Các kich thước cơ bản của thiết bị

Chương 4: Các kich thước cơ bản của thiết bị Tiết diện thông gió của buồng là: Fkh= v Vmax = 2*3600 10124 = 1,41 m2 ở đây Vmax =Vtb3 = 10124 [m3/h] là lưu lượng không khí lớn nhất qua buồng. v là tốc độ môi chất trong buồng sấy chọn 2m/s Chọn chiều dài nhất vật liệu trên xe Lm = 1.5m .Tính chiều cao thông gió là: Hkh= m kh L F = 94.0 5.1 41.1  , m Số tầng khay vật liệu trong hầm : m= k kh h H = 19 05.0 94.0  tầng hk là khoảng không khí trên 1 khay. chọn hk = 0.05 Chiều cao vật liệu là: Hm=m(hk-hm)= 19(50+30) =1520 mm (hm là chiều dày vật liệu trên khay ,hm = 30 mm) Chiều cao xe goòng: Hx=Hm+Hx =1520+150=1670 mm (Hx là chiều cao bánh xe, Hx = 150 mm) Chiều cao bên trong buồng: H = Hx + ΔH = 1670 + 80 = 1750 mm (ΔH là khoảng cách giữa vật liệu trên khay trên cùng tới trần buồng ΔH = 80 mm) Tổng diện tích khay sấy là Fkh= 64 25 1600 1 1  g G m2 g1 là khối lượng vật liệu trên khay sấy. Diện tích 1 tầng khay sấy : F1kh= 37.3 19 64  m Fkh m2 Chiều rộng chất vật liệu là : Bm= 25.2 5.1 37.31  m kh L F m Chiều rộng bên trong buồng là: B=Bm+2B = 2.25 +2*0.5 =3.25 m B là chiều rộng kênh dẫn khí: ΔB = 0.5 m. Chiều dài bên trong buồng là : L=Lm+2, L = 1.5 + 2*0.1 = 1.7 m Chiều cao phủ bì của buồng là: HN=H+HT+ P  ΔHT - chiều cao để bố trí thiết bị ( calorife, quạt gió), ΔHT = 0.7 m; δ - chiều dày thành buồng,δ = 80 mm; δp - chiều dày lớp trần phụ, δp = 70 mm. Vậy: HN = 1.750 + 0.7 + 0.08 + 0.07 = 2.6 m Chiều rộng phủ bì của buồng BN=B+2 = 3.25 + 2*0.08 = 3.41 m Chiều dài phủ bì của buồng LN=L+2 = 1.7 + 2*0.08 =1.86 m Diện tích xung quanh của buồng Fxq=2(BN+ LN) HN = 2*(3.41 + 1.86)*2.6 = 27.404 m 2 Diện tích trần và nền Ftr= LN. BN = 1.86*3.41 = 6.34 m 2 Kích thước xe gòng Chiều rộng xe : Bxe= 75.0 3 25.2 3 mB m Chiều dài xe : Lxe= 75.0 2 5.1 2 mL m Chiều cao xe là: Hxe = 1.67 m Như vậy trong hầm bố trí 6 xe.. Kích thước khay sấy: Chiều dài: lkh = 0.74 m Chiều rộng: bkh = 0.74 m Diện tích một khay là: fkh = bkh.lkh = 0.74*0.74 = 0.5476 m2 Số lượng khay là: nkh = 6*19 = 114 khay Khối lượng vật liệu trên một xe: gxe = 1600/6 = 266,66 kg Cấu tạo xe goòng được thể hiện như sau: H x H m Lx Bx Khối lượng 1 xe: mxe = 50 kg Khối lượng khay sấy: mkh = 28 kg Khối lượng xe trong hầm: Gxe = 6(50+28) = 468 kg Khối lượng 1 xe cả vật liệu: Gmv = 266,66 + 78 = 344,66 kg 3.5 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC TẾ 1. Giai đoạn 1 Xác định tổn thất do vật liệu mang đi: Qm1 = Gm1.Cm1(tm11 – tm21) Trong đó: Gm1 = G21 = 880 kg Cm1= Cmk(1 - ω21) + Cnω21 = 1.88(1 - 0.64) + 4.18*0.64=3.352 kJ/kgK tm2 = tM1 = 32 oC tm1 = tM0 =23 oC Vậy ta có: 1k1 0 w 2 2     t t t Qm1 = 880*3.352(32-23) = 26548 kJ 872.36 720 26548 W1 1 1  mm Q q kJ/kg ẩm Xác định tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển: Qvt = Gvt*Cvt(tm2 – tm1) Gvt = 6(mxe + mkh) = 6(50+28) = 468 kg Cvt = 0.5 kJ/kgẩm là nhiệt dung riêng của kim loại xe và khay. Qvt = 468*0.5(32-23) =2106 kJ 925.2 720 2106 W1 1  vtvt Q q kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do nhiệt toả nhiệt vào môi trường Tổn thất nhiệt qua tường và cửa: Qxq1 = kxq1.Fxq(tk1 - t0) trong đó: kxq1 - hệ số truyền nhiệt từ môi chất sấy qua tường bao xung quanh và cửa; Fxq - diện tích tường bao và cửa; tk1 - nhiệt độ trung bình của khí trong buồng; t0 - nhiệt độ không khí bên ngoài. Nhiệt độ khí trong buồng là: tk1 = 0.5(t11 + t21) = 0.5(65+40) = 52.5 oC 2111 1 11 1     xqk Tường bao xung quanh làm bằng thép góc ghép các tấm tôn tráng kẽm có lớp cách nhiệt dày δ = 0,075 m, λ = 0,1 W/nK. Cửa buồng sấy cũng làm bằng thép góc ghép tôn tráng kẽm, ở giữa là lớp cách nhiệt dày 0,075 m, như vậy ta coi mật độ dòng nhiệt qua cửa và tường bao là như nhau. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khí trong buồng tới tường là α11 được xác định như sau: Khi v < 5 m/s ta có α11 = 6,15 + 4,18v , W/m2K Vậy α11 = 6,15 + 4,18 * 2 = 14.51 W/m2K Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt α21. Muốn xác định α21 cần biết nhiệt độ bề mặt tường tw2. Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính toán theo phương pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép. Giả thiết: tw2= 31.5oC, Δt2 = tw2 – t0 =7.5oC Theo tài liệu ta có: α0 = 3,29 W/m2K và hệ số hiệu đính theo nhiệt độ φT = 0,975. Vậy ta được: α21 = α0.φT = 3.29*0.975 =3.207 W/m2K q2 = α21.Δt = 3.207*7.5 =24.06 W/m2K Kiểm tra lại giả thiết: Cqtt okw 8.321.0 075.0 51.14 1 06.245.52 1 11 212             Sai số so với giả thiết là 0.9% như vậy giả thiết tw2 = 31.5 là đúng. α21 = 3.207 W/m2K Từ đó ta tính được: Kkxq 2 1 W/m89.0 207.3 1 1.0 075.0 51.14 1 1    Qxq1 = 0.89*27.404*(52.5-25)=670 W Hệ số truyền nhiệt của khí trong buồng qua trần là: tt trk 21 11 1      Trong đó: α2tr = 1.3*α21 =1.3*3.207 = 4.169 W/m2K Vậy ta có: Kktr 2W/m944.0 169.4 1 1.0 075.0 51.14 1 1    Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktr.Ftr(tk1 – t0) = 0.944*6.34(52.5-25) = 164.6 W Nhiệt truyền qua nền buồng sấy: QN = qN.FN Theo Sách tính toán hệ thống sấy [Trần Văn Phú]: qN = 57 W/m2 Vậy ta có: QN1 = 57*6.34 = 361.38 W Tổng tổn thất nhiệt vào môi trường là: Q51 = Qxq1 + Qtr1 + QN1 = 670 + 164.6 + 361.38 = 1196 W = 4305.6 kJ/h 84.47 90 6.4305 W1h 51 51  Q q kJ/kg