Tính toán và thiết kế hệ thống Sấy cơm dừa tầng sôi

Chương I
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY
1. Thông Số Thiết Kế
- Vật liệu: (chọn vật liệu sấy là cơm dừa) có các thông số sau theo [TL1/t260]:
Năng suất máy sấy: 2000 kg/h
Đường kính vật liệu: d = 2,28 mm
Khối lượng riêng:  = 400 kg/m
3

Nhiệt dung riêng: c = 2,85 kJ/kg độ
Hệ số dẫn nhiệt:  = 0,425 W/m.K
Độ ẩm ban đầu của vật liệu: 
đ
= 25 %
Độ ẩm cuối của vật liệu: 
c
= 13,5 %
- Tác nhân:
Không khí khô, được gia nhiệt bởi khói của than đá qua calorife khí – khói.
Trước khi vào calorife: t
0
=32
0
C, 
0
= 80%
Sau khi ra khỏi calorife: t
1
= 90
0
C

Nhiên liệu sấy là hơi bão hòa ẩm p = 5 bar
2. Tính Toán
2.1. Tính Toán Quá Trình Sấy Lý Thuyết(theo TL[1]/t260)
2.1.1 tính toán thông số tại các điểm nút

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 1 - ĐHNL4LT
a. Thông số tác nhân trước khi đưa vào calorife (khí ngoài trời)
Địa điểm lắp đặt tại Tp Hồ Chí Minh có: t
0
= 32
0
C, 
0
= 80 (%) lấy theo nhiệt
độ và độ ẩm trung bình hàng năm.
t
0
= 32
0
C: Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ (phụ lục 13, TL
[1]/t309) ta được: p
bh
= 0,047934 (bar).
Dung ẩm:

bh
bh
h
h

pp
p
pp
p
d
.
.
.621,0.621,0
0
0
0







=
02476,0
047934,0.8,01
047934,0.8,0
.621,0 

(kg/kgkk).
Enthalpy:

).842,12500.(.0048,1
0000
tdtI 

= 1,0048.32 + 0,02476.(2500 + 1,842.32)
= 95,51 (kJ/kg).
b. Thông số tác nhân sau khi khỏi calorife (trước khi vào ra máy sấy)
Nhiệt độ tác nhân sấy khi sấy cơm dừa bằng sấy tầng sôi thường từ 85 –
95
0
C. Ở đây chọn nhiệt độ tác nhân: t
1
= 90
0
C. Tra bảng nước và hơi nước bão hòa
theo nhiệt độ, ta được: p
bh
= 0,7011 bar.
Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy trong calorife là quá trình gia nhiệt đẳng
dung ẩm nên:
Dung ẩm:
d
1
= d
0
= 0,02476 (kg/kgkk).
Độ ẩm sau khi gia nhiệt:
(%)5,5055,0
7011,0).02476,0621,0(
1.02476,0
).621,0(
.
1

1
1





bh
pd
pd


Enthalpy:

).842,12500.(.0048,1
1111
tdtI 

= 1,0048.90 + 0,02476.(2500 + 1,842.90)
= 156,437 (kJ/kg).
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 2 - ĐHNL4LT
c. Thông số tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy
Đối với quá trình sấy lý thuyết: I
2
= I
1
= 156,437 (kJ/kg).
Nhiệt độ tác nhân sau khi ra khỏi máy sấy: Thông thường chọn t
2

= 1,15.t
ư
.
Nhiệt độ bầu ướt tại điểm 1 tra theo đồ thị I – d với I
ư
= I
1
và 
ư
= 1 là 41
0
C.
Do đó: t
2
= 1,15.t
ư
= 1,15.41 = 47
0
C. Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo
nhiệt độ, ta được: p
bh
= 0,10684 bar.
Dung ẩm:
0422,0
47.842,12500
47.0048,1437,156
.842,12500
.0048,1
2
22

2







t
tI
d
(kg/kgkk).
Độ ẩm sau khi sấy:

56,595956,0
10684,0).0422,0621,0(
1.0422,0
).621,0(
.
2
2
2





bh
pd
pd


(%)
Lượng nguyên liệu đầu vào máy sấy:
667,2306
25100
5,13100
.2000
100
100
1
2
21









GG
(kg/h).
Lượng ẩm cần tách khỏi vật liệu sấy:
W = G
1
– G
2
= 2306,667 – 2000 = 306,667 (kg/h).
Chi phí tác nhân riêng (lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm):

339,57
02476,00422,0
11
02
0





dd
l
(kgkk/kg ẩm)
Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi lượng ẩm trong vật liệu sấy:
17584339,57.667,306.
00
 lWL
(kg/h).
Lượng không khí ẩm cần thiết:

18019)02476,01.(17584)1.(
10
 dLG
k
(kg/h).
Công suất của calorife:

956,304)95,51- 437,156.(
3600
18019

).(
01
 IIGQ
k
(kW).
Lượng hơi cần cung cấp: ta có phương trình cân bằng nhiệt

).().(.
01
IIGIIG
knhh



Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 3 - ĐHNL4LT
Chọn hơi bão hòa ẩm có độ khô là 0,9. Nước ngưng tụ là nước sôi ở áp suất
5bar, hiệu suất nhiệt là 70%.
Vậy
).(
).(
01
nh
k
h
II
IIG
G






Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất 5bar ta được:

2749

I
(kJ/kg).

