Bài thi giữa kỳ - Nguyễn Thị Trang| BT môn Thiết kế hệ thống sấy các sản phẩm thực phẩm| Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Bài thi giữa kỳ - Nguyễn Thị Trang| BT môn Thiết kế hệ thống sấy các sản phẩm thực phẩm| Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tài liệu gồm 13 trang giúp bạn ôn tập và đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem.

3 2 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Thiết kế hệ thống sấy các sản phẩm thực phẩm

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội

Thông tin:

13 trang 3 tuần trước

Tác giả:

Profile Trịnh Thảo Anh
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
1
ĐỀ BÀI
Tính toán hệ thống sấy tầng sôi:
• Vật liệu sấy: thóc
• Năng suất:
( )
2
500 /G kg h=
. Từ độ ẩm ban đầu:
1
25%
=
đến độ ẩm cuối:
2
14%
=
• Thông số không khí ngoài trời:
( ) ( )
00
25 ; 80 %tC
= =
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
2
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN
ĐỀ BÀI ........................................................................................................................... 1
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN ........................................................................................... 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ............................................................................................. 3
1. Lượng ẩm cần bốc hơi W .................................................................................. 3
2. Khối lượng hạt đưa vào HTS G
1
....................................................................... 3
3. Chọn nhiệt độ TNS vào và ra khỏi tầng sôi ...................................................... 3
4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết ...................................................................... 3
4.1. Điểm 0: không khí ngoài trời ..................................................................... 3
4.2. Điểm 1: Không khí sau khi đi qua calorife ................................................ 4
4.3. Điểm 2: không khí (tác nhân sấy) đi ra khỏi tầng sôi ................................ 4
4.4. Lượng không khí lý thuyết ......................................................................... 5
5. Tính toán quá trình sấy thực ............................................................................. 6
5.1. Xác định tốc độ làm việc tối ưu w
t
............................................................. 6
5.2. Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao VLS ......................................... 6
5.3. Tổn thất nhiệt ra môi trường ...................................................................... 7
5.4. Tổn thất nhiệt do VLS mang đi .................................................................. 9
5.5. Tổng tổn thất nhiệt Δ .................................................................................. 9
5.6. Quá trình sấy thực .................................................................................... 10
6. Tính lại kích thước ghi .................................................................................... 12
7. Khối lượng VLS nằm trên ghi ........................................................................ 12
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
1. Lượng ẩm cần bốc hơi W
( )
12
2
1
25 14
W . 500. 73,333 /
100 100 25
G kg h

−
−
= = =
−−
2. Khối lượng hạt đưa vào HTS G
1
( )
12
W 500 73,333 573,333 /G G kg h= + = + =
3. Chọn nhiệt độ TNS vào và ra khỏi tầng sôi
Trong các hệ thống sấy tầng để sấy các hạt ngũ cốc chúng ta có thể lấy nhiệt độ
TNS vào HTS là:
( )
1
140tC=
. Nhiệt độ TNS ra khỏi tầng sôi t
2
chúng ta chọn với điều
kiện:
.
Chẳng hạn lấy:
( )
2
45tC=
. Chúng ta sẽ kiểm tra điều kiện này.
4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết
4.1. Điểm 0: không khí ngoài trời
Theo đầu bài, ta có thông số không khí ngoài trời:
( ) ( )
00
25 ; 80 %tC
= =
Sử dụng phần mềm Psycromatric Analsys, ta tìm được điểm tương ứng trên đồ
thị:
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
4
Trong đó:
( ) ( )
00
16,03 / 65,957 ; /d g kgkk h kJ kg==
4.2. Điểm 1: Không khí sau khi đi qua calorife
Sau khi đi qua calorife, không khí có thông số:
( ) ( )
101
16,03 /140 ; d d g kgkktC===
Ta có:
( )
1
1
4026,42
4026,42
12
12
235,5
235,5 140
3,587
t
bh
P e e bar
−
−
+
+
= = =
→
( ) ( )
( )
1
1
1
1
.
1,013.16,03
.100 .100 0,711 %
621 . 621 16,03 .3,587
bh
Bd
dP
= = =
++
( ) ( ) ( )
1 1 1 1
1,004. . 1,004.140 0,001.16,03. 2500 1,842.14 8 0,001. 2 0 1 4,500 1,842. 769 /h kJ kgt d t++= = + + =
4.3. Điểm 2: không khí (tác nhân sấy) đi ra khỏi tầng sôi
Tác nhân sấy sau khi đi ra khỏi tầng sôi có thông số:
( ) ( )
2 2 1
184,7; 6945 /t kh h gC kgk == =
Sử dụng phần mềm Psycromatric Analsys, ta tìm được điểm tương ứng
trên đồ thị:
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
5
Trong đó:
( ) ( )
22
54,02 / 84,0 /;d g kgkk kJ kg
==
. Vậy:
2
75;85
nên thỏa
mãn điều kiện yêu cầu.
4.4. Lượng không khí lý thuyết
Ta có bảng tổng hợp lại các điểm sấy lý thuyết của TNS:
Bảng thông số trạng thái không khí trong quá trình sấy lý thuyết
Trạng thái
t
(C)
φ
(%)
d
(g/kgkk)
h
(kJ/kgkk)
0
25
80
16,03
65,957
1
140
0,711
16,03
184,769
2
45
84
54,02
184,769
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm là:
( )
21
1 1000
26,323
54,02 16,03
lt
l kgkk
dd
= = =
−−
- Lượng không khí lý thuyết tuần hoàn trong quá trình sấy:
( )
. .26,323 1930,333 / 73,333
lt lt
L W l kgkk h= = =
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
6
5. Tính toán quá trình sấy thực
5.1. Xác định tốc độ làm việc tối ưu w
t
Ta có tiêu chuẩn Fe được tính như sau:
( )
3
2
4
3
vk
td
kk
g
Fe d


