Tính kích thước tháp sấy

Chương 3: Tính kích thước tháp sấy III.3.1. Tính cân bằng ẩm cho từng vùng: Để tính được cân bằng ẩm cho từng vùng ta cần phải biết được lưu lượng VLS trong tháp. Với điều kiện ta cho hạt thóc chuyển động cùng tốc độ qua các vùng trong tháp. Nhận thấy trong lần sấy đầu tiên do VLS phải đi lần lượt từ trên xuống dưới, đồng thời có VLS đi vào nhưng không có sản phẩm sấy đi ra. Chỉ tới khi có lượng VLS đầu tiên xong đi ra thì lúc này có bao nhiêu thóc cần sấy đi vào, thì có bấy nhiêu thóc sấy được đi ra trong 2 mẻ liên tiếp. Đó là thời kỳ quá độ của hệ thống, ta chỉ xét ở thời kỳ ổn định của HTS tức là luôn có lượng thóc trong tháp ở các vùng sấy, làm mát tổng cộng là 12 tấn. Tổng thời gian trong 1 mẻ sấy:  =  + 4,5 = 1,125 + 4,5 = 5,625 (h) (Do phải qua làm lạnh nên ta cộng thêm thời gian làm lạnh). Lưu lượng VLS đi ra khỏi tháp (năng suất sấy thực tế): G2 Trong 1 mẻ sấy có 2 vòng nên lưu lượng VLS ra khỏi tháp ở 2 vòng là như nhau và cũng chính là VLS đi ra khỏi tháp. Nó là tỷ số của tổng khối lượng thóc được sấy với tổng thời gian sấy nóng của 1 vòng cộng với thời gian làm mát của vòng đó. Ta xác định được: G2 = 15 15 1,125 2. 2.1,125 2 2     = 5,333 (tấn/h) Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h khi năng suất đã ổn định. Theo (7.6)[1] ta tính được lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h cho vùng thứ i là: Wi = G2i . 1 2 11 i i i      Trong 1 mẻ sấy có 2 vòng, nhưng chúng giống nhau nên ta chỉ cần tính cho một vòng, còn vòng kia tương tự. Tính cho vòng cuối. Thay các giá trị vào tính toán ta được: W3 = 5333. 0,16 0,14 1 0,16   = 127 (kg/h). Tính tương tự ta có bảng kết quả sau: Thứ tự Vòng cuối 1i 2i Gi(kg/h) Wi(kg/h) Vùng sấy nóng 3 0.16 0.14 5333 127 Vùng làm mát 2 0.17 0.16 5460 66 Vùng sấy nóng 1 0.19 0.17 5526 136 Vòng đầu 1i 2i Gi(kg/h) Wi(kg/h) Vùng sấy nóng 3 0.22 0.20 5789 138 Vùng làm mát 2 0.23 0.22 5855 70 Vùng sấy nóng 1 0.25 0.23 5991 148 III.3.2. Kích thước tháp sấy: Tháp sấy có dạng hình hộp chữ nhật, cần phải xác định chiều cao cho tháp để thoả mãn qua mỗi vùng sấy lượng ẩm thoát ra như đã tính toán. Các kênh dẫn và kênh thải được bố trí so le nhau, theo mặt cắt dọc tháp có kích thước như hình vẽ: Xét một cặp kênh dẫn và kênh thải, ta xem nó là đơn vị thể tích của tháp. Với các kích thước: 3,5 x 2,781 x 0,436 m. Thể tích đơn vị của tháp V0 = 3,5.2,781.0,436 = 4,248 m3 Trong thể tích V0 thì kênh chiếm thể tích: VK = n.Fk.3,5 Trong đó: n là tổng số kênh dẫn và thải Fk là diện tích của một kênh Từ hình vẽ ta thấy n = 22 (cái). Fk = 0,15.0,125+1/2.0,15.0,0433 = 0,022 m2 Khi này Vk = 22.0,022.3,5 = 1,68 m 3 Thể tích của thóc: Vth = V0 – Vk = 4,248 – 1,68 = 2,568 m 3 Như vậy khi đã xác định được Vth ta dễ dàng tìm được khối lượng thóc trong đơn vị thể tích tháp. Khối lượng riêng của thóc ở độ ẩm 14% là 500 kg/m3 (phụ lục 1)[1]. 12 5 m m 50 m m 43 6 m m 150 mm 2781 mm Bên ngoài hạt thóc được bọc bởi lớp vỏ nên thể tích của thóc không thay đổi nhiều khi sấy. Mặt khác do hệ số điền đầy của thóc trong tháp là  = 0,8  Ta tính được khối lượng thóc trong vùng tháp đơn vị sấy xong: mth = 2,568.500.0,8 = 1027,2 kg Chiều cao của vùng sấy nóng thứ 3 là: h3 = 6000 1027,2 .0,436 = 2,6 (m) Số vùng tháp đơn vị trong vùng sấy này là: n0 = 3h 0.436 = 2,6 0.436 = 6 (vùng) Nhận thấy, khối lượng riêng của tháp thay đổi theo độ ẩm như thể tích của nó thì gần như không thay đổi. Mà chiều cao các vùng tháp liên quan đến thể tích của thóc trong vùng, vì thế mà chiều cao của vùng sấy nóng 3 cũng chính là chiều cao vùng sấy nóng 1và