1,640

I
(kJ/kg).

2538)1,6402749.(9,01,640).( 





 IIxII
h
(kJ/kg).

1,640
n
I
(kJ/kg).


36,826
)1,6402538.(7,0
)51,95437,156.(18019




h
G
(kg/h).
2.1.2. Tính Toán Vận Tốc Tác Nhân Sấy
a. Xác định đường kính tương đương của cơm dừa
Sử dụng phương pháp sàng rây ta có thể xác định được đường kính tương
đương của hạt. Bằng thực nghiệm cụ thể đã xác định được đường kính hạt đường
là 2,28mm.
d
tđ
= 2,28mm = 2,2810
–3
m  R = 1,14mm = 1,14.10
–3
(m).
b. Vận tốc bắt đầu tạo ra chế độ sôi V
S

Lúc bằng đầu chế độ sôi, trở kháng thủy lực của dòng tác nhân sấy ở vận tốc
V
S
cân bằng với trọng lực của khối hạt. Khi đó, tiêu chuẩn Reynolds được tính

theo công thức sau:

33
Ar
Re
1 1,75.Ar
150
s









Trong đó: + Ar: là tiêu chuẩn Archimet được tính bằng:
3
2
. . ( )
Ar
td k v k
k
gd
  




+ : là độ xốp của khối hạt. Lúc bắt đầu chế độ sôi thường lấy =0,4.
Thông số vật lý của không khí khô ở 90
0
C theo phụ lục 15 [TL1/t313]là:
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 4 - ĐHNL4LT

k
= 0,972 (kg/m
3
).
c
pk
= 1,009 (kJ/kg).

k
= 3,13 (W/m.K).

k
= 21,5.10
– 6
(Ns/m
2
).
a
k
= 31,9.10
– 10
(m
2

/s).

k
= 22,1.10
– 6
(m
2
/s).
Pr = 0,69
g = 9,81 (m/s
2
).
Vậy tiêu chuẩn Archimedes:

39
2 12
9,81.2,28 .10 .0,972.(400 0,972)
92333
22,1 .10
Ar





Vậy tiêu chuẩn Reynolds:

064,31
4,0
92333.75,1

4,0
4,01
.150
92333
Re
33












S

Thử lại trị số Reynold theo tiêu chuẩn Phedorov:

698,50
972,0.10.1,22.3
)972,0400.(81,9.4
.10.28,2
3
).(.4
.
3

122
3
3
2







k
kv
td
g
dFe



Tính tốc độ V
S
công thức Egun:
Khi 20 < Re < 1000:

574,0
10.5,21.1650
)972,0400.(10.28,2.81,9
.1650
).(.
6

62
2







k
kvtd
S
dg
V


(m/s).
c. Vận tốc làm việc tối ưu

td
kt
t
d
V

.Re


Tính tiêu chuẩn Reynolds theo tiêu chuẩn Phedorov:
Ở chế độ làm việc tối ưu:

206,130698,50.285,0).285,019,0(Re
56,156,1
 Fe
t

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 5 - ĐHNL4LT



262,1
10.28,2
10.1,22.206,130
3
6



t
V
(m/s).
Tính tiêu chuẩn Reynolds theo tiêu chuẩn Archimedes:
Ở chế độ làm việc tối ưu:

037,12692333.33,0).33,022,0(Re
52,052,0
 Ar
t



222,1
10.28,2
10.1,22.037,126
3
6



t
V
(m/s).
Vậy sai số:
3,3033,0
222,1
222,1262,1




(%).
Chọn V
t
= 1,222 (m/s).
d. Vận tốc tới hạn trên
Thời điểm này tương ứng với độ xốp lớn nhất
1


, bắt đầu có sự lôi cuốn các
hạt vật liệu theo dòng khí. Tốc độ trạng thái này được xác định theo các tiêu chuẩn
sau:
Tiêu chuẩn Reynolds:

044,454
92333.61,018
92333
.61,018
Re 




Ar
Ar
th

Tiêu chuẩn Lyasenco:

764,1013
92333
044,454
Re
3
3

Ar
Ly
th

Tốc độ tới hạn của dòng khí:

)./(486,4
972,0
)972,0400.(81,9.10.5,21.764,1013
).(
3
2
6
3
2
max
sm
gLy
V
k
kvk









e. xác định độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy
Ta xác định độ ẩm cân bằng của vật liệu bằng công thức nghiệm của Egorov

2
1
21
100
100
ln 435,0












kk
cb

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 6 - ĐHNL4LT
Trong đó: k
1
, k
2
: Là những hằng số thực nghiệm và được đoán định trong
những khoảng ẩm độ cân bằng hạt và độ ẩm tương đối của không khí.
Lúc này

)158( 
cbh

% và 10<

<80 %, thì k
1
= 2,7 và k
2
= 19,5
Vậy độ ẩm cân bằng của vật liệu:










2
1
80100
100
ln.5,19.435,07,2
cb

9,5 (%).
2.1.3: Xác Định Thời Gian Sấy Vật Liệu (có 3 giai đoạn sấy) [1]/t99.

a. Thời gian đốt nóng vật liệu
Thông số nhiệt độ theo quang hệ:

0
1






k
k
t
t

Với: t
k
= t
m
= 90 (
0
C).

