Tính toán thiết kế hầm sấy mực năng suất đầu vào 500kgh cấp nhiệt bằng hơi nước

Tên đề tài TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HẦM SẤY MỰC NĂNG SUẤT ĐẦU VÀO 500kgh CẤP NHIỆT BẰNG HƠI NƯỚC I Nội dung đề tài: 1. Tìm hiểu về mực và sấy mực ở Việt Nam và trên thế giới. 2. Tra cứu một số vấn đề cơ bản về lý thuyết để có cơ sở thực hiện bài toán thiết kế hầm sấy 3. Thực hiện, giải quyết bài toán thiết kế sấy mực bằng phương pháp đối lưu 4. Thực hiện giải quyết bài toán thiết kế sấy mực bằng phương pháp đối lưu thực tế. II Ngày giao nhiệm vụ: 022021 III Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 062021 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Giảng viên hướng dẫn MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MỰC VÀ CÔNG NGHỆ SẤY MỰC 1 I. Tổng quan về mực: 1 1. Nguồn lợi mực ống: 1 2. Các loại mực: 1 2.1 Mực ống: 2 2.2. Mực thẻ: 2 3. Cấu tạo thành phần khối lượng thành phần hoá học của mực ống: 2 3.1 Cấu tạo: 2 3.2. Tổ chức cơ của mực: 2 3.3. Thành phần trọng lượng của mực: 2 3.4. Thành phần hoá học của mực: 3 3.5. Giá trị dinh dưỡng và giá trị thực phẩm của mực: 3 4. Những biến đổi của mực ống trong quá trình sấy khô: 3 5. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm mực khô theo tiêu chuẩn Việt Nam: 4 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 5 2.1. Mục đích của sấy: để bảo đảm các yêu cầu về: 5 2.2 Phân loại sấy: 5 2.1.1 Sấy tự nhiên 5 2.2.2 Sấy nhân tạo 5 2.3. Các giai đoạn của quá trình sấy: có 3 giai đoạn 6 2.4. Các loại thiết bị sấy: gồm nhiều thiết bị sấy khác nhau: 6 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 9 A. QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 9 3.1 Chọn các thông số thiết kế 9 3.2 Tính toán thông số tác nhân sấy 9 3.2.1Thông số của không khí ngoài trời (trước khi vào calorifer): 10 3.2.2 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) 11 3.2.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn 13 3.2.4 Thông số của không khí sau Calorifer: 13 3.2.4 Tính toán cân bằng vật chất 14 3.2.5 Lưu lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy: 14 3.2.6 Lưu lượng không khí khô lý thuyết ngoài trời cấp vào thiết bị sấy: 15 3.3 Tính toán thiết bị chính (khay sấy, xe goòng, hầm sấy) 15 3.3.1 Kích thước của khay sấy 15 3.3.2 Kích thước của xe gòong 16 3.3.3 Kích thước của hầm sấy: 16 B. QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 18 3.4 Tổng các tổn thất nhiệt trong quá trình sấy 18 3.4.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: 19 3.4.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải: 19 3.4.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (tính trên 15 hầm sấy): 20 3.5 Tính toán quá trình sấy thực 21 3.5.1 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) (2t): 22 3.5.2 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn(Mt): 23 3.5.3 Thông số của không khí sau Calorifer (đi vào thiết bị sấy)(1t) 23 3.6 Lưu lượng không khí khô thực tế cần dùng 24 3.6.1 Lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong thiết bị sấy là: 24 3.6.2 Lượng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết là: 24 3.7 Nhiệt lượng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorifer: 25 3.8 Thời gian sấy 25 3.8.1 Thời gian đốt nóng vật liệu sấy : 26 3.8.2 Thời gian sấy đẳng tốc 26 3.8.3 Thời gian sấy giảm tốc: 27 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 29 4.1 Tính chọn calorifer: 29 4.1.1 Công suất nhiệt của calorifer: ŋcal 29 4.1.2 Tiêu hao hơi nước của calorifer (lượng hơi vào calorifer yêu cầu): 29 4.1.