thiẾt kẾ hỆ thỐng sẤy bĂng...

Đề tài

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI

SV TỐNG THỊ HƯƠNG GVHD TRỊNH VĂN DỦNG

ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng

SVTH: Tống Thị Hương. 2

MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 2 THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ .......................................... 3 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ................................................................. 4

Các thông số sử dụng tính tốn .............................................................. 4 Tính cân bằng vật chất ......................................................................... 7 Thời gian sấy ...................................................................................... 7

HẦM SẤY: .................................................................................................. 8 I. Băng tải ................................................................................... 8 II. Kích thước hầm ......................................................................... 10 III Động cơ băng tải. ...................................................................... 11

CÂN BẰNG NHIỆT ................................................................................... 14 I. Sấy lí thuyết .............................................................................. 14 II. Tổn hao nhiệt ............................................................................ 15 III. Sấy thực. ................................................................................... 23

THIẾT BỊ PHỤ ........................................................................................... 27 I. Calorifer ................................................................................... 27 II. Cyclon ...................................................................................... 32 III. Quạt ......................................................................................... 33 IV. Gầu tải nhập liệu ...................................................................... 36

TÍNH KINH TẾ .......................................................................................... 38 KẾT LUẬN ................................................................................................. 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 40



MỞ ĐẦU

Trà là một thức uống có tính giải khát phổ thông trong nhân dân đặc biệt là nhân dân vùng châu Á. Trà không những có tác dụng giải khát mà còn có tác dụng chữa bệnh vì trong trà có những dưỡng chất: vit C, B, PP, cafein, muối.. Trà làm cho tinh thần sảng khối, tỉnh táo, đỡ mệt mỏi, dễ tiêu hố… Trà là sản phẩm được chế biến từ là trà non & búp trà (đọt trà) của cây trà. Quá trình chế biến trà thông qua nhiều công đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy… Trong đó sấy là một công đoạn hết sức quan trọng. Mục đích của sấy trà: dùng nhiệt độ cao để diệt enzyme, đình chỉ quá trình lên men nhằm giữ lại tối đa những chất có giá trị trong lá trà giúp hình thành hương vị, màu sắc của trà. Làm giảm hàm ẩm trong trà bán thành phẩm đến mức tối thiểu, phù hợp yêu cầu bảo quản chất lượng trà trước khi phân loại.

Trong thời gian sấy khô, lá tràbị biến đổi cả về tính chất vật lí cũng như tính chất hóa học: Tổng hàm lượng các chất hồ tan giảm đi so với lá chè xong. Hàm lượng cafein giảm đi một ít. Đó là do sự bay hơi một phần và do sự thăng hoa của

các hợp chất này khi sấy khô. Sự biến đổi của Nitơ hòa tan và Cafein trong khi sấy:

Giai đoạn chế biến Nitơ hòa tan,mg Cafein, mg Nitơ amonic, mg Lá trà lên men 21,63 2,89 1,19 Bán thành phẩm 20,05 2,60 0,67

Nhóm chất hydratcacbon có những biến đổi như sau: Giảm một ít hàm lượng glucose, saccharose, tinh bột. Giảm mạnh hàm lượng hidropectin (lá trà lên men chứa 2,73% so với 1,74% của trà đen bán thành phẩm) Lượng protein cũng giảm đi trong thời gian sấy này Lượng vitamin C giảm mạnh: từ 2,64 g/kg chất khô trước khi sấy còn lại 1,81 g/kg sau khi sấy.

Trong khi sấy trà cần chú ý: Tốc độ không khí nóng thổi vào buồng sấy quá nhỏ sẽ gây ra tình trạng ứ đọng hơi ẩm làm giảm chất lượng trà rõ rệt. Nhiệt độ sấy quá cao & không khí thổi vào quá lớn sẽ làm cho trà bị cháy vụn, nhiệt độ càng cao sẽ làm giảm hương thơm của càng mạnh. Nhiệt độ quá cao sẽ gây ra hiện tượng tạo trên bề mặt lá trà một lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên trong thốt ra ngồi, kết quả không tiêu diệt được men triệt để & trà vẫn chứa nhiều ẩm bên trong làm cho chất lượng của trà nhanh chóng xuống cấp trong thời gian bảo quản. Các phương pháp sấy: - sấy thường - sấy có bổ sung nhiệt - sấy có đốt nóng giữa chừng - sấy tuần hồn khí thải Trong đồ án này ta chọn phương thức sấy thường vì không yêu cầu phải giảm nhiệt độ của tác nhân sấy. Mặt khác nếu dùng các phương pháp khác sẽ phức tạp về kết cấu thiết bị dẫn đến không hiệu quả về mặt kinh tế.



Thiết bị sấy có nhiều loại: buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy sấy phun, máy sấy thổi khí… Ta chọn hầm sấy với thiết bị vận chuyển là băng tải vì phương án này có những ưu điểm như sau: Khi qua một tầng băng tải vật liệu được đảo trộn & sắp xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúc pha nên tăng tốc độ sấy. Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dòng khí. Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi như trà. Hoạt động liên tục. Có thể thực hiện sấy cùng chiều, chéo chiều hay ngược chiều. Bên cạnh những ưu điểm thì phương án này cũng có nhược điểm: cồng kềnh, vận hành phức tạp.

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

Ngay khi qúa trình lên men kết thúc, tức là khi các chỉ tiêu chất lượng đã đạt yêu cầu, cần

chấm dứt hoạt động gây lên men của enzym. Muốn vậy trong công nghệ chế biến trà hiện nay người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích này vừa để làm khô trà, đồng thời tạo ra những chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hồn thiện chất lượng sản phẩm. Chè (trà) có độ ẩm đầu 60% nằm trong bồn chứa được gầu tải đưa vào bộ phận nhập liệu. Bộ phận nhập liệu có tang quay gắn với động cơ giúp trà được đưa vào máy sấy liên tục không bị nghẽn lại ở đầu băng tải. Sau đó tay gạt điều chỉnh độ dày của chè vào hầm sấy. Khi vào hầm sấy chè sẽ chuyển động cùng với băng tải đến cuối băng tải thứ nhất chè đổ xuống băng tải thứ hai và



chuyển động theo chiều ngược lại cứ như thế cho đến băng tải cuối cùng và theo máng tháo liệu ra ngồi. Sau khi sấy chè có độ ẩm 5%. Tác nhân sấy(TNS): không khí nhiệt độ 25oC đi vào quạt đẩy qua caloriphe được gia nhiệt đến 100oC, không khí nóng theo đường ống đi vào hầm sấy. Trong hầm không khí đi qua các băng tải. Sau cùng không khí được quạt hút ở cuối hầm sấy hút ra ngồi. Một phần chè bị lôi cuốn bởi TNS sẽ được thu hồi bằng cyclon.

Sở dĩ ta chọn nhiệt độ đầu ra của TNS t2 = 40oC vì nhiệt độ này vừa thích hợp tránh bị tổn hao nhiệt cũng như đảm bảo trên mặt sản phẩm không bị đọng sương



PHẦN TÍNH TỐN TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Các thông số sử dụng tính tốn: Vật liệu sấy:

Năng suất G2= 200 kg/h Độ ẩm đầu theo vật liệu ướt W1=60%

Độ ẩm đầu theo vật liệu khô 1 = 1

1

100 WW

= 60100

60

= 150%

Độ ẩm cuối vật liệu ướt W2 = 5% Tương tự :

Độ ẩm cuối theo vật liệu khô: 2 = 5100

5

= 5,26%

Khối lượng riêng của vật liệu khô 0 = 24 kg/m3 (suy ra từ T45[2]) Nhiệt dung riêng của vật liệu khô cvlk = 1,5 kJ/kg.độ (chọn vì nhiệt dung riêng của thực phẩm từ 1,2 đến 1,7 theo tài liệu [1])

Tác nhân sấy: là không khí nóng với các thông số được tra và chọn như sau: Không khí vào caloriphe t0 = 25oC, o = 85% Không khí vào hầm sấy t1 = 100oC Không khí ra khỏi hầm sấy t2 = 40oC.