0
= t
0
= 32 (
0
C).


1
= t
ư
= 41 (
0
C).
Vậy:
845,0
3290
4190





(
0
C).
Tiêu chuẩn Biot:
.
Bi
q
R




Trong đó:
q


: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng
tới bề mặt vật liệu):

496,45
)10.14,1.2(
)972,0.222,1(
.6,3
).2(
).(
.6,3
4,03
6,0
4,0
6,0


R
V
kk
q


(W/m
2
K).


: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu,


= 0,425 (W/mK).
R: Bán kính vật liệu, R= 1,14.10
-3
(m).



122,0
425,0
10.14,1.496,45
3


Bi

Tra đồ thị hình 5.11 [TL/2] biểu diễn quan hệ Fo = f(,Bi) ta xác định được
tiêu chuẩn Fo = 1,57.
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 7 - ĐHNL4LT
Vậy thời gian đốt nóng vật liệu:
2
0
Fo.R
a



Hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu:

vv

C
a
.



(m
2
/s).
Theo [TL1/t265] chọn a = 1,634.10
-7
(m
2
/s).


5,12
10.634,1
10.14,1.57,1
7
62
0



t
(s).
Giai đoạn sấy đẳng tốc:
2
100.

.
b
v
J
U
R


(%h).
Trong đó:
r
J
J
b
b
1
2

, cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật sấy.
Với: nhiệt ẩn hóa hơi: r = 2500 (kJ/kg).
Mật độ dòng nhiệt:
11
()
b m b
J t t


(kJ/m
2
h.K).

Mà: t
m
= 90
0
C
t
b
= 41
0
C
Vận tốc tác nhân sấy là 1,222 (m/s) < 2 m/s thì hệ số trao đổi nhiệt đối lưu:

488,10222,1.46,5.46,5
1
 V

(W/m
2
K) = 37,757 (kJ/m
2
h.K).
Vậy:
1850)4190.(757,37
1

b
J
(kJ/m
2
h).



74,0
2500
1850
2

b
J
(kg/m
2
h).
Vậy tốc độ sấy:

281,162
400.10.14,1
74,0.100
3


U
(%h).
b. Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc
Chuyển đổi từ độ ẩm cơ sở ướt sang độ ẩm cơ sở khô:
- 
1
= 25%  
k1
= 33,3 (%).

- 
2
= 13,5%  
k2
= 15,6 (%).
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 8 - ĐHNL4LT
- 
cb
= 9,5%  
kcb
= 10,5 (%).
Ta có: Hệ sấy tương đối:

1
1,8 1,8
0,054
33,3
k


  

Độ ẩm tới hạn:

1
11
10,5 29,02
0,054
x cb



    
(%).
Vậy thời gian sấy đẳng tốc:

11
1
33,3 29,02
0,02637
162,281
kx
t
U



  
(h) = 95 (s).
c. Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc:

1
2
2
2,3 2,3 29,02 10,5
lg lg
. 0,054.162,281 15,6 10,5
x cb
k cb
t

U

  











= 0,14699 (h) = 529 (s).
Hay
   
22
11
ln .( ) ln 0,054.(15,6 10,5)
. 0,054.162,281
k cb
t
U
  

     

= 0,14715 (h).
d. Tổng thời gian sấy:

t = t
0
+ t
1
+t
2
= 12,5 + 95 + 529 = 636,5 (s) = 10,608 (phút).
2.2. Tính Toán Quá Trình Sấy Thực [TL1/t267]
2.2.1. Tính Nhiệt Cho Thiết Bị Sấy
a. Tổn thất do vật liệu sấy mang đi
Ta có:
2 2 2 0
. .( )
VV
Q G C t t
(kJ/kg).



W
ttCG
q
VV
V
).(.
022


(kJ/kg ẩm).
Trong đó: G

2
= 2000 (kg/h).
W = 306,667 (kg/h).

42547)105(
22
 tt
V
(
0
C).
C
V
: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm
2


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 9 - ĐHNL4LT

135,0.186,4)135,01.(85,2.)1.(
22


aVKV
CCC

= 3,03 (kJ/kg
0
C).

Trong đó: C
vk
: Nhiệt dung riêng của cơm dừa, C
vk
= 2,85 (kJ/kg
0
C).
Vậy:
608,197
667,306
)3242.(03,3.2000



V
q
(kJ/kg ẩm).
b. Tổn thất nhiệt ra môi trường:
Ta tiến hành tính toán kích thước sơ bộ của buồng sấy:
Lượng vật liệu thường xuyên nằm trên ghi:
Chọn G =
2
22
.2000 800
55
G 
(kg)
- Thể tích ghi phân phối khí:

800

2
400
V
G
V

  
(m
3
).
- Diện tích ghi phân phối khí:
Ghi có dạng hình chữ nhật a.b, chiều cao khối hạt h thì V = a.b.h và S = a.b.
Chọn sơ bộ chiều cao khối hạt là h = 200 mm.


