Tài liệu Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi để sấy ngô với công suất 550kgh

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN Thiết kế hệ thống thiết bị sấy tầng sôi dùng để sấy ngô. Các số liệu ban đầu:  Năng suất thiết bị sấy: G2 = 550 kg/h  Nhiệt độ không khí trước khi vào calorife: to = 20oC  Độ ẩm tương đối: 0 =85%  Độ ẩm của vật liệu sấy: W1 =35%; W2 = 15%.  Nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t1 = 85oC  Nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t2 =45oC GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 1 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU Mục lục PHẦN 1: MỞ ĐẦU............................................................................................................................1 PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................................................23 2.1 Phần 5.TÍNH THIẾT BỊ PHỤ..............................................................................................................25 5.1 Cyclon........................................................................................................................................25 5.2. Tính quạt...................................................................................................................................26 GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 2 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN PHẦN I : MỞ ĐẦU Trong công nghiệp sản xuất và chế biến nguyên liệu, luôn có những yêu cầu về sấy vật liệu ẩm. Đặc biệt các thiết bị sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghệ sấy. Trên thế giới, thì kỹ thuật sấy trở thành một ngành khoa học và phát triển từ những năm 50 của thế kỉ XX. Nhờ các thành tựu khoa học nói chung, kỹ thuật sấy nói chung, chúng ta đã giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy cho các ngành công nghiệp cũng như nông nghiệp. Đặc biệt là kỹ thuật sấy các nông sản với quy mô công nghiệp làm phong phú các mặt hàng nông sản. Là một quốc gia nằm trong vùng nhiệt đới, Việt Nam có những sản phẩm từ nông ngành nông nghiệp vô cùng phong phú như lúa gạo, ngô, khoai, sắn, đậu, lạc…vv. Để bảo quản các nông sản khỏi bị hỏng thì cần sử dụng các thiết bị sấy tương ứng với các phương pháp sấy khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu và các chế độ sấy. Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta, các thiết bị sấy có hiệu quả cao chủ yếu được nhập khẩu với giá thành cao nên chi phí sản suất lớn dẫn tới các mặt hàng nông sản mang suất khẩu thị trường nước ngoài không thu được nhiều lợi nhuận. Chính vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế các thiết bị sấy có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm, việc sử dụng hợp lí nhiên liệu, góp phần làm giảm chi phí và tăng thời gian bảo quản dẫn tới làm giảm giá thành nông sản. GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 3 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN PHẦN 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 : ĐỊNH NGHĨA VỀ SẤY VÀ MỤC ĐÍCH CỦA SẤY  Định nghĩa: Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. kết quả của quá trình là hàm lượng chất khô của vật liệu tăng lên.  