TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC
SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
----------

MƠN HỌC : KỸ THUẬT SẤY

ĐỀ TÀI

BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI
GVHD: PGS.TS
SVTH:

BI TRNG SN

17100000

LỚP :

17147

NHÓM :

11

Niên học: 2019-2020


TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA Q TRÌNH
Các thơng số ban đầu

Trong đồ án này, em có nhiệm vụ là tính tốn thiết kế hệ thống sấy
băng tải để sấy cá cơm. Chọn các thơng số cho tính tốn như sau:
- Năng suất sấy dầu vào:

1300kg/h

- Độ ẩm vật liệu vào:

1 = 75%

- Độ ẩm vật liệu ra:

2 = 12%

- Nhiệt độ mơi trường tại Bình Thuận: t0 = 270C
- Độ ẩm tương đối tại Bình Thuận:

0 = 79%

- Nhiệt độ TNS vào:

t1 = 1000C

- Nhiệt độ TNS ra:

t2 = 700C

Lượng ẩm được tách ra

w = G1.

w1 - w 2
w - w2
= G 2. 1
100 - w 2
100 - w1

Trong đó:
w: lượng ẩm được tách ra (%)
G1, G2: lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)
w1: độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
w2 : độ ẩm của vật liệu sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
Suy ra:

w= (kg/h)

Khối lượng vật liệu ra
G2 = G1 - w
= 1300 - 930,68= 369,3(kg/h)
Lượng vật liệu khô tuyệt đối


G k = G1.

100 - w1
100 - w 2
= G 2.
100
100

= 1300.(kg/h)

Tính các thơng số của khơng khí
Tính trạng thái khơng khí ngồi trời
+ Phân áp bão hịa theo nhiệt độ:
Trong đó: P b: phân áp suất bão hịa của hơi nước (bar)
t 0: nhiệt độ khơng khí (ºC)
Suy ra: (bar)

j o .Pb
x 0 = 0,622.
P - j o .Pb
+ Hàm ẩm ban đầu:
Trong đó: d 0: hàm ẩm ban đầu (kg/kgkkk)
j o : độ ẩm tương đối của không khí

P b: phân áp suất bão hịa của hơi nước (bar)
P: ấp suất khí quyển (bar)
Nên: (kg/kgkkk)
+ Nhiệt lượng riêng của khơng khí ẩm:
I0 = t 0 + (2493 +1,97.t 0 ).x 0

+ Thể tích riêng của khơng khí ẩm:

v0 =

288.T
P - j .Pb

Với: v0: thể tích riêng của khơng khí ẩm (m 3/kgkkk)

T: nhiệt độ khơng khí (K)

j : độ ẩm tương đối của khơng khí
P: áp suất khí quyển (N/m 2)
P b: phân áp suất bão hòa của hơi nước (N/m 2)
Suy ra:
Tính tốn khơng khí đưa ra khỏi calorifer
+ Hàm ẩm của khơng khí là khơng thay đổi:
t1 = 100ºC, d 1 = d0 = 0,018 (kg/kgkkk)
+ Phân áp bão hịa hơi nước theo nhiệt độ:

+ Ta có:
d1 = d0 = 0,018 (kg/kgkkk)

0,622.

j 1=
=

j 1.Pbh1
P - j 1.Pbh1

= 0,0166
0,018

x1.P
Pbh1 (0,622 + x1)

= 0,0276 = 2,76%

+ Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm:
I1 = t1 + (2493 +1,97.t1).x1
= 100 + (2493 + 1,97. 100). 0,018 = 148,42 (kJ/kgkkk)
+ Thể tích riêng của khơng khí ẩm:


=
v1

288.T1
P - j 1.Pbh1
= = 1,127 (m 3/kgkkk)

Tính tốn khơng khí ra thiết bị sấy
Nhiệt lượng riêng của khơng khí ẩm không đổi: I 1= I2= 148,42
(kJ/kgkkk)
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi máy sấy: t 2 = 70ºC
+ Phân áp suất bão hòa hơi nước theo nhiệt độ:

+ Ta có:
I1 = I2 = 148,42 (kJ/kgkkk)
Mà:
I2 = t 2 + (2493 +1,97.t 2 ).x 2

I2 - t 2
x2 =
2493 +1,97.t 2
d

=

= 0,0298 (kg/kgkkk)