2
. 10
0,2
V
S ab
h
   
(m
2
).
Chọn a = 2 m thì b = 5 m.
Vậy chọn ghi có kích thước a = 2 m và b = 5 m.
- Diện tích xung quanh buồng sấy:
Để dễ tính ta có thể quy đổi hình dạng buồng sấy về hình trụ chiều dài là 5 m
và đường kính H = 2 m thì:

S
xq
= 2.S
mb
+ S
trụ
– S
sàn

+ Diện tích hai mặt bên:
22
. .2
3,14
44
mb
H
S

  
(m
2
).
+ Diện tích trụ:
S
trụ
=

.H.b =

.2.5 = 31,4 (m

2
).
+ Diện tích sàn:
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 10 - ĐHNL4LT
S
sàn
= a.b = 2.5 = 10 (m
2
).
 S
xq
= 2.3,14 + 31,4 – 10 = 27,68 (m
2
).
Tính toán tổn thất:
Giả thiết thiết bị sấy được làm bằng thép dày 
1
= 2 mm, hệ số dẫn nhiệt 
1
=
50 (W/mK), bên ngoài được bọc một lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 
2
= 50
mm, hệ số dẫn nhiệt 
2
= 0,055 (W/mK). Ngoài cùng là lớp tole dày 0,5 mm, lớp
tole xem như cách nhiệt hoàn toàn.
Ta có: t
f1

= t
m
= 90 (
0
C).
t
f2
= t
0
= 32 (
0
C).
Không khí trong buồng chuyển động đối lưu cưỡng bức với vận tốc 1,222 m/s
nên mật độ dòng nhiệt được tính:

).(
1111 wfmt
ttq 

(W/m
2
).
Truyền nhiệt qua tấm thép là dẫn nhiệt qua vách phẳng có mật độ dòng nhiệt:

).(
21
1
1
2 wwmt
ttq 



(W/m
2
).
Hệ số dẫn nhiệt trên một đơn vị chiều dày:

25000
002,0
50
1
1



(W/K).
Do tỷ số
1
1


quá lớn nên xem như t
w1
= t
w2
.
Truyền nhiệt qua lớp bông thủy tinh cũng là dẫn nhiệt qua vách phẳng có mật
độ dòng nhiệt:

).(1,1).(

05.0
055,0
).(
323232
2
2
3 wwwwwwmt
ttttttq 


(W/m
2
).
Tỏa nhiệt ra bên ngoài xem như là đối lưu tự nhiên chảy rối với hệ số tỏa nhiệt
đối lưu:

2
= 1,715.(t
w3
– t
f2
)
0,333
(W/m
2
K).
Vậy mật độ dòng nhiệt:
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 11 - ĐHNL4LT
333,1

32324
)32.(715,1).( 
wfw
tttq

(W/m
2
).
Giả sử quá trình truyền nhiệt là ổn định:
Ta có: q
mt1
= q
mt2
= q
mt3
= q
mt4
Vậy ta có hệ phương trình:
11
3 2 3
1,333
43
10,488.(90 )
1,1.( )
1,715.( 32)
mt w
mt w w
mt w
qt
q t t

qt









Ta có:
1,1
1
13
mt
ww
q
tt 
vì (t
w1
= t
w2
).

333,0
32
)32.(715,1 
w
t


Dùng phương pháp lặp, giả định đã biết t
w1
rồi tìm ra giá trị của t
w3
,
2

theo t
w1
.
Giải hệ phương trình trên ta có bảng giá trị sau:
Vậy chọn nhiệt độ bề mặt trong: t
w1
= 85,6 (
0
C).
Nhiệt độ bề mặt ngoài: t
w3
= 43,65 (
0
C).
Hệ số tỏa nhiệt ra bên ngoài: 
2
= 3,884 (W/m
2
K).
Mật độ dòng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt:
q = k.(t
f1

-t
f2
) = k.(90 – 32)
Ta có Hệ số truyền nhiệt:
STT
t
w1

(
0
C)
q
mt1

(W/m
2
)
t
w3

(
0
C)

2

(W/m
2
K)
q

mt4

(W/m
2
)
1
90
0
90
6,63
384,515
2
89
10,488
79,465
6,201
294,354
3
88
20,976
68,931
5,704
210,667
4
87
31,464
58,396
5,1
134,64
5

86
41,952
47,862
4,305
68,287
6
85,6
46,147
43,648
3,884
45,246
7
85
52,44
37,327
2,994
15,948
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 12 - ĐHNL4LT

12
1 1 2 2
11
1 0,002 0,05 1
11
10,488 50 0,055 3,884
0,792
k

   


  
  

(W/m
2
K).

q = 0,792.(90-32) = 45,936 (W/m
2
) = 165,37 (kJ/m
2
h).
Tổn thất nhiệt ra môi trường:
Q
mt
= S
xq
.q = 27,68.165,37 = 4577,44 (kJ/h).