Mục đích của sấy: - Nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm, tránh bị phân hủy - Giảm độ kết dính, đóng cục ở các vật liệu dạng bột. - Tăng khả năng dẫn nhiệt ( đối với than củi, than quặng, khoáng sản..) - Tăng độ bền. - Chống ăn mòn …  Nguyên tắc của quá trình sấy: Cung cấp năng lượng nhiệt nhằm biến đổi trạng thái pha của chất lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế được mô tả bằng 4 quá trình sau:  Cấp nhiệt vào bề mặt vật liệu  Dòng nhiệt từ bề mặt dẫn vào trong vật liệu.  Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển ra ngoài bề mặt.  Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu đi vào môi trường xung quanh. 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY Quá trình sấy có thể tiến hành bằng nhiều cách: có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng mặt trời, năng lượng gió… ( hay còn gọi là quá trình phơi khô) Áp dụng ở các hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ cho năng suất thấp; sấy nhân tạo, áp dụng trong các ngành công nghiệp cho năng suất cao.Tùy theo cách thức truyền nhiệt, trong kỹ thuật sấy chia ra như sau: - Sấy đối lưu: là phương pháp cho không khí nóng khói lò (tác nhân sấy), tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy. - Sấy tiếp xúc : là phương pháp không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt gián tiếp cho vật liệu sấy thông qua một vách ngăn. - Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng cảu tia hồng ngoại mang năng lượng nhiệt truyền cho vật liệu sấy. GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 4 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN - Sấy bằng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của khối vật liệu sấy. - Sấy thăng hoa:là phương pháp sấy trong môi trường có áp suất dư âm ( độ chân không cao) và nhiệt độ thấp, ẩm sẽ đóng băng sau đó thăng hoa thành dạng đi ra khỏi vật liệu nhờ chênh lệch áp suất. Trong công nghiệp, chủ yếu là dùng hai phương pháp đầu, ba phương pháp cuối ít được sử dụng và còn được gọi là phương pháp đặc biệt. 2.3 CÁC THIẾT BỊ SẤY Dựa vào các phương pháp sấy, trong kỹ thuật sấy có các thiết bị sấy như sau: 2.3.1 Thiết bị sấy đối lưu Thiết bị sử dụng phương pháp sấy đối lưu. Đây là phương pháp sấy thông dụng nhất. Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun… 2.3.2 Thiết bị sấy tiếp xúc Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, gồm 2 kiểu: 1. Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lò quay 2. Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng . 2.3.3 Thiết bị sấy bức xạ Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ. Thiết bị sấy này dùng thích hợp với một số loại sản phẩm. 2.3.4 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần 2.3.5 Thiết bị sấy thăng hoa. Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa. Việc thải ẩm sử dụng hút chân không kết hợp với bình ngưng tụ ẩm. 2.3.6 Thiết bị sấy chân không thông thường Thiết bị này sử dụng các thải ẩm bằng máy hút chân không. Do buồng sấy có chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật ẩm GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 5 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN bằng bức xạ hay dẫn nhiệt… Các thiết bị sấy dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp chế biến gỗ, chế biến lâm sản, lương thực thực phẩm, hải thủy sản, lượng thực, y