I CÁC THÔNG SỐ TÍNH TỐN CỦA KHÔNG KHÍ:

tt0

A

t1

C0

2

B

II1 =

2

I ( k

J/ k

gkk)

d ( kg aåm/ kgkk)d = d0 d21

1. Không khí trước khi vào caloriphe (điểm A): Chọn nhiệt độ không khí trước khi vào caloriphe: to=25oC. Đây là nhiệt độ thấp nhất trong năm ở Tp. HCM. Chọn như trên đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường quanh năm. Chọn độ ẩm không khí trước khi vào caloriphe: o= 85%. Aùp suất hơi bão hòa:

)5,235

42,402612exp(t

Pb ,bar (2.31[1])



)255,235

42,402612exp(

boP = 0,0315 bar

Hàm ẩm: b

b

PBPd

621,0 (2.18[1])

Trong đó B là áp suất khí trời nơi các định độ ẩm, lấy B= 1 atm lấy B=1,013bar.

0315,085.0013,1

0315,085.0621,0

od = 0,0167 kg ẩm/kg kk khô

enthalpy Io: I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) (2.25[1]) Io= 1,004x25 + 0,0167(2500 + 1,842x25) = 67,613 kJ/kg kk khô. vậy do= 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô. Io = 67,613 kJ/kg kk khô.

2. Không khí sau khi đi qua caloriphe (điểm B): Chọn nhiệt độ không khí sau caloriphe là: t1= 100oC. Hàm ẩm d1= do = 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô.

Aùp suất hơi bão hồ: )5,235

42,402612exp(t

Pb

)1005,23542,402612exp(1

bP = 0,9987 bar.

Độ ẩm của không khí:

)621,0( dP

Bdb

(2.19[1])

)0167,0621,0(9987,00167,01

1

= 0,0266=2,66%

Enthalpy I1: I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) (2.25[1])

I1=1,004x100 + 0,0167(2500 + 1,842x100) =145,226 kJ/kg kk khô. Vậy:d1=do = 0,0167kg ẩm/kg kk khô. I1 = 145,226 kJ/kg kk khô. 1 = 2,66%.

3. Không khí ra khỏi hầm sấy (điểm Co):

Nhiệt độ không khí ra khỏi hầm sấy: t2 = 40oC. Enthalpy I2 = I1 = 146,300 kJ/kg kk khô. Aùp suất hơi bão hòa:

)5,235

42,402612exp(t

Pb ,bar (2.31[1])



)405,235

42,402612exp(2 bP = 0,0732 bar

Hàm ẩm d20 : (2.26[1])

2

2220 842,12500

004,1t

tId

40842,12500

40004,1226,14520

d = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô.

Độ ẩm không khí: (2.19[1])

)0408,0621,0(0732,0

0408,0120

= 85,32%

vậy:d2 = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô. I2 = I1 = 145,226 kJ/kg kk khô. 20 = 85,32%

BẢNG 1:

Trạng thái Điểm A (0) Điểm B (1) Điểm C (2) toC 25 100 40 % 85 2,68 85,32 d, kgẩm/kgkkkhô 0,0167 0,0408 0,0408 I, kJ/kgkkkhô 67,613 145,26 145,226 , m3/kg 0,8865 1,1124 0,966

: thể tích riêng của không khí được tra trong bảng Phụ lục 5 tài liệu [1]. II CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Giả thiết quá trình sấy không có tổn thất vật liệu sấy: G1(1 – W1) = G2 (1 – W2)

Khối lượng vật liệu sấy vào thiết bị: G1 = G21

2

11

WW

= 200

60,0105,01

= 475 (kg/h)

Lượng ẩm bốc hơi: W= G2 – G1 = 475 – 200 = 275 kg/h Cân bằng ẩm: W = L(d2 – d1) = L (d2 – d0) Lượng không khí khô cần để bốc hơi 1 kg ẩm vật liệu:

l=WL =

02

1dd

= 0167,00408,0

1

= 41,494 kg kk khô/kg ẩm

Lượng không khí khô cần: Lo= lxW = 41,494x275 = 11410,85 kg kk khô/h THỜI GIAN SẤY Theo tài liệu “ Kĩ thuật chế biến chè” của I.A.Khotrolava. (Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng Vinh dịch).



Độ ẩm đầu, % Độ ẩm cuối, % Thời gian sấy, h U’(vl ướt) U (vl khô) U’ U 63,5 173,97 20,1 25,16 0,32 14,3 16,69 5,72 6,07 0,25 63,5 173,97 5,72 6,07 0,52

Gọi Uth: độ ẩm tới hạn, U*: độ ẩm cân bằng. Thay vào phương trình thời gian sấy:

= *2

**

lnUUUU

NUU

NUU thththo

Ta được:

0,32 = *

**

16,25ln

97,173U

UUN

UUN

U ththth

0,25 = *

**

07,6ln

69,16UUU

NUU

NU ththth

0,52 = *

**

07,6ln

97,173UUU

NUU

NU ththth

Giải hệ 3 phương trình trên ta được: Uth = 79,57% U* = 0,38% N = 5282,52 kg ẩm/(kg vật liệu khôxh) Muốn tính thời gian sấy từ độ ẩm từ Uo= 150% xuống U2 = 5,26% (vật liệu sấy của đề tài) thì

tốn khoảng thời gian là:

= *

**

26,5ln

150UUU

NUU

NU ththth

= 38,026,538,057,79ln

52,58238,057,79

52,58257,79150

= 0,4997 h = 29,98 ph 30 ph = 0,5h vậy thời gian sấy là 30 phút.



TÍNH KÍCH THƯớC THIếT Bị SấY I BĂNG TẢI: 1. Số lượng băng tải: Khối lượng riêng của chè có W1= 60%:

on

WW

11

1

11

khối lượng riêng của nước :n = 998 kg/m3 khối lượng riêng của chè khô:o = 24 kg/m3

thay vào công thức ta được:

24

6,01998

6,01

1

1 = 57,91 kg/m3 Thể tích vật liệu chứa trong thiết bị:

V= V1 = 1

1

G

(6.28[2])

V1, G1, 1: thể tích, khối lượng và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bị: : thời gian sấy.

V1= 1

1

G =

91,57475 = 8,202 m3/h.

Năng suất của thiết bị sấy băng tải:

V1 =

bBL (6.29[2])

: chiều dày lớp vật liệu trên băng tải, m = 0,03m. B: chiều rộng băng, m Lb: chiều dài băng tải, m Chọn B = 2 m. Thay số vào phương trình trên ta được:

Lb = B

V1 =

2030502028

,,, = 68,35 69 m

Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn Số tầng băng tải chọn là i = 3.

Chiều dài của mỗi băng tải là: lb = 3

69 = 23 m.

2. Tính con lăn đỡ băng: Khoảng cách giữa 2 con lăn ở nhánh có tải:

lt = A – 0,625B (5.8[2]) A: hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệu = 57,91< 1000 kg/m3 A= 1750mm Vậy: lt = 1,75 – 0,625 x 2 = 0,45 m

Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh không tải: lo = 2lt = 2 x 0,45 = 0,9 m



Số con lăn bằng:

Nhánh không tải: n1= o

b

ll

= 90

23,

= 25,6 chọn 26

Nhánh có tải: n2 = t

b

ll

= 450

23,

= 51,1 chọn 52

tổng số con lăn cần dùng là: n = (n1 + n2 ) x i = (26 + 52) x 3 = 234 con. Kích thước con lăn: Đường kính 120mm Chiều dài 2000mm Làm bằng thép CT3 Kích thước bánh lăn: Đường kính 300mm = 2 Chiều dài 2000mm Làm bằng thép CT3

II KÍCH THƯớC THÂN THIếT Bị Chiều dài: Lh = lb + 2 Lbs = 23 + 2.0,5 = 24 m Chiều cao: chọn khoảng cách giữa 2 băng là 0,9 m Hh = i dbăng + (i-1)d + 2dbs = 3x0,3 + 2x0,9 + 2x0,9= 4,5 m Chiều rộng: Bh = B + 2Bbs = 2 + 2x0,3 = 2,6 m

