CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

2.575
lượt xem 450
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích tính toán nhiệt là xác định tiêu hao không khí dùng cho quá trình sấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kJ/h. Trên cơ sở tính toán nhiệt xác định kích thước các thiết bị. Đồng thời qua việc thiết lập cân bằng nhiệt và cân bằng năng lượng của hệ thống sẽ xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như tiêu hao riêng nhiệt của buồng sấy và hệ thống. 3.1. Chọn chế độ sấy: Quá trình giảm ẩm của chuối khi đưa...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY CHUỐI + Mục đích tính toán nhiệt : Mục đích tính toán nhiệt là xác định tiêu hao không khí dùng cho quá trình sấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kJ/h. Trên cơ sở tính toán nhiệt xác định kích thước các thiết bị. Đồng thời qua việc thiết lập cân bằng nhiệt và cân bằng năng lượng của hệ thống sẽ xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như tiêu hao riêng nhiệt của buồng sấy và hệ thống. 3.1. Chọn chế độ sấy: Quá trình giảm ẩm của chuối khi đưa vào sấy rất không đồng đều , để phù hợp với quá trình giảm ẩm đó , có thể chia quá trình sấy thành 3 giai đoạn sau:  Giai đoạn 1: - Thời gian sấy: τ = 8 h - Nhiệt độ môi chất sấy vào : t11 =650C - Vật liệu có độ ẩm vào :ω11 =80 % - Vật liệu có độ ẩm ra :ω12 =64 %  Giai đoạn 2: - Thời gian sấy: τ = 8 h - Nhiệt độ môi chất sấy vào : t12 =800C - Vật liệu có độ ẩm vào :ω12 =64 % - Vật liệu có độ ẩm ra :ω22  Giai đoạn 3: - Thời gian sấy: τ = 8 h - Nhiệt độ môi chất sấy vào : t13 =900C - Vật liệu có độ ẩm vào :ω22 - Vật liệu có độ ẩm ra :ω23 - Tốc độ môi chất sấy cả 3 giai đoạn là v= 2-3 m/s
- Trạng thái không khí bên ngoài t0=250C, 0  83% 3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA VẬT LIỆU : Xác định lượng ẩm bay hơi : W= G2 1  2  400 80  20  1200kg 100  1 100  80 Lượng vật liệu đưa vào là G11 =W+G2= 1200+400 = 1600kg Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn như sau : W1= 720kg, W2= 360kg, W3= 120kg Giai đoạn I : W1= 720kg, 11  80% 1  21 Vì : W1  G11 100  21 W1100-W1ω21=G11ω1-G11ω21 ω21= G111  W1100  1600.80  720.100  64% G11  W1 1600  720 Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 1 là : G21=G1-W1= 1600-720=880 kg Các đại lượng trên được tính trung bình cho 1 h của giai đoạn 1là: W1h= W1  720  90kg / h 1 8 G21h= G21  880  110kg / h 1 8 Giai đoạn 2:W2= 360kg, G12= 880kg Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : G1212  W2100 880.64  360.100 2    39% G12  W12 880  360 Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : G22=G12-G2 = 880-360=520kg Các đại lượng tính toán trung bình cho 1h của giai đoạn 2 là : W2h= W2  360  45kg / h 2 8 G22h= G22  520  65kg / h . 2 8 Giai đoạn III : W3=120kg, G13=G22=520kg
Tương tự như trên ta có độ ẩm của vật liệu ra khỏi giai đoạn III là ω23=ω2 được kiểm tra lại bằng công thức : G1313  W3100 520.39  120.100 23    20,7% G13  W3 520  120 Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 chính là lượng sản phẩm tức là: G23=G2= G13-W3 = 520-120 = 400kg. Các đại lượng tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn 3 là : G2 400 G2 h    50kg / h 3 8 W3h= W3  120  15kg / h 3 8 3.3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT : 1.Giai đoạn I Giai đoạn này năng suất bốc hơi ẩm lớn nhất , ẩm bốc hơi nhiều nên nhiệt độ môi chất ra khỏi buồng sấy thấp vì vậy không cần hồi lưu .Quá trình sấy được biểu diễn trên đồ thị I-d. Trạng thái không khí bên ngoài to= 25oC, 0  85% I 1 t1 2 t2  % o t0  d1 d2 d Từ đó ta xác định được : d0=622. 0 pso  622 0,85.0,03166  17,3kg / kgkkk P  0 Pso 0,99333  0,85.0,03166 Với Pso= 0,03166 bar. I0=t0+d0(r+Cpht0) kJ/kgkkk.