−
=
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là:
( )
12
140 45
92,5
22
tt
tC
+
+
= = =
Tại nhiệt độ
( )
92,5tC=
, tra Phụ lục 6 (tr.350)
[1]
ta có được các thông số vật lý
của không khí khô:
ʋ
k
= 22,3575.10
-6
(m
2
/s)
ρ
k
= 0,935 (kg/m
3
)
Tra Phụ lục 7 (tr.351)
[1]
và Phụ lục 1 (tr.346)
[1]
thóc có:
d
tđ
= 2,75.10
-3
(m)
ρ
v
= 500 (kg/m
3
)
Khi đó ta có:
( ) ( )
( )
3
3
3
2
2
6
4 4.9,81. 500 0,935
2,75.10 . 66,227
.22,3575.
3
3. 0,9310 5
vk
td
kk
g
Fe d


−
−
−−
= = =
Theo công thức (12.18) (tr.254)
[1]
, ta có trị số Reynol tối ưu lấy trong giới hạn:
( )
1,56
Re 0,19 0,285
t
Fe=
→ Ta chọn:
( )
1,56
Re 0,5. 0,19 0,258 . 155,261
t
Fe= + =
Do đó:
( )
6
3
Re
155,261.22,3575.10
1,262 /
2,75.10
tk
t
td
w m s
d
−
−
= = =
5.2. Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao VLS
Diện tích ghi F
G
và chiều cao VLS H sẽ được xác định chính xác khi tính được
lượng TNS thực tế. Tính đến diện tích chiếm chỗ của lưới thép, theo kinh nghiệm ta lấy
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
7
sơ bộ diện tích ghi bằng (1,2 ÷1,5) diện tích ghi tính theo lượng TNS lý thuyết. Như
vậy theo công thức (12.33) (tr.256)
[1]
ta có :
( )
2
0
1,5
1,5.1930,333
0,681
3600. . 3600.1,262.0,935
G
tk
L
Fm
w
= = =
Do đó, đường kính ghi sơ bộ bằng:
( )
4
4.0,681
0,932
G
F
Dm

= = =
Chiều cao lớp hạt nằm trên ghi chúng ta cũng chọn sơ bộ:
( )
0,25Hm=
. Để bố
trí phễu đưa VLS vào và ra buồng sấy ta chọn chiều cao buồng sấy:
( )
4. 4.0,25 1
b
H H m= = =
Cũng như diện tích ghi lò chiều cao H sẽ được tính toán lại khi tính xong quá
trình sấy thực.
Như vậy, diện tích bao quanh buồng sấy bằng:
( )
2
. 0,681 .0,932.1 3,608
Gb
F F D H m

= + = + =
5.3. Tổn thất nhiệt ra môi trường
TBS là một hình trụ tròn làm bằng thép dày 0,010 (m) hay:
( )
21
/ 0,942/ 0,932D D m=
và hệ số dẫn nhiệt:
( )
71,58 /W mK
=
. Do đó, có thể xem
buồng sấy như là vách phẳng với một phía là đối lưu tự nhiên có tốc độ gió lấy bằng :
( )
2
0,5 /w m s=
, nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường:
( )
2
25
f
tC=
và phía kia là trao
đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốc độ:
( )
2,7 /
t
w m s=
và nhiệt độ bằng nhiệt độ trung
bình của TNS:
( )
1
12
140 45
92,5
22
f
tt
tC
+
+
= = =
.
▪ Tra Phụ lục 6 (tr.350)
[1]
ta có được các tính chất vật lý của không khí như sau:
- Khi t = t
f1
=92,5C:
( )
( )
6 2 2
22,3575.10 / ; Pr 0,6895; 3,15.10 /m s W mK