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorifer 29 4.1.4 Tính thiết kế kích thước hình học của Calorife: 35 4.1.5 Tính toán tổn thất áp suất của dòng không khí (TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorife: 36 4.2 Quạt 36 4.2.1 Lưu lượng quạt: 36 4.2.2 Cột áp của quạt 36 4.2.2.1 Tổng trở lực cục bộ 38 4.2.2.2 Tổng trở lực hình học 39 4.2.2.3 Tổng trở lực ma sát 39 4.2.3 Tính chọn quạt: 40 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KINH TẾ CHO HỆ THỐNG SẤY 42 5.1. Chi phí vật tư 42 5.2 Chi phí thiết bị phụ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1 Nguồn lợi mực ở vùng biển Việt Nam dự tính 1 Bảng 1.2 Thành phần khối lượng của mực ống 3 Bảng 1.3 Thành phần hoá học của mực ống 3,4 Bảng 1.4 Chỉ tiêu hoá học của mực ống khô xuất khẩu 5,6 Bảng 4.1 Giá trị trở lực cục bộ 36 Bảng 4.2 Giá trị trở lực hình học 36 Bảng 4.3 Giá trị trở lực ma sát 37 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên hình Trang Hình 4.1 Dàn ống cánh của Calorife 28 Hình 4.2 Phân bố trở lực trong hệ thống sấy 35 LỜI MỞ ĐẦU A. Đặt vấn đề  Năm 2006, kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản ước đạt hơn 3,2 tỷ USD, vượt hơn 400 triệu USD so kế hoạch năm; tổng sản lượng thuỷ sản ước đạt hơn 3,7 triệu tấn.  Kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản năm 2006 tăng mạnh là do kim ngạch xuất khẩu cá tra, ba sa sang các thị trường, nhất là thị trường Đông Âu và EU tăng. Sản lượng cá tra, ba sa xuất khẩu ước đạt 210 nghìn tấn, giá trị xuất khẩu đạt 560 nghìn USD.  Theo Bộ trưởng Tạ Quang Ngọc, kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản năm 2006 tăng mạnh là do kim ngạch xuất khẩu cá tra, ba sa sang các thị trường, nhất là thị trường Đông Âu và EU tăng. Sản lượng cá tra, ba sa xuất khẩu ước đạt 210 nghìn tấn, giá trị xuất khẩu đạt 560 nghìn USD.  Năm 2006, tôm vẫn là sản phẩm xuất khẩu chủ lực của nước ta, chiếm hơn 44% sản lượng thuỷ sản xuất khẩu.  Năm 2007, Bộ Thuỷ sản phấn đấu kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản đạt 3,5 tỷ USD. Để đạt được mục tiêu này, Bộ Thuỷ sản sẽ triển khai nhiều biện pháp quyết liệt hơn trong việc kiểm soát chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm thuỷ sản.  Một trong những biện pháp quan trọng để nâng cao chất lượng của sản phẩm thuỷ sản trong quá trình vận chuyển, chế biến và bảo quản là phương pháp sấy khô thực phẩm.  Trong đồ án này em xin trình bày về: Sấy mực bằng phương pháp sấy đối lưu B. Mục đích đề tài  Nghiên cứu hiệu quả của phương pháp sấy đối lưu trong sấy mực C. Nhiệm vụ  Kế thừa các kết quả nghiên cứu lý thuyết của các tác giả trong lĩnh vực truyền nhiệt truyền ẩm về sấy mực và các vật liệu nhạy nhiệt khác; ứng dụng lý thuyết toán học, vật lý để xây dựng mô hình vật lý, toán học mô tả bản chất truyền nhiệt truyền ẩm trong vật liệu ẩm; ứng dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải và tìm nghiệm của mô hình toán truyền nhiệt truyền ẩm, sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số nhiệt vật lý của mực ống và kiểm chứng lý thuyết D. Kết cấu của chuyên đề

