Tài liệu Tính toán thiết bị sấy muối bằng phương pháp sấy thùng quay

PHẨN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY Vật liệu sấy là muối có các thông số cơ bản sau: • • • • • • • Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy là( theo vật liệu ẩm): ω1 = 6% = 0,06 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (nt) : ω2 = 0.2% = 0.002 Khối lượng riêng r =2350 kg/m3 Khối lượng riêng xốp( thể tích) v =1020 kg/m3 Nhiệt dung riêng của vật liệu khô Cvl = 0.712 kJ/kg.K Đường kính hạt d =[ 0.2-0.9 mm (60%), < 0.2 mm (20%), 1- 2 mm (20%)] Dtb = 0.5 mm Năng suất theo sản phẩm G2 = 2000 kg/h I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1. CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY Dùng tác nhân sấy là không khí Nhiệt độ đầu t0 = 300C , ϕ = 70% ( thông số này lấy từ nhiệt độ trung bình ở Phan Thiết – Bình Thuận) Nhiệt độ vào thiết bị gia nhiệt t1 = 2000 C, Nhiệt độ ra thiết bị sấy t2 = 900C Tính các thông số của tác nhân Trạng thái không khí ngoài trời, được biểu diễn bằng điểm A có (to, o). Từ thông số đó ta tra giản đồ I-x để tìm các thông số cần thiết hoặc tính toán - Phân áp suất hơi bão hòa của hơi nước trong không khí ầm theo nhiệt độ:  4026, 42 pbo = exp 12 − 235,5 + to  - Độ chứa ẩm xo = 0,622  4026, 42   = 0,0422 ,bar ÷ = exp 12 − 235,5 + 30 ÷    ϕo . pbo 0,7.0,0422 = 0,622 = 0,0193 ,kg ẩm/kg kkk B − ϕo . pbo 0,981 − 0,7.0,0422 Entanpi H0 = (1000 + 1,97.103.x0).t0 +2493. 103. x0 =(1000 + 1,97.103.0.0193).30 +2493. 103.0.0193 = 79.25 ,kJ/kg kkk 1 Không khí được đưa vào thiết bị gia nhiệt và được đốt nóng đẳng áp ((x1 = xo) đến trạng thái B (x1, t1). Điềm B : t1 = 55oC x1 = xo = 0,0194 (kg/kgkk) Vì nhiệt độ sấy lớn hon 1000C nên Pb1 =P Nên độ chứa ẩm x1 = 0,622 ϕ1 1 − ϕ1 ϕ1 = ⇒ = x1 . (0,622 + x1 ) 0,0193 = 0.03 (0,622 + 0,0193) Entanpi H1 = (1000 + 1,97.103.x1).t1 +2493. 103. x1 =(1000 + 1,97.103.0.0193).200 +2493. 103.0.0193 = 255.72 ,kJ/kg kkk không khí ở trạng thái B được đưa vào thiết bị sấy và thực hiện quá trình sấy lý thuyết (H1 = H2) trạng thái ổn định của đấu ra thiết bị sấy. t2 = 900C với H1 = H2= 255.72 ,kJ/kg kkk  4026, 42 pb2 = exp 12 − 235,5 + t2   4026, 42   = 0,6908 , bar ÷ = exp 12 − 235,5 + 90 ÷    H2 = (1000 + 1,97.103.x2).t2 +2493. 103. x2 ⇒ x2 = ϕ2 = H 2 − 1,004.t2 255.72 − 1,000.90 = = 0,0624 ,kg ẩm/kg kkk 2500 + 1,842.t2 2493 + 1,79.90 x2 .B 0,0624.0,981 = = 0,129 pb2 (0,622 + x2 ) 0,6908.