Tính toán buồng hoà trộn

Chương 6: Tính toán buồng hoà trộn IV.1. Lượng không khí cần đưa vào buồng hoà trộn: Từ việc xác định hệ số không khí thừa sau các buồng hoà trộn. Ta tính được lượng không khí ngoài trời thổi vào cần thiết cho buồng hoà trộn. Lượng không khí cần thổi vào buồng hoà trộn của: Vùng sấy nóng 1:  1= bd 0 kk1 kk1 1 bd 0 0 α L + L Þ L = (α - α ).L L = (80,1 – 1,2).6,3 = 497,07(kg kk/kg nl) hay: L’kk1= Lkk1.b1= 497,07.59,2 = 29426,54 (kg kk/h) Vùng sấy nóng 3:  3= bd 0 kk3 kk3 1 bd 0 0 α L + L Þ L = (α - α ).L L = (69 – 1,2).6,3 = 427,14 (kg kk/kg nl) hay: lkk3= Lkk3.b3= 427,14.69,81 = 29818,64 (kg kk/h) chương 4: Kích thước buồng hoà trộn Thể tích của buồng hoà trộn phải chứa đủ lượng cả lượng khói và lượng không khí thổi vào. Sau khi chúng được đưa vào buồng hoà trộn giữa khói và không khí trao đôi nhiệt ẩm với nhau để đạt trạng thái TNS. Như do đây là quá trình hoà trộn nên ta không thể lấy tổng thể tích của khói cộng thể tích của không khí thổi vào. Để tính được lượng không khí, khói trong buồng hoà trộn thì ta cần phải dựa vào đồ thị I – d cho quá trình hoà trộn. -Thông số của khói sau buồng đốt: I’ = 2143,65 (kJ/kg kk); d’ = 0,0659 (kg ẩm/ kg kk); tkhói = 1758 0C -Thông số của không khí : I0 = 77 (kJ/kg kk); d0 = 0,019 (kg ẩm/ kg kk); tkk = 330C -Thông số TNS trước khi vào các vùng sấy: Vùng sấy nóng 1: I11=113,13 (kJ/kg kk); d11=0,018276 (kg ẩm/kg kk); t11= 650C Vùng sấy nóng 3: I13=118,62 (kJ/kg kk); d11=0,018398 (kg ẩm/kg kk); t11= 700C t11 t13 d 13d11 § å thÞ I-d buång hoµ trén cho vïng sÊy nãng 1 § å thÞ I-d buång hoµ trén cho vïng sÊy nãng 3 t 0 =33 ®éC I d0 d 'd 0 t khã i = 6 68 ®éC t khã i = 6 68 ®éC d 0 d '0 d I t 0 =33 ®éC Lượng không khí và khói trong buồng hoà trộn vùng sấy: -Vùng sấy nóng 1: Lượng khói: lk1= 11 1 1 ' 0,0659 0,018276d d   = 21 (kg k/kg ẩm) Lượng không khí: lkk1= 11 0 1 1 0,018276 0,0175d d   = 1288 (kg kk/kg ẩm) -Vùng sấy nóng 3: Lượng khói: lk3= 13 1 1 ' 0,0659 0,018398d d   = 21 (kg k/kg ẩm) Lượng không khí: lkk3= 13 0 1 1 0,018398 0,0175d d   = 1114 (kg kk/kg ẩm) Ta thấy lượng khói nhỏ hơn rất nhiều so với không khí thổi vào. Do đó thể tích buồng hoà trộn chỉ cần đủ để chứa lượng không khí thổi vào trong vị thời gian hoà trộn hiệu quả. Lưu lượng buồng hoà trộn cũng bằng lưu lượng cấp cho các vùng sấy. Từ đó ta có: Lưu lượng của buồng hoà trộn sấy nóng 1 là: Lb1= L1= 29852,64 (kg/h) Lưu lượng của buồng hoà