Tài liệu CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY doc

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY CHUỐI + Mục đích tính toán nhiệt : Mục đích tính toán nhiệt là xác định tiêu hao không khí dùng cho quá trình sấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q,

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY

CHUỐI

+ Mục đích tính toán nhiệt :

Mục đích tính toán nhiệt là xác định tiêu hao không khí dùng

cho quá trình sấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kJ/h Trên cơ sở tính toán nhiệt xác định kích thước các thiết bị Đồng thời qua việc thiết lập cân bằng nhiệt và cân bằng năng lượng của hệ thống sẽ xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như tiêu hao riêng nhiệt của buồng sấy và hệ thống

3.1 Chọn chế độ sấy:

Quá trình giảm ẩm của chuối khi đưa vào sấy rất không đồng đều ,

để phù hợp với quá trình giảm ẩm đó , có thể chia quá trình sấy thành 3 giai đoạn sau:

 Giai đoạn 1:

- Thời gian sấy: τ = 8 h

- Nhiệt độ môi chất sấy vào : t11 =650C

- Vật liệu có độ ẩm vào :ω11 =80 %

- Vật liệu có độ ẩm ra :ω12 =64 %

 Giai đoạn 2:

- Thời gian sấy: τ = 8 h

- Nhiệt độ môi chất sấy vào : t12 =800C

- Vật liệu có độ ẩm vào :ω12 =64 %

- Vật liệu có độ ẩm ra :ω22

 Giai đoạn 3:

- Thời gian sấy: τ = 8 h

- Nhiệt độ môi chất sấy vào : t13 =900C

- Vật liệu có độ ẩm vào :ω22

- Vật liệu có độ ẩm ra :ω23

- Tốc độ môi chất sấy cả 3 giai đoạn là v= 2-3 m/s

- Trạng thái không khí bên ngoài t0=250C,

3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA VẬT LIỆU :

Xác định lượng ẩm bay hơi :

W= 1 2

2

1

80 20



Lượng vật liệu đưa vào là G11 =W+G2= 1200+400 = 1600kg

Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn như sau :

W1= 720kg, W2= 360kg, W3= 120kg

Giai đoạn I : W1= 720kg,   11 80%

Vì : 1 21

21

100









W1100-W1ω21=G11ω1-G11ω21

ω21= 11 1 1

100 1600.80 720.100

64%

1600 720

Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 1 là :

G21=G1-W1= 1600-720=880 kg

Các đại lượng trên được tính trung bình cho 1 h của giai đoạn 1là:

W1h= 1

1

720

90 / 8

W

kg h

  

G21h= 21

1

880

110 / 8

G

kg h

  

Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là :

12 12 2

2

100 880.64 360.100

39%

880 360



Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là :

G22=G12-G2 = 880-360=520kg

Các đại lượng tính toán trung bình cho 1h của giai đoạn 2 là :

W2h= 2

2

360

45 / 8

W

kg h

  

G22h= 22

2

520

65 / 8

G

kg h

 

Tương tự như trên ta có độ ẩm của vật liệu ra khỏi giai đoạn III là

ω23=ω2 được kiểm tra lại bằng công thức :

13 13 3

23

100 520.39 120.100

20,7%

520 120



Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 chính là lượng sản phẩm tức là:

G23=G2= G13-W3 = 520-120 = 400kg

Các đại lượng tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn 3 là :

2

2

3

400

50 / 8

h

G



W3h= 3

3

120

15 / 8

W

kg h

  

3.3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT :

1.Giai đoạn I

Giai đoạn này năng suất bốc hơi ẩm lớn nhất , ẩm bốc hơi nhiều nên nhiệt độ môi chất ra khỏi buồng sấy thấp vì vậy không cần hồi lưu Quá trình sấy được biểu diễn trên đồ thị I-d

Trạng thái không khí bên ngoài to= 25oC,  0 85%

Từ đó ta xác định được :

d0=622 0

0

0,85.0,03166

0,99333 0,85.0,03166

so so

p

kg kgkkk



Với Pso= 0,03166 bar

I0=t0+d0(r+Cpht0) kJ/kgkkk

t 0 o

t 2

t 1

d 2

d 1

2

1

d

I

 %

 

=25+0,0173(2500+1,9.25)