Kích thước phủ bì: - tường xây bằng gạch, bề dày tường 1= 250 mm. Tường được phủ lớp cách nhiệt 2 = 50 mm. - trần đổ bêtong dày 3 = 100 mm có lớp cách nhiệt 4 = 50 mm Chiều dài hầm: L = 24 + 2x(0,1+0,25) = 24,7m Chiều rộng hầm: B = 2,6 + 2x(0,05+ 0,25) = 3,2m Chiều cao hầm: H = 4,5 + 0,1 + 0,05 = 4,65 m

Tính vận tốc dòng khí trong quá trình sấy lí thuyết:

td

k FV 0

với k: vận tốc TNS trong hầm sấy. Vo: lưu lượng thể tích TNS Ftd: tiết diện tự do giữa hai tầng băng tải: Ftd= Bhd = 2,6x0,9 = 2,34 m2 Lưu lượng thể tích tại điểm B và Co VB = LoB = 11410,85x 1,1124 = 12693,43 m3/h VC0 = LoB = 11410,85x 0,966 = 11022,88 m3/h Lưu lượng thể tích trung bình: Vo = ½( VB + VCo) = ½ (12693,43 + 11022,88) = 11858,15 m3/h vận tốc dòng khí:



360034,215,11858

k = 1,41 m/s

Tác nhân sấy trong quá trình sấy thực sẽ có tốc độ lớn hơn ta giả sử k = 1,5 m/s

III ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI Vì băng tải di chuyển với vận tốc thấp (số vòng quay của tang nhỏ). Vận tốc băng tải:

0380360050

693600

,,

Lv b

m/s

Vận tốc của tang:

42230

03806060 ,,

,Dvn gtan

v/ph

cần chọn nhiều bộ truyền để có tỉ số truyền lớn.

Ñoäng cô

a) Chọn động cơ điện: Để chọn động cơ điện, tính công suất cần thiết:

NN ct

N: công suất trên băng tải

1000PvN

P: lực kéo băng tải. P = (mbăng + mvl )g Tính mbăng ta chọn băng là thép không rỉ có = 7900 kg/m3, bề dày = 1 mm. mbăng = LbB = 69 x 0,001 x 2 x 7900 = 1090,2 kg. mvl = G1 = 475 x 0,5 = 237,5 kg. P = (1090,2 + 237,5)x 9,81 = 13024,737 N

49501000

038073713024 ,,,N

kW



: hiệu suất chung = 1

2233

= 0,97 hiệu suất bộ truyền bánh răng = 0,995: hiệu suất của một cặp ổ lăn. = 1: hiệu suất của khớp nối. = 0,972x 0,9953x1 = 0,927. Để đảm bảo cho băng tải trên cùng quay đúng vận tốc đặt ra ta phải nhân thêm 0,942 vào hiệu

suất chung (hiệu suất của bộ truyền đai) (vì cơ cấu truyền động giữa các băng tải).

60409409270

49502 ,

,,,N ct

kW

ta chọn động cơ loại A02-41-8, bảng 28[9] T323 ta có các thông số sau: công suất động cơ: Nđc = 2,2 kW. Số vòng quay động cơ: nđc = 720 v/ph.

b) Phân phối tỉ số truyền:

Tỉ số truyền động chung 52297422

720 ,,n

nigtan

ñc

i = ibnibt ibn: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh. ibt: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp chậm. Chọn ibn = 16,65. Để tạo điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu: ibn = (1,21,3)ibt

8717651652297 ,

,,

iiibn

bt

Bảng hệ thống:

Trục Thông số

Trục động cơ I II

i ibn = 16,65 ibt = 17,87 n (v/ph) 720 42,24 2,42 N (kW) 0,604 0,583 0,560

1. Cơ cấu truyền động bằng đai giữa 2 tầng băng tải: tính theo tài liệu [9] Chọn loại đai vải cao su. Đường kính bánh đai dẫn.

3

1

11 13001100

nN)(D ,mm (5-6[9])

826422

0251110031 ,

,D mm

Theo bảng 5.1[9], ta chọn D1 = 900 mm

Vận tốc vòng: s/m,,,Dnv 1140100060

900143422100060

11

(5-7[9])

Nằm trong phạm vi cho phép <30 m/s



Đường kính bánh đai bị dẫn. D2 = iD1 = D1 vì tỉ số truyền bằng 1 n1 = n2 = 2,42 vòng/ph.

Chiều dài đai Khoảng cách trục A = 1,26 m Chiều dài đai:

A)DD()DD(AL

422

212

21

(5-2[9])

),,(, 90902

2612

= 5,35 m

Gốc ôm: 1 = 2 180o vì D1 = D2

Định tiết diện đai:

Chiều dày đai401

1

D bảng 5-2[9] đối với đai vải cao su

Vậy mm,D522

40900

401

Theo bảng 5-3[9], ta chọn đai có chiều dày 13,5mm. Lấy ứng suất căng ban đầu 81,o N/mm2

Theo trị số 766513

9001 ,,

D

. Tra bảng 5-5[9] tìm được [p]o = 2,35 N/mm2.

Các hệ số: Ct = 0,8 (bảng 5-6[9]) C = 1 (bảng 5-7[9]) Cv = 1,03 (bảng 5-8[9]) Cb = 1 (bảng 5-9[9]) Chiều rộng b của bánh đai tính theo công thức:

16610311803525131140

495010001000

,,,,,

,CCCC][v

Nbbvtop

mm

tra bảng 5-4[9] ta chọn b = 175mm Định chiều rộng bánh đai (bảng 5-10[9]) B= 200 mm Lực căng ban đầu:

5425217551381 ,,,bS oo N = 4,252 KN (5-16[9]) Lực tác dụng lên trục:

757122

1802525432

3 1 ,sin,sinSRo

o

KN (5-17[9])

2. Tính tốn trục băng tải: Ta có công thức:

3

nNCd , mm (7-2[9])

C= 130-110 đối với thép CT5, ta chọn C=110

86442249501103 ,,,d mm



vậy ta chọn đường kính trục là 65mm. Để đảm bảo cho lưới inox không bị trượt trên tang dẫn ta gắn thêm những mấu nhỏ trên tang

dẫn, kích thước của mấu được chọn như sau: dài 20mm, rộng 10mm, cao 10mm. Trên vòng tang ta sẽ bố trí 6 mấu như trên, suy ra khoảng cách giữa các mấu cũng chính là

khoảng cách giữa các lỗ trên lưới là:

mm,d gtan 1576

3001436



CÂN BẰNG NHIỆT I SấY LÍ THUYếT:

Năng lượng tiêu hao cho quá trình sấy lí thuyết: Qo = Lo (I1 – Io) = 11409,75( 145,226 – 67,613) (7.15[1]) = 885630,3011 kJ/h = 246,008 W Năng lượng tiêu hao tính cho 1 kg ẩm bay hơi:

WQq o

o =275

3011,885630 =3220,474 kJ/kg ẩm. (7.16[1])

II TổN HAO NHIệT TRONG QUÁ TRÌNH SấY THựC: 1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi hầm:

)vlñvlcvl2

vl t(tWCGq

với G2: khối lượng vật liệu đầu ra, kg/h W: lượng ẩm cần tách, kg/h Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi hầm sấy, kJ/kg.độ tvlđ, tvlc : nhiệt độ vật liệu lúc vào và ra khỏi hầm sấy. tvlđ = to = 25oC tvlc = t2 = 40oC ( sấy cùng chiều, vật liệu dễ hấp thụ nhiệt) Nhiệt dung riêng của khoai mì ra khỏi hầm sấy:

Cvl = Cvlk ( 1-W2) + CaW2 Với Cvlk: nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối. Cvlk = 1,5 kgJ/kgđộ (theo TL [1] thì đối với vật liệu thực phẩm thì Cvl = 1,2 –1,7 kJ/kgđộ) Ca : nhiệt dung riêng của nước Ca = 4,18 kJ/kgđộ. Cvl = 1,5(1-0,05) + 4,18 x 0,05 = 1,634 kJ/kgđộ. Thay số ta được:

)(401,634275200qvl 25 = 17,825 kJ/kg ẩm

2. Tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển chiếm khoảng 2%qo qvc = 2%qo = 0,02 x 3220,474 = 64,409 kJ/kg ẩm. 3. Nhiệt tổn thất ra môi trường: Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bao gồm: Nhiệt tổn thất qua tường: qt Nhiệt tổn thất qua trần: qtr



Nhiệt tổn thất qua nền: qn Nhiệt tổn thất qua cửa: qc Nhiệt tổn thất do mở cửa: qmc Nhiệt tổn thất động học: qđh qxq = qt + qtr + qn + qc + qmc + qđh

3.1 Tổn thất nhiệt qua tường: Giả thiết quá trình truyền nhiệt từ TNS ra ngồi không khí là truyền nhiệt biến thiên ổn định, nghĩa là nhiệt độ TNS thay đổi theo không gian chứ không thay đổi theo thời gian.

t

t0 t0

t1

2t

1 2

qtT1 tT2

Hệ số truyền nhiệt tính theo công thức:

22

2

1

1

1

τ

α1

λδ

λδ

α1

1Κ

với: 1: hệ số cấp nhiệt từ TNS vào tường, W/m2.độ 2: hệ số cấp nhiệt từ mặt ngồi hầm sấy ra môi trường, W/m2.độ i : hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu làm tường, W/mđộ. Tường gồm 2 lớp: - một lớp gạch 1= 250mm - một lớp cách nhiệt 2= 50mm (bông thuỷ tinh) Tra bảng T416, TL [5] ta được: 1 = 0,77 W/m2độ 2 = 0,058 W/m2độ a) Tính hệ số cấp nhiệt 1: 1 = A(’

1 + ”1) W/m2độ (VI-38[3])

với A = 1,2 –1,3 : hệ số tùy thuộc chế độ chuyển động của khí. Ơû chế độ chảy xốy và tường nhám A= 1,2

’1: hệ số cấp nhiệt của không khí chuyển động cưỡng bức, W/m2độ.



”1: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiện, W/m2độ

Như vậy không khí nóng được vận chuyển bằng quạt thì hệ số cấp nhiệt sẽ bao gồm ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên & đối lưu cưỡng bức. Tính hệ số cấp nhiệt của không khí nóng chuyển động cưỡng bức:

Công thức tổng quát cho khí chảy dọc theo tường phẳng:

’1=

h

'1

LλNu t , W/m2độ (VI-39[3])

với: t : hệ số dẫn nhiệt của không khí ở nhiệt độ trung bình, W/mđộ

ttb = 210040 = 70oC

t = 0,0297 , W/m2độ Nu1’= c Ren (VI- 41[3]) c, n: hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí. Chuẩn số Re được tính theo công thức:

Re=t

tttñdμω

(VI-42[3])

Với: t = 1,5 m/s : vận tốc dòng khí trong hầm t = 1,029 kg/m3: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình t = 20,6.10-6 Pa.s: độ nhớt của khí ở nhiệt độ trung bình Các thông số của khí tra ở T.318 tài liệu [4] dtđ : đường kính tương đương của hầm sấy.

dtđ =hh

hh

HBHB

2 (VI-43[3])

=5462

54622,,

,, = 2 m

Re= 6-20,6.100291512 ,, = 149854

Re > 4.104 thì c= 0,032 và n = 0,8 Nu1’= 0,032 x (149854)0,8 = 442,27

’1=

240297027442 ,, = 0,547 W/m2độ.

Tính hệ số cấp nhiệt của không khí nóng chuyển động tự nhiên:

’’1=

h

1λNuH

t''

, W/m2độ (VI-44[3])

với Nu1’’= (Gr.Pr)m (VI-45[3]) , m: hệ số phụ thuộc vào tích số (Gr.Pr). Công thức này được dùng khi Pr>0,7 Công thức tính Grassholf (Gr)



Gr= tb

3t

2t

3h

TμΔTρgH (VI-46[3])

Ttb= 70+ 273 = 343K, nhiệt độ trung bình của TNS, K g = 9,81 m2/s : gia tốc trọng trường. T= ttb – tT1, K ttb : nhiệt độ trung bình của TNS tT1: nhiệt độ tường tiếp xúc với TNS. Các thông số sử dụng trong công thức tính Gr lấy theo nhiệt độ của màng tm

tm = 2

1Ttb tt

chọn tT1 = 69,45 oC T = 70- 69,45 = 0,55oC

tm = 2

56970 , = 69,725oC

t = 1,029 kg/m3 t = 20,6.10-6 Pa.s

Gr = 3431062002915054819

36

23

),(,,,, = 1,73622.1014

Công thức tính chuẩn số Pr:

Pr = T

TT

λμC (VI-47[3])

CT: nhiệt dung riêng đẳng áp, J/kgđộ CT = 1010 J/kgđộ

Pr = 02970

106201010 6

,., = 0,7005 > 0,7 dùng công thức (VI-44) được

Gr.Pr =1,73622.1014x0,7005 = 1,21622.1014. Theo bảng T.173- [3], ta có = 0,135 và m= 1/3 Nu1’’= 0,135(1,12622.1014)1/3 = 6688,641

’’1=

54029706416688

,,, = 44,145 W/m2độ

1 =1,2(0,547 +44,145) = 53,630 W/m2độ Nhiệt tải riêng truyền từ tác nhân sấy vào tường sấy: q1= 1T= 53,630x 0,55 = 29,497 W/m2

b) Tính hệ số cấp nhiệt 2:

2 = 2’ + 2” 2’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên 2”: hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ tường ngồi của hầm sấy ra môi trường.

Tính 2’: Không khí chuyển động tự do bên ngồi tường hầm sấy thẳng đứng thì:

2’= 1,98 42t

Với:



t2 = tT2 – txq : hiệu số giữa nhiệt độ tường và không khí xung quanh, oC chọn tT2 = 29oC txq = 25oC t2 = 29 – 25 = 4oC 2’= 1,98 4 4 = 2,8 W/m2 độ Tính 2”

22

44221 100100

TT

])T()T[(C

T

tT

''2

với: TT2 = 29 + 273 = 302K TT2: nhiệt độ của tường hầm sấy phía tiếp xúc với không khí bên ngồi. Tt = 25 + 273 = 298 K : nhiệt độ của tường phân xưởng T2 = 25 + 273 = 298 K : nhiệt độ của không khí bên ngồi. C1-2 = 4,15 – 4,25 W/m2K4: hệ số bức xạ chung. Chọn C1-2= 4,15 W/m2K4

298302100298

100302154 44

])()[(,''2 = 4,482

2 = 2,8 + 4,482 = 7,282 Nhiệt tải riêng truyền từ mặt ngồi tường hầm sấy ra môi trường xung quanh: q2= 2t2 = 7,282 x 4 = 29,128 W/m2

Vậy hệ số truyền nhiệt Kt là:

28271

0580050

770250

024531

1

,..

,,

,

Kt

= 0,745 W/m2 độ.

c) Kiểm tra giả thiết về nhiệt độ:

Bằng cách kiểm tra nhiệt tải riêng q1 và q2:

10049729

12829497291001

21

,,,

qqq = 1,24%< 5% ( chấp nhận)

Tính nhiệt độ mặt tường hầm sấy rồi so sánh với nhiệt độ tT1= 69,45oC và tT2= 29oC đã giả thiết ban đầu.

tT1 = ttb - 1 )tt(K ktbt = 70 -

0245325707450

,)(, = 69,375oC

tT2 = tk +2 )tt(K ktbt = 25 +

282725707450

,)(, = 29,602oC

với tk: nhiệt độ không khí trong phân xưởng. Kiểm tra sai số:



%,%,

,,1080100

4569375694569

<5%: chấp nhận.