trộn sấy nóng 3 là: Lb3= L3 = 30430,44 (kg/h) Do khói có nhiệt độ cao và không khí vào với tốc độ lớn nên ta coi đơn vị thời gian hoà trộn hiệu quả là 1(s). Thể tích buồng hoà trộn là: Buồng hòa trộn sấy nóng 1: V1= 1 3600. b kk L  ; kk : Khối lượng riêng của không khí kk = 1,03 (kg/m 3) (ở t = 650C) = 29852,64 3600.1,03 = 8,05 (m3) 1,75 x 2,3 x 2 (m) Buồng hòa trộn sấy nóng 3: V3= b3 kk L 3600.ρ ; kk : Khối lượng riêng của không khí kk = 1,029 (kg/m 3) (ở t = 700C) = 30430,44 3600.1,029 = 8,2 (m3) 2 x 2,05 x 2 (m) Buồng hoà trộn cũng được bọc cách nhiệt và bên ngoài là lớp tôn cách ẩm. 1 Khói TN S Không khí (Được quạt thổi vào) Sau khi khói và không khí được hoà trộn xong trong buồng hoà trộn, chúng theo đường ống dẫn tới ống góp kênh dẫn. Để giảm trở lực đường ống và đảm bảo lưu lượng TNS tới các vùng sấy thì ta chọn kích thước đường ống gần bằng với kích thước buồn hoà trộn. Tất cả các đường ống dẫn TNS đều được bọc cách nhiệt và có lớp tôn bên ngoài trống ẩm. V. Tính trở lực và chọn quạt Khi hệ thống làm việc ổn định, áp suất do quạt tạo ra là Äp = pi – p0 phải cân bằng với toàn bộ trở lực của hệ thống và áp suất động của khí thoát (giả thiết tốc độ đầu vào của không khí là sấp sỉ 0 m/s) Ta có:  p =  pl +  pc +  ph + pđ , (N/m 2) Trong đó:  pl: Tổ trở lực ma sát trên đường ống dẫn TNS  pc: Tổng trở lực cục bộ trên đường ống dẫn khí  ph: Trở lực TNS đi qua chiều dày lớp hạt pđ : áp suất động của khí thải vào môi trường Mô hình tổng quát HTS : 2 4 1 ống dẫn Quạt thổi k2 Thải ra ngoài môi trường 1: Buồng hoà trộn 3: Tháp sấy 2: ống góp kênh dẫn 4: ống góp kênh thải V.1. Tính cho vùng sấy nóng 1: +Tổng trở lực ma sát trên đường ống dẫn: -Trong đường dẫn từ buồng hoà trộn tới ống góp kênh dẫn:  pl1  pl1 = 2L Wλ .ρ. d 2 , (N/m2) Trong đó:  : Hệ số trở lực ma sát,  : Khối lượng riêng của không khí, kg/m3 L : Tổng chiều dài ống, m d : Đường kính tương đương, m W: Tốc độ của khí trong ống, m/s Với: L = 5,9 (m); Đường ống dẫn hình chữ nhật 1 x 1(m) => d = 0,625 0,25 (a.b) 1,3. (a + b) (7.1)[3] = 0,625 0,25 (1.1) 1,3. (1 1) = 1,09m) W = F V = 8,05 1 = 8,05 (m/s) Hệ số ma sát được xác định theo công thức: Khi dòng chảy tầng: Re 2.103  = 64 Re (6.4)[3] Khi dòng chảy với Re > 10000  = 2 1 (1,82logRe 1,64) (6.5)[3] Re = ω.d ν ;  - Độ nhớt động học của TNS, m2/s.  = 19.10-6 (m2/s) => Re = 6 8,05.1,09 19.10 = 461816 (m2/s) > 10000 Vậy  = 2 1 (1,82logRe 1,64) = 2 1 (1,82log 461816 1,64) = 0,013 Thay các giá trị vào ta được:  pl1 = 25,9 8,05 0,013. .1,03. 