tế, công nghiệp khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,… Các thiết bị sấy phổ biến như:       Thiết bị sấy tầng sôi Thiết bị sấy thùng quay Thiết bị sấy phun Thiết bị sấy thăng hoa Lò điện Thiết bị sấy kiểu ống khí động dùng để sấy cát. Trong đồ án, em sẽ trình bày nội dung liên quan đến thiết bị sấy tầng sôi. 2.3.7 Giới thiệu về thiết bị sấy tầng sôi: Một trong những phương thức của sấy đối lưu là sấy tầng sôi, đây cũng là phương thức sấy phổ biến để sấy nông sản. Sấy tầng sôi là một trong những thiết bị sấy tân tiến nhất. Quá trình sấy trong lớp sôi bề mặt tiếp xúc pha là lớn nhất, vật liệu được khuấy trộn một cách mãnh liệt, nên cường độ sấy rất cao và sấy đồng đều.  Đặc điểm cấu tạo: GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 6 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN Hình 1 : Thiết bị sấy tầng sôi trongthực tế  Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: + Cường độ sấy lớn + Năng suất cao. + Cấu tạo đơn giản, sấy đồng đều. + Có thể cơ khí hóa và tự động hóa hoàn toàn. - Nhược điểm: + Chế độ làm việc khó khống chế. + Tạo bụi trong quá trình sấy. + Vật liệu có thể bị vỡ khi bị đỏa trộn mạnh. + Tốn năng lượng cho các thiết bị thu hồi. 2.3.8: Đặc tính của vật liệu sấy: Ngô Ngô cây lương thực quan trọng trên toàn thế giới bên cạnh lúa mỳ và lúa gạo. Ở các nước Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lương thực chính cho người với phương thức rất đa dạng theo vùng địa lý và tập quán mỗi nơi. Tại Việt Nam, ở những vùng miền núi, vùng khó khăn, đồng bào các dân tộc thiểu số vẫn còn tập quán sử dụng ngô làm lương thực chính.Thống kê của tổ chức lương thực thế giới (FAO) về ngô như sau : Năm Diện tích (1000 ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (1000 tấn) 1961 104.800 2,0 204.200 2004 145.000 4,9 714.800 2005 145.600 4,8 696.300 2006 148.600 4,7 704.200 2007 158.000 5,0 791.794 2008 160.815 5,1 826.718 2009 158.629 5,2 818.823 Bảng 2.1 : Diện tích, năng suất, sản lượng ngô trên thế giới ( FAO – 2010) GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 7 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN Ở nước ta, ngô là cây lương thực quan trọng thứ 2 sau lúa nước, nhưng cho đến cuối những năm 1970 năng suất ngô Việt Nam chỉ đạt chưa đến 10 tạ/ha (chưa bằng 30% năng suất trung bình thế giới) do trồng các giống ngô địa phương với kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ giữa những năm 1980, nhờ hợp tác với Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế, nhiều giống ngô cải tiến đã được trồng ở nước ta, góp phần đưa năng suất tăng lên gần đạt 15 tạ/ha vào đầu những năm 1990. Năm 1961 1975 1990 1995 1997 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Diện tích (1000 ha) 229,2 267,0 432,0 556,8 662,9 730,2 729,5 816,0 912,7 991,1 1.052,6 1.033,1 1.096,1 1.125,9 1.086,8 Năng suất (tạ/ha) 11,4 10,5 15,5 21,1 24,9 27,5 29,6 30,8 34,4 34,6 36,0 37,3 39,3 40,2 40,8 Sản lượng (1000 tấn) 260,1 280,6 671,0 1.174,9 1.650,6 2.005,9 2.161,7 2.511,2 3.136,3 3.430,9 3.787,1 3.854,6 4.303,2 4.531,2 4.431,8 Bảng 2.2. Sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 1961 đến những năm gần đây (Nguồn : Cục thống kê Việt Nam - 2010) Dưới đây là một số nội dung nghiên cứu về cây ngô và hạt ngô :  Đặc điểm cấu tạo, tính chất về