%,%,

076210029

6022929

<5%: chấp nhận.

Vậy giả thiết ban đầu có thể chấp nhận được. d) Tính nhiệt tổn thất qua tường:

1000

3600

W

tFKq tbttt , kJ/kgẩm (VI-62[3])

Ft = 2LhHh = 2x24x4,5 = 216 m2

c

ñ

cñtb

tt

ln

ttt

: hiệu số nhiệt độ trung bình, oC. (VI-64[4])

tđ = t1 – tk = 100 – 25 = 75oC tc = t2 – tk = 40 – 25 = 15oC

15751575

lnt tb

= 37,28oC

1000275360028372167450

,,qt = 78,534 kJ/kgẩm

3.2 Nhiệt tổn thất qua trần hầm sấy: Qúa trình cấp nhiệt cho trần hầm sấy tính tốn giống như tường hầm sấy nhưng lại là tường

nằm ngang:

22

2

1

1

1

τ

α1

λδ

λδ

α1

1Κ

r

Trần gồm 2 lớp: Lớp cách nhiệt dày 2 = 50mm, 1 = 0,058W/m2

độ theo T416 TL[5] Lớp bêtông dày 2 = 100mm, 2 = 1,28 W/m2

độ a) Tính hệ số cấp nhiệt 1:

Công thức 1 = A(’

1 + ”1) , A=1,2

Hệ số cấp nhiệt của không khí nóng cưỡng bức:

’1=

h

'1

LλNu t = 0,547 W/m2độ (đã tính ở phần trên.)

Hệ số cấp nhiệt của không khí nóng chuyển động tự nhiên:giảm 30% so với công thức (VI-44)



”1=

h

1λNuB

t"

0,7 W/m2độ (VI-65[3])

b) Tính hệ số cấp nhiệt 2: Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên cũng tính như trên nhưng phải tăng thêm 30%

2’= 1,98 4

2t x1,3 W/m2độ (VI-66a[3]) Các bước tính còn lại tính tương tự như trên, sau khi tính lặp nhiều lần ta thu được kết quả

sau: tT1 tT1 1 q1 tT2 t2 2 q2 (q1-q2)/q1*100% 69.500 0.500 62.83 31.415 28.8 3.800 8.072 30.672 2.367 Ta thấy sai số nhỏ hơn 5% nên có thể xem giả thiết ban đầu là đúng: Vậy hệ số cấp nhiệt Ktr

02781

28110

0580050

83621

1Κ τ

,,,

,,

,

r

= 0,926 W/m2độ

Kiểm tra các giả thiết về nhiệt độ: tT1 tT2 K Ktra tT1 Sai số tT1 Ktra tT2 Sai số tT2 69.500 28.800 0.926 69.337 0.235% 30.106 4.73%

Ta thấy các giả thiết về nhiệt độ đều chấp nhận được vì sai số <5%. Ftr = LhBh = 24x2,6 = 62,4 m2

10003600

W

tFKq tbtrtrtr , kJ/kg ẩm

199281000275

360028374629260 ,,,,

kJ/kgẩm.

3.3 Nhiệt tổn thất qua nền:

100036000

WFqq nn

n kJ/kgẩm (VI-70[3])

Diện tích nền Fn Fn = LhBh = 24x2,6 = 43,2 m2 qn

o:tổn thất riêng của 1m2 nền, phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình và vị trí hầm sấy trong phân xưởng.

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong hầm là 70oC, giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng 2m.

Theo bảng 7.1 T142 [1], ta có qn0 = 44,2 W/m2

Vậy 1000275

3600462244*

*,*,qn = 36,106 kJ/kg ẩm.

3.4 Nhiệt tổn thất qua cửa:



10003600

W

tFKq tbccc kJ/kgẩm.

Cửa gồm 3 lớp: Lớp tiếp xúc với không khí xung quanh và tác nhân bằng Al có 1 = 2 = 2mm.

Tra bảng T147[5] ta có 1= 203,5 W/m2độ. Lớp giữa cách nhiệt bề dầy 2 = 28mm, 2= 0,058 W/m2độ.

Tính Kc tương tự như tính Kt ta thu được bảng kết quả sau đây sau khi đã tính lặp nhiều lần. tT1 tT1 1 q1 tT2 t2 2 q2 (q1-q2)/q1*100% 68.28 1.72 48.858 84.036 35.000 10.000 8.14 81.401 3.136

Vậy hệ số truyền nhiệt Kc bằng:

1481

05800280

52030020

858481

1

,,,

,,

,

K c

=1,597 W/m2độ

Kiểm tra giả thiết về nhiệt độ: tT1 tT2 K Ktra tT1 Sai số tT1 Ktra tT2 Sai số tT2 68.28 35.000 1.597 68.529 0.356% 33.83 3.344% Vậy giả thiết nhiệt độ là đúng. Fc = 2BhHh = 2x,6x4,5 = 23,4 m2

1000275

360028374235971

,,,qc = 18,238 kJ/kgẩm.

3.5 Nhiệt tổn thất do mở cửa:

Theo kinh nghiệm qmc bằng 10%(qt và qn) qmc = 0,1(78,543+36,106) = 11,465 kJ/kg ẩm. 3.6 Tổn thất nhiệt động học: Đây là lượng nhiệt tiêu tốn để làm thay đổi trạng thái của tác nhân sấy ở đầu hầm với

trạng thái (d1, T1) thành (d2, T2). qđh = A(d2 – d1)(T1+T2) J/kg ẩm (VI-74[3])

Trong đó: A: hệ số thực nghiệm, A=0,0055 T1, T2: nhiệt độ tác nhân trước và sau hầm sấy, K qđh = 0,0055(0,0408-0,0167)(40+273+100+273) = 0,0909 J/kg ẩm = 0,0909x10-3 nhỏ bỏ qua. Tổng nhiệt lượng tổn thất qua môi trường xung quanh: qxq = 78,543+28,199+36,106+18,238+11,465 = 172,511 kJ/kg ẩm.

III TÍNH TỐN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC:

Lượng nhiệt cần bổ sung được tính như sau:



= Ca.tvlđ – qxq - qvl - qct = 4,18.25 – 172,511 -17,828 - 64,409 = - 150,285 kJ/ kg ẩm.

Theo định nghĩa: = 02

12

ddII

, < 0 I2< I1

Như vậy điểm C0 sẽ di chuyển đến điểm C’ và đường BC’ sẽ nằm dưới đường BCo

At0

t

I ( k

J/ k

gkk)

t1

B

0C

d ( kg aåm/ kgkk)

2

I1

= d1 2d0d

C'2I

2d'

Hàm ẩm d2’:

2

2100

'2

))((i

ttdCdd dx

trong đó: Cdx (do) = Cpk + Cpa.d0 (7.10[1]) = 1,004+ 1,842x0,0167=1,0348 kJ/kg i2: entalpy mol của 1 kg hơi nước i2 = 2500 + 1,842t2 = 2500 + 1,842x40 = 2573,68 kJ/kg.



039502851506825734010003481016702 ,,,

)(,,d '

kgẩm/kgkkkhô.

Entalpy I2’= Cpk.t2 + d2’.i2 = 1,004x40 + 0,0395x2573,68 = 141,825 kJ/kgkkkhô. Với Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô. Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước.

Độ ẩm tương đối:

)d,(P

Bd''

b

''

22

22 6210

22 b'b PP (vì nhiệt độ t2 không đổi)

%,,),,(,

,,' 76828276003950621007320

0395001312

Lượng không khí khô cần dùng:

L’=Wl’=W 404120610167003950

12751

02

,,,dd '

kgkkkhô/h.