1,09 2 = 1,46 (Pa) -Trở lực trên ống góp kênh vào:  pl2 Kênh vào có dạng hình hộp chữ nhật: 0,5 x 2,8 x 2,6 (m). Diện tích mặt cắt ngang TNS: F = 0,5.2,8 = 1,4 (m2) -Trở lực trên các kênh thổi:  pl3 Kênh thổi có tiết diện ngang là hình đa giác gồm có phần trên là hình tam giác còn phần dưới là hình chữ nhật: Như hình vẽ bên ta coi kênh như là hình chữ nhật với kích thước: 0,15x0,15(m) 50 m m 12 5 m m 1 5 0 m m Cần chú ý khi này tốc độ của TNS đi trong kênh đã được tính từ phần trước trong mục (3.10) -Trở lực trên các kênh thải: Kênh thải cũng có kích thước như kênh dẫn nên tính tương tự kênh dẫn. -Trở lực trên ống góp kênh thải: Cũng tương tự như ống góp kênh dẫn vì phải đảm bảo lưu lượng khói ra bằng khói vào. Ta có bảng tính trở lực ma sát trên đường ống: Vị trí a (m) b (m) L (m) dtd (m) F (m2) L (m3/s) W (m/s) Re   pl1(Pa) Buồng hoà trộn 1.75 2 1.6 2.11 3.5 8.05 2.3 255421 0.015 0.03 Đường ống dẫn 1 1 5.9 1.09 1 8.05 8.05 461816 0.013 1.46 Phần ống góp vào 0.5 2.8 1.3 1.19 1.4 8.05 5.75 360132 0.014 0.52 Kênh dẫn 0.15 0.15 2.8 0.16 0.02 5.48 46147 0.021 5.28 Kênh thải 0.15 0.15 2.8 0.16 0.02 5.48 46147 0.021 5.28 Phần ống góp ra 0.5 2.8 1.3 1.19 1.4 8.05 5.75 360132 0.014 0.52 Tổng 11.6 +Tổng trở lực cục bộ trên đường ống dẫn : Được xác đinh theo công thức:  pc= 2n i i i i=1 ρ .Wξ . 2  ,(N/m2) Trong đó: i : Các hệ số trở lực cục bộ Wi, i : Tốc độ và khối lượng riêng tương ứng Trên đường ống gặp các trở lực cục bộ sau: Đột thu, cút nối, tiết diện côn, đột mở … -Đột thu từ buồng hoà trộn - đường ống dẫn: Tổn thất đột thu Ta có: Theo phụ lục 8[1]: f/F = 1,09/1,55 = 0,7 => 1 = 0,08 W1 :Tốc độ trung bình cho TNS vào và ra khỏi đột thu: W1= 0,5.(2,3 + 8,02) = 5,16 (m/s) Thay các giá trị tìm được vào ta xác định:  pc1= 0,08.1,03.5,162.0,5 = 1,1 (Pa) -Trên ống dẫn: Gồm tổn thất ống gấp: a = 0,1.b. Theo phụ lục 8[1] => 1 = 0,8 Và tổn thất ống khuếch tán ngược:   450 Theo phụ lục 8[1] => 1 = 0,1 -Trên ống dẫn – ống góp vào: Gồm tổn thất ống gập: a = 0,1.b Tổn thất đột mở: f/F = 0,5/2,6; Theo phụ lục 8[1] => 1 = 0,653 -Trên ống góp – kênh dẫn vào: Gồm tổn thất ống gập và đột thu -Trên kênh thải – ống góp thải: Tổn thất đột mở Mọi giá trị tính toán tổn thất cục bộ được cho trong bảng dưới đây: Vị trí Dạng tổ thất f (m2) F (m2) a f/F  W (m/s)  pc (Pa) Buồng hoà trộn – ống dẫn đột thu 