4577,44
14,93
306,667
mt
mt
Q
q
W
  

(kJ/kg ẩm).
Nhiệt lượng có ích:
Ta có: q
1
= i
2
– C
a
.t
0

Với: i
2
= r + C
pk
.t
2
= 2500 + 1,842.47 = 2586,574 (kJ/kg ẩm).
Vậy: q
1
= 2586,574 – 4,186.32 = 2452,622 (kJ/kg ẩm).
Tổng tổn thất nhiệt:

0
. 4,186.32 197,608 14,93 78,586
a v mt
C t q q        
(kJ/kg ẩm).
c. Xác định thông số quá trình sấy thực bằng phương pháp tính toán:
Trong quá trình sấy lý thuyết ta xác định điểm 2 nhờ giả thuyết I

1
= I
2
trong
quá trình sấy thực tồn tại một giá trị nhiệt tổn thất

.
Ta tiến hành xây dựng đồ thị I – d cho quá trình sấy thực:

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 13 - ĐHNL4LT
Ta có lượng chứa ẩm:



2
210
02
)).((
i
ttdC
dd
dx

Mà ta có: C
dx
(d
0
) = C
pk

+ C
pa
.d
0
= 1,0048 + 1,842.0,02476 = 1,05 (kJ/kgK).
Vậy:
2
1,05.(90 47)
0,02476 0,0417
2586,574 ( 78,586)
d

  

(kg/kgkk).
Nhiệt lượng riêng:
I
2
= C
pk
.t
2
+ d
2
.i
2

= 1,0048.47 + 0,0417.2586,574 = 155,1 (kJ/kg).
Độ ẩm tương đối:

)621,0.(
.
22
2
2
dp
dp
bh




Ta có:
1051,0
475,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
2
2


















t
p
bh
(bar).
Vậy:
2
1.0,0417
0,5987
0,1051.(0,621 0,0417)



= 59,87 (%).
Chi phí tác nhân riêng:

20
11
59,032
0,0417 0,02476
l
dd

  

(kgkk/kgẩm).
Tổn thất nhiệt do TNS mang theo:
q
2
= l.C
dx
(d
0
).(t
2
– t
0
) = 59,032.1,05.(47 - 32) = 929,754 (kJ/kg ẩm).
Lượng không khí cần thiết thực tế:
L = l.W = 59,032.306,667 = 18103 (kgkk/h) = 5,029 (kgkk/s).
Nhiệt lượng tiêu hao riêng:
q = l.(I
1
– I
0
) = l.(I
2
– I
0
) -


= 59,032.(156,437 – 95,51) = 59,032.(155,1 – 95,51) –(-78,586)

= 3596,3 (kJ/kg ẩm).
* Tính theo phương trình cân bằng nhiệt lượng:
q
’
= q
1
+q
2
+q
v
+q
mt
= 2452,662 +929,754 +197,608+14,93
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 14 - ĐHNL4LT
= 3594,954 (kJ/kg ẩm).
Ta có sai số:
3596,3 3594,954
.100% 0,037
3596,3



(%). Tính toán trên chính xác.
Ta được bảng cân bằng nhiệt lượng và hiệu suất buồng sấy:
STT
Đại lượng
Ký hiệu
Giá trị
(kJ/kg ẩm)

Hiệu suất
(%)
1
Nhiệt lượng có ích
q
1

2452,662
68,23
2
Tổn thất do TNS mang đi
q
2

929,754
25,86
3
Tổn thất do VLS mang đi
q
v

197,608
5,49
4
Tổn thất ra môi trường
q
mt

14,93
0,42

5
Tổng nhiệt lượng tiêu hao
q
3594,954
100
Nhiệt lượng tiêu hao cho cả quá trình sấy thực:
Q = W.q = 306,667. 3594,954 = 1102454 (kJ/h) = 306,2 (kW).
2.2.2. Xác Định Không Gian Máy Sấy
Từ những tính toán trên ta xác định được không gian máy sấy, như sau:
- Vận tốc tác nhân thổi qua ghi máy sấy là V
1
= 1,222 (m/s).
- Diện tích ghi chọn là F
1
= 2x5 = 10 (m
2
).
- Chọn phần rộng nhất mặt cắt ngang máy sấy là V
2
= 0,5 (m/s). Tính đến tổn
thất qua ghi phân phối khí và chiều cao chuyển động của không khí nên chọn F
2
=
3x5 = 15 (m
2
).
Từ đó ta tính trở lực qua lớp sôi:

gh
F

gG
P
kv
P
G
).).(1.(
.
1



Trong đó:

: độ xốp lớp sôi.

598,0
92333
037,126.36,0037,126.18
Re.36,0Re.18
21,0
2
21,0
2






















Ar


h: chiều cao lớp sôi.

298,0
598,01
4,01
.2,0
1
1
.
0
0










hh
(m) = 298 (mm).
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 15 - ĐHNL4LT
Với: h
0
: chiều cao lớp hạt, h
0
= 200 (mm).
Vậy:
937,46881,9).972,0400).(598,01.(298,0 
G
P
(Pa).