=69 kJ/kgkkk

0

99333 0,85.0,03166.10 287(273 ) 287(273 25)

so

p  p



Trạng thái không khí vào buồng sấy :

Ta có : t11= 65oC, ps1=0,25 bar , d11=d0= 17,3g/kgkkk

Từ đó xác định được :

I11=t1+d1(r+Cpht1)

=65+0,0173(2500+1,9.65)

=110,38 kJ/kgkkk

11

17,3.0,99333

0,1075 10,75%

(622 ) s (622 17,3)0, 25

d p

d p

1

(0,99333 0,1075.0,025).10

0,9963 / (273 ) 287(273 65)

s k

p p

kg m



Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy

Giai đoạn này là giai đoạn sấy tộc độ không đổi , nhiệt độ vật iệu không đổi và bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt , tức là:tm=tM1=const.Nhiệt

độ và độ ẩm không khí vào buồng là t11=65oC,   11 10,75%.Nhiệt độ nhiệt kế ướt tM1=32oC

Nhiệt độ vật liệu đưu vào buồng tm1=tM0 (tM0 là nhiệt độ nhiệt kế ướt ở điều kiện không khí bên ngoài , tM0=23oC) Như vậy , vật liệu vào được gia nhiệt từ tm1=23oC đến tm =32oC.Để đảm bảo việc truyền nhiệt tốt từ không khí đến vật liệu , ta chọn nhiệt độ khí ra khỏi buồng sấy t21=tm21+∆t(∆t=5-10ºC)

Vậy t21=32+8=40oC, Ps2= 0,07375bar

Các thông số còn lại được xác định như sau :

d21= 21 21

21

110,38 40

0,02732 /

2500 1,9.40

pk ph

g kgkkk r

C t

I

C t

φ21=  2121 2

27,32.0,99333

56,6%

622 s (622 27,32)*0,07375

d P

ρk21=  

5

3

21 2 21

99333 0,591.0,07375.10

1,0593 / 287(273 40)

273

s k

kg m





Tiêu hao không khí lý thuyết :

l01=

100 1000

100 27,3 17,3

L01=l01 W1=100.720= 72000kg= 9000kg/h

V1=

 L01k1=0,99639000 9033m h3/

Vtb1=   101  2

5 0

k k

L

8756,56 / 0,5(0,9963 1,0593)  m h



3

Tiêu hao nhiệt lý thuyết

q01=l01(I1-I0)=100(110,38-69)= 4138kJ/kgẩm

Q01=q0 W1 =720.4138=2979360kJ

Q01h= 372420kJ/h=103,45kW

Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn 1:

Nhiệt đưa vào :

Qv=Q5+Q0=Q01+Q0

ở đây Q0 là nhiệt do không khi đưa vào :

Q0=G0L0=L01.I0=9000.69=621000kJ/h=4968000kJ

Qv=2979360+4968000 =7947360kJ

Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :

QR=Q1+Q’2

ở đây :

Q1 là nhiệt hữu ích :

Q1=W[(r+Cpt2)-Cntm1 ]

=720 2500 1,9.40    4,18.23  1785499, 2kJ  223187,kJ h/  61,99 Wk

Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát :

Q’2=L01I’2 =L01 [t2+d0(r+Cpht2) ]

=9000 40 0,0173(2500 1,9.40)    761083, 2kJ h/  6088665,6kJ

QR = 7874164,8kJ

 Q Q vQ r  73195, 2kJ

∆Q% =0,92%

Hiệu suất nhiệt của buồng sấy :

ηs= 1 1785499,2

0,359 35,9%

4968000

s

Q

2.Giai đoạn 2:

_ Giai đoạn này nhiệt độ môi chất vào lớn hơn, năng suất bốc hơi

ẩm nhỏ hơn nên nhiệt độ khí thoát lớn hơn, vì vậy cần hồi lưu để tiết kiệm nhiệt Quá trình sấy lý thuyết giai đoạn này biểu diễn trên

đồ thị I-d

_Trong giai đoạn 2 nhiệt độ môi chất sấy vào buồng sấy là

t12=80oC, tương ứng có Ps1=0,4738bar Vì có hồi lưu nên độ ẩm tương đối của môi chất vào buồng sấy sẽ lớn hơn ở giai đoạn 1 Ta chọn độ ẩm tương đối của môi chất vào  12 20%

_Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió, ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng không khí ở cả 3 giai đoạn như nhau, tức là: L1=

L2= L3 hay W1l1=W2l2=W3l3

Từ đó ta có:

l2=l1 1

2

720

100 200

WW  360  kg/kgẩm

l3=l1 1

3

720

100 600

WW  120  kg/kgẩm Các thông số của không khí vào buồng sấy được xác định như sau:

12 1

12

12 1

0, 2.0, 4738

0,99333 0, 2.0, 4738

s s

p





I12 = t12 + d12(r + Cpht12) = 80 + 65.6(2500 + 1.9*80) = 254 [ kJ/kgkkk]

12 273

1 12





t R

p p

k

s k



 = (0.9933 0.2*0,4738)*105 0.887

287(80 273)





Xác định các thông số môi chất ra khỏi buồng sấy :

2 12 12

22

1000

l d d d

d      = 65.6 +

200

1000 = 70,6 g/kgkkk

22

22 2

22 1 1 , 9

2500

d

d I t





10

* 6 70

* 9 1 1

10

* 2500

* 6 70 254







Từ t22 tra bảng hơi nước bão hoà được ps2 = 0,271

22  2222 22

622 d p

p d





271 0 ) 6 70 622 (

9933 0

* 6 70

 = 0,3736 = 37,36 % 22 273

2 22





t

p p

k

s

k 



) 33 68 273 ( 287

) 271 0

* 3736 0 9933 0 (

10 5



Xác định các thông số trạng thái sau hỗn hợp :

Hệ số hồi nhiệt :

2 22

2 2

H

o H o

o

b

d d

d d G

L

G

G

n









6 65 6 70

3 17 6 65



 = 9,66 Nhiệt độ khí sau hỗn hợp :

1

2





n

t

nt

1 66 9

25 33 68

* 66 9



 = 64,26 , oC

Từ tH2 tra bảng hơi nước bão hoà được psH2 = 0,2435 bar

dH2 = d12 = 65.6 g/kgkkk

IH2 = tH2 + dH2(r + CphtH2)

= 64,26 + 0,0656 (2500 + 1,9*64,26 ) = 236,27 , kJ/kgkkk

2  22 2

622 H sH

H H

p d

p d





2435 0 ) 6 65 622 (

9933 0

* 6 65

 = 0,389 = 38,9 %  2 273

2 2





H k

sH H kH

t R

p

p 

) 26 64 273 ( 287

) 2435 0

* 389 0 9933 0 (

10 5



 = 0,928 , kg/m3 Tiêu hao không khí lí thuyết :

L2 = l2.W2 = 200*360 = 72000 [ kg ] = 9000 [ kg/h]

2

1

2 1

2

12

k

k

L

V



 

2

1 ) 9122 0 887 0 (

9000

 = 10004 , m3/h Lưu lượng không khí mới bổ sung :

n

L

G o  2 =

66 9

9000 = 931,68 kg/h

Tiêu hao nhiệt :

q02 = l2(I12– I0) = 200(254 - 236.27) = 3546 kJ/kg ẩm

Q02 = q02.W2 = 3546*360 = 1276560 , kJ

2

02

Q

Q h  = = 159570 , kJ/h = 44,32 kw

Cân bằng nhiệt của hệ thống :

Nhiệt đưa vào :

Qv = Q02 + Q0 = 1276560 +514287.36 = 1790847kJ

Q02 là nhiệt đua vào buồng sấy

Q0 là nhiệt do không khí mới đưa vào

Q0h = G0.I0 = 931.68*69 = 64285.92, kJ/h

Q0 = Q0h τ2 = 64285.92*8 = 514287.36 , kJ

Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :

8 1276560

Qr = Q1 + Q’2

Q1 là nhiệt hữu ích :

Q1 = W2[(r + Cpht42)-Cntm12]

=360[(2500+1.9*64.26)-4.18*32] = 895800 ,kJ

2

1

Q

Q h  =

8

895800 = 111957 kj/h = 31,1 kW Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát

Q’2h = G0I’2 = G0[tH2 + d0(r +CphtH2)]

= 931.688 [64.26+0.0173(2500+1.9*64.26)] =

102112 kJ/h

Q’2 = Q’2h τ2 = 102112*8 = 816896 , kJ

QR = Q1 + /

2

Q = 895800 + 816896 = 1712696 KJ Sai lệch : ΔQ = QR- Qv = 1790847-1712696 = 78151 kJ

100

%   



v

Q

Q

1712696

78151 = 4,5 %

3 Giại đoạn III :

Xác định thông số vào buồng sấy :

Ta chọn : t13=900 c, φ13 = 10%

Từ t13 tra bảng hơi nước bão hoà được ps1 =0.7011 (bar)

Ta xác định thông số còn lại :

1 13

1 13

.