ẩm Từ đó ta xác định được: Δ = Cn.tm1 – (qm1 + qvt1 +q51) = 4.18*23 - (36.872+2.925+47.84) = 8.503 kJ/Kg ẩm Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế:   1 1121 21 )()( i idttC d pk + i1 = r + Cpht1 = 2500 + 1.9*65 =2623 kJ/kg i2 = r + Cpht2 = 2500 + 1.9*40 =2576 kJ/kg 0275.0 503.82576 )503.82623(0173.0)4065(01.1 21  d kg/kg kkkhô 98 3.175.27 10001000 12 1     dd l kg/kg ẩm 29.110 98 503.8 38.1101121   l II kJ/kg kkkhô Qua tính toán nhận thấy rằng giai đoạn 1 quá trình sấy thực tế gần với lý thuyết. Vậy ta có: L1 = 9000 kg/h l1 = 100 kg/kg ẩm Q1 =61,99 kW q1 = 4138 kJ/kg ẩm 2.Giai đoạn 2 Tổn thất nhiệt do vật liệu: Qm2 = Gm2.Cm2(tm22 –tm12) trong đó: Gm2 = G22 = 520 kg Cm2 = 1.88(1-0.39)+4.18*0.39= 2.777kJ/kgK Nhiệt độ vật liệu vào giai đoạn 2 là tm12 = tm21 = 32oC Nhiệt độ vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là tm22 = t22 –Δt (Δt chọn khoảng 10 ÷ 200C). Vậy ta có: tm22= 68.6 - 20 = 48.6 oC Vậy ta có: Qm2 = 520*2.777(48.6-32) = 23971 kJ 7.66 360 23971 W2 2 2  mm Q q kJ/kg ẩm Tổn thất do thiết bị vận chuyển: Qvt2 = Gvt.Cvt(tm2 – tm1) = 468*0.5(48.6-32) = 3884.4 k 79.10 360 4.38844 W2 2 2  vtvt Q q kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh: Qxq2 = kxq2.Fxq.Δt2 2212 2 11 1     xqk Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khí bên trong buồng sấy α12 = 14.51 W/m2K, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ bề mặt tường tới không khí bên ngoài được xác định tương tự giai đoạn 1 ta được α22 = 3.7 W/m2K. Vậy ta được: 918.0 7.3 1 1.0 075.0 51.14 1 1 2   xqk W/m 2K Nhiệt độ trung bình của khí trong buồng tk2 = 74.3oC Qxq2 = 0.918.27.404(74.3-25) = 1240.2 W Tổn thất nhiệt qua trần: 12 22 2 80 68.33 74.3 2 2 o k t t t C     Qtr2 = ktr2.Ftr.Δt2 = 0.974*6.34*(74.3-25)= 304.4 W KmWk tr tr 2 212 2 /974.0 81.4 1 1.0 075.0 51.14 1 1 11 1         Trong đó : αtr2 = α22.1,3 = 3.7 *1.3 = 4.81 W/m2K Tổn thất nhiệt qua nền QN2=qN.FN = 57*6.34 = 361.38 W Tổng tổn thất nhiệt vào môi tường Q52= QN2+ Qtr2+ Qxq2 = 361.38 + 304.4 + 1240.2 =1905.95W=6861.5 kJ/h = 54892 kJ . q52= 52 2 Q W = 5.152 360 54892  kJ/kg ẩm =Cnt.tm12-(qm2+qvt2+q52) = 4.18*32- (66.7+10.79+152.5) = - 96.23 kJ/kg ẩm Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế Quá trình sấy thực tế được biểu diễn trên hình 3.6. Ta có: I 22 = I12 + l  d 22 = 071.023.9677.2629 )23.962652(0656.0)33.6880(01.1)()( 2 1122212    i idttC pk , kg/kgkkk i1 = r + C ph t 12 =2500+1.9*80=2652kj/kg i 2 = r + C ph t 22 =2500+1.9*68.33=2629.77 kj/kg I 21 = I12 - l  = 254 - 2.185 23.96 =253.48 kj/kgkkk l 2 = 1222 1000 dd  = 2.185 6.6571 1000   , kg/kgẩm φ 22 = 3755.0271.0)71622( 99333.0*71 )622( . 