(0,622 + 0,0624) 2 Bảng 1. trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết. Ñaïi löôïng Traïng thaùi khoâng Traïng thaùi khoâng khí Traïng thaùi khoâng khí ra khí ban ñaàu (A) vaøo thieát bò saáy (B) khoûi thieát bò saáy (C) t (oC)  (ñôn vò) x (kg/kgkk) H (kJ/kgkk) 30 0,7 0,0193 79,25 200 0,03 0,0193 255,72 90 0,129 0,0624 255,72 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Năng suất thiết bị tính thoe nhập liệu: G1 = G2 . - 1 − ω2 1 − 0,002 = 2000. = 2123, 4 1 − ω1 1 − 0,06 kg/h Löôïng aåm caàn taùch: W = G1 – G2 = 2123,4 – 2000 =123,4 kg/h - L= W 123, 4 = = 2863,11 x2 − x1 0,0624 − 0,0193 - l= Löôïng taùc nhaân khoâ caàn thieát: kg/h Löôïng taùc nhaân tieâu hao rieâng: L 1 1 = = = 23.20 W x2 − x1 0,0624 − 0,0193 kgkk/kg aåm 3 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Ta sấy theo phương pháp ngược chiều để quá trình truyền nhiệt là tốt nhất vì nhiệt dộ mà ta chọn sấy còn rất thấp so với nhiệt độ nóng chảy của muối Do quá trình sấy do nhiều yếu tố mà ta bị mất 1 lượng nhiệt vì thế ta có các loại nhiệt sau Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS = 0 Thiết bị sấy thùng quay không có thiết bị chuyển tải, QCT = 0 - Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:  - Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong carorife L(I1 – Io)  Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:  Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi: L(I2 – Io)  Nhiệt lượng thất thoát do cơ cấu bao che: Qm  Nhiệt lượng do vật liệu mang ra: G2.Cv2.tV2 3 Với o tv1 nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = to = 30oC o tv2 : nhiệt độ cuối của vật liệu sấy lấy bằng: tv2 = t1 – (5 10oC) = 200 –10= 190oC o Cv1 = Cv2 = Cv.nhiệt dung riêng của vật liệu sấy lấy ω2: Cv = Cvk(1-ω2) + Ca.ω2 ,kJ/kgoK ä Ca: nhiệt dung riêng của ẩm. Với ẩm là nước thì Ca = Cn = 4,18 kJ/kg.K ⇒ Cv = Cvk(1-ω2) + Ca.ω2 = 0,712.(1 - 0,002) + 4,18.0,002 - = 0,719 (kJ/kgoK) Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sấy: L(H2 –H1) + [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 = L(H2 – Ho) + Qm + G2.Cv2.tV2 Đặt: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra. Mặt khác: G2 = G1 – W - Cv1 = Cv2 = Cv Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực: - Q = L(H1 – Ho) = L(H2 – Ho) + Qm+ Qv - WCatv1 Nhiệt lượng tiêu hao riêng ( 1 kg lượng ẩm) q = l(H1 –Ho) = l(H2 – Ho) + qBC + qv – Catv1 trong đó: qm = Qm W ;  Q G C (t − t ) qv = v = 2 v v 2 v 1 W W Tổn thất do vật liệu sấy: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) =2000.0,719.(190– 30) =230080 (kJ/h) qv =  Qv 230080 = = 1864.51 (kJ/kg aåm) W 123.4 Nhiệt do vật liệu ẩm đưa vào WCatv1 = 123.4.4,18.(30 +273)= 156291,036 (kJ/h) 4 Ca.tv1 = 4,18.