ngô Các cơ quan sinh dưỡng ngô gồm: rễ, than, lá nhiệm vụ duy trì đời sống của cây. Phôi và hạt là khởi thủy cây mầm. Các cơ quan sinh sản đực (bông cờ), cái( mầm ngô) khác nhau nhưng trên cùng một cây. Ngô giao phấn chéo nhờ gió và côn trùng. GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 8 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN Khi thu hoạch, con người sử dụng hạt ngô là thực phẩm, hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phận chính: vỏ hat, lớp aleron, phôi và nội nhũ.  Vỏ hạt (6-9% khối lượng hạt ngô) là màng nhẵn bao bọc xung quanh hạt có màu trắng, màu tím và vàng tùy thuộc vào giống.  Lớp aleron (6-8% khối lượng hạt ngô) nằm sau vỏ hạt bao bọc lấy nội nhũ và phôi.  Nội nhũ (70-85% khối lượng hạt ngô) là bọ phận chính chứa đầy các chất dinh dưỡng để nuôi phôi. Nội nhũ chứa tinh bột. Tinh bột nội nhũ gồm 3 loại: bột, sừng và pha lê, đặc điểm và màu sắc nội nhuxlaf căn cứ phân loại ngô.  Phôi (8-15% khối lượng hạt ngô) bao gồm lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm. Phôi ngô chiếm gần 1/3 thể tích hạt, bao quanh ngô có lớp tế bào xốp giúp cho vận chuyển nước vào phôi và ngược lại thuận lợi.  Thành phần hóa học và có trong hạt ngô. Thành phần hóa học ( % khối lượng) Ngô nếp Ngô đá vàng Nước 14,67 13,65 Chất đạm 9,19 9,17 Chất béo 5,18 5,14 Tinh bột 65,34 67,02 Xơ 3,25 3,61 Chất khoáng 1,32 1,32 Sinh tố 0,08 0,05 Các chất khác 0,40 0,30 Bảng 3.3 : Thành phần hóa học của hạt ngô  Ứng dụng của hạt ngô PHẦN 3: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1 SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ ( Vẽ trên khổ giấy A3) 3.2: THUYẾT MINH SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 9 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN PHẦN 4: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 4.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU  Dùng các kí hiệu như sau:  G1: Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy  G2: Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy.  w1,w2: Độ ảm ban đầu và cuối của vật liệu( tính theo khối lượng) ,%  W: Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy, kg/h.  Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối.  Tính toán cân bằng vật liệu Theo phương trình cân bằng vật liệu ta có: Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy: G1 = G2 100−w2 100−15 = 550 = 719,23 kg/h 100−35 100−w2 Suy ra: W= 719,23 -550 = 169,23 kg/h Và lượng vật liệu khô tuyệt đối : Gk = G 2 100−w 2 100−15 = 550 = 467,5 kg/h. 100 100 4.2 QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT Các thông số của quá trình sấy:  I: Ethanpy, kJ/kgkkk  t: Nhiệt độ, oc  x: Hàm ẩm, kg/kgkkk  : Độ ẩm tương đối, % khối lượng.  Thông số của tác nhân sấy (I0, x0, t0 và 0) Ta có: - Ethanpy được tính bằng công thức: I0 = 1,004.t0 + x0( 2500 + 1,842.t0 ) ( 2.18 – TL2/T.16) Với hàm ẩm của không khí là : x 0 = 0,621 Pb h .❑0 ( 2.15 – TL2/T.16 ) P−Pb h .❑0 0 0 từ thông số ban đầu : t0 = 20oc, ❑0= 85% Áp suất hơi nước bão hòa tại t 0 = 20oC được tính bằng: ( Pbh = exp 12− 0 4026,42 235,5+t 0 ( 2.11 -TL2/T.25) ) GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 10 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ( = exp 12− ĐỒ ÁN MÔN 4026,42 = 0,02331 bar 235,5+20 ) Áp suất chung lấy giá trị là P = 745 mmHg = Vậy x 0= 0,621 745 = 0,9933 bar. 750 0,02331. 