1.09 1.55 0.7 0.08 5.175 1.1 ống khuếch tán ngược 0.1 8.05 3.34 Trên ống dẫn ống gập 0,1b 0.8 8.05 26.7 ống gập 0,1b 0.8 5.75 13.62Trên ống dẫn – ống gom tới đột mở 0.5 2.6 0.192 0.653 5.75 11.12 ống gập 0,1b 0.8 5.615 12.99Trên ống gom – kênh dẫn đột thu 0.023 2.56 0.009 1.78 5.615 28.9 Kênh thải tới – ống gom thải đột mở 0.022 2.56 0.009 0.98 5.75 16.69 Tổng 45.59 +Trở lực TNS đi qua vùng hạt: Theo (11.2)[1] ta có:  ph= 2 k td h.ρ .ω 2.ζ. 2.g.d Trong đó:  : Hệ số trở lực đi qua lớp hạt. Re < 4 thì  = 34/Re 4 < Re < 80 thì  = 0,8 + 27,8/Re Re =   d. d: đường kính tương đương mà TNS đi qua khe các hạt thóc ; d = 0,5 mm  : Tốc độ TNS trong vùng hạt;  =0,5.(0,3 + 5,48) = 2,89 m/s Re = 6 2,89.0,0005 19.10 = 76 =>  = 0,8 + 27,8/Re = 0,8 + 27,8/76 = 1,16 h: Chiều cao lớp hạt, h = 250 mm = 0,25 m k : Khối lượng riêng của TNS , (kg/m3) g: Gia tốc trọng trường , (m/s2) dtd: Đường kính tương đương. Theo phụ lục7[1] dtd = 2,76 (mm) = 2,76.10-3 (m) Thay các giá trị vào ta được:  ph= 2 k td h.ρ .ω 2.ζ. 2.g.d = 2.1,16. 2 3 0,25.1,03.(2,89) 2.9,81.2,76.10 = 92,1 (Pa) +áp suất động khí thoát : Theo [3] ta có: pd = k .W2/2 W: Tốc độ khói thải ra khỏi tháp sấy. W = 5,75 (m/s) pd =1,03.5,75 2/2 = 17,03 (Pa) Tổng tổn thất:  p =  pl +  pc +  ph + pđ = 11,6 + 15,59 + 92,1 + 17,03 = 136,32 (Pa) Trong đặc tuyến của quạt thường chọn theo quan hệ  p = f(V) ở điều kiện tiêu chuẩn kỹ thuật có khối lượng riêng tc = 1,2 (kg/m3). Trong hệ thống quạt làm việc với nhiệt độ khác nhau tiêu chuẩn với khối lượng riêng. Trong điều kiện này áp suất do quạt tạo ra sẽ nhỏ hơn so với khi làm việc ở điều kiện thực tế, ta phải chuyển trị số  p tính toán trên về điều kiện tiêu chuẩn như sau:  ptc=  p. tc / kk = 136,32.(1,2/1,03) = 159 N/m 2 Với lưu lượng V= 29852,64 (m3/h) và  ptc= 159 N/m2. Theo phụ lục 2[2] ta chọn quạt ly tâm Ц4-70 N010. Chế độ làm việc của quạt V =30000 (m3/h);  p = 400 N/m2; tốc độ v = 592 (vòng/phút);  =0,65. Công suất của quạt là: Nc= V.  p.10 -3/  = 30000.400.10-3/(0,65.3600) = 7,59 (kW) Công suất động cơ chạy quạt là: Nđc=  .Nc/  td = 7,59.1,17/1 = 9,87 (kW) ở đây quạt được nối trược tiếp với động cơ  td = 1; Hệ số dự phòng = 1,3 V.2. Tính cho vùng sấy nóng 3: Cũng tương tự như vùng sấy nóng 1 ta cũng tính được kết quả cho vùng sấy nóng 3 như sau: -Bảng trở lực ma sát trên đường ống Trên đoạn a (m) b (m) L (m) dtd (m) F (m2) L (m3/s) W (m/s) Re   pl3(Pa) Hoà trộn 1.75 2 1.6 2.11 