(30 + 273)=1266.54 (kJ/kg aåm)  Tổn thất cơ cấu bao che: Qm = (0,03  0,05).Qhi [14] Qhi : nhiệt hữu ích là nhiệt làm bay hơi lượng ẩm : Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)] Với: [8] o rtv1 :ẩn nhiệt hóa hơi của nước , rtv1 = 2500 kJ/kg o Ca nhiệt dung riêng của ẩm: Ca = Cpa = 1,9kJ/kg.K ⇒ ⇒ Qhi = 123,4.[2500 + 1,9.(90– 30)] = 322567,6 kJ/h Qm = 0,05.Qhi = 0,05. 322567,6 = 16128,38 kJ/h qm = Qm 16128,38 = = 130,7 kJ/kg aåm W 123, 4 - Đặt ∆ = Catv1 – qBC – qv :nhiệt lượng bổ sung cho quá trình sấy thực nó đặc trưng cho sự khác biet giữa sấy lý thuyết và sấy thực.  Vôùi quaù trình saáy lyù thuyeát: ∆ = 0 Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết Q = L(H2 – Ho) = 2863,11.(255,72 – 79,25) = 505281.653 kJ/h q = l(H2 –Ho) = 23,20.(255,72 – 79,25) = 4094,104 (kJ/kg aåm)  ∆ Vôùi quaù trình saáy thöïc teá: ∆ ≠ 0 = Catv1 – qBC – qv =1266,54 -1864,51- 130,7= -728,67(kJ/kg aåm) ∆ < 0 ⇒ Catv1 < qBC + qv ⇒ H2 < H1 ⇒ trạng thái tác nhân sấy đường H2 nằm dưới đường sấy lý thuyết điều này xảy ra là do có tổn thất nhiệt trong quá trình sấy. Từ đó ta xác dịnh các tính chất cùa tác nhân sấy ra khỏi thiết bị: I2 =Ií + ∆ l 5 Vì l chưa biết nên ta xác định x2 thông qua cân bằng nhiệt : x2 = = = C pk (t1 − t2 ) + xo (ií − ∆ ) (i2 − ∆ ) C pk (t1 − t2 ) + xo [(r + C pa t1 ) − ∆] [(r + C pa t2 ) − ∆] 1,000(200 − 90) + 0,0194.[(2500 + 1,9.200) − ( −728,67)] = 0,0529 [(2500 + 1,9.90) − (−728,67)] H2 = (1000 + 1,97.103.x2).t2 +2493. 103. x2 =(1000+1,97.103.0,0529).90+2493. 103.0,0529 = 231,259 kJ/kg kkk  4026, 42 pb2 = exp 12 − 235,5 + t2  ϕ2 =  4026, 42   = 0.6908 bar ÷ = exp 12 − 235,5 + 90 ÷    x2 .B 0,0529.0,981 = = 0,111 pb2 (0,622 + x2 ) 0,6908.(0,622 + 0,0529) Bảng 3:trạng thái của tác nhân trong quá trình sấy thực: Ñaïi löôïng t (oC)  (ñôn vò) x (kg/kgkk) H (kJ/kgkk) Traïng thaùi khoâng khí ban ñaàu (A) 27 0,7 0,0193 79,25 Traïng thaùi khoâng khí vaøo thieát bò saáy (B) 200 0,03 0,0193 255,72 Traïng thaùi khoâng khí ra khoûi thieát bò saáy (C’) 90 0,111 0,0529 231,259 6 7 - L= Đồ thị biểu diễn quá trình sấy Lượng tác nhân khô cần thiết W 123, 4 = = 3672,62 x2 − x1 0,0529 − 0,0193 kg/h Lượng nhiệt tiêu hao riêng: l= L 1 1 = = = 29,76 kg/kg aåm W x2 − x1 0,0529 − 0,0193 - Q Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực: = L(H2 –Ho) + Qm + Qv - WCatv1 = 3672,62.(231,259-79,25) + 728,67 =559000 Lượng nhiệt cung cấp riêng: q= kJ/h Q = 4530 kJ/kg aåm W - Hiệu suất sấy: 8 η= Qhi qhi 2614 = = = 0.577 Q q 4530 TÍNH THỜI GIAN SẤY Tính cường độ sấy - Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị: tk = t1 + t2 200 + 90 = = 145 oC 2 2 - ϕk = Ñoä aåm trung bình cuûa taùc nhaân saáy trong thieát bò saáy: ϕ1 + ϕ2 0,03 + 0,111 = = 0,0705 2 2 - Phaân aùp suaát baõo hoøa cuûa hôi nöôùc trong taùc nhaân saáy: 4026, 42  4026, 42    pb = exp 12 − = exp  12 − = 0,59216 bar ÷ 235,5 + t  235,5 + 145 ÷    - Khoái löôïng rieâng cuûa taùc nhaân: ρoTo  0,378.