−−
= = =
- Khi t = t
f2
=25C
( )
( )
6 2 2
15,08.10 / ; Pr 15,53; 2,63.10 /m s W mK

−−
= = =
a. Bên trong thiết bị:
5
11
1
6
1
1,262.0,932
Re 52591,19 10
22,3575.10
D
−
= = =
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
8
Chuyển động của gió trong ống là dòng chuyển động cưỡng bức, theo công thức
(V.40) (tr.14)
[2]
ta có:
0,25
0,8 0,43
1
Pr
0,021 .Re .Pr .
Pr
t
Nu

=


Môi chất là không khí nên có thể coi:
Pr
1
Pr
t
=
Với
1
1
1,07
0,932
H
D
==
và
1
Re 52591,19=
tra bảng V.2 (tr.15)
[2]
ta có:
1,34
=
Vậy:
0,8 0,43 0,25
0,021.1,34.52591,19 .0,6895 .1 143,425Nu ==
Mặt khác:
( )
2
2
1
11
1
3,15.10
143,425. 4,85 /
0,932
D
Nu Nu W m K
D

−
= → = = =
b. Không khí bên ngoài:
24
2
6
2
0,5.0,942
Re 31216,86
15,08.10
d
−
= = =
Coi gió bên ngoài là chuyển động vuông góc với ống, ta có:
0,4
.Re .Pr
n
Nu C=
Trong đó:
Re 31216,86 5000=
nên:
0,226; 0,60Cn==
Vậy:
0,60 0,4
0,226.31216,86 .15,53 336,675Nu ==
Mặt khác:
( )
2
2
4
22
2
2,63.10
336,675. 9,405 /
0,942
d
Nu Nu W m K
D