3.5 8.2 2.34 259863 0.015 0.03 ống dẫn 1 1 5.9 1.09 1 8.2 8.2 470421 0.013 1.52 ống góp vào 0.5 2.8 1.3 1.19 1.4 8.2 5.86 367021 0.014 0.54 Kênh dẫn 0.15 0.15 2.8 0.16 0.02 5.77 48589 0.021 5.85 Kênh thải 0.15 0.15 2.8 0.16 0.02 5.77 48589 0.021 5.85 ống góp ra 0.5 2.8 1.3 1.19 1.4 8.2 5.86 367021 0.014 0.54 Tổng 12.78 -Bảng trở lực cục bộ trên đường ống: Vị trí Dạng tổ thất f (m2) F (m2) a f/F  W (m/s)  pc (Pa) Buồng hoà trộn – ống dẫn đột thu 1.09 1.55 0.7 0.08 5.27 1.14 ống khuếch tan ngược 0.1 8.2 3.46 Trên ống dẫn ống gập 0,1b 0.8 8.2 27.7 ống gập 0,1b 0.8 5.86 14.15Trên ống dẫn – ống gom tới đột mở 0.5 2.6 0.192 0.653 5.86 11.55 ống gập 0,1b 0.8 5.77 13.72Trên ống gom – kênh dẫn đột thu 0.023 2.56 0.009 1.78 5.77 30.52 Kênh thải tới – ống gom thải đột mở 0.022 2.56 0.009 0.98 5.86 17.33 Tổng 47.85 -Trở lực qua lớp hạt và áp suất động của không khí thải: Những trở lực này thì hai rất gần rống nhau nên ta chọn chúng như nhau. Vậy tổng tổn thất:  p =  pl +  pc +  ph + pđ = 12,78 + 47,85 + 94 + 17,7 = 172,33 (Pa)  ptc=  p. tc / kk =172,33.(1,2/1,029) = 201 N/m 2 Với lưu lượng V= 30430 (m3/h) và  ptc= 201 N/m2. Theo phụ lục 2[2] ta chọn quạt ly tâm Ц4-70 N010. Chế độ làm việc của quạt V = 31000 (m3/h);  p = 400 N/m2; tốc độ v =621 (vòng/phút);  = 0,65. Công suất của quạt là: Nc= V.  p.10 -3/  = 31000.400.10-3/(0,65.3600) = 8,2 (kW) Công suất động cơ chạy quạt là: Nđc=  .Nc/  td = 8,2.1,3/1 = 10,7 (kW) ở đây quạt được nối trược tiếp với động cơ  td = 1; Hệ số dự phòng  = 1,3 V.3. Tính chọn quạt cho vùng làm mát: Với những số liệu tính toán từ các phần trước và tính toán tương tự như hai vùng sấy nóng ta có bảng kết quả sau: -Bảng trở lực ma sát trên đường ống Trên đoạn a (m) b (m) L (m) dtd (m) F (m2) L (m3/s) W (m/s) Re   pl2(Pa) ống góp vào 0.5 2.8 1.3 1.19 1.4 4.33 3.09 193532 0.016 0.17 Kênh dẫn 0.15 0.15 2.8 0.16 0.02 4.33 5.96 50189 0.021 6.24 Kênh thải 0.15 0.15 2.8 0.16 0.02 4.33 5.96 50189 0.021 6.24 ống góp ra 0.5 2.8 1.3 1.19 1.4 4.33 3.09 193532 0.016 0.17 Tổng 12.82 -Bảng trở lực cục bộ trên đường ống: Vị trí Dạng tổ thất f (m2) F (m2) f/F  W (m/s)  pc (Pa) Trên ống gom – kênh dẫn đột thu 0.0225 2.56 0.009 1.78 4.53 18.81 Kênh thải tới – ống gom thải đột mở 0.0225 2.56 0.009 0.98 4.53 10.36 Tổng 29.17 -Trở lực qua chiều dày lớp hạt:  : Tốc độ TNS trong vùng hạt;  = (0,3 + 5,96).0,5 = 3,13 m/s -Trở lực qua lớp hạt và áp suất động của không khí thải: Cũng như những phần trước . Vậy ta có kết quả tính cho vùng làm mát:  p =  pl +  pc +  ph + pđ = 12,82 + 29,17 + 108 + 18 = 168 (Pa) kk = 1,16 (kg/m 3)  ptc=  p. tc / kk = 168.