ϕ . pb  1− ÷ T  B  1, 293.273  0,378.0,0705.0,59216  = 1− = 0,8309kg / m3  ÷ (145 + 273)  0,981  ρk = Thời gian sấy: τ= 2 ρ v .β .(W1 − W2 ) A[200 − (W1 + W2 )] Với β là hệ số chứa đầy ,đối với thiết bị sấy ta chon thiết bị có cánh nâng và sấy ngược chiều ,ta chọn β =0,18 % Cường độ bay hơi A= 7,2 kg/m3h (sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) ⇒ τ= 2 ρ v .β .(W1 − W2 ) 2.1020.0,18.(6 − 0, 2) = = 1,5263 h A[200 − (W1 + W2 )] 7, 2.[200 − (6 + 0, 2)] Ta lấy thời gian sấy bằng với thời gian lưu của vật liệu trong thiết bị. τ=τ1 TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH - Thể tích thùng sấy: VT = W 123, 4 = = 17,14 (m3) A 7, 2 9 - Chọn đường kính thường theo tiêu chuẩn: DT = 1,6 m Chiều dài thùng: LT = 4VT 4.17,14 = = 8,53 (m) 2 π DT π .1,6 2 ⇒ Chọn LT = 9m LT 9 = = 5,625 DT 1,6 ⇒ thoûa ñieàu kieän LT = 3,5 ÷ 7 DT Khi đó thể tích thùng sấy VT = π DT2 π .1,62 .L = .9 = 18,086 (m3) 4 4 Thời gian lưu: Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng: τ1 = VT β .ρ v 18,068.0.18.1020 = = 1,562 h G1 2123, 4 Thời gian lưu của vật liệu đảm bảo được τ1 >= τ Tính tốc độ vòng quay của thùng sấy n= m.k1 .LT τ 1 .DT .tgα Trong đó: . k1 : hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu Trường hợp ta chọn sấy ngược chiều k1 = 0,5 2,0  Choïn k1 = 1 . m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng. Đối với cánh nâng, m = 0,5 Chọn góc nghiêng thùng 2,5  3 .chọn α = 3 ⇒ n= m.k1 .LT 0,5.1.9 = = 0,572 (vg/ph) τ 1 .DT .tgα 93,735.1,6.tg 3 Chọn vòng quay của thùng là 1 vòng. TÍNH VẬN TỐC DÒNG KHÍ: - Lưu lượng dòng khí : V= - V1 + V2 L 3672,62 = = = 4420,05 m3/h =1,23 m3/s 2 ρ k 0,8309 Tiết diện chảy của tác nhân 10 F = (1 − β ).FT = (1 − β ) - π DT2 π .1,62 = (1 − 0,18) = 1,648 m2 4 4 vận tốc tác nhân: V 1, 23 = = 0,746 m/s ( vận tốc khí này phù hợp khi tra F 1,648 vk = đồ thị vận tốc dòng khí phụ thuộc vào kích thước ở kỹ thuật sấy của Nguyễn Văn Lụa v tra =0,7 m/s) Mặt khác ta có : vk .π .1,62 4.V 4.1, 23 = V ⇒ vk = = = 0.612 m/s 2 4 π .1,6 π .1,62 Để đảm bảo ta chon vk =0,612 m/s . TÍNH BỀ DÀY CỦA THÙNG SẤY: Vật liệu sấy là vật liệu có độ ăn mòn hóa học cao và làm việc ở nhiệt độ cao vì thế chọn vật liệu 1X18H10T. Các thông số tính toán ,vì nhiệt độ làm việc do khí nóng mang vào nên nhiệt làm việc là 2500 C. Áp suất làm việc bằng với áp suất khí quyển p = 0,1.106 N/m2 = 0,1 N/mm2 Ứng suất tiêu chuẩn [δ∗]250= 128 N/mm2. Ta dự kiến làm lớp cách nhiệt đồng thời là môi trường ăn mòn nên giới hạn an toàn η=0,95. Ứng suất cho phép : [σ]=[δ∗]250. η=0,95.128=115,2 Ν/mm2 ϕη = 0,9 Hệ số mối hàn : - Ta có: [σ ] 115, 2 .