chiều cao vùng làm mát 2 bằng một nửa chiều cao các vùng này h2 = 2 h3 = 2 6,2 = 1,3 (m). Trên cùng tháp là vùng chứa thóc, nó có chiều cao bằng 1/2 chiều cao của 1 vùng sấy. Để đảm bảo lượng thóc dịch chuyển liên tục trong tháp. hc = 1,35 (m). *Vậy ta có kích thước của tháp như sau: Các vùng Chiều rộng (m) Chiều dài (m) Chiều cao (m) Sấy nóng 1 2,781 3,5 2,6 Làm mát 2 2,781 3,5 1,3 Sấy nóng 3 2,781 3,5 2,6 Vùng chứa 0,65 Vùng đáy 0,65 Tổng chiều cao tháp 7,8 III.4. Tính toán quá trình cháy và quá trình hoà trộn: Nhiên liệu là trấu bao gồm thành phần sau: Thành phần Clv Hlv Slv Olv Nlv Alv Wlv Phần trăm (%) 48 4,2 0 17 0,3 0,9 29,6 III.4.1. Nhiệt trị cao của nhiên liệu: Trên cơ sở nhiệt lượng toả ra trong các phản ứng cháy, Menđêlêep đã đưa ra công thức tính nhiệt trị cao của nhiên liệu: Qc = 33858.C + 125400.H – 10868.(O – S) = 33858.0,48 + 125400.0,042 – 10868.(0,17 – 0) = 19671,08 19671 (kJ/kg) III.4.2. Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy: Lượng không khí khô lý thyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu là lượng không khí khô vừa đủ cung cấp O2 cho các phản ứng cháy. Với thành phần khối lượng O2 chứa trong không khí khô lấy làm tròn 23%, từ các phản ứng cháy ta tính được lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu (3.11)[1] L0 = 11,6.C + 34,8.H + 4,3.(S – O) = 11,6. 0,48 + 34,8.0,042 + 4,3.(0 – 0,17) = 6,3 (kg kk/kg nl) III.4.3. Thông số khói sau buồng đốt: Trong khói lò cũng chỉ có hai thành phần: Khói khô và hơi nước. Vì vậy, với tư cách là một TNS chúng ta như 1 dạng không khí ẩm tương đương. Khi đó, nếu ding đồ thị I – d để biểu diễn trạng thái hay các quá trình nhiệt động của khói lò chúng ta có quyền ding đồ thị I – d của không khí ẩm. Thông số khói sau buồng đốt trên đồ thị I – d trạng thái này được biểu diễn bởi điểm K. Để xác định điểm này trên đồ thị I – d chúng ta xác định lượng chứa ẩm d’ và entanpy I’ của nó. -Theo (3.28)[1] thì lượng chứa ẩm của khói d’ được tính theo: d’ =   bd 0 0 0 (9.H A) .L .d ( .L 1) W (9.H A)bd         =   bd 0 0 0 (9.H A) .L .d ( .L 1) W (9.H A)bd         d0: Lượng chứa ẩm của không khí ứng với nhiệt độ t0. ở (t0,  0) = (33 0C,58%) ta chọn được các giá trị sau: d0 = 0,0175 kg ẩm/kg kk. I0 = 78 kJ/kg kk bd : Hệ số không khí thừa của buồng đốt. Trong các lò đốt lấy khói của HTS có thể lấy bd = 1,2 1,3. Ta chọn bd = 1,2 do trấu dễ cháy nên bd = 1,2 đảm bảo cháy hết nhiên liệu mà không tổn thất nhiệt khi phải sấy nóng thêm lượng không khí khi mà bd > 1,2 Thay các giá trị vào ta được: d’ =   (9.0,42 0,009) 1,2.6,3.0,0175 (1,2.6,3 1) 29,6 (9.0,042 0,009)       = 0,0659 kg ẩm/kg kk -Theo (2.31)[1] Entanpy của khói lò sau buồng xác định bởi: I’= ' c bd nl nl bd 0 0 k Q .η +C .t + α .L .I L Lk’ :Khối lượng khói khô thu được sau buồng đốt. Theo (3.23)[1] ta xác định được Lk’ = ( bd.L0 + 1) – { W + (9.H + A)} bd : Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn bd = 90% Cnl , tnl : Nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nhiên liệu tương ứng bằng: Cnl = 1,876 kJ/kgK và tnl = 33 0C Khi đó entanpy của khói là: I’= A)}(9.H W {1).L( I.L.t.C.Q 0bd 00bdnlnl    bdc = 19671.0,9 1,876.33 1,2.6,3.78 (1,2.6,3 1) { 0,296 (9.0,042 0,009)}       = 2143,65 kJ/ kg kk -Nhiệt độ của khói lò sau khi đốt: t’ = 0659,0.842,1004,1 0659,0.250065,2143 1,842.d004,1 d.2500I ' ''    = 17580C III.4.4. Hệ số không khí thừa sau quá trình hoà trộn: Do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, trong các HTS dùng khói lò làm TNS người ta phải tổ chức hoà trộn với không khí ngoài trời để cho