TỔNG QUAN VỀ MỰC VÀ CÔNG NGHỆ SẤY MỰC

Tổng quan về mực

Việt Nam, nằm ở phía đông Thái Bình Dương, sở hữu bờ biển dài hơn 3200 km, mang đến nguồn nguyên liệu thủy sản phong phú và đa dạng quanh năm Ngoài nguồn cá, nhuyễn thể cũng là một nguồn nguyên liệu quan trọng, với sản lượng đứng ở vị trí cao trong ngành thủy sản.

2 Mực thường tập chung ở nơi gặp nhau giữa hai vùng nước nóng và lạnh

Sản lượng mực hàng năm của nước ta bình quân đạt 3,5 % tổng sản lượng toàn thế giới.Mực phân bố không đều ở nước ta.

Bảng 1.1 Nguồn lợi mực ở vùng biển Việt Nam dự tính:

Mực ống có hình dạng giống như một cái ống với một thanh mảnh trên lưng, được cấu tạo từ chất sừng Bên trong, chúng chứa túi mực màu đen và có chiều dài gấp 6 lần chiều rộng, với đuôi nhọn Mực ống sống ở tầng mặt và tầng giữa của vùng xa bờ, phân bố từ Nam Nhật Bản đến Việt Nam và Malaysia Chiều dài trung bình của mực ống dao động từ 200 đến 400 mm, với khối lượng từ 20 đến 250 g.

Mực thẻ có hình dạng tương tự như mực ống nhưng kích thước nhỏ hơn, với chiều dài thân gấp 3-4 lần chiều rộng và đầu bằng không nhọn Chúng sống ở tầng mặt và tầng giữa của biển, có tính hướng quang mạnh và phân bố rộng rãi khắp bờ biển Việt Nam.

3 Cấu tạo thành phần khối lượng thành phần hoá học của mực ống:

Mực là hải sản không xương sống, có thân mềm và vỏ đá vôi thoái hóa Một phần cơ thể của mực phát triển thành chân (râu) để bắt mồi Tùy thuộc vào từng loại, mực có khối lượng khác nhau, thường từ 90 gram trở lên.

750 g/con Cơ thể mực chia thành 3 phần rõ rệt: đầu, thân và vây.

3.2 Tổ chức cơ của mực:

Thân mực được cấu tạo từ ba lớp mô, trong đó lớp giữa là mô cơ chiếm 98% tổng chiều dài Hai mặt của mô cơ được bao phủ bởi lớp mô liên kết, gồm màng trong và màng ngoài được hình thành từ collagen Lớp bên ngoài, hay còn gọi là lớp màng lót, có chức năng kết nối màng ngoài với da.

3.3 Thành phần trọng lượng của mực:

Thành phần trọng lượng là tỷ lệ phần trăm khối lượng của các bộ phận trong cơ thể so với toàn bộ cơ thể nguyên liệu, dựa vào tỷ lệ phần trăm ăn được Sự phân chia này áp dụng trong công nghệ chế biến, đặc biệt là đối với các bộ phận như thịt, đầu, râu, túi mực và nội tạng Ngoài ra, thành phần trọng lượng của mực còn thay đổi tùy thuộc vào giống loài, giới tính, chế độ ăn uống và điều kiện thời tiết.

Bảng 1.2 thành phần khối lượng của mực ống

Thân Chân Túi mực Gan Phần còn lại

3.4 Thành phần hoá học của mực:

Thịt mực chứa đầy đủ các thành phần hóa học cần thiết như nước, protein, lipid, glucid, muối khoáng và vitamin Tỷ lệ các thành phần này có sự khác biệt giữa các bộ phận trong cơ thể mực, cũng như phụ thuộc vào độ trưởng thành sinh lý và ngư trường khai thác.

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của mực ống (Trần Thị Luyến, 1996)

Loại mực Nước (%) Lipit (%) Protein (%) Gluxit (%) Khoáng (%) Mực ống 78 ÷ 82,5 ) 0,2 ÷ 1,4 14,8 ÷ 18,8 2,7 1,2 ÷ 1,7

3.5 Giá trị dinh dưỡng và giá trị thực phẩm của mực:

Mực có tỷ lệ phần ăn cao, đạt khoảng 70-80% khối lượng thân, và phế phẩm của nó có thể được sử dụng làm thức ăn cho gia súc Mực chứa đầy đủ các axit amin không thay thế và tỷ lệ này tương tự như thịt, theo FAO Với nhiều thành phần dinh dưỡng cần thiết, giá trị dinh dưỡng và thực phẩm của mực rất cao, góp phần quan trọng vào việc xây dựng chế độ dinh dưỡng hợp lý trong thực phẩm tiêu dùng.