φh = .0,9 = 1036,8 >> 25 p 0,1 Do đó bề dày than thùng: S′ = DT . p 1,6.0,1 = = 7,8.10−4 m 2[σ ].φh 2.115, 2.0,9 Hệ số bổ sung kích thước: C = C a + Cb + C c + Co Bảng : các hệ số bổ sung kích thước. STT Hệ số bổ sung kích thước Kí hiệu Giá trị (mm) Ghi chuù 11 1 Hệ số bổ sung do an mòn hóa học Ca 2 Ñoái vôùi vaät lieäu beàn trong moâi tröôøng coù ñoä aên moøn hoùa hoïc khoâng lôùn hôn 0,05 mm/naêm. Do nguyeân lieäu laø caùc haït raén chuyeån ñoäng, va ñaäp trong thieát bò. Giaù trò C b choïn theo thöïc nghieäm. Phụ thuộc vào chiều dày tấm thép làm thùng với vật liệu của ta chon 4 mm ( bảng XIII.9 sổ tay QT&TB tập 2) Hệ số bổ sung Cb 1 do ăn mòn cơ học Hệ số bổ sung 3 do sai lệch khi Cc 0,4 chế tạo Hệ số qui tròn 4 Co Chọn 2,82 kích thước - Bề dày thực của thùng: S = S’ + C = 0,78 + 2 + 1 + 0,4 + 2,82 = 7 mm. - Kiềm tra : 2 S − Ca 7 − 2 = = 0,00312 << 0,1 DT 1600  thỏa điều kiện S −Ca < 0,1 DT - Ứng suất lớn nhất cho phép của thiết bị: [ p] = 2[σ ].φh .( S − Ca ) 2.115, 2.0,9.(7 − 2) = = 0,646 N/mm2 DT + ( S − Ca ) 1600 + (7 − 2) Vậy với bề dày thiết kế thì phù hợp do [p]>p TÍNH BỀ DÀY CÁCH NHIỆT : Nhằm tránh mất mát nhiệt và đảm bảo an toàn cho người vận hành ta nên làm thêm phầm cách nhiệt. Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt k: 12 1 2 3 1 : bề dày thân thùng. 2 : bề dày lớp cách nhiệt. 3 : bề dày lớp bảo vệ. Ta có qm = qxq là lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh khi bay hơi 1 kg ẩm. pm = qxq = ⇒K= K .F .∆ttb W W .qxq F .∆ttb - Bề mặt truyền nhiệt F: Dtb = DT + Dng 2 = 1,6 + 1,607 = 1,6035 m 2 Tổng bề mặt truyền nhiệt: π .Dtb2 4 π .1,60352 = π .1,6035.9 + 2. = 49,35m 2 4 F = π .Dtb .LT + 2. Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài: - Gọi . t1đ t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy. T1đ = t1 = 2000 C tc1 = t2 = 90oC - . t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 30oC Hiệu số lưu chất của dòng vào và ra của dòng tác chất 13 ∆tñ = t1đ – t2đ =200 – 30 = 170 oC ∆tc = t1c – t2c = 90 – 30 = 60 oC ⇒ ∆ttb = ∆td − ∆tc 170 − 60 = = 105,62 o ∆td 170 C ln ln 60 ∆tc ⇒K= - W .q xq F .