Tài liệu Chương 4: Các kich thước cơ bản của thiết bị Tiết diện thông gió doc

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... Trao đổi nhiệt từ tườn

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 = 0 94

5 1

41

1  , m

Số tầng khay vật liệu trong hầm :

m=

k

kh h

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

25

1600

1

g

g1 là khối lượng vật liệu trên khay sấy

Diện tích 1 tầng khay sấy :

F1kh= 3 37

19 64 



m

Chiều rộng chất vật liệu là :

5 1

37 3

m

kh L

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 m2

Diện tích trần và nền

Ftr= LN BN = 1.86*3.41 = 6.34 m2

Kích thước xe gòng

Chiều rộng xe : Bxe= 0 75

3

25 2

3m  

Chiều dài xe : Lxe= 0 75

2

5 1

2m  

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:

x Hm

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 = 32oC

tm1 = tM0 =23oC

Vậy ta có:

k1

0

w 2

2









t

t t

Qm1 = 880*3.352(32-23) = 26548 kJ

872 36 720

26548

W1

1

m

Q

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

vt

Q

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

21 11

1







  



xq

k

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:

C q

t

k

1 0

075 0 51 14

1 06 24 5 52 1

11 2 1





































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:

K

207 3

1 1

0

075 0 51 14 1







Qxq1 = 0.89*27.404*(52.5-25)=670 W

Hệ số truyền nhiệt của khí trong buồng qua trần là:

t t

tr

k

2 1

1 1

1









Trong đó: α2tr = 1.3*α21 =1.3*3.207 = 4.169 W/m2K

Vậy ta có:

K

169 4

1 1

0

075 0 51 14

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

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

1 1 2 1 21

) (

) (

i

i d t t C

i1 = r + Cpht1 = 2500 + 1.9*65 =2623 kJ/kg

i2 = r + Cpht2 = 2500 + 1.9*40 =2576 kJ/kg

0275 0 503

8 2576

) 503 8 2623 ( 0173 0 ) 40 65 ( 01 1











98 3 17 5 27

1000 1000

1 2









d d

29 110 98

503 8 38 110

11

l I

Qua tính toán nhận thấy rằng giai đoạn 1 quá trình sấy thực tế gần với lý thuyết

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 = 48.6oC

Vậy ta có: Qm2 = 520*2.777(48.6-32) = 23971 kJ

7 66 360

23971

W2

2

m

Q

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

vt

Q

Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh:

Qxq2 = kxq2.Fxq.Δt2

22 12

1







  



xq

k

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







xq

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

o k

Qtr2 = ktr2.Ftr.Δt2 = 0.974*6.34*(74.3-25)= 304.4 W

K m W k

tr

2 12

81 4

1 1 0

075 0 51 14 1

1 1

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

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:

I22 = I12 +

l



23 96 77 2629

) 23 96 2652 ( 0656 0 ) 33 68 80 ( 01 1 ) ( ) (

2

1 12 22























i

i d t t

C pk

, kg/kgkkk

i1 = r + Cpht12=2500+1.9*80=2652kj/kg

i2 = r + Cpht22=2500+1.9*68.33=2629.77 kj/kg

I21 = I12

-l

= 254

-2 185

23

96 =253.48 kj/kgkkk

l2 =

12 22

1000

d

6 65 71

1000



271 0 ) 71 622 (

99333 0

* 71 )

622

(

.

52 22





d p

p

) 33 68 273 ( 287

) 271 0

* 3755 0 99333 0 ( 10 ) 273

(

22

2











t R

p p

k

s

Xác định các thông số hỗn hợp:

n =

0

G

G h =

0

2

L

6 65 71

3 17 6 65

2 22

0











H

H

d d

d d

1 944 8

25 33 68

* 944 8 1











n

t t

tra bảng hơi nước được: pH2= 0.203 bar

IH2 = tH2 + dH2(r + Cph

tH2)=63.97+0.0656*(2500+1.9*63.97)=235.94 kj/kgkkk

203 0

* ) 71 622 (

99333 0

* 6 65 )

622

(

.

2 22





H d p Hs

p

) 97 63 273 ( 287

10

* ) 203 0

* 463 0 99333 0 ( ) 273

(

2

2











H k

Hs H t R

p

Tiêu hao không khí thực tế:

L2 = l2.W2=185.2*360=66672 kg =8334 kg/h

2

1 ) 91 0 94425 0 (

8334 2

1 ) ( 1 2





 k

k

L



Tiêu hao nhiệt thực tế:

q2 = l2( I12 - IH2)=185.2*(254-235.94)=3344.71 kj/kgẩm

Q2= q2 W2=3344.71*360=1204095 kj =150512 kJ/h = 41.81 kW

Lập cân bằng nhiệt

Nhiệt đưa vào hệ thống:

Qv = Qs + Q02= 1204095 + 514352.8 = 1718447.8 kJ

Trong đó: Qs = Q2

Q02h = G0.I0 = 2 I0

n

L = * 69 64294 1

944 8

Q02 = Q02h.τ2 = 64294.1*8 = 514352.8 kj

Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống:

QR=Q12+ Q’22 + Qm2 + Q52= 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

8334



n

L

Sai lệch cân bằng:Q=QR-QV = 1789370.88 - 1718447.8 = 70923.08 kJ

% 9 3

% 100 88 1789370

08 70923



R

Q

Q

Q

Hiệu suất sử dụng nhiệt của buồng sấy:

0 7437 74 37

1204095

895601.88

2



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-23 )  4 , 18 23=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

W

Q

Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển:

Qvt3 = Gvt*Cvt*(tm23 - tm13) =468*0.5(66.32-48.6) = 4146.48 kj

qvt3 = 34 554

120

48 4146

3

W

Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt vào môi trường :

Nhiệt độ trung bình của khí trong buồng :

16 83 2

32 86 90 2

23

13

Tổn thất nhiệt qua tường bao và cửa :

Qxq3 = Kxq3*Fxq*t3 = 0.933*27.404*(83.16-25)

= 1487 W

958 3

1 1

0

075 0 5 14 1

1 1

1 1

23 13





















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]

tr

tr

2

3 13

145 5

1 1

0

075 0 51 14 1

1 1

1

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 = 530 868

120

16 63704

3

W

3 = Ctn *tm13 –( qm3 + qvt3 + q53)

=4.18*48.6-(139 16+34 554+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

1 13 23

(

i

i d t t

C pk

434 591 2664

) 434 591 2671 ( 047235

0 ) 32 86 90 (

* 01

.







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]

235 47 18 49

1000 1000

13 23









d d

I23=I13

-l

 = 216.16

-514

434

591 = 215 [kg/kgkkk]

23=   622 49 18* 0 61 0.1193 11.93%

99333 0

* 18 49

622

.

3 23





d p s

p

  28786 32 273 0.892

10

* ) 61 0

* 1193 0 99333 0 ( 273

23

53 23













t

R

p p

k

k



Xác định các thông sốcủa trạng thái hỗn hợp:

39 15 235 47 18 49

3 17 235 47

3 23













H

o H

d d

d d n

1 39 15

25 32 86

* 39 15 1











n

t t

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]

886 0

7710

13



L [m3/h]

V3tb=

  0 886 0 892 8672.66

2 1 7710 2

1

23 13





 



[m3/h]

Tiêu hao thực tế :

q3 l3I13I H3 = 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 = G0.I0 = 3 I0

n

L =501 * 69  34569, kj/h

39 15

7710



n

L

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



R

Q

Q

Q

Hiệu suất sử dụng nhiệt của thiết bị :