0,85 = 0,01264 kg/kgkkk 0,9933−0,85 . 0,02331 Từ đó suy ra : I0 = 1,004.20 + 0,01264.(2500 + 1,842.20) = 52,146 kJ/kgkkk Nên nhiệt dung riêng của không khí ẩm khi có hàm ẩm là x0 bằng: Ckk = Ckkk – Ch x 0 = 1,004 + 1,842. 0,01264 = 1024,9 J/kgoc = 1,02728 kJ/kgoC Trong đó : Ckkk là Nhiệt dung của không khí khô, lấy bằng 1,004 kJ/ kgoc Ch là Nhiệt dung riêng của hơi nước, lấy bằng 1,842 J/kgoc. Thông số của không khí ở calorife (I1, x 1, t1 và 1)  Quá trình gia nhiệt trong calorife là quá trình có x= const nên x 0= x 1= 0,01264 kgẩm /kgkkk - Ethanpy : I1 = 1,004.t1 + x1( 2500 + 1,842.t1 ) = 1,004.85 + 0,01264.(2500 + 1,842.85) = 118,919 kJ/kgkkk - Áp suất hơi nước bão hòa ứng với nhiệt độ t1 = 85oC là: ( Pbh = exp 12− 1 Khi đó 1 = 4026,42 4026,42 Pbh = exp 12− = = 0,56954 bar 235,5+t 1 235,5+85 ) ( 1 ) x1 P 0,01264 .0,9933 =¿ 0,0348 ≈ 3,5% = ( 0,621+ 0,01264 ) .0,56954 ( 0,621+ x 1) Pbh 1  Thông số của tác nhân sấy sau buồng sấy (I2, x 2, t2 và 2) - Đối với máy sấy lý thuyết thì I1 = I2 = 118,919 kJ/kgkkk - Độ chứa ẩm x2 có thể tính theo công thức : x2 = I 2−1,004 t 2 (2.19 – TL2/ T.15) 2500+1,842t 2 118,919−1,004.45 = 0,02855 kgẩm / kgkkk 2500+1.842.45 = - Tính độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sau quá trình sấyφ 2: ở t2 = 45oc, áp suất hơi nước bão hòa là : ( Pbh = exp 12− 2 Vậy 2 = 4026,42 Pbh = exp 12− 4026,42 = 0,09495 bar = 235,5+t 2 235,5+ 45 ) ( 2 ) x2 P 0,02855 . 0,9933 = = 0,462 = 46,2 % ( 0,621+ x 2) Pb h 2 ( 0,621+ 0,02855 ) .0,09495 GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 11 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN 4.2.3 Lượng không khí lý thuyết - Lượng không khí khô tiêu tốn riêng cho 1kg ẩm bốc hơi là : 1 l0 = x −x 2 1 = ( 7.30- TL/T.290) 1 = 62,85 kgkk/ kgam 0,02855−0,01264 - Lượng không khí tiêu tốn chung: W L0 = x −x = Wl0 2 1 ( 7.29- TL/T.290) = 169,23 . 62,85 = 10636.11 (kgkk/ h)  Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I – x  Dựng các trục I, x, các đường nhiệt độ. - Dựng trục tung là I ( kcal/ kgk kk). - Dựng trục x ( kgẩm/ kgkkk ) hợp với trục I một góc bằng 135o. - Vẽ các đường I0, I1 và I2 song song với trục x. - Trên trục tung, vẽ các đường đẳng nhiệt t0, t1 và t2. Các đường này tạo với trục một góc nhất định và chúng có đọ dốc tăng dần khi nhiệt độ tăng.  Biểu diễn các trạng thái: - Trạng thái đầu tiên của không khí được xác định bởi điểm A( x0 , t0 ) - Không khí bắt đầu đi vào calorife, đốt nóng không khí thì nhiệt độ tăng từ t 0 lên t1 và hàm ẩm x = const (x0 = x1). - Sau khi không khí ra khỏi calorife, trạng thái được xác định bởi điểm B(x1 , t1) - Đoạn thẳng AB biểu diễn giai đoạn đốt nóng không khí trong calorife. - Điểm C( x2 , t2) biểu diễn trạng thái cuối của không khí trong quá trình sấy lí thuyết, C nằm trên đường I1 ( vì I1 = I2) - Như vậy, đường gấp khúc ABC biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên đồ thi I – x. 4.3 QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 4.3.1 Các thông số của quá trình sấy thực  Thông số của không khí: Như đã tính ở phần lí thuyết, không khí là tác nhân sấy đi vào :  Nhiệt độ t0 = 20oC  Độ ẩm 0 = 85 % GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 12 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA     ĐỒ ÁN MÔN Nhiệt dung riêng của không khí ẩm : Ckk = 1,025 kJ/kgoC Ethanpy : I0 = 52,146 kJ/kgkkk. Độ chứa ẩm: x0 = 0,01264 kg/kgkkk Áp suất hơi nước bão hòa ở 20oC : Pb = 0,02331 bar  Áp suất chung : B = 745 = 0.9933 bar. 750  Thông số của vật liệu sấy:  Các kích thước của ngô: tra phụ lục 7 (trang 351/tài liệu [2])  Dài: l = 12 mm  Rộng: a= 7mm  Dày: b= 5 mm  Nhiệt dung riêng: C = 1,55 (KJ/Kg)  Khối lượng riêng rắn: v = 1300 Kg/m3  Hệ số hình dạng : dtd= 0,0075 (m). 