∆ttb = 123, 4.130,7 = 3.09 W/m2.K 49,35.105,62 Mặt khác: K= 1 δ 1 1 +∑ i + α1 i =1 λi α 2 3 α1 : hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thiết bị. α2 : hệ số cấp nhiết từ thành ngoài thùng vào môi trường xung quanh. δi : bề dày của vật liệu lần lượt , bầ dày thùng, bề dày lớp cách nhiệt, bề dày lớp bảo vệ. λi : hệ số dẩn nhiệt của các vật liệu. Để đảm bảo được năng suất ta phải chọn bề dày lớp cách nhiệt và vật liệu cách nhiệt sao cho phù hợp. Ta chọn như sau: STT Đại lượng 1 Bể dày thùng Bề dày lớp cách nhiệt 1 0,0035 2 0,001 Bề dày lớp bảo vệ 3 0,001 2 3 Kí hiệu Giá trị (m) Vật liệu 1X18H10T Bong thủy tinh CT3 Hệ số dẫn nhiệt  (W/mK) 16,3 0,05 50 Tính toán các hệ số cấp nhiệt: • Tính toán hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành của thiết bị α 1. STT 1 2 3 Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy: Thông số Kí hiệu Đơn vị Vận tốc m/s vk o Nhiệt độ trung bình C tk Hệ số dẫn nhiệt W/m.oK k Giá trị 0,612 145 0,03854 14 4 5 6 Ns/m2 k kg/m3 k m2/s k Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị: Chuẩn số Reynolds: Dộ nhớt Khối lượng riêng Độ nhớt động học Re = 1,7802.10-5 0,8309 2,2145.10-5 vk DT 0,612.1,6 = = 0, 44218.105 −5 νk 2, 2145.10 Re> 104 dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. quá trình truyền nhiệt trong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy rối, và quá trình truyền nhiệt là do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống L < 50 . D Chuẩn số Nusselt: Nu = 0,018. εl.Re0,8   trong đó : ε l = f  Re, L  D Vôùi: Re =0,44218.105  εl = 1,135 (sổ tay tập 1) L = 5,625 D ⇒ Nu = 0,018.1,135.(0,44218.105)0,8 = 106,35 Hệ số cấp nhiệt α1: α1 = Nu.λk 106,35.0,03854 = = 2,56 W/m2.K DT 1,6 • Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α 2: Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và bức xạ nhiệt Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α ’2: do góc nghiêng hok lớn nên ta coi thiết bị là ống đặt nằm ngang, ta lấy nhiệt độ trung bình ngoài thiết bị. bảng thông số không khí ngoài ống: STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 15 1 2 3 4 5 6 o to C 300C o W/m. K o 0,02674 2 Ns/m o 1,9302.10-5 bar pb 0,0422 3 kg/m 0 1,1889 2 m /s 0 16,235.10-6 Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng tw4 = 400 C , để đảm bảo an toàn cho nguoi vận hành. Đường kính ngoài của thùng sấy: Nhiệt độ Hệ số dẫn nhiệt Độ nhớt Áp suất hơi bão hòa Khối lượng riêng Độ nhớt động học Dng = Dtr + 2.( 1 + 2 + 3) = 1,6 + 2.( 0,0035 + 0,001 + 0,001 ) =1,611 m Chuẩn số Grashof: Gr = 3 g .Dng .β .∆T ν o2 = 3 g.Dng .∆T ν o2T = 3 g.Dng .(t w 4 − to ) ν o2 (to + 273) 9,81.1,6113.(40 − 30) = = 5,136.109 −5 2 (1,6235.10 ) .(30 + 273) Chuẩn số Nuselt: Nu = 0,47.Gr0,25 = 0,47.(5,136.109)0,25 = 125,82 Hệ số cấp nhiệt α’2: α 2′ = Nu.