−
= → = = =
c. Hệ số truyền nhiệt:
( )
2
2
1
12
11
3,198 /
1 1 1 0,010 1
4,850 71,58 9,405
K W m K
= = =
+ + + +
→ Mật độ dòng nhiệt là:
( )
( )
2
. 3,198. 92,5 25 215,896 /q K t W m= = − =
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
9
- Nhiệt độ vỏ thiết bị phía trong:
( )
( )
1 1 1 1
1
1
215,896
. 92,5 47,986
4,850
f T T f
q
q t t t t C
= − → = − = − =
- Nhiệt độ vỏ thiết bị phía ngoài:
( )
( )
2 2 2 2
2
2
215,896
. 25 47,956
9,405
T f T f
q
q t t t t C
= − → = + = + =
Như vậy, tổn thất nhiệt ra môi trường bằng:
( )
215,896.3,608 778,928
mt
Q qF W= = =
( )
3,6
3,6.778,928
38,238 /
73,333
mt
mt
Q
q kJ kg am
W
→ = = =
5.4. Tổn thất nhiệt do VLS mang đi
Nhiệt độ VLS sau quá trình sấy t
v2
vẫn lấy theo điều kiện:
( )
2
5 10tC−
. Ở đây
chúng ta lấy:
( )
2
45 5 40tC= − =
. Nhiệt dung riêng của thóc tra ở Phụ lục 1 (tr.346)
[1]
ta có:
( )
1,50 /
v
C kJ kgK=
. Khi đó:
( )
( )
( )
21
2
500.1,50. 40 25
153,409 /
73,333
v v v
v
G C t t
q kJ kg am
W
−
−
= = =
Lưu ý, ta lấy nhiệt độ vật liệu ban đầu bằng nhiệt độ môi trường bên ngoài:
( )
1
0
25
v
t t C= =
.
5.5. Tổng tổn thất nhiệt Δ
Nhiệt lượng có ích q
1
:
( ) ( )
1
12
2500 1, 25842. 4,1868.24 478,225 0/
wv
q mJi C t k kg a−= − = + =
Tổng tổn thất nhiệt Δ:
( )
1
4,1868.25 153,409 38,238 86,977 /
w v v mt
C t q q kJ kg am = − − = − − = −
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
10
5.6. Quá trình sấy thực
Do:
0
nên ta có đồ thị sấy thực như hình vẽ. Trong đó, điểm 2’ là điểm biểu
diễn trạng thái thực của TNS sau khi ra khỏi thiết bị sấy.
Ta có:
( )
2' 1
168,872
26,323
86,977
181,465 /h h kJ kg
l
−
= + = + =
→ Điểm 2’ có:
( )
2' 2'
1()45 18 ,465 /;t h kJ kg amC= =
Sử dụng phần mềm Psycromatric Analsys, ta tìm được điểm tương ứng trên đồ
thị:
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
11
Trong đó:
( ) ( )
2' 2'
82,2 % ; 52,74 /d g am kgkk
==
Ta có bảng tổng hợp lại các điểm sấy thực tế của TNS:
Bảng thông số trạng thái không khí trong quá trình sấy thực
Trạng thái
t
(C)
φ
(%)
d
(g/kgkk)
h
(kJ/kgkk)
0
25
80
16,03
65,957
1
140
0,711
16,03
184,769
2’
45
82,2
52,74
181,465
- Lượng không khí thực tế cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm là:
( )
2' 1
1 1000
26,323
82,2 16,03
tt
l kgkk
dd
= = =
−−
- Lượng không khí khô thực tế tuần hoàn trong quá trình sấy:
( )
. .26,323 1930,333 / 73,333
tt tt
L W l kgkk h= = =
- Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q
2
:
Tại:
( )
02
25 45
35
22
tb
tt
tC
+
+
= = =
, ta Phụ lục 6 (Tr.350)
[1]
ta có:
( )
1,005 /
p
C kJ kg=
( ) ( ) ( )
2 2 0
. . 26,323.1,005. 45 25 529,087 /
tt p
q l C t t kJ kg am→ = − = − =
- Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm là:
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
12
( ) ( ) ( )
10
. 26,323. 184,769 65,957 3127,450 /
tt
q l h h kJ kg am= − = − =
Nếu tính theo phương trình cân bằng ta có:
( )
12
' 2478,220 529,087 153,409 38,238 3198,954 /
v mt
q q q q q kJ kg am= + + + = + + + =
Xét:
( ) ( )
' 3127,450 3198,954
0,023 2,3 % 5 %
3127,450
qq
q
−−
= = =
nên có thể chấp
nhận được. Lấy:
( )
' 3127,450 3198,954
3163,202 /
22
tb
qq
q q kJ kg am
++
= = = =
.
Có thể tổng kết bảng cân bằng nhiệt và hiệu suất buồng sấy như sau:
STT
Đại lượng
Ký hiệu
Giá trị
[kJ/kg ẩm]
%
1
Nhiệt lượng có ích
q
1
2478,220
77,47
2
Tổn thất do TNS
q
2
529,087
16,54
3
Tổn thất do VLS
q
v
153,409
4,80
4
Tổn thất ra môi trường
q
mt
38,238
1,19
5
Tổng nhiệt lượng tiêu hao
q
3163,202
100
Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho quá trình sấy :
( )
. 73,333.3163,212
64,436
3600 3600
Wq
Q kW= = =
6. Tính lại kích thước ghi
Diện tích thực tế:
( )
2
1,5 1,5.1930,333
0,681
3600. . 3600.1,262.0,935
G
tk
L
Fm
w
= = =
Do đó, đường kính ghi sơ bộ bằng:
( )
4
4.0,681
0,932
G
F
Dm

= = =
7. Khối lượng VLS nằm trên ghi
Trước hết chúng ta tính tiêu chuẩn Nu. Với:
66,227; Re 155,261Fe ==
, ta có:
0,34
0,34
0,6 0,65 0,6 0,65
3
0,25
0,0283 Re 0,0283 .155,261 . 0.675
2,75.10
t
td
H
Nu Fe
d
−
−
−


= = =




Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
13
Hệ số trao đổi nhiệt giữa VLS và TNS là:
( )
2
2
3
.
0,675.3,15.10
7,732 /
2,75.10
k
td
Nu
W m K
d
−
−
= = =
Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa TNS và VLS:
( ) ( )
( ) ( )
( )
12
1
2
12
1
2
140 25 45 40
35,082
140 25
ln
ln
45 40
vv
v
v
t t t t
tC
tt
tt
− − −
−−−
= = =
−
−