Lượng không khí khô cần dùng để bốc hơi 1 kg ẩm.

l' = 860430167003950

11

02

,,,dd '

kgkkkhô/kgẩm

Lượng nhiệt tiêu hao riêng: q= qo - = 3320,474 + 150,285 = 3470,759 kJ/kgẩm. Lượng nhiệt cần đưa vào hệ thống: Q= qW = 3470,759 x275 = 954458,725 kJ/h = 265,127 kW LẬP BẢNG CÂN BẰNG NHIỆT Nhiệt lượng tiêu hao riêng: q= qo - = 3320,474 + 150,285 = 3470,759 kJ/kgẩm. Nhiệt lượng có ích để bốc hơi ẩm: q1 = i2 – Ca.tvl = (2500 + 1,842 x 40) – 4,18 x 25 = 2469,18 kJ/kgẩm. Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q2: q2 = qTNS = l’Cdx(do)(t2 – to) = 43,860x1,0348(40-25) = 680,789 kJ/kgẩm. Tổng nhiệt lượng có ích & tổn thất: q'

= qxq + q1 + qVLS + qTNS + qct = 172,551 + 2469,18 + 17,825 + 680,789 + 64,409 = 3404,754 kJ/kgẩm. Sai số tính tốn nhiệt:

%%,,

,,q

qq'

5917593470

75934707543404

chấp nhận kết quả tính tốn ở trên.



Bảng cân bằng nhiệt: STT Đại lượng Kí hiệu kJ/kgẩm % 1 2 3 4 5 6 7 8

Nhiệt lượng có ích Tổn thất nhiệt do TNS Tổn thất nhiệt do VLS Tổn thất nhiệt do TBCT Tổn thất ra môi trường Tổng nhiệt lượng tính tốn Tổng nhiệt lượng tiêu hao Sai số tương đối

q1 q2 qvl qct qxq q’ q

2469,18 680,789 17,825 64,409 172,551 3404,754 3470,759

72,52 20 0,52 1,89 5,07 100 2,64

Hiệu suất của thiết bị sấy thực:

T = %,,,

qq

147175934701824691

Kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy: TNS ra khỏi hầm sấy t2 = 40oC, 2= 82.76% = 83%. Tra phụ lục 5[1], ta được thể tích riêng

C = 0,965 m3/kg. VC = L’C = 12016,401x 0,965 = 11595,830 m3/h. TNS trước khi vào hầm sấy ta đã tra theo bảng 1, B = 1,1124 m3/kg. VB = L’B = 12016,401x 1,1124 = 13367,048 m3/h. Lưu lượng thể tích trung bình của TNS đi trong hầm: V=1/2(VC + VB) =1/2(11595,830+13367,048) = 12481,439 m3/h = 3,467 m/s. Kiểm tra tốc độ TNS đã giả thiết:

Tốc độ trung bình của TNS trong quá trình sấy thực w bằng:

4821342

4673 ,,

,FV

td

m/s

%%,,

,,521

51514821

mọi tính tốn có thể xem là đúng.



TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ I CALORIFER: tính tốn theo tài liệu [6] Sử dụng calorifer khí hơi để gia nhiệt không khí: Hơi bão hòa đi trong ống Không khí đi ngồi ống. Các thông số vật lí của hơi bão hòa tra T318[4]

to = 120oC. p = 2,025at r=2207kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi.

1. Tính tốn nhiệt calorifer: Công suất nhiệt của calorifer: Q= qW = 3470,759 x275 = 954458,725 kJ/h = 265,127 kW Lượng hơi cần thiết để gia nhiệt không khí:

Giả sử hiệu suất của calorifer là 95%.

2304559502207

725954458950

,,

,,r

QGH

kg/h.

Sử dụng ống chùm có cánh (ống làm bằng thép CT10)

d2: đường kính ngồi, d1: đường kính trong

chọn ống 1

2

dd =

2630

- chiều dài mỗi ống: l=1m - đường kính cánh dc= 38mm - chiều dày cánh c= 0,5mm - bước ống s1= s2 = 44mm - khoảng cách giữa các cánh t= 3mm - ống bằng thép có hệ số dẫn nhiệt =45W/m2K, cánh bằng đồng c=110W/m2K

Tính hiệu số nhiệt độ trung bình:

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của calorifer:

h

dc

c t

d2

s1

s1

s2

Hình 1: Các kích thước của cánh tròn



lcF

loFlF1

lF2

Số cánh trên một ống với sc = t+ c = 3+ 0,5 = 3,5mm

nc =csl =

003501

,= 286 cánh.

Chiều cao cánh:

h= 2

2ddc = 2

3038 = 4 mm

Diện tích cánh (bỏ qua phần đỉnh cánh)

ccl

c n)dd(F44

222

2

(2-127[6])

= 2864030

403802

22

).,(

= 0,244 m2

Diện tích khoảng cách giữa các cánh: 1

oF d2tnc = x0,03x0,003x286 = 0,081 m2 Đường kính tương đương của ống:

110

11

210 2

c

c

cc

E FFn

FFdFd

(2-126[6])

= 24400810

2862244024400300810

,,

,,,,

= 0,0179 m

Chọn vận tốc khí vào calorifer là = 3,5 m/s Tốc độ không khí tại khe hẹp:

Hình 2: Các diện tích bề mặt của ống có cánh

lcF : diện tích phần cánh của một ống.

loF : diện tích phần không cánh của một ống. lF2 : diện tích ngồi của một ống có cánh (phía

không khí). lF1 : diện tích trong của một ống có cánh (phía

hơi nước ngưng tụ).



max = )

ssh

sd(

c

c

11

2 21

=)

,,,,

,,(

,

0035004400005000402

04400301

53

= 11,98 m/s (2-129[6])

Nhiệt độ trung bình của không khí trong calorifer:

210025

ft 62,5oC

Các thông số của khí: Độ nhớt không khí =19,23.10-6 m2/s Hệ số dẫn nhiệt = 0,0292 W/m2độ. Tiêu chuẩn Re của không khí:

Ref =

Emaxd (2-125a[6])

= 6102319017909811

.,,, = 11151,43

Oáng xếp sole, ta có:

Nuf = 0,251 Re0,6720

2120

2

21 1,,

tds

dds

(2-125[6])

= 0,251(11151,43)0,672020

13

304430

3044 ,,

= 106,39 Hệ số toả nhiệt của cánh:

E

fc d

Nu =

017900292039106

,,, = 173,552 W/m2độ.

Hệ số toả nhiệt tương đương của phía ống có cánh:

)(FF

cc

c 12

1

2 (2-118[6])

trong đó: 1112 oc FFF = 0,244+0,081 = 0,325 m2

1

10

cFF

=22400810

,, = 0,332

c : hiệu suất cánh

0005011055217322

,,

cc

c

= 79,44 (2-121[6])

h = 79,44x0,004 = 0,350 m (1)

2713038

2

,ddc (2)

từ (1) và (2) tra đồ thị 2.31 T109[6] ta có: c =0,95

041673320950325024405521732 ,),,(,,, W/m2độ.



Hiệu suất truyền nhiệt:

Ơû đây: 1512630

1

2 ,dd

<1,4 ta có thể áp dụng công thức:

c

21

τ

α1

λδ

α1

1Κ

Với: c: hệ số cánh

c = 1+ld

)dd(n cc

1

22

2

2

(2-136[6])

c = 1+1026020300380286 22

,),,( = 4

: chiều dày vách ống )dd(/ 1221 =1/2(30-26) = 2 mm hệ số tỏa nhiệt 1 khi ngưng hơi nước trong ống:

4

1

23

1 7250dt

r,

(3.65[10])

d: đường kính trong của ống, d= 0,026m r=2207.103 J/kg (đã tra ở trên) Nhiệt độ trung bình của màng chất ngưng tụ:

2

wngöngm

ttt

=

2

117120 118,5oC

Giả sử tw = 117oC, t1= tngưng – tw = 3oC. các thông số của nước , , lấy ở tm theo T311[4] ta có: = 68,57.10-2 W/m2độ = 0,2403.10-3Ns/m2 = 944,2 kg/m3

5229833026031024030

2944685701022077250 43

233

1 ,,.,

,,.,

W/m2độ.

hệ số truyền nhiệt:

21

1 111

c

FK

4041671

450020

52298331

1

,,

,

= 608,722 W/m2độ.