+ Ta lại có:

j 2 .Pbh 2
x 2 = 0,622.
P - j 2 .Pbh 2
d
j

2

=

x 2 .P
Pbh 2 (0,622 + x 2 )

= = 0,146 = 14,6%
+ Thể tích riêng của khơng khí ẩm:


v2 =

288.T2
P - j 2 .Pbh 2

= = 1,055 (m3/kgkkk)
Kiểm tra nhiệt độ đọng sương

Tại nhiệt độ đọng sương ta có: j = 1
x 2 = 0,622.

Từ cơng thức: d

j .Pbh t

s

P - j .Pbh t

s

Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ đọng sương:

=

= 0,045 (bar)

Tra bảng và tính, ta có nhiệt độ tương ứng với
đọng sương: t s = 31,033ºC

Pbh t

s

= 0,045 là nhiệt độ

Chênh lệch nhiệt độ đọng sương với nhiệt độ tác nhân sấy khi đi ra khỏi
thiết bị sấy là:

Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)
Coi khơng khí khơ đi qua máy sấy không bị mất đi trong quá trình sấy
Lượng khơng khí khơ tiêu tốn trong q trình sấy: L
Khi làm việc ổn định thì khơng khí sấy mang theo lượng ẩm: L.d 1
Sau khi sấy lượng ẩm bốc ra từ vật liệu: w
Lượng ẩm khơng khí ra khỏi máy sấy: L.d 2
Lúc này ta có phương trình cân bằng vật liệu theo lượng ẩm:
L.d1 + w = L.d 2


L=


= = 78871,18644 (kgkkk/h)
Vậy lượng khơng khí khơ tiêu tốn cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong
vật liệu:
l= =
= = 84,75 (kgkkk/kg ẩm bay hơi)
Lượng khơng khí khơ cần: 930,68 = 78875,13(kg kk khơ/h)
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi vào máy:
V1 = v1.L = 1,127 . 78875,13 = 88892,27151 (m 3/h)

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi ra khỏi máy sấy:
V2 = v 2 .L = 1,055 . 78875,13 = 83213,26215 (m 3/h)

Lưu lượng thể tích trung bình:

Vtb =

V1 + V2
2
= = 86052,77( = 23,9 (
Bảng 2.1. Bảng tổng kết cho vật liệu sấy
Đại lượng (đơn vị đo)

Giá trị

G1: khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/h)

1300

G2: khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy (kg/h)

369,3

Gk: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg/h)

325

w1: độ ẩm vật liệu vào (%)

75

w2: độ ẩm vật liệu ra (%)

12

w: lượng ẩm được tách ra (kg/h)
l: lượng khơng khí khơ để bốc hơi 1 kg ẩm (kgkkk/kg ẩm)

L: lượng khơng khí khơ để bốc hơi w kg ẩm (kgkkk/h)

84,75
78871,18644

Bảng 2.2. Bảng tổng kết cho tác nhân sấy

Trước khi vào calorifer

t0(ºC)

x(kg/kgkkk) (%)

I(kJ/kgkkk)

25ºC

0,018

72,83

79


Sau khi ra khỏi calorifer

100ºC

0,018

2,76

148,42

Sau khi ra khỏi buồng sấy

70ºC

0,0298

14,6

148,42

TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ SẤY
Băng tải
Số lượng băng tải
Ta có
khối lượng riêng của nước: n = 998 kg/m3
khối lượng riêng của cá cơm: o = 620 kg/m3
= 866 kg/
Thể tích vật liệu chứa trong thiết bị:
V= V1
V1, G1, 1: thể tích, khối lượng và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bị
 : thời gian sấy.
V= = = 1,39
Năng suất của thiết bị sấy băng tải
V1 =

: chiều dày lớp vật liệu trên băng tải, m

 = 0,03m.
B: chiều rộng băng, m
Lb: chiều dài băng tải, m
Chọn B = 2 m. Thay số vào phương trình trên ta được:
= = = 11,58 m