−

−


Khối lượng VLS thường xuyên nằm trên ghi.
( )
3
'
73,333.3163,202
1
.500.2,75
95,965 1
.10
6 6.7,732.35,08
96
2
v td
kg
Wq d
G
t
−
= = =
Tính chiều cao lớp hạt nằm trên ghi H.
( )
196
0,338
0,681.850
G kh
G
Hm
F
= = =
−
Khối lượng hạt thực tế nằm trên ghi. Trước đây chúng ta chọn sơ bộ:
( )
0,25Hm=
, do đó khối lượng hạt thường xuyên nằm trên ghi bằng:
( )
0,338
196. 265,182 265
0,25
G kg= =
Thời gian sấy trung bình là:
( ) ( )
( ) ( )
12
265
0,494 29,65 30 min
0,5. 0,5. 573,333 500
G
h
GG
= = = =
++
[1] Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – PGS-TSKH. Trần Văn Phú
[2] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 2 – Nhà xuất bản Khoa học và
Kỹ thuật
| 1/13
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272 ĐỀ BÀI
Tính toán hệ thống sấy tầng sôi: • Vật liệu sấy: thóc
• Năng suất: G = 500 kg / h . Từ độ ẩm ban đầu: = 25% đến độ ẩm cuối: 2 ( ) 1  =14% 2
• Thông số không khí ngoài trời: t = 25 C  ;  = 80 % 0 ( ) 0 ( ) 1
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN
ĐỀ BÀI ........................................................................................................................... 1
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN ........................................................................................... 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ............................................................................................. 3 1.
Lượng ẩm cần bốc hơi W .................................................................................. 3 2.
Khối lượng hạt đưa vào HTS G1 ....................................................................... 3 3.
Chọn nhiệt độ TNS vào và ra khỏi tầng sôi ...................................................... 3 4.
Tính toán quá trình sấy lý thuyết ...................................................................... 3 4.1.
Điểm 0: không khí ngoài trời ..................................................................... 3 4.2.
Điểm 1: Không khí sau khi đi qua calorife ................................................ 4 4.3.
Điểm 2: không khí (tác nhân sấy) đi ra khỏi tầng sôi ................................ 4 4.4.
Lượng không khí lý thuyết ......................................................................... 5 5.
Tính toán quá trình sấy thực ............................................................................. 6 5.1.
Xác định tốc độ làm việc tối ưu wt ............................................................. 6 5.2.
Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao VLS ......................................... 6 5.3.
Tổn thất nhiệt ra môi trường ...................................................................... 7 5.4.
Tổn thất nhiệt do VLS mang đi .................................................................. 9 5.5.
Tổng tổn thất nhiệt Δ .................................................................................. 9 5.6.
Quá trình sấy thực .................................................................................... 10 6.
Tính lại kích thước ghi .................................................................................... 12 7.
Khối lượng VLS nằm trên ghi ........................................................................ 12 2
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
1. Lượng ẩm cần bốc hơi W  − 25 −14 1 2 W = G . = 500.
= 73,333 kg / h 2 ( ) 100 −  100 − 25 1
2. Khối lượng hạt đưa vào HTS G1
G = G + W = 500 + 73, 333 = 573, 333 kg / h 1 2 ( )
3. Chọn nhiệt độ TNS vào và ra khỏi tầng sôi