một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp. Vì vậy, trong HTS người ta xem hệ số không khí thừa ỏ là tỷ số giữa không khí khô cần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa vào buồng hoà trộn với lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy. Sơ đồ nguyên lý sử dụng khói lò làm TNS trong HTS biểu diễn như hình vẽ: 1 2 3 Vật liệu ẩm Nhiên liệu Khói Khí thải K B C A A Không khí Không khí Vật liệu khô 1.Buồng đốt ; 2.Buồng hoà trộn ; 3.Buồng sấy. Theo (3.15)[1] ta có: i = c bd nl nl ai pk li 0 0 ai a0 pk li 0 Q .η +C .t - (9.H + A).i -{ 1 - (9.H + A +W)}C .t L {d .(i - i ) + C . (t - t )} Trong đó: bd : Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn bd = 90% Cnl , tnl : Nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nhiên liệu tương ứng Cnl = 1,876 kJ/kgK tnl = 33 0C Cpk: Nhiệt dung riêng của khói. Cpk= 1,004 kJ/kgK ia và ia0: Entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồng hoà trộn và trong không khí ngoài trời, tính theo công thức: i = 2500 + 1,842t1i (kJ/kg) d0: Lượng chứa ẩm của không khí ứng với nhiệt độ t0. t1i : Nhiệt độ của khói sau mỗi buồng hoà trộn (cũng chính là nhiệt độ TNS vào các vùng) Để thuận tiện cho quá trình tính toán ta đặt: t11 = t11 = t1; t12 = t12 = t2 Với nhiệt độ tli đã chọn ta tính được: Entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồng hoà trộn của vùng sấy nóng 1. ia1 = 2500 + 1,842.65 = 2628,94 (kJ/kg) Entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồng hoà trộn của vùng sấy nóng 3. ia3 = 2500 + 1,842.70 = 2638,15 (kJ/kg) Thay các giá trị vào biểu thức ta được: -Hệ số không khí thừa cở buồng hoà trộn 1: 1 = 8,1 - Hệ số không khí thừa cở buồng hoà trộn 2: 2 = 69 III.4.5. Thông số khói lò sau buồng hoà trộn hay trước khi vào các vùng sấy: Như chúng ta đã biết, trạng thái này là trạng thái hỗn hợp giữa khói lò sau buồng đốt (điểm K) và không khí ngoài trời (điểm A). Do đó, điểm hoà trộn B phải nằm trên đường thẳng AK. Có thể xác định lượng chứa ẩm của trạng thái B theo (3.29)[1]. d1i =   i 0 0 i 0 (9.H + A) + α .L .d (α .L +1) - W + (9.H +A) Thay i và các đại lượng đã biết chúng vào ta tính được lượng ẩm của khói trước khi vào các vùng sấy: d11 = 0,018276 (kg ẩm/ kg kk) d13 = 0,018398 (kg ẩm/ kg kk) Từ đồ thị I – d với trạng thái B được xác định bởi cặp thông số (t1i, d1i) chúng ta có thể xác định được entanpy I1i của khói lò trước khi vào các vùng sấy. Đương nhiên, chúng ta có thể tính theo công thức (3.32)[1]. Khi đó: I1i = c bd nl nl i 0 0 i 0 Q .η +C .t + α .L .I (α .L + 1) - {W + (9.H + A)} Thay các đại lượng cụ thể vào công thức trên ta tính được entanpy của khói trước khi vào các vùng sấy nóng: I11 = 19671.0,9 1,876.33 80.1.6,3.78 (80,1.6,3 1) { 0,296 (9.0,042 0,009)}       = 113,13 (kJ/kg kk) I13 = 19671.0,9 1,876.33 69.6,3.78 (69.6,3 1) { 0,296 (9.0,042 0,009)}       = 118,62 (kJ/kg kk) III.4.6. Độ ẩm tương đối  li: Để tính  li ta cần tính phân áp suất pb ứng với nhiệt độ tli. Chúng được xác định theo công thức: 1i = )d621,0.(p B.d libi li  Trong đó: pbi là phân áp suất bão hoà của hơi nước theo nhiệt độ ti được xác định theo công thức: B: áp suất khí trời nơi ta xác định độ ẩm tương đối  pbi =        it5,235 4026,42 12exp Thay các giá trị vào ta tính được pbi như sau: pb1 =        1t5,235 4026,42 12exp =      655,235 4026,42 12exp = 0,25 bar pb3 =        2t5,235 4026,42 12exp =      705,235 4026,42 12exp = 0,31 bar Do đó: 11 = )d621,0.(p B.d l1b1 l1  = )0,019244621,0.(0,25 .0,019244 750 745  = 11,5% 13 = )d621,0.(p B.d l3b2 l3  = )0,019283621,0.(0,31 .0,019283 750 745  = 9,3%