Kiểm tra lại độ chênh lệch t1:



T t2c

t2đ

t

F

q1 = KF1t với t: độ chênh lệch nhiệt độ trung bình:

2

1

21

ttln

ttt

=

2095

10012025120

ln

)()( =48,13oC.

vậy q1 = 608,722x48,13 = 29297,790 W/m2 mặt khác: q1 = 1t1

9792522983379029297

1

11 ,

,,qt

oC.

kiểm tra sai số: %,,

06223

97923

chấp nhận giả thiết trên.

Vậy: 1 = 9833,522 W/m2độ. KF1 = 608,722 W/m2 độ.

2. Kích thước calorifer: Diện tích bề mặt các ống:

1348722608

10127265 3

11 ,,

.,tK

QFF

= 9,049 m2.

Tổng số ống:

10260

0499

1

1

.,

ldFn = 111 ống.

Chọn số ống trong mỗi hàng m=9 ống.

Số hàng ống 139

111

mnz ống.

Kích thước calorifer: Cao: h = 1 + 2hbs = 1 + 2x0,15 = 1,3 m. Rộng: b = zs1 + 2bbs = 13x0,044 + 0,08 = 0,652 m Dài: c = ms1 = 9x0,044 + 0,08 = 0,476 m

Kiểm tra lại giả thiết về vận tốc:

s/m,,,

,,FL

c

A'

49336006520318865040112016

3600



ta nhận thấy vận tốc tính được xấp xỉ với vận tốc mà ta giả thiết là 3,5 m/s 3. Trở lực của calorifer:

zP maxc 2

2 (2-138[6])

trong đó: : khối lượng riêng của không khí.

12818865011 ,

,A

kg/m3.

max: vận tốc không khí trong calorifer. max = 11,98 m/s (đã tính trong phần trên) z: số hàng ống của calorifer. z = 13 : hệ số trở kháng được tính theo công thức sau:

10

22

2190

2

90

2

2190212450 2720 ,,E,,

c

, )dsds()

dd()

dds()

sds(Re,

(2-139[6])

109090902450

03004400300440

03001790

03003004402

0035003004404311151720 ,,,,, )

,,,,()

,,()

,,,()

,,,(,x,

= 0,1165 Vậy trở lực qua calorifer:

1329811128111650

2

,,,Pc = 122,592 N/m2

II TÍNH CYCLON: Năng suất khí vào cyclon chính là năng suất khí ra khỏi hầm: VX = L’C = Vc = 11595,830 m3/h.(đã tính ở trên) Năng suất khí vào cyclon lớn nên ta sẽ sử dụng nhóm 4 cyclon: VX = 4Vs (4.69[8])

95628984

830115954

,,VV Xs m3/h = 0,805 m3/s

Khối lượng riêng của khí 0361965011 ,

,C

kg/m3.

Ta chọn quạt của viện NIOGAS (bảng 4.1 [8])

Cho 640P (theo sổ tay 1 thì tỉ số này từ 540740), hệ số trở lực = 160.

Tính sơ bộ vận tốc qui ước vq’:

832160

64022 ,Pv 'q

m/s.

Đường kính sơ bộ của cyclon:

600832805044 ,

,,

vVD '

q

s'

m



Theo tiêu chuẩn D’ = 0,60m D = 0,6 m.

85260805044

22 ,,,

DV

v Sq

m/s.

Kiểm tra vận tốc :

%%,,

,,v

vv

q

q'q 570

832852832

1

Trở lực của cyclon:

2

2qv

P (4.60[8])

67328523061160

2

,, N/m2

Các kích thước cơ bản của cyclon: Đường kính Chiều rộng

cửa vào Chiều cao cửa vào

Đường kính ống tâm

Chiều cao vỏ trụ

Chiều cao nón.

D,m b = 0,21D h = 0,66D do = 0,58D H1 = 1,6D H2 = 2D 0,6 m 0,126 m 0,396 m 0,348 m 0,96 m 1,2 m III QUẠT: Do hệ thống sấy dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống: Quạt đặt ở đầu hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ cung cấp không khí cho caloriphe. Không

khí ngồi trời được quạt đẩy đưa qua caloriphe, trao đổi nhiệt rồi đưa vào hầm sấy, qua 1 đoạn ống cong 90o.

Quạt đặt ở cuối hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ hút tác nhân sấy qua thùng sấy để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua xyclon để thu hồi sản phẩm. Đường ống từ sau hầm sấy đến trước cyclon có 2 đoạn cong 90o

- Quạt cung cấp không khí cho calorifer và khắc phục trở lực trong hệ thống. - Các trở lực gồm có:

Trở lực qua calorifer: Pca Trở lực qua cyclon: Pc Trở lực qua thiết bị sấy: Ps Trở lực qua đường ống: Pô Aùp suất động lực học: Pđ

1. Trở lực của calorifer: Pca = 122,592 N/m2. (đã tính trong phần calorifer) 2. Trở lực của cyclon: Pc = 673 N/m2 3. Trở lực qua hầm sấy: a) Trở lực do ma sát:

2

2

dlPm



: hệ số ma sát, = 0,02 0,05 ta chọn = 0,04 (theo T224[4]). l: chiều dài mà TNS chuyển động l = 4lb = 4 x 24 = 96 m. = B = 0,899 kg/m3 : vận tốc TNS trong hầm, = 1,5 m/s. d: đường kính tương đương của tiết diện mà TNS chảy qua.

337190622906244 ,),,(

,,cvdtd

m

90522518990

337196040

2

,,,,

,Pm N/m2.

Mỗi băng tải cách 2 đầu tường 30 cm và 70 cm. b) Trở lực cục bộ qua 2 băng tải:

Trở lực do đột thu từ băng tải đến khe hẹp coi như 1 ống gập.

2

2

1vP

Tra bảng phụ lục 8[1] = 1,1

1131899025111

2

1 ,,,,P N/m2.

Trở lực cục bộ trong hầm (TNS qua 5 lần đổi hướng). Pcb = 5P1 = 5x1,113 = 5,565 N/m2. Trở lực của buồng sấy: Ps = 2,905 + 5,565 = 8,47 N/m2.

4. Trở lực qua đường ống: a) Trở lực cục bộ qua đường ống: Đột mở từ quạt vào calorifer:

Vận tốc khí trong ống từ quạt vào calorifer:

s/m,,

,*,S

Vv A 46103600

460

08865040112060162

3480316250

460 242

1

,,,

/,bhd

FF /

o

430348011 22 ,),()( Trở lực đột mở từ quạt vào calorifer:

5326128124610430

2

22

1 ,,,,vPt N/m2.

Đột thu từ calorifer vào ống: Đường ống dẫn từ calorifer vào hầm sấy có đường kính d = 600 mm.

Vận tốc khí trong ống:

132133600

460

048133672 ,

,,

SVv B

m/s



3480316250

460 242

1

,,,

/,bhd

FF /

o

430348011 22 ,),()( Trở lực đột thu:

3323389902

132134302

22

1 ,,,,vPt N/m2.

Đột mở từ ống vào hầm sấy:

121090624604 22

2

,,,/,

Bd/d

FF

b

o

7730121011 22 ,),()( công thức trong Phụ lục 8[1].

9205989902

1321377302

,,,,Pm N/m2.

Đột thu từ hầm sấy vào ống dẫn ra cyclon chọn ống có đường kính = 0,5 m.

2

2

2vPt

4163600

460

830115952 ,

,,

SVv C

m/s (thoả điều kiện làm việc của cyclon v=1225 m/s).

084090624504 22

2

,,,/,

Bd/

FF

b

o

840084011 22 ,),()(

91711603512416840

2

2 ,,,,Pt N/m2.

