Phân loại và cấu tạo thiết bị sấy buồng Thiết bị sấy buồng là thiết bị sấy đối lưu được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế.. Phân loại Theo tính chất chuyển động của tác nhân sấy: -
Trang 1Chương 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY BUỒNG 5.1 Phân loại và cấu tạo thiết bị sấy buồng
Thiết bị sấy buồng là thiết bị sấy đối lưu được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực
tế
5.1.1 Phân loại
Theo tính chất chuyển động của tác nhân sấy:
- Thiết bị sấy buồng đối lưu tự nhiên
- Thiết bị sấy buồng đối lưu cưỡng bức
Trong thiết bị sấy buồng đối lưu cưỡng bức, dựa theo cách bố trí quạt lại được phân chia ra thành 2 loại:
- Thiết bị sấy buồng dùng quạt gió tập trung
- Thiết bị sấy buồng dùng quạt gió hướng trục phân tán
Ngoài ra, theo cấu tạo và các đặc trưng khác người ta còn phân loại:
- Thiết bị sấy buồng có đốt nóng trung gian
- Thiết bị sấy buồng hồi lưu khí thải
- Thiết bị sấy buồng dùng ống nhiệt
- Thiết bị sấy buồng dùng bơm nhiệt
- Thiết bị sấy buồng dùng ejector
5.1.2 Cấu tạo thiết bị sấy buồng
Hình 5 – 1 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của thiết bị sấy buồng đối lưu cưỡng bức dùng nhiên liệu than đá
Hình 5 – 1: Sơ đồ cấu tạo của thiết bị sấy buồng đối lưu cưỡng bức dùng nhiên liệu than đá
1 Ghi lò, 2 Cửa điều chỉnh không khí, 3 Quạt,
4 Giá chứa vật liệu sấy, 5.Cửa tháo sản phẩm,
6 Vách dập tàn lửa
6
5
4
3
2
KK
1
Trang 2Thiết bị bao gồm một hoặc vài buồng sấy, trong đó vật liệu được xếp thành lớp tĩnh trên các giá hay toa xe Việc nạp và tháo vật liệu sấy tiến hành qua cửa buồng sấy Trong thiết bị sấy loại này, vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển nên còn gọi là máy sấy tĩnh, sấy mẻ
Nhược điểm của thiết bị sấy buồng:
- Thời gian sấy kéo dài vì lớp vật liệu nằm yên
- Sấy không đều; sản phẩm có chỗ khô, chỗ ướt, dễ bị nứt nẻ
- Mất nhiều nhiệt lượng do tháo và nạp liệu qua cửa cũng như không tận dụng hết nhiệt của tác nhân sấy
- Điều kiện làm việc nặng nhọc, không đảm bảo vệ sinh
- Cấu tạo đơn giản nhưng khó kiểm tra quá trình
5.2 Tính toán, thiết kế thiết bị sấy buồng
5.2.1 Trình tự thiết kế
- Chọn chế độ sấy
- Tính cân bằng ẩm buồng sấy
- Tính toán quá trình sấy lý thuyết
- Xác định các kích thước cơ bản của buồng sấy
- Tính toán các tổn thất nhiệt
- Tính toán quá trình sấy thực
- Tính hay chọn calorifer
- Tính toán các thiết bị phụ trợ
- Tính trở lực và chọn quạt
- Tính toán kinh tế – kỹ thuật của hệ thống sấy đã thiết kế
5.2.2 Ví dụ thiết kế một thiết bị sấy buồng
Thiết kế một buồng sấy hạt cà phê, năng suất 1T/mẻ, thời gian sấy 8giờ, độ ẩm của vật liệu w 1 =32%, w 2 =14%
a Tính năng suất sấy:
] h / kg [ 125 8
1000
G 2
] h / kg [ 158 32 100
14 100 125 w
100
w 100 G G
1
2 2
b Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ:
h kg 33 125 158 G
G
c Tính lượng tác nhân sấy:
1 0 2
1000
d d
W
L lt
Biết điều kiện môi trường:
t 0 =30 0 C
Trang 3Tra đồ thị I-d
Chọn nhiệt độ sấy, giả sử: t 1 =90 0 C
Tra đồ thị I-d
Chọn nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy, giả sử t 2 =39 0 C (hoặc =95÷98%)
Tra đồ thị I-d
2
2
Thay vào tính được L
y n d d
W
L lt
1000 1000*33
1 0 2
= abc [kg/h]
d Xác định sơ bộ kích thước của buồng sấy:
Khối lượng thể tích của cà phê: 850 kg/m 3
Thể tích vật liệu sấy chiếm chỗ:
] m [ 176 , 1 850
1000
Chọn chiều cao lớp vật liệu sấy là h=0,5 m
Diện tích sàn của thiết bị sấy:
] m [ 353
, 2 5 , 0
176 , 1 h
V
