chiều cao H=0,6m .
Làm bằng đồng dẫn hơi có
2
1
28
26
d
mm
d mm
ống xếp so le , bƣớc ống S
1
=1,8d
2
=50mm.
Cánh đƣợc làm đồng có hệ số dẫn nhiệt là
c
=110W/mK
Chiều dày cánh là
c
=1mm. Đƣờng kính cánh là d
c
=49mm. Bƣớc cánh là S
c
=2mm.
12
log
1
2
110,8 48
75,072
110,8
ln
ln
48
tt
tK
t
t
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 24
Hình 4.2: Dàn ống cánh calorife
Diện tích bề mặt trong ống:
2
1
3,14.0,026.1 0,0816
t
F d H m
Diện tích bề mặt ngoài ống
Bƣớc cánh là S
c
=2mm, nên mỗi ống có n
c
=200 cánh
2 2 2
22
( 200 ) 200.2 200 0,5737
4
n o c c c c c
F F F d H d d d m
Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi nƣớc ngƣng tụ
n
: hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu khi ngƣng của hơi nƣớc với bề mặt trong của
ống xác định qua biểu thức sau[1,210]:
1/4
23
0,943
.
n
N
gr
tH
(4.4)
Với hơi nƣơc bão hòa ngƣng ở nhiệt độ t
N
=120
o
C.
Các thông số vật lý của nƣớc ngƣng bão hòa nhƣ sau:
W/m.K kg/m
3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2014
Page 25
Ns/m
2
r=2202 kJ/kg
t
N
=t
N
-t
W
: là độ chênh lệch nhiệt độ giữa hơi ngƣng với nhiệt độ vách trong
ống, do
n
rất lớn nên t
N
rất nhỏ. Ta giả thiết
N
t
=2,5K( sau đó sẽ kiểm tra lại)
0,25
23
32
2
6
2
W
1,129 9,81 0,686 2202
W
0,943 1915,217
237,4.10 2,5 (0,6 )
n
kg m kJ
m s mK kg
Ns
mK
Km
m
Tính hệ số cấp nhiệt ở ngoài ống có cánh
Tính Reynold:
2
Re
d
Với là tốc độ không khí qua khe hẹp calorife
0
2
11
2
1
c
c
h
d
S S S
: là tốc độ không khí vào calorife
=4 m/s m/s
Với nhiệt độ trung bình không khí đi qua calorife:
kk
t
0,5(27,2+90)=58,6
o
C
Ta tra đƣợc các thông số vật lý của không khí khô nhƣ sau:
=2,88.10
-2
W/m.K
m
2
/s
Ta có
2
2
6
17,39 0,028
Re 25874,417
18,82.10
m
m
d
s
m
s
Khi Re>10
3
:Chuẩn số Nu [3, 201]: Nu=0.216Re
0.6
=86,38
Hệ số
tính đến ảnh hƣởng của góc đập giữa dòng và trục ống tra đƣợc
=0,9.