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 16 - ĐHNL4LT

Chương II
TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ


TÍNH CHỌN SICLON
Thể tích không khí cần vận chuyển:
G
tn
=
5,029
5,174
0,972
k
L


(m
3
/s)
Thể tích không khí qua siclon:
G
siclon
= G
tn
= 5,174 (m
3
/s)

Chọn: V
2
= 6 m/s

2
2
5,174
0,862
6
siclon
G
F
V
  
(m
2
)
D
1
=
2
4.
4.0,862
1,05
3,14
F


(m)
D = 2D

1
= 2,1 (m)
D
2
= 0,4D
1
= 0,42 (m)
h
1
= 1,25D
1
= 1,3125 (m)
h
2
= 2,2D
1
= 2,31 (m)
Chọn d = 0,5m; V
1
= 15m/s đủ để dòng khí xoáy trong Siclon:
b = h
1
– d = 0,8125 (m)
Giải hệ phương trình:

1
1
2
11
1

1
0,425 m
.
0,8125
.
15 5,174
0,345 m
siclon
a
ab F
aF
F V G
F
F







  







Vậy chọn a = 0,43m

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 17 - ĐHNL4LT

Hoặc có thể chọn siclon từ bảng 7.5 (“Tính toán và thiết kế hệ thống sấy công
nghiệp – Bùi Trung Thành) theo thể tích không khí qua siclon, ta có bảng quan hệ
kích thước của siclon như sau:
V (m
3
/h)
D
a
b
d
h
1
h
2
h
3

D
1
D – a
18626,4
2,5
0,625
1,25
0,5
0,88
1,145

2
1,2
1,875

TÍNH CHỌN CALORIFE KHÍ – HƠI.
Để nâng nhiệt độ không khí lên trước khi đưa vào máy sấy, ta dùng calorife
dạng ống truyền nhiệt, trên bề mặt ống có gân để tăng bề mặt trao đổi nhiệt. Chất
tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hoà có áp suất p = 5 bar.
Tác nhân sấy là không khí nóng sau khi qua calorife có nhiệt độ là 90
0
C.
Tính bề mặt truyền nhiệt của calorife :
Ta có: Q
c
= k.F.
tb
t

, W
+ k : Hệ số truyền nhiệt, W/m
2
.độ
+
tb
t

: Hiệu số nhiệt độ trung bình, độ
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 18 - ĐHNL4LT
+ F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m

2

 F =
.
c
tb
Q
kt
, m
2

Tính nhiệt lượng cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩm:
Q = W.q = 306,667. 3594,954 = 1102454(kJ/h) = 306,2 (kW).
Nhiệt lượng thực tế do calorife cung cấp:
Q
ct
=
1102454
1224948,9
0,9
c
Q


, kJ/h
+  : Hiệu suất cung cấp nhiệt, với  = 90%
Lượng hơi cần cung cấp cho calorife:
Ta có:
ct
ct 1 2

12
Q
Q ( )
()
h h h h
hh
G i i G
ii
   


Tra bảng nước và hơi nước trên đường bão hòa ở p = 5bar, ta được:
t
bh
= 151,84
0
C; i” = 2749 kJ/kg; i’= 640,1 kJ/kg;
Với độ khô x = 0,9 thì i
h1
= x.i” + (1 – x)i’ = 0,9.2749 + 0,1.640,1 = 2538,11 kJ/kg
Hơi ra khỏi calorife là nước ngưng ở áp suất 5 bar nên i
h2
= i’ = 640,1 kJ/kg.
Vậy lượng hơi cần thiết cho calorife là:

1224948,9
645,38 kg/h 0,179 kg/s
(2538,11 640,1)
h
G   



Tính hiệu số nhiệt độ trung bình
tb
t

:
Áp suất hơi nước bão hoà p = 5 bar, ta có nhiệt độ hơi nước bão hoà tương
ứng là t
bh
= 151,84
0
C.

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 19 - ĐHNL4LT
+ t
max
= 151,84 – 32 = 119,84
0
C
+ t
min
= 151,84 – 90 = 61,84
0
C

0
max min
max

min
119,84 61,84
87,67
119,84
ln
ln
61,84
tb
tt
tC
t
t
  

    



Tính hệ số truyền nhiệt k:
a) Chọn kích thước calorife, chọn chiều lưu thể hơi nước đi trong ống vuông
góc với chiều không khí được gia nhiệt trong calorife
- Chọn ống truyền nhiệt có gân vuông góc với trục ống
+ Đường kính ngoài của ống D
h
= 0,057 m
+ Chiều cao ống H = 1,5 m
+ Chiều dày thành ống  = 0,003 m
+ Chiều dày gân ’ = 0,001 m
+ Đường kính gân D = 1,3.D
h

= 1,3 x 0,057 = 0,074 m
+ Bước ống thường lấy t
1
= (1,21,5).D
h
, chọn t
1
=1,5.D
h
 t
1
= 1,5 x 0,057 = 0,085 m
+ Bước gân t
2
tính theo : 3 
2
h
D
t
 4,8
+ Chọn D
h
/t
2
= 4  t
2
= D
h
/4 = 0,057/4 = 0,014 m
+ Chiều cao gân h =