4.3.2 Tính các đại lượng cần thiết  Tốc độ làm việc tối ưu: - Trước tiên, cần tính chuẩn số Fe: Fe = d tđ √ 3 4 g(❑v −❑k ) 2 3❑k ❑k Ở điều kiện t = 0,5(t1 + t2) = 0,5(85+ 45)= 65oC, tra phụ lục tài liệu ta được các thông số như sau : k = 19,75.10-6 m2/s ❑k = 1,037 kg/m3 √ Vậy Fe = 0,0075 . 3 4 .9,81(1300−1.037) 3.(19,75 . 10−6 )2 . 1,037 = 260,71 - Lấy tốc độ làm việc theo tiêu chuẩn : Re = 0,5(0,19 + 0,258)Re1,56 ( 12.18- TL2) = 0,5(0,19 + 0,258) .260,711,56 = 1316,6 ℜt ❑k Do đó : wt = d = tđ −6 1316,6 .19,75 . 10 0,0075 = 3,467 m/s  Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao: - Diện tích FG và chiều cao vật liệu sấy sẽ được tính chính xác khi tính được lương tác nhân sấy thực tế. Tính đến diện tích chiếm chỗ của lưới thép, lấy sơ bộ diện tích ghi bằng 1,2 – 1,5 . Diện tích ghi tính theo lượng tác nhân sấy lý thuyết. Vậy ta có: FG = 1,2 L0 1,2 .10656,4 = = 0,99 ≈ 1 m2 3600. wt ❑k 3600. 3,467 .1,037 GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 13 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN Vậy đường kính ghi sơ bộ : D= √ 4 FG = π √ 4 .1 = 1,128 m π - Chiều cao lớp hạt nằm trên ghi, chọn sơ bộ H = 0,25m. Để bố trí phếu đưa vật liệu sấy vào và ra buồng sấy, chọn chiều cao buồng sấy H b = 4.H = 4.0,25 = 1 m. Cũng như diện tích ghi lò chiều cao H sẽ được tính toán khi tính xong quá trình sấy thực. - Như vậy diện tích bao quanh buồng sấy bằng: F = FG+ π D.Hb = 1+ π 1,128.1 = 4,54 m2  Tổn thất nhiệt ra môi trường:  TBS là một hình trụ tròn bằng thép có δ = 0,01, hệ số dẫn nhiệt  = 71.58(w/m.K) Và nhiệt độ ngoài môi trường t0 = 200C tốc độ trao đổi nhiệt wt = 3,467 (m/s) Nhiệt độ trung bình của TNS ttb = (85+45)0,5 = 650C Chạy chương trình tổn thất nhiệt viết trong ngôn ngữ psscal. Ta được: tw1= 55,3619: Nhiệt độ mặt trong của buồng sấy. tw2 = 55,334150C : Nhiệt độ măt ngoài của buồng sấy. Để tính tổn thất nhiệt , ta cần tính các thông số : α 1 - Hệ số cấp nhiệt ở mặt trong của buồng sấy với tốc độ của TNS là w t được tính như sau : α 1 = 6,15 + 4,17.w t (6.7- TL2/T.74) = 6,15 + 4,17.3,467 = 20,607 (W/m2h.K).  Mật độ dòng nhiệt do tác nhân sấy cấp cho mặt trong buồng sấy là : q1 = α 1( tf1 – tw1) tf1 – Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy , tf1 = ttb = 65oC Vậy q1 = 20,607( 65 - 55,3619) = 198,613 W/m2 .  Mật độ dòng nhiệt do TNS dẫn qua mặt thép có độ dày δ và độ dẫn nhiệt  là : ❑ 71.58 q2 = δ ( tw1 – tw2) = (55,3619 – 55,33415) = 189,535 W/m2 0,01 GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 14 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA  ĐỒ ÁN MÔN Mật độ dòng nhiệt cấp ra môi trường nhiệt độ tf2 = t0 q3 = 1,715(tw2 – tf2)1.333 (6.10 – TL2/T74) = 1,715( 55,33415 - 20)1,333 = 189,613 W/m2  Để kiểm tra điều kiện ta có sai số tương đối : ⌈ q 1−q 3 ⌉ 198,6123−189,613 = = 3,52.10-6 ≈ 0% 198,6123 q3 Nên ta có q 1= q2 = q3. Lấy mật độ nhiệt qtb = ¿+ q3) .0,5 = ¿).0,5 = 198,613 W/m2 Như vậy, tổn thất nhiệt ra môi trường bằng : Qmt = qtb.F =198,613. 