Bài tập Sấy thăng hoa Đề bài:
Tính toán bề mặt truyền nhiệt của bình thăng hoa biết:
+ Vật liệu sấy là khoai lang tím
+ Năng suất 𝐺1 = 200 kg/mẻ, có độ ẩm là 𝑤1 = 80% xuống độ ẩm 𝑤2 = 7%
+ Thời gian sấy 𝜏 = 12ℎ
+ Thời gian đưa vls vào và ra bình thăng hoa là 𝜏′ = 12ℎ
Thời gian và lượng ẩm theo giai đoạn:
+ Quá trình làm lạnh: 𝜏1 = 1,5ℎ lượng ẩm thoát ra là 20% tổng lượng ẩm
+ Quá trình thăng hoa là: 𝜏2 = 1,5ℎ và lượng ẩm thoát ra là 65%
+ Quá trình thải ẩm dư: 𝜏3 = 3ℎ và lượng ẩm chiếm 15%
+ Nhiệt độ thăng hoa là 𝑡𝑡ℎ = −10𝑜𝐶
+ Nhiệt độ tấm đốt nóng là 𝑡𝑑𝑛 = 40𝑜𝐶
+ Nhiệt độ môi trưởng là 𝑡𝑚𝑡 = 20𝑜𝐶
+ Vls nguyên liệu chứa trên 1m2 là 𝐺′ = 4𝑘𝑔
+ Độ chênh nhiệt độ của nước vào ra khỏi bình thăng hoa là ∆𝑡𝑛 = 5𝑜𝐶 Bài làm:
1. Khối lượng vật liệu sấy đầu vào trong 1 mẻ là: 100 − 𝑤 100 − 80 𝐺 1 2 = 𝐺1. = 200. = 43 𝑘𝑔/𝑚ẻ 100 − 𝑤2 100 − 7
2. Tổng lượng ẩm bốc hơi trong 1 mẻ là:
𝐺𝑎 = 𝐺1 − 𝐺2 = 200 − 43 = 157 𝑘𝑔/𝑚ẻ
3. Lượng ẩm cần thiết bốc hơi trong 1 giờ của các giai đoạn là:
- Giai đoạn làm lạnh: 𝐺 20%. 157 𝑊 𝑎1 1 = = = 21 𝑘𝑔/ℎ 𝜏1 1,5 - Giai đoạn thăng hoa: 𝐺 65%. 157 𝑊 𝑎2 2 = = = 68 𝑘𝑔/ℎ 𝜏2 1,5
- Giai đoạn bốc hơi ẩm dư: 𝐺 15%. 157 𝑊 𝑎3 3 = = = 8 𝑘𝑔/ℎ 𝜏3 3
4. Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn thăng hoa
𝑄𝑡ℎ = 𝑞𝑡ℎ. 𝜏2 = 𝑟𝑡ℎ. 𝑊2. 𝜏2 = 2843,488.68.1,5 = 290035 𝑘𝐽
Trong đó: 𝑟𝑡ℎ = 680 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 = 2843,488 𝑘𝐽/𝑘𝑔 là nhiệt - ẩm thăng hoa ở −10𝑜𝐶
5. Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư
𝑄𝑏ℎ = 𝑞𝑏ℎ. 𝜏3 = 𝑟. 𝑊3. 𝜏3 = 2471,326.8.3 = 59311 𝑘𝐽
Trong đó: 𝑟 = 591 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 = 2471,326 𝑘𝐽/𝑘𝑔 là nhiệt - ẩm hóa hơi của ẩm dư
6. Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy
𝑄 = 𝑄𝑡ℎ + 𝑄𝑏ℎ = 290035 + 59311 = 349346 𝑘𝐽 𝑄 349346 𝑞 = =
= 2225 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝐺𝑎 157
7. Hệ số bức xạ quy dẫn 1 1 𝜀𝑞𝑑 = = = 0,867 1 1 1 1 + − 1 + − 1 𝜀1 𝜀2 0,96 0,9
Trong đó: 𝜀1, 𝜀2 tương ứng là độ đen của nguồn bức xạ và của VLS
Chọn 𝜀1 = 0,96; 𝜀2 = 0,9
8. Diện tích đốt nóng của bình thăng hoa 𝑞 2843,488.68 𝐹 𝑡ℎ 1 = = 𝑡 4 𝑡 4 40 + 273 4 273 − 10 4 𝑘. 5,67. 𝜀 𝑑𝑛 𝑡ℎ 𝑞𝑑. [( ) − ( ) ] 100 100 1,2.5,67.0,867. [( ) − ( ) ] 100 100 𝐹1 = 681 𝑚2
Trong đó: Chọn 𝑘 = 1,2 là hệ số điều chỉnh do có hệ số trao đổi nhiệt bằng đối lưu
9. Diện tích cần thiết của vật liệu sấy 𝐺 200 𝐹 1 2 = = = 50 𝑚2 𝐺′ 4
10. Lưu lượng nước nóng cần thiết cho quá trình thăng hoa 𝑞 2843,488.68 𝐺 𝑡ℎ 𝑛 = =
= 9248 𝑘𝑔/ℎ = 9,3 𝑚3/ℎ 𝐶𝑝𝑛∆𝑡𝑛 4,1816.5