2
h
DD
=
0,074 0,057
2

= 0,009 m
+ Số gân trên 1 ống: m =
2
H
t
=
1,5
0,014
= 107 gân
+ Tổng chiều dài số gân trên ống: l = m.’ = 107 x 0,001 = 0,107 m
+ Chiều dài phần ống không gân: L
1
= H – l = 1,5 – 0,107 = 1,393 m
b) Tính toán calorife:
- Diện tích xung quanh ống không kể gân:
F
1
= .D
h
.L
1
= 3,14 x 0,057 x 1,393 = 0,249 m
2

- Diện tích mặt đứng của tổng số gân trên một ống:
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 20 - ĐHNL4LT
F
1
’ = .D
h
.l = 3,14 x 0,057 x 0,107 = 0,019 m
2

- Diện tích mặt trên và mặt dưới của tổng số gân trên 1 ống:
F
2
’ = 2.
4

.(D
2
– D
h
2
).m = 2.
3,14
4
.(0,074
2
– 0,057
2
).107 = 0,374 m

2

- Tổng diện tích bề mặt của tất cả các gân trên 1 ống:
F
2
= F
1
’ + F
2
’ = 0,019 + 0,374 = 0,393 m
2

- Tổng diện tích bề mặt ngoài của 1 ống (kể cả gân)
F
n
= F
1
+ F
2
– F
1
’ = 0,249 + 0,393 – 0,019 = 0,623 m
2

- Tổng diện tích bề mặt trong của ống:
F
tr
= .(D
h
– 2.).H = 3,14.(0,057 – 2.0,003).1,5 = 0,24 m

2

c) Tính vận tốc thực tế của không khí đi trong calorife :
- Chọn số ống xếp trên 1 hàng ngang của calorife là n
1
= 14 ống, xếp sole.
Chiều rộng của calorife:
R
c
= t
1
.(n
1
– 1) + 2.l
đ
, m
+ 2.l
đ
: Chiều dài lấy thêm ở 2 đầu của calorife, 2.l
đ
= 0,01 m
 R
c
= 0,085.(14 – 1) + 0,01 = 1,115 m
- Tiết diện ngang của calorife :
F
tự do
= F – F
cản
, m

2

+ F
cản
= F
gân cản
+ F
ống cản
(tính theo mặt cắt ngang)
F
gân cản
= D.l.n
1
= 0,074.0,107.14 = 0,11 m
2

F
ống cản
= D
h
.(H – l).n
1
= 0,057.(1,5 – 0,107).14 = 1,112 m
2

 F
tự do
= F – F
cản
= R

c
.H – (F
gân cản
+ F
ống cản
)
= 1,115.1,5 – (0,11 + 1,112) = 0,45 m
2

- Vận tốc thực tế của không khí đi trong calorife :

k
=
5,174
11,5
0,45
k
V
F

töï do
m/s
Trong đó:
5,029
5,174
0,972
k
k
L
V


  
m
3
/s
d) Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu :
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 21 - ĐHNL4LT
- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khi ngưng hơi về phía hơi nước bão hoà (theo
“Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.253):

1
=
3
4
1
()
3
4 4 .
fh
rg
Ht
  



, W/m
2
.K
+ r : Nhiệt ẩn hoá hơi của nước, r = 2109.10

3
J/kg
+ H : Chiều cao của ống truyền nhiệt, H = 1,5 m
+ t
1
: Hiệu số giữa nhiệt độ ngưng (nhiệt độ bão hoà) và nhiệt độ phía mặt
tường tiếp xúc với hơi ngưng, chọn t
1
= 1,84
0
C
+ Nhiệt độ trung bình tính toán t
m
= 0,5.(t
t
+ t
bh
)
t
t
: nhiệt độ bề mặt vách, t
t
= 150
0
C
t
bh
: nhiệt độ hơi bão hoà, t
bh
= 151,84

0
C
 t
m
= 0,5.(150 + 151,84) = 150,92
0
C.
Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ở t
m
:
 = 68,39 W/m
2
K; 
f
= ’ = 915,16 kg/m
3
; 
h
= ” = 2,669 kg/m
3
;  = 0,2019 m
2
/s

33
4
1
3 68,39 .2109.10 .9,81(915,16 2,669)
6614,15
4 4.0,2019.1,5.1,84



  
W/m
2
.K
- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:
Theo “Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Tr.487 khi tính hệ số tỏa
nhiệt đối với calorife gia nhiệt bằng hơi có thể sử dụng công thức sau:

0,375
0,625 0,33 2
1
Re Pr , W/m K
n
k
h
F
C
DF








Trong đó: C – hệ số, với chùm ống sole C = 0,45
 - Hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m

2
K
Re =
kh
D



 - độ nhớt động học của không khí, m
2
/s
F
n
– tổng diện tích bề mặt ngoài của ống, m
2

F
1
– tổng diện tích bề mặt ngoài của ống trơn, m
2

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 22 - ĐHNL4LT
Nhiệt độ trung bình tính toán về phía không khí:
0
32 90
61
22
kk
tb

tt
tC
 


  