Trong các hệ thống sấy tầng để sấy các hạt ngũ cốc chúng ta có thể lấy nhiệt độ
TNS vào HTS là: t = 140 C
 . Nhiệt độ TNS ra khỏi tầng sôi t 1 ( )
2 chúng ta chọn với điều kiện:  = 80  5 % . 2 ( )
Chẳng hạn lấy: t = 45 C
. Chúng ta sẽ kiểm tra điều kiện này. 2 ( )
4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 4.1.
Điểm 0: không khí ngoài trời
Theo đầu bài, ta có thông số không khí ngoài trời: t = 25 C  ;  = 80 % 0 ( ) 0 ( )
Sử dụng phần mềm Psycromatric Analsys, ta tìm được điểm tương ứng trên đồ thị: 3
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
Trong đó: d = 16,03 g / kgkk ; h = 65,957 kJ / kg 0 ( ) 0 ( ) 4.2.
Điểm 1: Không khí sau khi đi qua calorife
Sau khi đi qua calorife, không khí có thông số: t = 140 C
 ; d = d = 16,03 g / kgkk 1 ( ) 1 0 ( ) Ta có: 4026,42 4026,42 12− 12− 235,5+t + 1 235,5 140 P = e = e = 3,587 bar bh ( ) 1 → . B d 1, 013.16, 03 1  = .100 = .100 = 0, 711 % 1 (621+ d .P 621+16, 03 .3, 587 1 ) bh ( ) ( ) 1
h = 1, 004.t + 0, 001.d . 2500 +1,842.t
=1,004.140 + 0,001.16,03. 2500 +1,842.140 = 8 1 4, 769 kJ / kg 1 1 1 ( 1 ) ( ) ( ) 4.3.
Điểm 2: không khí (tác nhân sấy) đi ra khỏi tầng sôi
Tác nhân sấy sau khi đi ra khỏi tầng sôi có thông số: t = 45 C
 ; h = h = 184,769 g / k k gk 2 ( ) 2 1 ( )
Sử dụng phần mềm Psycromatric Analsys, ta tìm được điểm tương ứng trên đồ thị: 4
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
Trong đó: d = 54,02 g / kgkk ;  = 84,0 kJ / kg . Vậy:   75;85 nên thỏa 2   2 ( ) 2 ( )
mãn điều kiện yêu cầu. 4.4.
Lượng không khí lý thuyết
Ta có bảng tổng hợp lại các điểm sấy lý thuyết của TNS:
Bảng thông số trạng thái không khí trong quá trình sấy lý thuyết Trạng thái t φ d h (̊C) (%) (g/kgkk) (kJ/kgkk) 0 25 80 16,03 65,957 1 140 0,711 16,03 184,769 2 45 84 54,02 184,769
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm là: 1 1000 l = = = 26,323 kgkk lt ( ) d − d 54, 02 −16, 03 2 1
- Lượng không khí lý thuyết tuần hoàn trong quá trình sấy:
L = W .l = 73, 33 .26 3 , 323 = 1930, 333 kgkk h lt lt ( / ) 5
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
5. Tính toán quá trình sấy thực 5.1.
Xác định tốc độ làm việc tối ưu wt
Ta có tiêu chuẩn Fe được tính như sau: 4g (  −  v k ) = 3 Fe d td 2 3  k k
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là: t + t 140 + 45 1 2 t = = = 92,5 ( C  ) 2 2
Tại nhiệt độ t = 92,5 ( C
 ) , tra Phụ lục 6 (tr.350)[1] ta có được các thông số vật lý của không khí khô: ʋk = 22,3575.10-6 (m2/s) ρk = 0,935 (kg/m3)
Tra Phụ lục 7 (tr.351)[1] và Phụ lục 1 (tr.346)[1] thóc có: dtđ = 2,75.10-3 (m) ρv = 500 (kg/m3) Khi đó ta có: 4g (  −  − v k ) 4.9,81. 500 0, 935 3 − ( ) = 3 Fe d = 2,75.10 . = 66, 227 td 3 2 3  − k k 3.( 6 22, 3575.10 )2 .0,935
Theo công thức (12.18) (tr.254)[1], ta có trị số Reynol tối ưu lấy trong giới hạn: = (  ) 1,56 Re 0,19 0, 285 Fe t → Ta chọn: = ( + ) 1,56 Re 0, 5. 0,19 0, 258 .Fe =155, 261 t Do đó: 6 Re  155, 261.22, 3575.10− t k w = = = 1, 262 m / s t 3 − ( ) d 2, 75.10 td 5.2.
Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao VLS
Diện tích ghi FG và chiều cao VLS H sẽ được xác định chính xác khi tính được
lượng TNS thực tế. Tính đến diện tích chiếm chỗ của lưới thép, theo kinh nghiệm ta lấy 6
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
sơ bộ diện tích ghi bằng (1,2 ÷1,5) diện tích ghi tính theo lượng TNS lý thuyết. Như
vậy theo công thức (12.33) (tr.256)[1] ta có : 1, 5L 1, 5.1930, 333 0 F = = = 0,681 m G ( 2) 3600.w . 3600.1, 262.0, 935 t k
Do đó, đường kính ghi sơ bộ bằng: 4F 4.0, 681 G D = = = 0,932 (m)  
Chiều cao lớp hạt nằm trên ghi chúng ta cũng chọn sơ bộ: H = 0, 25 (m) . Để bố
trí phễu đưa VLS vào và ra buồng sấy ta chọn chiều cao buồng sấy:
H = 4.H = 4.0, 25 = 1 m b ( )
Cũng như diện tích ghi lò chiều cao H sẽ được tính toán lại khi tính xong quá trình sấy thực.
Như vậy, diện tích bao quanh buồng sấy bằng:
F = F +  D H = +  = ( 2 . 0, 681 .0, 932.1 3, 608 m G b ) 5.3.
Tổn thất nhiệt ra môi trường
TBS là một hình trụ tròn làm bằng thép dày 0,010 (m) hay:
D / D = 0, 942 / 0, 932
m và hệ số dẫn nhiệt:  = 71, 58 (W / mK ) . Do đó, có thể xem 2 1 ( )
buồng sấy như là vách phẳng với một phía là đối lưu tự nhiên có tốc độ gió lấy bằng : w = 0, 5
m / s , nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường: t = 25 C  và phía kia là trao f ( ) 2 ( ) 2
đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốc độ: w = 2,7 (m / s và nhiệt độ bằng nhiệt độ trung t ) t + t 140 + 45 bình của TNS: 1 2 t = = = 92,5 C  . f ( ) 1 2 2
▪ Tra Phụ lục 6 (tr.350)[1] ta có được các tính chất vật lý của không khí như sau: - Khi t = tf1 =92,5 ̊C: 6  − ( 2 m s) 2 22, 3575.10 / ; Pr 0, 6895;  3,15.10− = = = (W / mK ) - Khi t = tf2 =25 ̊C 6  − ( 2 m s) 2 15, 08.10 / ; Pr 15, 53;  2, 63.10− = = = (W / mK )
a. Bên trong thiết bị: D 1, 262.0, 932 1 1 5 Re = = = 52591,19 10 1 6  22, 3575.10− 1 7
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
Chuyển động của gió trong ống là dòng chuyển động cưỡng bức, theo công thức (V.40) (tr.14)[2] ta có: 0,25  Pr  0,8 0,43 Nu = 0, 021 .Re .Pr .  1 Pr  t  Pr
Môi chất là không khí nên có thể coi: =1 Prt H 1 Với =
=1,07 và Re = 52591,19 tra bảng V.2 (tr.15)[2] ta có:  =1,34 D 0, 932 1 1 Vậy: 0,8 0,43 0,25
Nu = 0, 021.1, 34.52591,19 .0, 6895 .1 =143, 425 Mặt khác: 2 D  3,15.10− 1 Nu =  →  = Nu = 143, 425. = 4,85 W / m K 1 1 ( 2 )  D 0, 932 1
b. Không khí bên ngoài: d 0, 5.0, 942 2 4 Re = = = 31216,86 2 6  15, 08.10− 2
Coi gió bên ngoài là chuyển động vuông góc với ống, ta có: n 0,4 Nu = C.Re .Pr
Trong đó: Re = 31216,86  5000 nên: C = 0, 226; n = 0,60 Vậy: 0,60 0,4 Nu = 0, 226.31216,86 .15, 53 = 336,675 Mặt khác: 2 d  2, 63.10− 4 Nu =  →  = Nu = 336,675.
= 9, 405 W / m K 2 2 ( 2 )  D 0, 942 2
c. Hệ số truyền nhiệt: 1 1 K = = = 3,198 ( 2 W / m K ) 1  2 1 1 0, 010 1 +  + + + 1    4,850 71, 58 9, 405 1 2
→ Mật độ dòng nhiệt là:
q = K t = ( − ) = ( 2 . 3,198. 92, 5 25 215,896 W / m ) 8
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
- Nhiệt độ vỏ thiết bị phía trong: q 215,896
q =  . t − t → t = t − = 92,5 − = 47,986 C  1 ( f T ) T f ( ) 1 1 1 1  4,850 1
- Nhiệt độ vỏ thiết bị phía ngoài: q 215,896
q =  . t − t → t = t + = 25 + = 47,956 C  2 ( T f ) T f ( ) 2 2 2 2  9, 405 2
Như vậy, tổn thất nhiệt ra môi trường bằng: Q
= qF = 215,896.3,608 = 778,928 W mt ( ) 3, 6Q 3, 6.778, 928 mt → q = = = 38, 238 kJ kg am mt ( / ) W 73, 333 5.4.
Tổn thất nhiệt do VLS mang đi
Nhiệt độ VLS sau quá trình sấy tv2 vẫn lấy theo điều kiện: t − 5 10 C  . Ở đây 2 ( )
chúng ta lấy: t = 45 − 5 = 40 C
. Nhiệt dung riêng của thóc tra ở Phụ lục 1 (tr.346)[1] 2 ( )
ta có: C = 1,50 (kJ / kgK . Khi đó: v ) G C t − t − 2 v ( v v 500.1,50. 40 25 2 1 ) ( ) q = = =153,409 kJ kg am v ( / ) W 73,333
Lưu ý, ta lấy nhiệt độ vật liệu ban đầu bằng nhiệt độ môi trường bên ngoài: t = t = 25 C  . v 0 ( ) 1 5.5.
Tổng tổn thất nhiệt Δ Nhiệt lượng có ích q1:
q = i − C t = 2500 +1,842.45 − 4,1868.25 = 2478, 220 J k / kg am 1 2 w v ( ) ( ) 1
Tổng tổn thất nhiệt Δ:
 = C t − q − q = 4,1868.25 −153, 409 − 38, 238 = −86,977 (kJ / kg am w v v mt ) 1 9
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272 5.6.
Quá trình sấy thực
Do:   0 nên ta có đồ thị sấy thực như hình vẽ. Trong đó, điểm 2’ là điểm biểu
diễn trạng thái thực của TNS sau khi ra khỏi thiết bị sấy. Ta có:  86 − ,977 h = h + = 168,872 +