4,54 = 941,7 /901,7W Nhiệt tổn thất tính cho 1 giờ: q= 3,6 Qmt 3,6.942 = = 19,2 kJ/kg ẩm. 169,23 W  Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi Nhiệt độ VLS sau quá trình sấy tv2 thường lấy theo điều kiện tv2 khoảng (5÷10) 0 C. Ở đây: tv2 = 45 – 5 = 400C. Nhiệt dung riêng Cv = 1,55 kJ/kgK. Khi đó nhiệt lượng do VLS mang đi là : qv = Qv G C (t −t ) 550.1,55(40−20) = 2 v v2 2 = =100,75 kJ/kg ẩm 169,23 w W Nhiệt lượng có ích qi qi = i2 – Catv1 = (2500 + 1,842.45 ) – 4,1868.20 = 2499,154 kJ/kg ẩm. (i2 = r + 1,842.t2 : ) ( Nhiệt dung riêng của nước :Ca = 4,1868 kJ/kg.K )  Tổng tổn thất nhiệt ∆ q= Catv1 – qv – qmt = 4,1868.20 – 100,75 – 19,2 = −¿ 36,21/ kJ/kg ẩm. 4.3.3 Xác định thông số của quá trình sấy thực  Sau khi đã có giá trị tổng tổn thất nhiệt  chúng ta có thể xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-x. Trạng thái TNS sau quá trình sấy thực bằng điểm C. Từ điểm C GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 15 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN chúng ta tìm được entanpy I2, lượng ẩm d2 và độ ẩm tương đối 2 . Đương nhiên các thông số này cũng có thể tính toán bằng: - Độ chứa ẩm của không khí sau buồng sấy x2 : x2 = x 0 + Ckk ( x 0 ) .(t 1−t 2) 1,02728(85−45) = 0,01264 + = 0,02833 kg/kgkkk. ( 2500+1,842.45 ) +36,21 i 2−q - Ethanpy : I2 = 1,004t2 + x2i2 (2.18 – TL2/T.17) = 1,004.45 + 0,02833.(2500 + 1,842.45) = 118,35 kJ/kgkkk - Độ ẩm tương đối 2 : 2 = B . x2 (5.12 – TL2/T.63) P bh2 ¿ ¿ ¿ ( Pbh2 = 0,9495 bar ) = - 0.9933 . 0,02833 = 0,456 ¿ 45,6 % ≈ 2 lí thuyết. 0,09495(0,621+0,02833) Lượng không khí thực tế : 1 1 l= x = = 63,73 kgkk/ kgẩm 0,02833−0,01264 2− x 0 L = lW = 63,4. 169,23 = 10785,028 kgkk/h. - Lượng nhiệt tiêu hao do TNS mang đi q2 : q2 = l.C dx ( d 0 ) . ( t 2−t0 ) = 63,73.1,02728( 45 – 20 ) = 1636,714 kJ/kg ẩm. - Lượng nhiệt tiêu hao q: q = l( I1 – I0 ) (5.10 – TL2/T.59) = 63,73(118,919 – 52,146) = 4255,44 kJ/kg ẩm. - Nếu tính phương trình cân bằng ta có : q’ = q i+ q2 +q v +q mt = 2499,154 +1636,714 + 100,75 + 19,2 = 4255,82 kJ/kg ẩm . Sai số tương đối trong quá trình tính toán : |q−q ’| q = |4255,44−4255,82| 4255,44 = 8,93.10-5 = 0,009% ≈ 0 % Bảng cân bằng vật liệu và hiệu suất buồng sấy: Stt Đại lượng 1 Nhiệt lượng có ích GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 Ký hiệu q1 16 kJ/kg ẩm % 2499,154 58,73 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA 4.4  ĐỒ ÁN MÔN 2 3 4 Tổn thất do TNS Tổn thất do VLS Tổng tổn thất ra môi trường q2 qv qmt 5 Tổng nhiệt lương tiêu hao q 1636,714 100,75 19,2 4255,44 38,45 2,37 0,45 100 Các số liệu tính toán được: Số liệu ban đầu: t0 = 20oC 0 = 85% t1 = 85oC t2 = 45oC  Thông số lí sấy lý thuyết : I0 = 52,146 kJ/kgkkk x0 =0,01264 kg/kgkkk I1 = 118,919kJ/kgkkk x1 = 0,01264 kg/kgkkk 1 = 3,5% I2 = 118,919kJ/kgkkk x2 = 0,02855 kg/ kgkkk 2 = 46,2% φ 2 = 46.2 % L0 = 10636,11 kg/h  Thông số sấy thực tế: I2’= 118,35 kJ/kgkkk x2’ = 0,02833 kg/kgkkk φ 2’ = 45,6% L = 10785,028 kgkk/h. 4.5 Tính lại kích thước  Diện tích thực tế : 1,2 L 1,2.10785,028 FG = 3600 w ρ = = 0,99 m2 ≈ 1 m2 3600. 