λo 125,82.0,02674 = = 2,088 W/m2K Dng 1,611 Hệ số cấp nhiệt do bức xạ α 2’’:  T  4  T  4   1  −  2    100   100   Q bx α 2′′ = = 5,7.ε1−2 .  F (T 1 − T 2 ) (T 1 − T 2 ) ( sổ tay tập 1) Trong đó . Qbx :nhiệt trao đổi bức xạ ,W . F :bề mặt bức xạ, m2 . T1 : nhiệt độ của vật thể nóng, oK , T1 = Tw4 . T2 : nhiệt độ của vật thể nguội bao quanh thùng, oK , T2 = To = 30 . ε1−2 : ñộ đen của hệ. Đối với bực xạ giữa khí và vật thể , thì bầ mặt khí lớn hơn bề mặt vật thể nên coi độ đen là độ đen của vật thểå: ε1-2 ≈ ε1 = 0,8  1 chọn ε1-2 = 0,8. 16  T1  4  T2  4   ÷ − ÷ Qbx  100   100   α 2′′ = = 5,7.ε1− 2 . F (T1 − T2 ) (T1 − T2 )  40 + 273  4  30 + 273  4   ÷ − ÷  100   100   = 5,7.0,8. = 5,33W / m 2 .K (40 − 30) Hệ số cấp nhiệt chung là: α2 = α’2 +α2’’ = 2,088 + 5,33 = 7,42 W/m2.K • Tính hệ số truyền nhiệt Ktt: K tt = = 1 δ 1 1 +∑ i + α1 i =1 λi α 2 3 1 = 1,83W/m 2 .K 1 0,0035 0,001 0,001 1 + + + + 2,56 16,3 0,05 50 7, 42 Vì hệ số Ktt < K nên lớp cách nhiệt ta chọn rất thỏa mãn. TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY: Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp vật liệu nằm trên cánh và tren mặt thùng sấy mà còn di qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và cánh từ trên xuống. Do đó trở lực tác nhân sấy tính theo công thức thực nghiệm. - Chuẩn số Reynolds vk .d .ρ k 0,612.0.5.10−3 Re = = = 13,82 µk 2, 2145.10−5 - Khối lượng riêng dẫn xuất chuyển động trong thùng sấy: 0, 25.(G1 + G2 ).β 0,75.2.V 0, 25.(2123.4 + 2000).0, 2 = = 7,6kg / m3 0,75.2.18,086 ρ dx = - Trở lực dòng tác nhân di qua lớp vật liệu sấy: a.L .v k2 . ρk .C ∆Phaït = ,mmH2O 2.g .d 17 Trong đó:  a :hệ số thủy động 490 100 + Re Re 490 100 = 5,85 + + = 68, 2 13,82 13,82 a = 5,85 +  C :hệ số đặc trung cho độ chặt của lớp hạt C = vôùi : 1 −ζ ζ2 ζ = C=  ρ v − ρ dx 1020 − 7,6 = = 0,9925 ρv 1020 1 − ζ 1 − 0,9925 = = 0,00756 ζ2 0,99252 ∆Phaït = = a.L.vk2 .ρ k .C 2.g .d 68, 2.9.0,6122.0,8309.0,00756 2.10.0,5.10−3 = 144, 41(mmH 2 O ) = 1444( N / m 2 ) THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG: Công suất của thùng quay: - Coâng suaát caàn thieát ñeå quay thuøng: N = 0,0013.DT2.LT.α.n.ρ vôùi: ,kW . DT : ñöôøng kính trong cuûa thuøng, DT = 1,6m. . LT : chieàu daøi thuøng, LT =9m. . α : heä soá phuï thuoäc vaøo daïng caùnh. Vôùi caùnh naâng, heä soá chöùa ñaày β = 0,2 thì α = 0,063 (Baûng VII.5, [1]). . n : toác ñoä quay cuûa thuøng, n = 1 vg/ph. . ρ : khoái löôïng rieâng xoáp cuûa vaät lieäu, ρ =1020kg/m3 N = 0,0013.DT2.LT.α.n.