= 181, 465 kJ / kg 2' 1 ( ) l 26, 323 → Điểm 2’ có: t = 45 ( C  ); h = 1 18 ,465 kJ / kg am 2' 2' ( )
Sử dụng phần mềm Psycromatric Analsys, ta tìm được điểm tương ứng trên đồ thị: 10
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
Trong đó:  = 82, 2 % ; d = 52,74 g am / kgkk 2' ( ) 2' ( )
Ta có bảng tổng hợp lại các điểm sấy thực tế của TNS:
Bảng thông số trạng thái không khí trong quá trình sấy thực Trạng thái t φ d h (̊C) (%) (g/kgkk) (kJ/kgkk) 0 25 80 16,03 65,957 1 140 0,711 16,03 184,769 2’ 45 82,2 52,74 181,465
- Lượng không khí thực tế cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm là: 1 1000 l = = = 26,323 kgkk tt ( ) d − d 82, 2 −16, 03 2' 1
- Lượng không khí khô thực tế tuần hoàn trong quá trình sấy:
L = W .l = 73, 33 .26 3 , 323 = 1930, 333 kgkk h tt tt ( / )
- Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q2: t + t 25 + 45 Tại: 0 2 t = = = 35 C
 , ta Phụ lục 6 (Tr.350)[1] ta có: tb ( ) 2 2
C = 1, 005 (kJ / kg p )
→ q = l .C . t − t = 26,323.1,005. 45 − 25 = 529,087 kJ / kg am 2 tt p ( 2 0 ) ( ) ( )
- Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm là: 11
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
q = l .(h − h = 26,323. 184, 769 − 65,957 = 3127, 450 kJ / kg am tt 1 0 ) ( ) ( )
Nếu tính theo phương trình cân bằng ta có:
q ' = q + q + q + q
= 2478, 220 + 529,087 +153, 409 + 38, 238 = 3198,954 kJ / kg am 1 2 v mt ( ) q − q ' 3127, 450 − 3198, 954 Xét: =
= 0,023 = 2,3 (%)  5 (%) nên có thể chấp q 3127, 450 q + q ' 3127, 450 + 3198, 954
nhận được. Lấy: q = q = = = 3163, 202 kJ kg am . tb ( / ) 2 2
Có thể tổng kết bảng cân bằng nhiệt và hiệu suất buồng sấy như sau: Giá trị STT Đại lượng Ký hiệu % [kJ/kg ẩm] 1 Nhiệt lượng có ích q1 2478,220 77,47 2 Tổn thất do TNS q2 529,087 16,54 3 Tổn thất do VLS qv 153,409 4,80 4
Tổn thất ra môi trường qmt 38,238 1,19 5
Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3163,202 100
Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho quá trình sấy : W .q 73, 333.3163, 212 Q = = = 64, 436 (kW ) 3600 3600
6. Tính lại kích thước ghi Diện tích thực tế: 1, 5L 1, 5.1930, 333 F = = = 0,681 m G ( 2) 3600.w . 3600.1, 262.0, 935 t k
Do đó, đường kính ghi sơ bộ bằng: 4F 4.0, 681 G D = = = 0,932 (m)  
7. Khối lượng VLS nằm trên ghi
Trước hết chúng ta tính tiêu chuẩn Nu. Với: Fe = 66, 227; Re = 155, 261, ta có: 0 − ,34 0 − ,34  H   0,25  0,6 0,65 0,6 0,65 Nu = 0, 0283Fe Re   = 0,0283 .155,261 . = 0.675 t   3 d    2,75.10−  td 12
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi | Nguyễn Thị Trang_20175272
Hệ số trao đổi nhiệt giữa VLS và TNS là: 2 . Nu  0, 675.3,15.10− k  = = = 7,732 − ( 2 W / m K 3 ) d 2, 75.10 td
Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa TNS và VLS:
(t −t − t −t − − − 1 v 2 v 140 25 45 40 1 ) ( 2 ) ( ) ( ) t  = = = 35,082 ( C  )
 t −t  140 − 25   1 v1 ln ln     −  45 − 40 t t   2 v   2
Khối lượng VLS thường xuyên nằm trên ghi. 3 Wq '  d
73, 333.3163, 202.500.2, 75.10− v td G = = = 195,965 196 (kg) 6 t  6.7, 732.35, 082
Tính chiều cao lớp hạt nằm trên ghi H. G 196 H = = = 0,338 (m) F −  0, 681.850 G kh
Khối lượng hạt thực tế nằm trên ghi. Trước đây chúng ta chọn sơ bộ:
H = 0, 25 (m) , do đó khối lượng hạt thường xuyên nằm trên ghi bằng: 0, 338 G = 196. = 265,182  265 (kg) 0, 25
Thời gian sấy trung bình là: G 265  = = = h =  0, 5.(G + G ) 0, 5.(573,333 + 500) 0, 494 ( ) 29, 65 30 (min) 1 2
[1] Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – PGS-TSKH. Trần Văn Phú
[2] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 2 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 13