3,467 .1,037 t k  Tính lại đường kính ghi: D= √ 4 FG 4.1 = = 1,13 m 3,14 π √  Khối lượng vật sấy trên ghi G: GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 17 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA - ĐỒ ÁN MÔN Trước hết ta tính tiêu chuẩn Nu, giả sử thêm nếu với Fe = 247,759 thì có thể tính theo công thức : 0,6 Nu = 0,0283.Fe .Re 0,56 H . d td −0,34 ( ) (10.07 – TL2/T.153) 0,25 −0,34 ( ) = 0,028.(260,71)0,6.(1316,6)0,56 d td - Theo phụ lục, ở nhiệt độ trung bình t tb = 65oC, ta có hệ số dẫn nhiệt của không khí ❑kk = 0,0293 W/mK nên hệ số trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và thiết bị sấy : N u .❑ d td = kk = - = 48,46 48,46.0,0293 = 198,32 W/m2K 0,0075 Độ chênh lệch giữa nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy và vật liệu sấy t: ( t 1 −t v1 ) −(t 2−t v 2) t = (10.28 – TL2/T.156) ( t 1 −t v1 ) ln (t 2 −t v2 ) (với t v 1 = t0 ; tv2 = 40oC) ( 85−20 )−(45−40) (85−20) = = 23,4 oC ln (45−40)  Khối lượng vật liệu sấy thường xuyên nằm trên ghi G : G= = W .q ' . ρv . d td (10.33 – TL2/T.157) 6. α . ∆t 169,23. 4255,82 . 1300 .0,0075 = 252 kg 6. 198,32 .23,4  Tính lại chiều cao lớp hạt nằm trên ghi H : G H = F . ρ (10.35 – TL2/T157) G kk lấy ρkk = 850. GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 18 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA Vậy H = ĐỒ ÁN MÔN 252 = 0,3 m 1. 850  Khối lượng hạt thực tế nằm trên ghi. Trước đây, chọn sơ bộ H = 0,25 m. Thực tế H = 0,3 m, do đó khối lượng hạt thường xuyên nằm trên ghi được tính bằng : G = 252 - 0,3 = 302 kg 0,25 Thời gian sấy trung bình τ : τ= G (10.36 – TL2/T.157) 0,5(G1 +G2) = 302 = 0,48 giờ = 29 phút. 0,5(719,23+550) PHẦN 5: TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA THIẾT BỊ 5.1 Thông số cần thiết cho tính toán  Nhiệt độ tác nhân vào: t1 = 85 0C  Nhiệt độ tác nhân ra : t2 = 45 0C  Nhiệt độ tính toán trung bình: t = 65 0C  Khối lượng riêng: ρk = 1,037 kg/m3  Độ nhớt động học: νk = 19,75.10-6 m2/s  Độ nhớt động lực học: μk = 20,35.10-6 Ns/m  Hệ số dẫn nhiệt: λk = 0,0293 W/mK  Độ xốp của ngô trong tầng sôi là ε = 0,4. 5.2 Tốc độ giới hạn  Chuẩn số Arimet: 3 Ar =  d . ( ρr −ρk ) g ν 2k . ρk 3 ( 7,5.10−3 ) . ( 1300−1,037 ) 9,81 = = 13,3.105 −6 2 ( 19,75. 10 ) .1,037 Chuẩn số Reynol tới hạn: ℜth = Ar 1406,250+ 5,229 √ Ar GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 19 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN MÔN 5 13,3.10 = 5 = 178,84 1406,259+ 5,229 √ 13,3.10 Tốc độ tới hạn  −6 R th . ν k 178,84.19,75. 10 = = 0,47m/s d 7,5.10−3 v th = 5.3 Tốc độ tác nhân sấy trong tầng sôi   Chuẩn số Arimet : Ar = 13,3.105 Chuẩn số Ly tra đồ thị Ly = f(Ar), ta có: Ly = 200 (Hình 10.8 – TL[2] ) vk = √ 3 Ly . μk . g . ( ρr −ρk ) 2 ρk 200.20,35 . 10−6 .9,81. ( 1300−1.037 ) = = 3,64 m/s 1,0372 √ 3 1,2 L Ta có: Fp = F G= 3600 ν . ρ k k  1,2.10785,028 = 3600.3,64 .1,037 = 0,95 m2 Tốc độ TNS trên bề mặt lưới phân phối là 273+ t 1 273+85 vl = vk . 273+ t = 3,64. 273+45 = 3,85 m/s 2  Tốc độ thưc TNS qua lớp giả lỏng ν kt = νk 3,64 = = 9,1 m/s 0,4 ε ( ε : Độ xốp của lớp sôi, với hạt cầu ta chọn ε = 0,4) 5.4 Tốc độ cân bằng Khi bắt đầu bị lôi cuốn ԑ = 1 Chuẩn số reynol:   5 Ar 13,3.10 Re = = = 1843,4 18+0,61. √ Ar 18+0,61. √13.3 . 105  Chuẩn số Liasenco: 1843,4 3 ℜ3 Ly = = = 4709,85 Ar 13,3.105  Vận tốc cân bằng: GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 20