5222 22  pd pd =37.55 %  2k = 91.0)33.68273(287 )271.0*3755.099333.0(10 )273( . 5 22 222      tR pp k s , kg/m 3 Xác định các thông số hỗn hợp: n = 0G Gh = 0 2 L L = 944.8 6.6571 3.176.65 222 02    H H dd dd t 2H = 97.631944.8 2533.68*944.8 1 . 022    n ttn oC tra bảng hơi nước được: p 2H = 0.203 bar I 2H = t 2H + d 2H (r + C ph . t 2H )=63.97+0.0656*(2500+1.9*63.97)=235.94 kj/kgkkk φ 2H = 463.0203.0*)71622( 99333.0*6.65 )622( . 222 2  Hs H pd pd =46.3 %  2H = 93.0)97.63273(287 10*)203.0*463.099333.0( )273( . 5 2 22    Hk HsH tR pp  kg/m 3 Tiêu hao không khí thực tế: L 2 = l 2 .W 2 =185.2*360=66672 kg =8334 kg/h V 2th = 8989 2 1 )91.094425.0( 8334 2 1 )( 21 2     kk L  m 3 /h Tiêu hao nhiệt thực tế: q 2 = l 2 ( I12 - I 2H )=185.2*(254-235.94)=3344.71 kj/kgẩm Q 2 = q 2 . W 2 =3344.71*360=1204095 kj =150512 kJ/h = 41.81 kW Lập cân bằng nhiệt Nhiệt đưa vào hệ thống: Q v = Q s + Q 02 = 1204095 + 514352.8 = 1718447.8 kJ Trong đó: Q s = Q 2 Q h02 = G 0 .I 0 = 02 In L = 1.6429469* 944.8 8334  , kj/h Q 02 = Q h02 .τ 2 = 64294.1*8 = 514352.8 kj Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống: Q R =Q12 + Q’ 22 + Q 2m + Q 52 = 895601.88 + 814906 + 23971 + 54892 = 1789370.88 kJ trong đó: Q12 là nhiệt hữu ích: Q12=W2.(r+Cph.tH2-Cn.t12) =360*(2500+1.9*63.97- 4.18*32)=895601.88 kJ Q’22 là tổn thất nhiệt do khí thoát: Q’22=I’2.G0 = 109.32*931.79=101863kJ/h = 814906 kJ Với :I’2=tH2+d0(r+Cph.tH2) =63.97 + 0.0173*(2500+1.9*63.97)=109.32 kJ/kgkkk 79.931 944.8 83342  n L Go kg/h Sai lệch cân bằng:Q=QR-QV = 1789370.88 - 1718447.8 = 70923.08 kJ %9.3%100. 88.1789370 08.70923 %  RQ Q Q Hiệu suất sử dụng nhiệt của buồng sấy: 37.747437.0 1204095 895601.88 2 1  Q Q % 3.Giai đoạn 3: Tổn thất nhiệt do vật liệu: Qm3=Gm3.Cm3(tm23-tm13) =400*2.3561*(66.32-48.6)= 16700kJ Trong đó : Gm3=G2 = 400 kg Cm3=1.88(1-  2323 .18,4)  =1.88*(1-0.207)+4.18*0.207= 2.3561 ,kJ/kgK Nhiệt độ vật liệu vào giai đoạn 3 là tm13=tm22 = 48.6 oC Nhiệt độ vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 là : tm23=t23-200c =86.32 – 20= 66.32 oC 16.139 120 16700 3 3 3  W Q q mm kJ/kgẩm Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển: Qvt3 = Gvt*Cvt*(tm23 - tm13) =468*0.5(66.32-48.6) = 4146.48 kj qvt3 = 554.34 120 48.4146 3 3  W Qvt [kj/kg ẩm] Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt vào môi trường : Nhiệt độ trung bình của khí trong buồng : 16.83 2 32.8690 2 2313 3   tttk oC Tổn thất nhiệt qua tường bao và cửa : Qxq3 = Kxq3*Fxq*t3 = 0.933*27.404*(83.16-25) = 1487 W Ở đây : Kxq3 = 933.0 958.3 1 1.0 075.0 5.14 1 1 11 1 2313        