=25+0,0173(2500+1,9.25) =69 kJ/kgkkk p  0 pso 99333  0,85.0, 03166.105 ρk0=  =1,166 kg/m3 287(273  0) 287(273  25) Trạng thái không khí vào buồng sấy : Ta có : t11= 65oC, ps1=0,25 bar , d11=d0= 17,3g/kgkkk Từ đó xác định được : I11=t1+d1(r+Cpht1) =65+0,0173(2500+1,9.65) =110,38 kJ/kgkkk d1 p 17,3.0,99333 11    0,1075  10, 75% (622  d1 ) ps1 (622  17,3)0, 25 p  1 ps1 (0,99333  0,1075.0,025).105 ρk11=   0,9963kg / m3 Rk (273  t1 ) 287(273  65) Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy Giai đoạn này là giai đoạn sấy tộc độ không đổi , nhiệt độ vật iệu không đổi và bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt , tức là:tm=tM1=const.Nhiệt độ và độ ẩm không khí vào buồng là t11=65oC, 11  10,75% .Nhiệt độ nhiệt kế ướt tM1=32oC. Nhiệt độ vật liệu đưu vào buồng tm1=tM0 (tM0 là nhiệt độ nhiệt kế ướt ở điều kiện không khí bên ngoài , tM0=23oC). Như vậy , vật liệu vào được gia nhiệt từ tm1=23oC đến tm =32oC.Để đảm bảo việc truyền nhiệt tốt từ không khí đến vật liệu , ta chọn nhiệt độ khí ra khỏi buồng sấy t21=tm21+∆t(∆t=5-10ºC). Vậy t21=32+8=40oC, Ps2= 0,07375bar Các thông số còn lại được xác định như sau : d21= I 21 C pkt 21   110,38  40  0,02732 g / kgkkk . r  C pht 21 2500  1,9.40 d 21 P 27,32.0,99333 φ21=   56,6%  622  d21  ps 2 (622  27,32) *0,07375 P  21 ps 2 99333  0,591.0,07375.105 ρk21=   1,0593kg / m3 . Rk  273  t 21 287(273  40) Tiêu hao không khí lý thuyết : l01= 100  1000  100 kg/kgẩm . d 21  d11 27,3  17,3
L01=l01. W1=100.720= 72000kg= 9000kg/h V1= L01 = 9000  9033m3 / h  k1 0,9963 Vtb1= L = 9000 3 0.5    0,5(0,9963  1, 0593) 01  8756,56m 3 /h k1 k2 Tiêu hao nhiệt lý thuyết q01=l01(I1-I0)=100(110,38-69)= 4138kJ/kgẩm. Q01=q0. W1 =720.4138=2979360kJ Q01h= 372420kJ/h=103,45kW Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn 1: Nhiệt đưa vào : Qv=Q5+Q0=Q01+Q0. ở đây Q0 là nhiệt do không khi đưa vào : Q0=G0L0=L01.I0=9000.69=621000kJ/h=4968000kJ Qv=2979360+4968000 =7947360kJ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : QR=Q1+Q’2. ở đây : Q1 là nhiệt hữu ích : Q1=W[(r+Cpt2)-Cntm1 ] = 720  2500  1, 9.40   4,18.23  1785499, 2kJ  223187, kJ / h  61, 99kW   Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát : Q’2=L01I’2 =L01 [t2+d0(r+Cpht2) ] = 9000  40  0,0173(2500  1,9.40)  761083, 2kJ / h  6088665, 6kJ QR = 7874164,8kJ Q  Qv  Qr  73195, 2kJ ∆Q% =0,92% Hiệu suất nhiệt của buồng sấy : Q 1785499, 2 ηs= 1   0,359  35,9% Q s 4968000 2.Giai đoạn 2:
_ Giai đoạn này nhiệt độ môi chất vào lớn hơn, năng suất bốc hơi ẩm nhỏ hơn nên nhiệt độ khí thoát lớn hơn, vì vậy cần hồi lưu để tiết kiệm nhiệt. Quá trình sấy lý thuyết giai đoạn này biểu diễn trên đồ thị I-d. _Trong giai đoạn 2 nhiệt độ môi chất sấy vào buồng sấy là t12=80oC, tương ứng có Ps1=0,4738bar. Vì có hồi lưu nên độ ẩm tương đối của môi chất vào buồng sấy sẽ lớn hơn ở giai đoạn 1. Ta chọn độ ẩm tương đối của môi chất vào 12  20% _Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió, ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng không khí ở cả 3 giai đoạn như nhau, tức là: L1= L2= L3 hay W1l1=W2l2=W3l3. Từ đó ta có: l2=l1 W1  100 720  200 kg/kgẩm W2 360 l3=l1 W1  100 720  600 kg/kgẩm W3 120 Các thông số của không khí vào buồng sấy được xác định như sau: 12 ps1 0, 2.0, 4738 d12  622   65, 6 g / kgkkk p  12 ps1 0,99333  0, 2.0, 4738 I12 = t12 + d12(r + Cpht12) = 80 + 65.6(2500 + 1.9*80) = 254 [ kJ/kgkkk] p  12 ps1 (0.9933  0.2*0, 4738) *105  k12  =  0.887 kg/m3 Rk t12  273 287(80  273) Xác định các thông số môi chất ra khỏi buồng sấy : d 22  d12  d  d12  1000 = 65.6 + 1000 = 70,6 g/kgkkk. l2 200 I  d 22 .2500 254  70.6 * 2500 * 10 3 t22  2 = = 68,33 oC. 1  1,9.d 22 1  1.9 * 70.6 * 10 3 Từ t22 tra bảng hơi nước bão hoà được ps2 = 0,271  22  d 22 p = 70.6 * 0.9933 = 0,3736 = 37,36 % 622  d 22  p22 (622  70.6)0.271 p  22 ps 2 10 5 (0.9933  0.3736 * 0.271) k 2  = = 0,9122 Kg/m3  k t22  273 287(273  68.33) Xác định các thông số trạng thái sau hỗn hợp :
Hệ số hồi nhiệt : Gb L2 d H 2  d o 65.6  17.3 n   = = 9,66 Go Go d 22d H 2 70.6  65.6 Nhiệt độ khí sau hỗn hợp : nt  t 9.66 * 68.33  25 tH 2  2 o = = 64,26 , oC. n 1 9.66  1 Từ tH2 tra bảng hơi nước bão hoà được psH2 = 0,2435 bar . dH2 = d12 = 65.6 g/kgkkk. IH2 = tH2 + dH2(r + CphtH2) = 64,26 + 0,0656 (2500 + 1,9*64,26 ) = 236,27 , kJ/kgkkk . dH 2 p H 2  = 65.6 * 0.9933 = 0,389 = 38,9 % 622  d H 2  psH 2 (622  65.6)0.2435 p   H 2 psH 2 10 5 (0.9933  0.389 * 0.2435)  kH 2  = = 0,928 , kg/m3 Rk t H 2  273 287(273  64.26) Tiêu hao không khí lí thuyết : L2 = l2.W2 = 200*360 = 72000 [ kg ] = 9000 [ kg/h]. L2 9000 V12  1 = = 10004 , m3/h 1  k 1   k 2  (0.887  0.9122) 2 2 Lưu lượng không khí mới bổ sung : L 9000 Go  2 = = 931,68 kg/h . n 9.66 Tiêu hao nhiệt : q02 = l2(I12 – I0) = 200(254 - 236.27) = 3546 kJ/kg ẩm . Q02 = q02.W2 = 3546*360 = 1276560 , kJ . Q 1276560 Q02 h  02 = = 159570 , kJ/h = 44,32 kw 2 8 Cân bằng nhiệt của hệ thống : Nhiệt đưa vào : Qv = Q02 + Q0 = 1276560 +514287.36 = 1790847kJ Q02 là nhiệt đua vào buồng sấy . Q0 là nhiệt do không khí mới đưa vào . Q0h = G0.I0 = 931.68*69 = 64285.92, kJ/h Q0 = Q0h .τ2 = 64285.92*8 = 514287.36 , kJ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :
Qr = Q1 + Q’2 Q1 là nhiệt hữu ích : Q1 = W2[(r + Cpht42)-Cntm12] =360[(2500+1.9*64.26)- 4.18*32] = 895800 ,kJ Q 895800 Q1h  1 = = 111957 kj/h = 31,1 kW 2 8 Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát . Q’2h = G0I’2 = G0[tH2 + d0(r +CphtH2)] = 931.688 [64.26+0.0173(2500+1.9*64.26)] = 102112 kJ/h Q’2 = Q’2h .τ2 = 102112*8 = 816896 , kJ QR = Q1 + Q2/ = 895800 + 816896 = 1712696 KJ Sai lệch : ΔQ = QR - Qv = 1790847-1712696 = 78151 kJ Q 78151 Q%   100 = * 100 = 4,5 % Qv 1712696 3. Giại đoạn III : Xác định thông số vào buồng sấy : Ta chọn : t13=900 c, φ13 = 10% Từ t13 tra bảng hơi nước bão hoà được ps1 =0.7011 (bar) . Ta xác định thông số còn lại :  .p 0.1 * 0.7011 d13  622. 13 s1 = 622* = 47,235, g/kgkkk. p  13 . ps1 0.9933  0.1 * 0.7011 I13 = t13 + d13(r + Cpht13) = 90 + 0.047235 (2500 +1.9*90) = 216,16 , kJ/kgkkk . p  13 ps1  k13  = 0.9933  0.1 * 0.7011 = 0,886 , kg/m3 Rk t13  273 287(273  90) Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy : 1000 d 23  d13  d = 47.235 + = 48,9 , g/kgkkk. 600 I 23  d 23 .2500 216.6  0.0489 * 2500 t23  = = 86,32 oC 1  C ph d 23 1  1.9 * 0.0489 d 23 p 48.9 * 0.9933  23  = = 0.1189 = 12% 622  d 23  p23 (622  48.9)0.61 (tra bảng hơi nước bão hoà theo t23 ta được ps3 = 0.61(bar) p   23 p s 3 99333  0.12 * 0.61 *10 5  k 23  = = 0,892 , kg/m3 Rk t 23  273 287(86.23  273)
Xác định trạng thái môi chất sau hỗn hợp : Hệ số hối lưu : d  do G L n  b  3  H3 = 47.235  17.3 = 18 Go Go d 23d H 3 48.9  47.235 Nhiệt độ khí sau hỗn hợp ; nt  t 18 * 86.32  25 t H 3  23 o = = 83,09 , oC. n 1 18  1 Entanpi của không khí sau hỗn hợp : dH3 = d13= 47.235 g/kgkkk IH3 = tH3 + dH3(r + CphtH3) = 83.09 + 0.047235(2500 + 1.9*83.09) = 208,6 , kJ/kgkkk . Độ ẩm tượng đối sau hỗn hợp : H 3  dH 3 p = 47.235 * 0.9933 = 0.1308 = 13,08 % 622  d H 3  psH 3 (622  47.235)0.536 Khối lượng riêng : p   H 3 psH 3 9933  0.1308 * 0.536 *10 5  kH 3  = = 0,9034 , kg/m3 Rk t H 3  273 287(83.09  273) Xác định tiêu hao không khí : L03 = l03.W3 = 600*120 =72000 kg = 9000 kg/h L 9000 3 V03  03 =  10158 m /h  k 13 0.886 Vtb= L03  10124m3 / h  k13 Tiêu hao nhiệt lí thuyết : q03 =l03(I13 –IH3) = 600(216.6 - 208.6) = 4536 kJ/kg ẩm Q03 = q03W3 = 4526 * 120 = 544320 kj = 68040 kj/h = 18,9 kw Cân bằng nhiệt lí thuyết của hệ thống : Nhiệt đưa vào : Qv = Q03 + Q0 = Ở đây Q0 là nhiệt do không khí đưa vào : Q0h = G0.L0 = L3 I 0  9000 69  34500 , kJ/h . n 18 Qo = Q0h * τ3 = 34500*8 = 276000 kJ Qv = Q03 + Qo = 544320 + 276000 = 820320 kJ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : QR = Q1 + Q’2
Ở đây : Q1 là nhiệt hữu ích : Q1 = W3[(r + CphtH3)-Cntm13] = 120[(2500 + 1.9*83.09) – 4.18*48.6] = 294566 kJ Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát Q’2h = G0I’2 = G0[tH3 + d0(r +CphtH3)] Go là lưu lượng khí bổ sung Go = L3  9000  500 kg/h n 18 Q’2h= 500 [83.09 + 0.0173(2500 + 1.9*83.09)] = 64536 kJ/h . Q’2 = Q’2h .τ3 = 264536*8 = 516288 kJ QR = 294566 + 516288 = 810854 kj Sai lệch : ΔQ = QR - Qv = 820320 – 810854 = 9466 kJ