(1,2/1,160) = 180 N/m 2 Với lưu lượng V= 15571,12 (m3/h) và  ptc= 180 N/m2. Theo phụ lục 2[2] ta chọn quạt ly tâm Ц4-70 N010. Chế độ làm việc của quạt V =16000 (m3/h);  p =325 N/m2; tốc độ v = 640 (vòng/phút);  = 0,7. Công suất của quạt là: Nc= V.  p.10 -3/  = 16000.325.10-3/(0,7.3600) = 4,25 (kW) Công suất động cơ chạy quạt là: Nđc=  .Nc/  td = 1,3.4,25/1 = 5,52 (kW) ở đây quạt được nối trược tiếp với động cơ  td = 1; Hệ số dự phòng  = 1,3 VI. Nhận xét: Trong bài Đồ án môn học Kỹ thuật sấy em thấy có những nhận xét sau: +Nhiệt độ vào và ra của TNS là chọn vì vậy chưa chính xác khi tính tới tổn thất nhiệt. Đây là vấn đề khiến em có rất nhiều điều chưa rõ. Khi lựa chọn nhiệt độ xong em rất muốn kiểm tra lại xem mình có chọn sai nhiều so vói thực tế không, em biết để làm được điều này thì phải sử dụng tới phương trình cân bằng nhiệt - ẩm cho từng vùng. Xong em vẫn không làm được. +Trong bài tính toán tổn thất cho buồng hoà trộn và đường ống là chưa có. +Tính toán buồng đốt: Do là buồng đốt trấu một loại buồng mới được sử dụng ở nước ta nên giáo trình tài liệu tham khảo còn ít. Trong khuôn khổ và tính chất bài Thiết kế môn học em không có thời gian để tính toán cho buồng đốt được. +Khi tính trở lực qua lớp hạt thì việc tính hệ số Re chưa làm rõ. Nguyên nhân là giá trị dtd mà TNS dịch chuyển trong lớp thóc chưa biết xác định bằng bao nhiêu. Do đó kết quả bài chỉ là giả thiết dtd=0,5mm như vậy. Bài làm sẽ tốt hơn khi biết cách xác định được dtd. +Nhiệt độ của khói sau khi ra khỏi buồng đốt là cao như vậy, tk = 1758 0C thì việc đưa khói vào buồng hoà trộn không thể dùng các ống dẫn bằng tôn bọc cách nhiệt được, vì nó làm phá huỷ đường ống. Đường ống dẫn phải là vật liệu chịu nhiệt có thể là xây đường ống bằng gạch. Đấy là cách nghĩ của em. +HTS với nguyên liệu là trấu, tuy là nguồn nguyên liệu tại chỗ như có vấn đề khó khăn: Tài liệu tham khảo: [1]: PGS – TSKH Trần Văn Phú, Tính toán thiết kế hệ thống sấy, NXB giáo dục, 2002 [2]: PGS – TS Hoàng Văn Chước. Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB KH – KT, 2006 [3]: Nguyễn Đức Lợi. HD Thiết kế hệ thống ĐHKK , NXB KH – KT, 2005 [4]: Thành phần dinh dưỡng thực phẩm Việt Nam – Viện dinh dưỡng – Bộ y tế. NXB Đại học Y Hà Nội, 2005