W/m2K Các hệ số trao đổi nhiệt 13 = 12 = 11 = 14.5 [ W/m2k] , 23 được xác định tương tự như trong giai đoạn 1, ta có : 23 = 3.958 [ W/m2K] Tổn thất nhiệt qua trần: Qtr3 = Ktr3*Ftr3*t3 = 0.986* 6.34 * (83.16-25) = 363.57 [ W] Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ trần tới không khí bên ngoài: tr3 = 23*1.3 = 3.958 *1.3 = 5.145 [ W/m2K] Vậy ta có : KmWk tr tr 2 313 2 /986.0 145.5 1 1.0 075.0 51.14 1 1 11 1         Tổn thất nhiệt qua nền : QN3= qN*FN = 57*6.34 = 361.38 [ W] Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt vào môi trường là Q53=Qxq3+Qtr3+QN3=1487+363.57+361.38 = 2211.95 W = 7963.02 kJ/h = 63704.16 KJ q53 = 868.530 120 16.63704 3 53  W Q [kj/kg] 3 = Ctn *tm13 –( qm3 + qvt3 + q53) =4.18*48.6- ( 16.139 + 554.34 +530.868) = -591.434 kj/kg ẩm Hình 3.7 . Qúa trình sấy thực tế. Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế . Qúa trình sấy thực tế được biểu diển trên hình 3.7. Ta có: d23 =   2 1132313 )()( i idttC pk = 04918.0 434.5912664 )434.5912671(047235.0)32.8690(*01.1   [ kg/kg kkk] Ở đây: i1 = r + Cph*t1 = 2500 +1.9*90=2671 [ kj/kg] i2 = r + Cph*t2 = 2500+1.9*86.32=2664 [kj/kg] 514 235.4718.49 10001000 1323 3  ddl [kg/kg ẩm] I23=I13- l  = 216.16 - 514 434.591 = 215 [kg/kgkkk] 23=     %93.111193.061.0*18.49622 99333.0*18.49 .622 . 323 23  spd pd     892.027332.86287 10*)61.0*1193.099333.0( 273 . 5 23 5323 23    tR pp k k  [kg/m3] Xác định các thông sốcủa trạng thái hỗn hợp: 39.15 235.4718.49 3.17235.47 323 3    H oH dd dd n tH3= 57.82 139.15 2532.86*39.15 1 . 23    n ttn o [0C] IH3 = tH3 + dH3(r + Cph. tH3) = 82.57 +0.047235*(2500+1.9*82.57)=208.06kJ/kgkkk Tiêu hao không khí thực tế : L3=l3.W3 =514*120=61680kg = 7710 [kg/h] V3= 8702 886.0 7710 13 3  L [m3/h] V3tb=     66.8672 892.0886.0 2 1 7710 2 1 2313 3      L [m3/h] Tiêu hao thực tế :  31333 HIIlq  = 514*(216.16 -208.06) = 4163.4 [kJ/kg ẩm] Q3=q3.W3 = 4163.4*120 = 499608 [kJ]. Cân bằng nhiệt của hệ thống: Nhiệt đưa vào hệ thống: Qv=Qs+Q03 = 499608+ 276552= 776160 kJ Với : Qs=Q3 Q03h = G 0 .I 0 = 03 In L = 3456969*501  , kj/h Với : 501 39.15 77103  n L Go kg/h Q03 = Qo3h.τ3 = 34569*8 = 276552 kj Nhiệt đưa ra hệ thống: QR=Q13+Q ’ 23+Qm3+Qvt3+Q53= 294448.2 + 515148.24 + 16700+4146.48 +63704.16 =794147.08 kJ Trong đó: Q’23=G0.I ’ 2 = 501* 128.53 = 64393.53 kJ/h= 515148.24 kJ I’2=tH3+d0(r+Cph.tH3) =82.57 + 0.0173*(2500 + 1.9*82.57) =128.53 kJ/kgkkk Q13=W3[r+ Cph.tH3-Cn.tm3] =120*(2500 +1.9*82.57- 4.18*48.6) =294448.2 [kJ] Sai lệch cân bằng:Q=QR-QV = 794147.08 - 776146= 18001 kJ %2.2%100. 08.794147 18001 %  RQ Q Q Hiệu suất sử dụng nhiệt của thiết bị :