4 Những biến đổi của mực ống trong quá trình sấy khô:

1 Biến đổi về trạng thái

2 Biến đổi về khối lượng

3 Biến đổi về thể tích

4 Biến đổi về màu sắc mùi vị

5 Biến đổi về tổ chức nguyên liệu

6 Biến đổi về khoa học:

+ Sự thối rữa và oxy hoá của lipít.

+ Sự oxy hoá lipit làm ôi hoá học, ôi sinh học.

+ Sự đông đặc biến tính protein

+ Sự biến đổi thành phần chất ngấm sa.

5 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm mực khô theo tiêu chuẩn Việt

Bảng 1.4 Chỉ tiêu hoá học của mực ống khô xuất khẩu:

Tên chỉ tiêu Giới hạn cho phép

TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY

Mục đích của sấy: để bảo đảm các yêu cầu về

Phân loại sấy

Phơi sấy tự nhiên là phương pháp bay hơi sử dụng năng lượng tự nhiên như mặt trời và gió Mặc dù phương pháp này tiết kiệm nhiệt năng, nhưng nó không cho phép điều chỉnh vận tốc quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, dẫn đến năng suất thấp.

Sấy nhân tạo là quá trình cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm, thường được thực hiện trong các thiết bị sấy Phương pháp sấy có thể được phân loại theo cách truyền nhiệt, dẫn đến nhiều dạng khác nhau trong kỹ thuật sấy.

− Sấy đối lưu (nhiệt nóng): là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò,…

Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy mà trong đó tác nhân sấy không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu, mà truyền nhiệt cho vật liệu thông qua một vách ngăn.

− Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.

Sấy bằng dòng điện cao tần là phương pháp sử dụng năng lượng điện trường tần số cao để làm nóng đồng đều toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.

Sấy lạnh là phương pháp sấy hiệu quả, sử dụng nhiệt độ và độ ẩm thấp hơn nhiều so với môi trường xung quanh Phương pháp này giúp bảo tồn đặc tính cảm quan của sản phẩm, đồng thời tạo ra chênh lệch độ ẩm, giúp ẩm trong vật liệu thoát ra dễ dàng hơn Sấy lạnh thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

0 o C trở lên và sấy lạnh đông sâu hay còn gọi là sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa là phương pháp sấy diễn ra trong môi trường chân không cao và nhiệt độ thấp, giúp đóng băng ẩm tự do trong vật liệu Quá trình này cho phép ẩm bay hơi trực tiếp từ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng, do đó được gọi là thăng hoa.

Sấy chân không là phương pháp lý tưởng cho các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao, dễ bị oxy hóa, hoặc dễ bám bụi Phương pháp này cũng thích hợp cho việc thu hồi dung môi quý từ vật liệu và an toàn cho các vật liệu dễ nổ.

Các giai đoạn của quá trình sấy: có 3 giai đoạn

− Giai đoạn nung nóng vật liệu

− Giai đoạn sấy đẳng tốc

− Giai đoạn sấy giảm tốc

Các loại thiết bị sấy: gồm nhiều thiết bị sấy khác nhau

+ Thiết bị sấy chân không tiếp xúc.

+ Thiết bị sấy tầng sôi

+ Thiết bị sấy thùng quay.

+ Thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại.

+ Thiết bị sấy bằng dong điện cao tầng.

+ Thiết bị sấy chân không thăng hoa.

Thiết bị sấy hầm sử dụng hơi nước làm nguồn nhiệt, giúp gia nhiệt không khí một cách ổn định Phương pháp này không chỉ giữ được màu sắc mà còn bảo toàn chất lượng sản phẩm sau khi sấy.

Thiết bị sấy liên tục được cấu tạo từ nhiều xe goòng, mỗi xe chứa nhiều khay sấy để đựng vật liệu Công suất sấy hàng ngày cho các loại dược liệu và nông sản đạt từ 5 đến 10 tấn, đồng thời chiếm diện tích mặt bằng nhỏ gọn.

Toàn bộ hệ thống sử dụng các thiết bị điện hiện đại nên linh hoạt trong điều chỉnh nhiệt độ và tiết kiệm năng lượng.