Tra bảng thông số vật lý của không khí ở t
tb
:
 = 1,0569 kg/m
3
;  = 2,906.10
-2
W/mK;  = 20,15.10
-6
Ns/m
2
;
 = 19,075.10
-6
m
2
/s; Pr = 0,6958;
Chuẩn số Reynolds:
Re =
6
11,5.0,057
34364,4
19,075.10





0,375
2
0,625 0,33 2
2,906.10 0,623
0,45 34364,4 0,6958 98,71 W/m K
0,057 0,249
k




  



Khi xét đến ảnh hưởng sự tỏa nhiệt không đồng đều trên toàn bộ mặt cánh thì:

2
. 0,85.98,71 83,9 W/m K
kk
  

  

Tính hệ số truyền nhiệt k:

12
1
11
.
n
tr
k
F
r
F





, W/m
2
.K
+ F
n
: Bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho 1 đơn vị
chiều dài ống, m
2

+ F
tr
: Bề mặt trong của ống tính cho 1 đơn vị chiều dài ống, m
2

+ 

1
,
2
: Hệ số cấp nhiệt phía trong và ngoài ống, W/m
2
. độ
+ r : Tổng nhiệt trở của ống và các lớp cặn bẩn, r = 0,3.10
-3
m
2
K/W.

3
1
31,86
1 1 0,623
. 0,3.10
6614,15 83,9 0,24
k



W/m
2
K
- Bề mặt truyền nhiệt của calorife:

1224948,9.1000
121,82
. 31,86.87,67.3600

ct
c
tb
Q
F
kt
  

m
2

Xác định kích thước của calorife :
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 23 - ĐHNL4LT
- Số ống truyền nhiệt trong calorife :
121,82
196
0,623
c
n
F
n
F
  
ống
- Số hàng sắp các ống truyền nhiệt:
2
1
196
14

14
n
n
n
  
hàng
- Chiều dài calorife : L
c
= t
1
.n
2
+ 2.l
đ
= 0,085.14 + 0,01 = 1,2 m
- Kích thước calorife
 
D×R×C
:
1200 1115 1500
mm

TÍNH CHỌN QUẠT
Lưu lượng quạt theo tính toán trên: Q
q
= 5,174 m
3
/s
Tổng cột áp cần khắc phục Δp:
Δp = Δp

t
+ Δp
cb
+ Δp
ms
, N/m
2

 Trở lực qua lớp vật liệu trên ghi:
Khối lượng của lớp liệu trên ghi, G

= 800 (kg)
Khối lượng riêng của dòng khí tại nhiệt độ t
m
, 
k
= 0,972 (kg/m
3
)
Khối lượng riêng của hạt vật liệu, 
v
= 400 (kg/m
3
)
Diện tích của ghi, S
gh
= 10 (m
2
)
Ta tính được:

800
( ). (400 0,972).9,81 782,89
400.10
t h k
k gh
G
pg
S


     
(Pa)
 Trở lực cục bộ qua co, ghi và siclon:
Vận tốc dòng khí: V
S
= 1,222 (m/s)
Hệ số trở lực qua co, ξ
co
= 1,1;
Hệ số trở lực lực qua ghi, chọn ξ
G
= 250;
Hệ số trở lực lực qua siclon, chọn ξ
S
= 100
Ta tính được:

2
2
co G S

.
0,972.1,222
( + + ) (1,1 250 100). 254,81
22
kS
cb
V
p

  
     
(Pa)
 Trở lực cục bộ qua calorife:
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Chuyên Ngành 2
GVHD: MSc.Bùi Trung Thành - 24 - ĐHNL4LT

2

2
cb k
v
p



Vận tốc không khí đi trong ống dẫn từ quạt đến siclon: v = 11,5 m/s. tiết diện ống
dẫn là:
5,174
0,45
11,5

G
F
v
  
m
2
.
Chọn tiết diện ống là hình chữ nhật có a = 500 mm thì b = 900 mm.
Đường kính tương đương của ống dẫn:

0,625 0,625
0,25 0,25
( ) (500.900)
1,3 1,3 726
( ) (500 900)
td
ab
d
ab
  

mm
: sức cản thủy lực của chùm ống:
0,23
0,26
(6 9 ) Re
s
m
d










m’ = 14: số dãy ống xếp theo phương chuyển động của không khí.
s: khoảng cách giữa hai trục ống kế tiếp: s = d
2
+ t
1
= 0,054 + 0,085 =
0,139m
Re = 34364,4 (tính ở trên).

0,23
0,26
0,139
(6 9.14) .(34364,4) 7,11
0,057




   



Vậy trở lực qua calorife:

2
11,5
7,11.0,972 456,98
2
cb
p  
(Pa)
 Trở lực ma sát từ quạt đến calorife:

2
1
. . .
2.
ms
l
p
d
  


Chọn ống nối từ quạt đến calorife có chiều dài là 3 m.
Chuẩn số Re:
6
1
.
0,726.11,5
Re 377783
22,1.10

td
dv


   
không khí chảy rối.
Với dòng chảy rối hệ số ma sát được xác định theo phương trình Colbrook:

0.9
1 6.81
2.lg
3,7. Re
td
d




  