Từ F s chiều dài và chiều rộng của buồng sấy
e Tính toán nhiệt:
Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1 kg ẩm q 1
Nhiệt lượng do tác nhân thải mang đi q 2
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi q 3
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh q xq
Lập phương trình cân bằng nhiệt
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Trong đó:
Q [kJ] : nhiệt lượng tiêu hao chung cho TBS:
Q s : nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy:
Q vl : : nhiệt lượng tổn thất do VLS mang đi:
Q vl = G 2 C 2 (T 2 – T 1 ) (5 – 4)
Q tn : nhiệt lượng tổn thất do TNS mang đi:
Q xq : nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:
Trang 4Q xq = k i F it i (5 – 6) Trong đó:
k i : hệ số truyền nhiệt của bề mặt kết cấu thứ i
F i : diện tích bề mặt truyền nhiệt thứ i
t i : độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bề mặt thứ i
Q a : nhiệt lượng do ẩm chứa trong VLS mang vào:
Nếu tính cho 1 kg ẩm thì phương trình (5-1) có dạng:
Nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm tính theo công thức Dickkerson:
Nhiệt dung riêng của không khí ẩm tính theo công thức:
C k = C kk + 0,47
1000
0
d
(5 – 10)
Trong đó: C kk : nhiệt dung riêng của không khí khô
C kk = 1,004 kJ/kgkk
Chọn T 1 = t 0
T 2 = (0,85 0,90)t 1
Thay vào ta tính được:
q vl =
W
G2
C 2 (T 2 – T 1 )
q tn = W
L
C k (t 2 – t 1 )
Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh:
q xq =
W
k i : hệ số truyền nhiệt của bề mặt kết cấu thứ i
F i : diện tích bề mặt truyền nhiệt thứ i
t i : độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bề mặt thứ i
Buồng sấy là nơi tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh đáng kể nhất vì có kích thước lớn
Giả sử vật liệu chế tạo buồng sấy là tole tráng kẽm, có độ
Sơ đồ xác định hệ số truyền
nhiệt k i như hình 5 – 2
2 1
1
1 1
1
n n n i
k
t W2
t W1
2
1
t( 0 C)
Hình 5 – 2: Sơ đồ xác định hệ số truyền nhiệt
Trang 5Trong đó:
1 , 2 : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
n : bề dày tường lớp thứ n
n : hệ số dẫn nhiệt của tường lớp thứ n
Đối với tường 1 lớp, ta có:
2 1
1 1
1
k
Trường hợp trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức thì 1 xác định theo công thức:
C, D: các hệ số thực nghiệm
v: tốc độ dòng khí, ta có v = 1m/s
Nếu v 5m/s, thì C = 6,15; D = 4,17
Dùng phương pháp tính lặp để xác định 2, bằng cách giả thiết trước nhiệt độ
mặt trong của tường t w1 và tính được dòng nhiệt q’ truyền qua tường Từ dòng nhiệt này ta tìm được nhiệt độ mặt ngoài của tường t w2 Từ t w2 và t 0 (nhiệt độ môi trường) ta tìm được 2 và tính được dòng nhiệt q’’ truyền vào môi trường
Nếu (%) ' '' 10%
max
q
q q
q thì kết quả tính toán chấp nhận được
f Xây dựng quá trình sấy thực:
q T
C a 1
Biết c a =4,18 kJ/kg ẩm
Xác định điểm C 1
Dùng thước đo trên đồ thị I-d, ta được:
Trục tung: t [mm] 10 [kCal/kgKK]
t
M I 10
Trục hoành: u [mm] 10 [g/kgKK]
u
M d 10
Vậy:
t
u M
M m
d
I
Giả sử = – 570 kJ/kg ẩm, ta chọn GF=20 mm
xy
GF m
GE = l [mm]
Nối BE cắt t 2 tại C 1
Tra đồ thị I-d I 2 , d 2
g Tính lượng không khí khô thực tế L:
Lượng không khí khô thực tế:
1 2
1000
d d
W
L tt
Thể tích không khí ẩm:
tt
L V
V 0.
Trang 6V 0 : thể tích không khí chứa trong 1kg không khí khô
h Tính nguồn nhiệt:
xq 3 2
1 q q q q
q
Wq
3 2 1
' Q Q
Với: 1 : hiệu suất của calorifer
i Chọn quạt:
Chọn quạt dựa vào các tài liệu hoặc sổ tay về quạt, trong đó cần chú ý đến 2 thông số cơ bản của quạt là áp suất và lưu lượng của quạt