Một số ưu điểm, đặc tính của thiết bị:

+ Vận hành đơn giản, thời gian sấy nhanh, công suất có thể điều chỉnh linh hoạt theo yêu cầu sấy thực tế của doanh nghiệp.

+ Sử dụng hơi để tạo nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy nên tính ổn định cao, chất lượng sản phẩm sấy đảm bảo.

+ Sấy đa dạng các loại sản phẩm sấy

+ Tiết kiệm năng lượng do sử dụng biến tần và cơ cấu ngưng nước tự động, bảo ôn thiết bị đảm bảo.

Công nghệ được phát triển, tích hợp và sản xuất hoàn toàn trong nước, giúp đảm bảo tính chủ động trong việc sử dụng và phù hợp với điều kiện khí hậu đặc trưng của Việt Nam.

Quá trình sấy được thực hiện nhờ vào sự đối lưu hơi nước bão hòa cưỡng bức từ quạt hút và quạt đẩy Hơi bão hòa này sẽ đi qua các dàn trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho hầm sấy.

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Thời gian sấy

Thời gian sấy vật liệu là tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy :

( CT 4.68 [12]) Với : thời gian đốt nóng vật liệu

: thời gian sấy đẳng tốc

: thời gian sấy giảm tốc

3.8.1 Thời gian đốt nóng vật liệu sấy :

Trong đó : a – hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu sấy ( với a = ) (Tính theo [11])

R – phân nửa chiều dày của vật liệu sấy

F0 – chuẩn số fourier xác định sự phụ thuộc giữa tốc độ biến đổi trường nhiệt trong vật với các kích thước và đặc trưng của vật đó

Từ đây ta suy ra = = 20036 ( giây) = 5,56h

3.8.2 Thời gian sấy đẳng tốc

Để tính toán thời gian sấy đẳng tốc, chúng ta cần xác định tốc độ sấy U bằng cách tính mật độ dòng nhiệt J1b và cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu J2b, tham khảo từ tài liệu [12].

Theo các quy luật truyền nhiệt và truyền chất giai đoạn sấy đẳng tốc hầu như giống nhau đối với tất cả các vật liệu ẩm.

Trên cơ sở cân bằng nhiệt lượng:

Trong đó : r là ẩn nhiệt hóa hơi, r = 2500 (kJ/kg)

J1b là nhiệt độ VLS, với giá trị 55°C là nhiệt độ bề mặt VLS Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu được tính theo vận tốc không khí, với vận tốc khí v nhỏ hơn một giá trị nhất định, trong đó tb = 27,5°C.

2 m/s thì được tính theo công thức:

( W/m 2 độ ) 4128(J/m 2 hđộ) Suy ra J1b = 34,128 ( 55 – 27,5 ) = 938,52 ( KJ/m 2 h )

Trong giai đoạn sấy với tốc độ không đổi và nhiệt độ trung bình VLS ổn định, ảnh hưởng của nhiệt độ t đến độ ẩm u có thể được bỏ qua Khi giải bài toán khuếch tán ẩm đối xứng trong tấm phẳng với điều kiện biên loại 2, ta nhận được kết quả cần thiết.

– độ ẩm đầu vào VLS , %

– độ ẩm tới hạn cuối giai đoạn sấy đẳng tốc với

– hệ số sấy tương đối phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu

3.8.3 Thời gian sấy giảm tốc:

Tham khảo phần tính thời gian sấy giảm tốc ở tài liệu [12] ta tính như sau:

Trong giai đoạn đẳng tốc, quy luật hành vi của hầu hết các vật liệu ẩm đều tương đồng Tuy nhiên, trong giai đoạn giảm tốc, mối quan hệ này lại khác biệt rõ rệt, tùy thuộc vào từng loại vật liệu.

A.V Luikov thấy rằng trong giai đoạn giảm tốc, dặc trưng của các loại vật liệu khác nhau là khác nhau.