Trở lực do đổi hướng: Ta nhận thấy từ hầm sấy đến quạt gắn liền cyclon có 3 đoạn ống đổi hướng:

a

b

R

=ABC theo bảng T393 [4], ta chọn a/b =1 thì C = 1

R/dtđ =1 thì B = 0,21 Góc = 90o thì A = 1



Vậy =ABC = 0,21x1x1 = 0,21

95912128124610210

2

22

1 ,,,,vPgaâp N/m2

4658035124162102

22

22

32 ,,,,vP ,gaâp N/m2

tổng trở lực cục bộ qua đường ống là: Pcb = Pt1 + Pt2 + Pm1 + Pm2 +Pgap1 +Pgap2,3 = 33,332 + 116,917 +26,53 +59,92 +58,46 +12,959 = 307,718 N/m2

b) Trở lực do ma sát trên đường ống:

2

2

dlPmsoâ

l: chiều dài đoạn ống, m : hệ số ma sát, chọn = 0,03.

Đoạn ống Chiều dài,m

Vận tốc, m/s

Đường kính d,m

Khối lượng riêng , kg/m3

Pms, N/m2

Từ quạt vào calorifer 5,0 10,46 0,6 1,128 15,427 Từ calorifer vào hầm 0,5 13,132 0,6 0,899 1,938 Từ hầm qua cyclon 3,0 16,4 0,5 1,035 25,503 Từ cyclon tới quạt 3,0 16,4 0,5 1,035 25,503

Tổng 67,471 5. Aùp suất động lực học:

69315112812416

2

22

,,,vPñ N/m2.

Tổng trở lực của quạt:

P = Pca + Pc + Ps + Pô + Pđ = 122,592 + 673+8,47+(307,718+67,471)+151,693 = 1330,944 N/m2 = 135,672 mm H2O. chọn 2 quạt làm việc, mỗi quạt sẽ phải khắc phục trở lực

834672672135 ,,HP mmH2O.

Công suất quạt:

36001000 trq

p gVHN

(II239b[4])

q: hiệu suất quạt. tr =1: lắp trực tiếp với trục động cơ điện Tra đồ thị đặc tính quạt hình II, T485 [4]. Ta chọn quạt kí hiệu II4-70 No8. = 0,7, tốc độ bánh guồng 34 m/s, = 65 rad/s V=Vtb = 12481,439 m3/h.



= 1,029 kg/m3

Công suất động cơ cần dùng:

392336001701000

81902918346743912481 ,,

,,,,N

kW.

= 4,55 Hp. Chọn động cơ 5 Hp.

IV GẦU TẢI NHẬP LIỆU: Ta chọn cơ cấu nhập liệu bằng gầu tải vì có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, có khả năng vận chuyển vật liệu lên độ cao lớn, năng suất cao. Do vật liệu sấy là trà, hơi ẩm, ta chọn gầu tải băng vận tốc thấp, gầu cố định Bảng 5.14[2] 1. Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải: Bộ phận kéo:

Băng được làm bằng vải cao su. Chọn chiều rộng băng 250mm, theo bảng 5.9/199[2], chọn số lớp vải z = 4 (do vật liệu dạng nhẹ)

Gầu: Chọn loại gầu nông, đáy tròn có kích thước cơ bản sau: A = 95 mm B = 200 mm h = 130 mm, chiều cao của gầu R = 40 mm i = 0,75 l: dung tích một gầu. Các gầu đáy tròn được lắp trên các bộ phận kéo cách nhau một khoảng. a= (2,5÷3)h = 3xh = 3x 130 = 390 mm (5.21[2])

Tang dẫn động: Tang dẫn động của băng được chế tạo bằng hàn. Đường kính tang được xác định: D = (125÷250)z = 125 x 4 = 500 mm (5.22[2]) Chọn đường kính tang theo tiêu chuẩn D = 500 mm. Theo bảng 5.11[2], chọn chiều dài tang L = 300 mm.

2. Xác định công suất và năng suất gầu tải: Năng suất của gầu tải:

ai,Q 63 (5.25[2])

Trong đó: i: thể tích 1 gầu, i = 0,75.10-3 m3

a: bước của gầu trên băng, a = 0,39 m = 0,8: hệ số chứa đầy = 57,91 kg/m3: khối lượng riêng của vật liệu v = 1,5 m/s vận tốc kéo băng.

519157803901075063

3

,,,,.,,Q

= 0,481 tấn/h = 481 kg/h Ta nhận thấy Q gần bằng năng suất nhập liệu G1 = 475 kg/h. ta chọn gầu tải như trên là hợp lí.



Công suất gầu tải: Công suất cần thiết của động cơ truyền chuyển động cho gầu tải dùng băng:

kW.,,

,QHNñc3103629

7036754810

367

(5.26[2])

Với: Q: năng suất gầu tải, tấn/h. H = 5m: chiều cao nâng vật liệu của gầu tải = 0,7: hiệu suất của gầu tải. Tra bảng 5.13[2].

TÍNH KINH TẾ STT Tên vật liệu Số lượng – khối lượng Đơn giá Thành tiền 1 Băng tải(thép không rỉ) 2180,4kg 50.000 109.020.000 2 Tang dẫn động 6 cái 700.000 4.200.000 3 Con lăn đỡ 243 con 100.000 23.400.000 4 Động cơ băng tải 3 Hp (2,2kW) 500.000 1.500.000 5 Quạt 2*5 Hp 500.000 5.000.000 6 Hộp giảm tốc 1 cái 1.500.000 1.500.000 7 Oáng thép = 50-60mm 20m 100.000 2.000.000 8 Xi măng 2500kg 1.000 2.500.000 9 Cát 15 m3 50.000 750.000 10 Đá dăm 8 m3 100.000 800.000 11 Gạch chịu lửa 54 m3 1.500.000 81.000.000 12 Cách nhiệt 15 m3 3.000.000 45.000.000 13 cửa 2 cửa 600.000 1.200.000 14 Oå bi lớn 6 cái 40.000 240.000 15 Oå bi nhỏ 486 cái 10.000 4.860.000 16 Thép CT3 350kg 10.000 3.500.000 Chi phí vật tư TVT = 286470.000 Đồng

Chi phí chế tạo:

Calorifer: TC = 15.000.000 Đồng Hầm sấy: THS = 200.000.000 Đồng



Tổng chi phí chế tạo: TCT = 215.000.000 đồng. Tổng chi phí: T = TCT + TVT

= 215.000.000 + 286470.000 = 501470.000 đồng. Chi phí phát sinh là 5%. Vậy giá thành thiết bị là: 526.543.500 đồng.



KẾT LUẬN

Để thực hiện qúa trình sấy trà có thể dùng nhiều loại máy khác nhau, tùy thuộc vào năng suất và các điều kiện cụ thể của từng cơ sở. Thông dụng nhất là máy sấy băng tải mà ta thiết kế.

Theo tính tốn chi phí đầu tư thiết bị ban đầu tương đối cao, tuy nhiên hệ thống làm việc liên tục nên ta sẽ tiết kiệm được thời gian và nhân công, chất lượng sản phẩm ổn định so với những phương pháp thủ công nên về lâu dài phương pháp này sẽ đem lại hiệu qủa cao.

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Văn Phú, “Tính tốn và thiết kế hệ thống sấy”, NXB Giáo dục. [2]. Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam, “Cơ học vật liệu rời”, NXB KHKT. [3]. Phạm Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng”, Đại học Cần Thơ, 1997.



[4]. Các tác giả, “Sổ tay qúa trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1&2”, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội, 1982. [5]. Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam, “Ví dụ và bài tập”, tập 10 trong bộ sách “Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa học”, trường ĐH Bách Khoa TpHCM. [6]. Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, “Thiết bị trao đổi nhiệt”, NXB KHKT. [7]. Nguyễn Văn Lụa, “Kĩ thuật sấy vật liệu”, tập 7 trong bộ sách “Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm”, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM. [8]. Nguyễn Văn Lụa, “Khuấy- Lắng -Lọc” trong bộ sách “Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm”, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM. [9]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, “ Thiết kế chi tiết máy”, NXB Giáo dục, 1999 [10].I.A. Khôtrôlava, “ Kĩ thuật chế biến chè”, nd Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng Vinh, NXB Nông nghiệp, Hà Nội –1985.

thiẾt kẾ hỆ thỐng sẤy bĂng...

Documents