622

s

s

p p

p d







7011 0

* 1 0 9933 0

7011 0

* 1 0

 = 47,235, g/kgkkk

I13 = t13 + d13(r + Cpht13) = 90 + 0.047235 (2500 +1.9*90) = 216,16 , kJ/kgkkk

13 273

1 13





t

R

p p

k

s k



) 90 273 ( 287

7011 0

* 1 0 9933 0



 = 0,886 , kg/m3 Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy :

d

d

d23 13  = 47.235 +

600

1000 = 48,9 , g/kgkkk

23

23

23

2500

d C

d

I

t

ph





0489 0

* 9 1 1

2500

* 0489 0 6 216



 2323 23

23

622 d p

p d





61 0 ) 9 48 622 (

9933 0

* 9 48

(tra bảng hơi nước bão hoà theo t23 ta được ps3 = 0.61(bar)

 23 273

3 23





t

R

p p

k

s k



) 273 23 86 ( 287

10

* 61 0

* 12 0



Xác định trạng thái môi chất sau hỗn hợp :

Hệ số hối lưu :

3 23

3 3

H

o H o

o

b

d d

d d G

L

G

G

n









235 47 9 48

3 17 235 47



 = 18 Nhiệt độ khí sau hỗn hợp ;

1

23





n

t

nt

1 18

25 32 86

* 18



 = 83,09 , oC

Entanpi của không khí sau hỗn hợp :

dH3 = d13= 47.235 g/kgkkk

IH3 = tH3 + dH3(r + CphtH3) = 83.09 + 0.047235(2500 + 1.9*83.09)

= 208,6 , kJ/kgkkk

Độ ẩm tượng đối sau hỗn hợp :

 3 3 3

3

622 H sH

H

H

p d

p d





536 0 ) 235 47 622 (

9933 0

* 235 47

Khối lượng riêng :

 3 273

3 3





H

k

sH H

kH

t

R

p

p 

) 273 09 83 ( 287

10

* 536 0

* 1308 0



Xác định tiêu hao không khí :

L03 = l03.W3 = 600*120 =72000 kg = 9000 kg/h

13

03

03

k

L

V



886

0 9000  m3/h

13

10124 /

k

L

m h

 

Tiêu hao nhiệt lí thuyết :

q03 =l03(I13–IH3) = 600(216.6 - 208.6) = 4536 kJ/kg ẩm

Q03 = q03W3 = 4526 * 120 = 544320 kj = 68040 kj/h = 18,9 kw Cân bằng nhiệt lí thuyết của hệ thống :

Nhiệt đưa vào :

Qv = Q03 + Q0 =

Ở đây Q0 là nhiệt do không khí đưa vào :

Q0h = G0.L0 = 69 34500

18

9000

0

n

Qo = Q0h * τ3 = 34500*8 = 276000 kJ

Qv = Q03 + Qo = 544320 + 276000 = 820320 kJ

Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :

QR = Q1 + Q’2

Ở đây :

Q1 là nhiệt hữu ích :

Q1 = W3[(r + CphtH3)-Cntm13] = 120[(2500 + 1.9*83.09) –

4.18*48.6] = 294566 kJ

Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát

Q’2h = G0I’2 = G0[tH3 + d0(r +CphtH3)]

Go là lưu lượng khí bổ sung

Go = 500

18

9000

n

Q’2h= 500 [83.09 + 0.0173(2500 + 1.9*83.09)] = 64536 kJ/h Q’2 = Q’2h τ3 = 264536*8 = 516288 kJ

QR = 294566 + 516288 = 810854 kj

Sai lệch : ΔQ = QR- Qv = 820320 – 810854 = 9466 kJ