Khi độ ẩm thì xem như tốc dộ giai đoạn này bằng tốc độ giai đoạn đẳng tốc

Tổng thời gian sấy vật liệu là :

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

Tính chọn calorifer

Chúng tôi sẽ thiết kế một Calorife kiểu khí – hơi ống cánh, sử dụng nguồn năng lượng từ hơi nước bão hòa Nước bão hòa sẽ ngưng trong ống, trong khi không khí chuyển động bên ngoài sẽ cắt qua các chùm ống để nhận nhiệt, nhằm đạt được nhiệt độ yêu cầu.

Hệ thống sấy yêu cầu nâng nhiệt độ của tác nhân sấy từ 32,5 o C lên 55 o C sau điểm hòa trộn M Để đáp ứng yêu cầu này, nhiệt độ của hơi bão hòa vào được chọn là tw1 = 100 o C.

4.1.1 Công suất nhiệt của calorifer: ŋ cal

Qcal = = = 491,64 kW ŋcal: là hiệu suất nhiệt của calorifer, ŋcal = 0,95 (5% tổn thất có thể kể đến bụi bẩn, vật liệu chế tạo lâu ngày bị ăn mòn…)

4.1.2 Tiêu hao hơi nước của calorifer (lượng hơi vào calorifer yêu cầu):

= − , kg/s ih là entanpi của hơi vào calorifer Đây là hơi bão hòa ở 100 o C vậy ih = i ’ = 2676 kj/kg i’ là entanpi của nước bão hòa, i’ = 419,1 kj/kg vậy D = 26 7 4 6 91 − ,64 41 ,1 9 = 0,22 kg/s = 784,22 kg/h

4.1.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorifer

Chọn ống thép dẫn hơi có Ống xếp so le với bước ống ngang S1 =1,8.d2 ≈ 62 mm, bước ống dọc là S2 1,6.d2 = 55 mm.

Chọn cánh được làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λ C 0W / m.K

Chiều dày cánh lấy là δC = 1 mm Đường kính cánh là dC = 49mm Bước cánh là

Hình 4.1 Dàn ống cánh của Calorife

Nhiệt độ làm việc cho phép tối đa của cánh đồng 250 o C [4].

Do cánh được làm từ đồng nên ứng suất cho phép của ống được tính theo 2 công thức sau:

[ ] * = (công thức 1 – 4, trang 13, [3]) [ ] * = (công thức 1 – 3, trang 13, [3])

 Hệ số an toàn là: nB = 3,5; nC = 3,5; nbl = 1,5; nd = 1,5 (bảng 1 – 6, trang 15,

 Hệ số hiệu chỉnh kiểm tra độ bền là: [ ] * = * (Công thức 1 – 9, trang 17,

 Giới hạn nóng chảy là C = 40 N/mm 2 (bảng 2 – 17, trang 38, [6])

 Hệ số mối hàn của cánh và ống là: = 0,95 (bảng 1 – 8, trang 19, [6])

Ta cần xác định diện tích bề mặt ngoài các ống có cánh là:

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa hơi nước ngưng trong ống và không khí chuyển động bên ngoài ống được tính bằng công thức tN – t1 = (100 + 273) (55 + 273) = 45 o K Kết quả này thể hiện sự khác biệt nhiệt độ trung bình, được biểu diễn qua đồ thị bên cạnh, với độ chênh nhiệt độ trung bình logarith.

Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh F2 được tính bằng cách bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống Hệ số làm cánh Ɛc được xác định cho cánh tròn là Ɛc = 1 + 7,84 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của hơi ngưng với bề mặt trong của ống, α1, được tính qua biểu thức α1 = 1,2 αn = 1,2 ( ) 0,25 Đối với hơi nước bão hòa ngưng ở nhiệt độ tN = 100°C, các thông số vật lý của nước ngưng bão hòa là λ = 68,3.10^-2 W/m.K; = 958,5 kg/m³; r = 2257 kJ/kg; = 282,5.10^-6 Ns/m² Với chiều cao ống H = 1500 mm, Calorife được thiết kế cho kênh dẫn tác nhân sấy nóng có độ cao 2500 mm, với nhiệt độ t2 = 55°C và tM = 32,5°C.

 Số cánh trên chiều dài 1,5 m ống là: nC = = = 334 Cánh/ ống [6]

= tN – tw là độ chênh nhiệt độ giữa hơi ngưng với nhiệt độ vách trong của ống.

Ta giả thiết = 4,4 o K (sau đó ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này).

= 1,2 = 1.2 =1,2 W/m 2 K α2 : hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống được tính qua biểu thức α2 = αC.

Với αC là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh, được xác định qua biểu thức: αC = C .Re 0.625 Pr 0.33

Do ống bố trí so le nên hệ số C lấy bằng: C = 0.45

Tiêu chuẩn Reynoild được xác định qua

Tốc độ không khí tại khe hẹp của cánh được xác định qua biểu thức:

Chiều cao của cánh: h = = = 7,5 mm [6]

Tốc độ của TNS (không khí) đi vào Calorife là:

Thay vào ta xác định được: = = = 23,81m/s

Với nhiệt độ trung bình của không khí qua Calorife = 0.5.( 32,5 + 55) 43,8 o C Ta tra được các thông số vật lý của không khí như sau:

F02: là diện tích bề mặt ống trơn không cánh với chiều dài 1,5 m:

 Diện tích phần ống trơn không phủ cánh là:

 Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của ống với dòng không khí chuyển động cắt ngang qua là:

Vì vậy là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh αC là αC = 0,45 (46,68.10 3 ) 0.625 0,699 0.33 = 147,7 W/m2.K ƞS : là hệ số hiệu quả làm cánh ƞS = 1 – (1 – ƞC)

Hiệu suất cánh ƞC được tra trên đồ thị theo = , và tích số h với

Chọn ƞC= 0,92 Do vậy: ƞS = 1-(1-0,92).0,8 = 0,94

Ta kiểm tra lại giả thiết về = 4,4 o C do phải thỏa mãn α1 = α2.

= = = 4,6 (sai lệch so với = 4,4K khoảng 4,5% nên ta chấp nhận kết quả này).

 Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh F2 được tính khi bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống là:

Khi nói đến sự bám bụi bẩn trên cánh quạt và sự đóng cặn của hơi nước bên trong ống, hệ số trao đổi nhiệt được tính với hệ số bám bẩn là 0.85.

 Do vậy diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là:

 Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt trong của các ống là:

4.1.4 Tính thiết kế kích thước hình học của Calorife:

Với chiều cao ống hay chiều dài ống đã chọn ở trên là H = 1,5 m ta có tổng số các ống n là : n = = = 131 (ống) [6]

Do chiều rộng tối đa của kênh dẫn TNS để lắp đặt Calorife là 1350mm, ta cần lựa chọn số ống trên mỗi hàng sao cho không vượt quá kích thước này Với đường kính của ống là 49mm, ta có thể bố trí tối đa 26 ống trong cùng một dãy ống.

Dãy ống được xác định với số lượng z = 5, trong đó các ống góp hơi được đặt ở hai đầu của chùm ống Đường kính của hai ống góp được lựa chọn với đường kính trong d1 = 100mm và đường kính ngoài d0 = 105mm.

4.1.5 Tính toán tổn thất áp suất của dòng không khí (TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorife:

Trở lực của không khí bao gồm trở lực ma sát và trở lực cục bộ được tính gần đúng theo quan hệ sau:

Tốc độ dòng không khí qua khe hẹp của Calorife đạt 23,81 m/s, trong khi khối lượng riêng của không khí là 1,06 kg/m³ Hệ số trở lực ξ, với chùm ống so le, được xác định gần đúng qua biểu thức ξ = 0,72.

Thay vào đó ta có: = ξ = 0,3 1,06 Pa

Quạt

Quạt được bố trí trên kênh dẫn TNS sau điểm hòa trộn (M), nên có lưu lượng qua quạt là:

Tổng trở lực của hệ thống mà quạt cần khắc phục được tính qua biểu thức sau:

• : là trở lực cục bộ, xảy ra tại những vị trí mà dòng TNS bị chuyển hướng, đột mở hoặc đột thu… Được xác định qua biểu thức:

Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn là = 1.293kg/m 3

• : là trở lực ma sát, xảy ra dọc theo kênh dẫn TNS, phụ thuộc vào độ nhám bề mặt của kênh dẫn… Được xác định qua biểu thức:

Đường kính trong tương đương của ống dẫn được tính bằng công thức dtd = Hệ số trở lực ma sát được xác định là λms = 0,11, trong khi độ nhám bề mặt bên trong của ống được lấy là K = 5mm, tương đương với 0,005m.

Trở lực hình học là lực cản do trọng lượng của dòng không khí gây ra, phụ thuộc vào hướng chuyển động của dòng TNS Nếu dòng TNS di chuyển từ trên xuống dưới, giá trị trở lực sẽ mang dấu “+”, ngược lại, nếu di chuyển từ dưới lên trên, giá trị sẽ mang dấu “-” Giá trị này được xác định qua biểu thức g Pa.

• : là trở lực của Calorife đã xác định được ở trên:

 Phân bố các trở lực trong hệ thống sấy:

Hình 4.2 Phân bố trở lực trong hệ thống sấy

Ta xác định lần lượt các trở lực trên như sau:

4 2 2 1 Tổng trở lực cục bộ

Ta có bảng kết quả tính như sau:

Bảng 4.1 Giá trị trở lực cục bộ Điểm nút

Trở lực cục bộ p cb

Tổng trở lực cục bộ 96,14 Pa

4 2.2.2 Tổng trở lực hình học

Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

Bảng 4.2 Giá trị trở lực hình học Đoạn Chiều cao H

Nhiệt độ t[ o C] Trở lực hình học [Pa]

Tổng trở lực hình học -3.13.10 -3 (Pa)

4 2.2.3 Tổng trở lực ma sát

Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

Bảng 4.3 Giá trị trở lực ma sát Đoạn λ ms L [m] d tđ [m/s] T [ o C]

Cửa vào đến van hồi lưu 0,021 3,75 1,15 13,86 25 1,185 8,51 Ống từ miệng quạt đến calorife 0,0145 1,5 0,74 39,95 32,69 1,155 30,32 Đường dẫn từ calorife đến

Tổng trở lực ma sát 58,14

Tổng trở lực của hệ thống mà quạt cần khắc phục được tính qua biểu thức sau:

 Áp suất làm việc toàn phần:

Trong đó t = 25°C ρ = 1,293 kg/m 3 : khối lượng riêng của khí ở điều kiện chuẩn. ρ k = 1,185 kg/m 3 : khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc.

Chúng ta sử dụng quạt trung áp có áp suất nằm trong khoảng 100 – 300 mmH2O Để đảm bảo hiệu suất, cần chọn quạt phù hợp với lưu lượng và cột áp yêu cầu.

 Công suất và tốc độ của quạt:

Công suất động cơ điện lắp đặt cho quạt được tính theo công thức:

=1,1 : hệ số an toàn, chọn 1,2 hiệu suất thủy lực của quạt, chọn =0,9 hiệu suất động cơ quạt, chọn

TÍNH TOÁN KINH TẾ CHO HỆ THỐNG SẤY

Chi phí vật tư

Chiều rộng hầm sấy: 1850 mm

Chiều cao hầm sấy: 2180 mm

Chi phí vật tư khoảng: 5 000 000 đ

Chi phí thiết bị phụ

BẢNG 5.1 KINH PHÍ CHẾ TẠO VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG:

Tên bộ phận Giá thành Đơn vị Số lượng Thành tiền

Bộ cửa kéo ra, vào bằng thép 5.000.000 Cánh 2 10.000.000 Khung inox 304 (xe goong) 1.000.000 Chiếc 239 239.000.000

Nhôm (khay sấy) 400.000 Chiếc 400 160.000.000 Đường ray dẫn bên hướng bên trong hầm

Quạt thổi ly tâm 5.600.000 Cái 1 5.600.000

Quạt hướng trục (hồi lưu) 9.850.000 Cái 1 9.850.000

Hệ thống ống nối ra vào tác nhân sấy

2.500.000 m 15 37.500.000 Đồng hồ báo nhiệt độ tại bộ trao đổi nhiệt

2.000.000 Chiếc 1 2.000.000 Đồng hồ báo nhiệt độ sấy trong hầm

Hệ thống báo động nhiệt độ cao

Hệ thống đèn chiếu sáng trong hầm sấy

Thiết bị xác định độ ẩm 3.700.000 Chiếc 1 3.700.000