ρ  = 0,0013.1,62.9.0,063.1.1020 = 1,92 kW - Choïn ñoäng cô 3K132M8, coù caùc ñaëc tính: . Coâng suaát ñoäng cô: Nñc =3kW . Vaän toác quay: nñc = 730 vg/ph . Hieäu suaát: η = 80% 18 . Heä soá coâng suaát: cosϕ = 0,74 Coâng suaát laøm vieâc cuûa ñoäng cô: Nlv = Nñc.η = 3.0,8 = 2,4 kW  thoûa ñieàu kieän Nlv > N caàn thieát ñeå quay thuøng. Chọn tỉ số truyền động: Tyû soá truyeàn chung cuûa toaøn boä heä thoáng: - ic = nñc nthuøng = 730 = 730 1 Do tyû soá truyeàn quaù lôùn neân phaûi söû duïng heä thoáng truyeàn ñoäng giaûm toác cho thuøng. Söû duïng boä phaän giaûm toác 2 caáp kieåu truïc vít – baùnh raêng. Heä thoáng truyeàn ñoäng nhö sau: truïc ñoäng cô noái thaúng vôùi truïc vít, truïc vít naøy truyeàn ñoäng qua baùnh vít (giaûm caáp i01), töø baùnh vít qua baùnh raêng nhoû cuûa hoäp giaûm toác, roài qua baùnh raêng lôùn (giaûm caáp i12), sau ñoù ra khoûi hoäp giaûm toác, truyeàn qua tang daãn ñoäng vaø ñeán thuøng qua baùnh raêng lôùn gaén vaøo thuøng (giaûm caáp i23). I II III Ñoäng cô Sô ñoà heä thoáng truyeàn ñoäng cho thuøng : Sô ñoà heä thoáng truyeàn ñoäng - Choïn tyû soá truyeàn: . i23 = 6 . i12 = 4 . i01 = - Vaän toác quay: nj-1 = ij-1,j . nj - vg/ph Coâng suaát: Nj = Nj-1 . ηj-1,j vôùi: ic 730 = = 30, 42 i12 .i23 4.6 kW . Hieäu suaát h cuûa boä truyeàn baùnh raêng truï hôû: hbr = 0,93 – 0,95  Choïn hbr = 0,93. . Hieäu suaát cuûa boä truyeàn baùnh raêng truï ñöôïc che kín (trong hoäp giaûm toác): hbr’ = 0,96 – 0,98  Choïn hbr’ = 0,96. 19 . Hieäu suaát cuûa boä truyeàn truïc vít: ηtrv = ηñc 0,8 = = 0,896 0,93.0,96 ηbr .ηbr' Baûng 1: Baûng sô ñoà truyeàn ñoäng Truïc Thoâng soá Ñoäng cô Truïc I Tyû soá truyeàn i 30,42 Vaän toác quay n (vg/ph) 730 24 Coâng suaát N (kW) 2,688 2,15 CHỌN KÍCH THƯỚC CÁNH THÙNG: Ta sử dụng vật liệu làm cánh thùng la 1X18H10T sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trưng sau: - Hệ số chứa đầy β=0,18 - Góc gấp của cánh ∆ϕ = 140o - F h = 0,576 , c2 = 0,122 DT DT vôùi: Truïc II 4 Truïc III 6 6 2,064 1 1,92 . h: chieàu cao rôi trung bình cuûa haït vaät lieäu . DT : ñöôøng kính thuøng . Fc : beà maët chöùa vaät lieäu cuûa caùnh.  Fc = 0,122.DT2 = 0,122.1,62 = 0,312 (m2) - Choïn: . Chieàu roäng caùnh: b =190 mm . Chieàu cao caùnh: d = 80 mm . Chieàu daøi caùnh: l = Fc 0,312 = = 0,932m b + d 0,155 + 0,18 . Chieàu daøy caùnh: δ = 5mm . Soá caùnh treân moät maët caét :8 caùnh.  Vôùi chieàu daøi thuøng saáy LT = 9m ta laép 9 ñoaïn caùnh doïc theo chieàu daøi thuøng, ôû ñaàu nhaäp lieäu cuûa thuøng laép caùnh xoaén ñeå daãn vaät lieäu vaøo thuøng, vôùi chieàu daøi 0,3m. - Tyû leä chöùa ñaày vaät lieäu trong thuøng: F β = cd F1 F1 : tieát dieän ngang cuûa thuøng 20