Ta chia băng tải thành i = 2
Tính con lăn đỡ bang
Khoảng cách giữa 2 con lăn ở nhánh có tải:
lt = A – 0,625B
A: hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệu
 = 57,91< 1000 kg/m3  A= 1750mm


Vậy: lt = 1,75 – 0,625 x 2 = 0,45 m
Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh không tải: lo = 2lt = 2 x 0,45 = 0,9 m
Số con lăn bằng:
Nhánh khơng tải: chọn 13
Nhánh có tải: chọn 26
tổng số con lăn cần dùng là: n = (n1 + n2 ) . i = (13 + 26) . 1 = 39 con lăn
Kích thước con lăn:
Đường kính 130mm
Chiều dài 1500mm
Làm bằng thép CT3
Kích thước bánh lăn:
Đường kính 300mm = 2
Chiều dài 2000mm Làm bằng thép CT3
Kích thước thân thiết bị
Chiều dài: Lh = lb + 2 Lbs = 11,58 + 2.0,5 = 12,58 m
Chiều cao: chọn khoảng cách giữa 2 băng là 0,9 m

Hh = i dbăng + (i-1)d + 2dbs = 1.0,3 + 2.0,9 = 2,1 m
Chiều rộng: Bh = B + 2Bbs = 2 + 2.0,3 = 2,6 m
Tính vận tốc dịng khí trong q trình sấy lý thuyết:
=
với k: vận tốc TNS trong hầm sấy.
Vtb: lưu lượng thể tích trung bình
Ftd: tiết diện tự do giữa hai tầng băng tải:
Ftd= Bh . d = 2,6 . 0,9 = 2,34 m2
= 9,43 m/s
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Sấy lý thuyết
Năng lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
72808,725 . (148,42 – 72,83) = 5503611,523 (kJ/h) = 1528780,979 (W)
Năng lượng tiêu hao tính cho 1kg ẩm bay hơi:


Tổn thất hao nhiệt trong quá trình sấy thực
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi hầm

Với Khối lượng vật liệu đầu ra , kg/h
W: lượng ẩm cần tách, kg/h
nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi hầm sấy, kJ/kg.độ
nhiệt độ vật liệu lúc vào và ra khỏi hầm sấy.
= 70
Nhiệt dung riêng của cá cơm ra khỏi hầm sấy:

nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối
1,5 kgJ/kg.độ ( chọn trong khoảng từ 1,2 dến 1,7 đối với vật liệu là thực
phẩm)
nhiệt dung riêng của nước

4,18 kJ/kg.độ
= 1,5 . (1-0,05) + 4,18 . 0,05 = 1,634 kgJ/kg.độ
Ta được:
= = 27,807 kJ/kg ẩm
Tổn thất để đun nóng phận vận chuyển chiếm khoảng 2%

Nhiệt tổn thất ra môi trường
Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bao gồm:
- nhiệt tổn thất qua tường:
- nhiệt tổn thất qua trần:
- nhiệt tổn thất qua nền:


- nhiệt tổn thất qua cửa:
- nhiệt tổn thất do mở cửa:

Tổn thất nhiệt qua tường
Hệ số truyền nhiệt tính theo công thức:

với:
1: hệ số cấp nhiệt từ TNS vào tường, W/m2.độ
2: hệ số cấp nhiệt từ mặt ngồi hầm sấy ra môi trường, W/m2.độ
i : hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu làm
tường, W/mđộ. Tường gồm 2 lớp:
- một lớp gạch 1= 250mm
- một lớp cách nhiệt 2= 50mm
(bông thuỷ tinh) Tra bảng T416,
TL [5] ta được: 1 = 0,77 W/m2độ
2 = 0,058 W/m2độ
Tính hệ số cấp nhiệt 1:

1 = A(’1 + ”1)
W/m2độ
với A = 1,2 –1,3 : hệ số tùy thuộc chế độ chuyển động của khí. A= 1,2
’1: hệ số cấp nhiệt của khơng khí chuyển động cưỡng bức, W/m2đ
”
 1: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiện, W/m2độ
Như vậy khơng khí nóng được vận chuyển bằng quạt thì hệ số cấp nhiệt sẽ
bao gồm ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên & đối lưu cưỡng bức.
Tính hệ số cấp nhiệt của khơng khí nóng chuyển động cưỡng bức:
Cơng thức tổng qt cho khí chảy dọc theo tường phẳng:
, W/.độ
: hệ số dẫn nhiệt của khơng khí ở nhiệt độ trung bình, W/mđộ
t = 0,0309 , W/m2độ
Nu1’= c Ren
c, n: hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí.
Chuẩn số Re được tính theo cơng thức:
t = 9,43 m/s : vận tốc dịng khí trong hầm


t = 0,986 kg/m3: khối lượng riêng của khơng khí ở nhiệt độ trung bình
t = 21,3.10-6 Pa.s: độ nhớt của khí ở nhiệt độ trung bình
dtđ : đường kính tương đương của hầm sấy

=

= = 2,3 m

Re = = 1004007,23
Re lớn hơn 4.1 thì c = 0,032 và n = 0,8
Nu1’= 0,032 x (1004007,23)0,8 = 2025,53

= 4,97 W/m2độ
Tính hệ số cấp nhiệt của khơng khí nóng chuyển động tự nhiên:
Nu1’’=  (Gr.Pr)m
, m: hệ số phụ thuộc vào tích số (Gr.Pr). Cơng thức tính Grassholf (Gr)
Gr =
Ttb= 85+ 273 = 358K, nhiệt độ trung bình của TNS, K
g = 9,81 m2/s : gia tốc trọng trường.
T= ttb – tT1, K
ttb : nhiệt độ trung bình của TNS
tT1: nhiệt độ tường tiếp xúc với TNS.
Các thông số sử dụng trong cơng thức tính Gr lấy theo nhiệt độ của màng tm
chọn tT1 = 84,45 oC
T = 85- 84,45 = 0,55oC
t = 0,986 kg/m3

t = 21,3.10-6 Pa.s
Cơng thức tính chuẩn số Pr:
Pr =
CT: nhiệt dung riêng đẳng áp, J/kgđộ
CT = 1010 J/kgđộ
Pr = = 0,701


Gr . Pr = 1,404176091.1 . 0,701 = 9,84327.1
ta có  = 0,135 và m= 1/3
Nu1’’= 0,135.(9,84327.1012)1/3 = 2893,21
1 =1,2 . (4,97 +42,57) = 57,048 W/m2độ
Nhiệt tải riêng truyền từ tác nhân sấy vào tường sấy:
q1= 1T= 57,432 x 0,55 = 31,59 W/m2
Tính hệ số cấp nhiệt  2

2 = 2’ + 2”
2’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên
2”: hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ tường ngồi của hầm sấy ra mơi
trường.
Tính 2’:
Khơng khí chuyển động tự do bên ngồi tường hầm sấy thẳng đứng thì:
2’= 1,98
t2 = tT2 – txq : hiệu số giữa nhiệt độ tường và khơng khí
xung quanh, oC chọn tT2 = 29oC
txq = 27oC
t2 = 29 – 27 = 2oC
TT2 = 29 + 273 = 302K
TT2: nhiệt độ của tường hầm sấy phía tiếp xúc với khơng khí bên ngồi.
Tt = 27 + 273 = 300 K : nhiệt độ của tường phân xưởng
T2 = 27 + 273 = 300 K : nhiệt độ của khơng khí bên ngịai.
C1-2 = 4,15 – 4,25 W/m2K4: hệ số bức xạ chung. Chọn C1-2= 4,15 W/m2K4
2 = 2,35 + 4,527 = 6,877
Nhiệt tải riêng truyền từ mặt ngồi tường hầm sấy ra môi trường xung quanh:
q2= 2t2 = 6,877 x 2 = 13,754 W/m2
hệ số truyền nhiệt là
Tính nhiệt tổn thất qua tường

Ft = 2LhHh = 2x11,58x2,1 = 48,636 m2


Tổn thất nhiệt qua trần
Lớp cách nhiệt dày 2 = 50 mm, 1 = 0,058 W/m2 độ
Lớp bêtông dày 2 = 100 mm, 2 = 1,28 W/m2 độ
1 = A(’1 + ”1) , A=1,2
Hệ số cấp nhiệt của khơng khí nóng cưỡng bức:

= 4,97 W/m2độ
Hệ số cấp nhiệt của khơng khí nóng chuyển động tự nhiên:giảm 30%
1 = 1,2 . (4,97 +29,799) = 41,7228 W/m2độ
Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên cũng tính như trên nhưng phải tăng thêm
30%.
TT2 = 29 + 273 = 302K
TT2: nhiệt độ của tường hầm sấy phía tiếp xúc với khơng khí bên ngồi.
Tt = 27 + 273 = 300 K : nhiệt độ của tường phân xưởng
T2 = 27 + 273 = 300 K : nhiệt độ của khơng khí bên ngịai.
C1-2 = 4,15 – 4,25 W/m2K4: hệ số bức xạ chung. Chọn C1-2= 4,15 W/m2K4
2 = 3,055 + 4,527 = 7,582
Ft = LhHh = 11,58x2,1 = 24,318 m2

Nhiệt tổn thất qua nền
Diện tích nền Fn
Ft = LhHh = 11,58x2,1 = 24,318 m2


: tổn thất riêng của 1m2 nền, phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình và vị trí hầm

sấy trong phân xưởng.
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong hầm là 85 oC, giả sử tường hầm
sấy cách tường bao che của phân xưởng 2m. Tra bảng

Tổn thất qua cửa
Cửa gồm 3 lớp:
Lớp tiếp xúc với khơng khí xung quanh và tác nhân bằng Al có 1 = 2 =
2mm.
ta có 1= 203,5 W/m2độ.
Lớp giữa cách nhiệt bề dầy 2 = 28mm, 2= 0,058 W/m2độ.

Ft = 2BhHh = 2x2,6x2,1 = 5,46 m2
Nhiệt tổn thất do mở cửa
Theo kinh nghiệm qmc bằng 10%(qt và qn)
+)=1,4231
Tổn thất nhiệt động học
Đây là lượng nhiệt tiêu tốn để làm thay đổi trạng thái của tác nhân sấy ở đầu
hầm với trạng thái (d1, T1) thành (d2, T2).
qđh = A(d2 – d1)(T1+T2) J/kg ẩm
Trong đó:
A: hệ số thực nghiệm, A=0,0055
T1, T2: nhiệt độ tác nhân trước và sau hầm sấy, K
qđh = 0,0055.(0,0298-0,018).(70+273+100+273) = 0,0464684 J/kg ẩm, quá
nhỏ nên bỏ qua.
Tổng nhiệt lượng tổn thất qua môi trường xung quanh:
qxq = qt + qtr + qn + qc + qmc
= 8,548 + 5,268 + 5,683 + 2,031 + 1,4231 = 22,953


TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY THỰC
Lượng nhiệt cần bổ sung được tính như sau:

= 4,18 . 27 - 22,935 – 27,807 – 128,125 = - 66,007
Gọi:
tvl1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường
tvl1 = to = 27oC
tvl2: nhiệt độ cuối của vật liệu sấy khi ra khỏi thiết bị sấy
tvl2 = t2 = 70oC
Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu, coi như không đổi trước và sau khi sấy C vl1
= Cvl2 = Cvl
Ca: nhiệt dung riêng của nước

Ca = 4,18 (kJ/kg.K)
Cpk: nhiệt dung riêng của khơng khí khơ.
Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước.
Theo định nghĩa , 0
Như vậy điểm C0 sẽ di chuyển đến điểm C’ và đường BC’ sẽ nằm dưới
đường BCo.


Hàm ẩm d2’:
d2’ =
trong đó:
Cdx (do) = Cpk + Cpa.d0
= 1,004+ 1,842 . 0,018=1,037 kJ/kg
i2: entalpy mol của 1 kg hơi nước
i2 = 2500 + 1,842t2
= 2500 + 1,842 . 70 = 2628,94 kJ/kg.
Lượng nhiệt tiêu hao riêng:
q= qo -  = 6406,2525 + 66,007 = 6472,2595 kJ/kgẩm.
Nhiệt lượng có ích để bốc hơi ẩm:
q1 = i2 – Ca.tvl1 = (2500 + 1,842 x 70) – 4,18 x 27 = 2516,08 kJ/kgẩm.
Hiệu suất của thiết bị sấy thực: