Thiết bị sấy đối lưu

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 52 Ch−¬ng 2. thiÕt bÞ sÊy ®èi l−u 2.1 Kh¸i niÖm Ph−¬ng ph¸p sÊy ®èi l−u lµ ph−¬ng ph¸p ®−îc dïng kh¸ phæ biÕn trong s¶n xuÊt, sö dông t¸c nh©n sÊy lµ khÝ nãng võa lµm nhiÖm vô truyÒn nhiÖt vµ lÊy Èm ra khái vËt liÖu sÊy. Nh− phÇn ph©n lo¹i thiÕt bÞ sÊy ë ch−¬ng tr−íc, t¸c nh©n sÊy cã thÓ cã nhiÒu d¹ng kh¸c nhau phô thuéc vµo kiÓu m¸y sÊy. Nguyªn t¾c cÊu t¹o: ThiÕt bÞ sÊy ®èi l−u cã cÊu t¹o kh¸c nhau theo tÝnh chÊt, kÕt cÊu, h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña vËt liÖu Èm khi ®−a vµo sÊy. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y sö dông réng r7i sÊy ®èi l−u nhê s¶n phÈm ch¸y cña nhiªn liÖu hoÆc hçn hîp víi kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é cao. Qu¸ tr×nh sÊy nµy cã c−êng ®é kh¸ m¹nh. S¬ ®å nguyªn t¾c cÊu t¹o c¸c lo¹i sÊy ®èi l−u cho ë b¶ng d−íi. I - ThiÕt bÞ sÊy vËt rêi, h¹t líp chÆt vµ líp rêi. A - S¶n phÈm rêi (m¶nh), sÊy theo líp. Tunen B¨ng chuyÒn Goßng di chuyÓn B¨ng t¶i Buång Tñ sÊy Goßng cè ®Þnh Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 53 B - H¹t rêi. a/ SÊy theo líp. Qu©n cê Khe chíp Qu©n cê cã khe chíp quay b/ SÊy líp t¬i Trèng Trôc cuèn Thanh Rung, gia tèc nhá §Üa chång Vßng Buång R«to Tuèc bin Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 54 II - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu rêi. 1 - SÊy tÇng s«i. 2 - SÊy khÝ ®éng Mét buång NhiÒu buång Khèi Líp rung Khèi rung Hçn hîp - ly t©m cã èng h¬i Hçn hîp Khèi khÝ ®éng Xycl«n èng khÝ ®éng Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 55 III - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu nhWo. IV - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu láng Líp s«i Líp rung Líp rung khÝ ®éng Trôc SÊy phun Phun ®Üa ly t©m Vßi phun h¬i Líp rung Líp s«i Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 56 C¸c ký hiÖu: VËt liÖu: T¸c nh©n sÊy: H−íng quay cña phÇn tö c¬ cÊu Sµng ph©n phèi khÝ: Qu¸n trÝnh vËt liÖu: 2.2. Lý thuyÕt tÝnh to¸n TÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy, th−êng b¾t ®Çu tÝnh to¸n bu«ng sÊy, gåm c¸c giai ®o¹n chÝnh sau: TÝnh l−îng Èm bèc h¬i, thiÕt lËp ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vµ x¸c ®Þnh chi phÝ kh«ng khÝ, x¸c ®Þnh kÝch th−íc chÝnh cña buång sÊy, tÝnh to¸n nhiÖt bu«ng sÊy. (H×nh 2.1) §©y lµ s¬ ®å tÝnh to¸n sÊy b»ng kh«ng khÝ kiÓu tunen, cã calorife riªng vµ qu¹t ®Æt tr−íc nã. H×nh 2.1. S¬ ®å sÊy b»ng kh«ng khÝ kiÓu tu – nen Kcal/Kg g/Kg VËt liÖu Kcal/Kg g/Kg g/Kg K h «n g k h Ý I Kh«ng khÝ VËt liÖu Kh«ng khÝ Kcal/Kg Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 57 Th«ng sè cña kh«ng khÝ bªn ngoµi: nhiÖt ®é t0, ®é Èm ϕ0, hµm l−îng Èm ®é, entanpy I0 ®−¬c h©m nãng khi qu¹t thæi vµo calorifer vµ khÝ ra víi c¸c th«ng sè t1, ϕ1, d1, I1 ®−îc ®−a trùc tiÕp vµo buèng sÊy. Trong qu¸ tr×nh sÊy, nh÷ng th«ng sè cña kh«ng khÝ sÏ thay ®æi vµ cã gi¸ trÞ t2, ϕ2, d2, I2 vµ tho¸t ra khái buång sÊy. Tr¹ng th¸i vËt liÖu tr−íc khi sÊy ®Æc tr−ng bëi w1 (®é Èm ban ®Çu theo % ®èi víi khèi l−îng chung) vµ t1 (nhiÖt ®é), sau khi sÊy lµ w2 vµ t2. Sù thay ®æi th«ng sè chÝnh cña kh«ng khÝ vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu tr−íc vµ sau khi sÊy chØ trªn s¬ ®å d¹ng ®å thÞ khi sÊy lóa m×. 2.2.1. TÝnh l−îng Èm bèc h¬i. Phï hîp víi ®Þnh luËt b¶o toµn chÊt, khèi l−îng vËt liÖu ®−a vµo m¸y sÊy ph¶i b»ng khèi l−îng vËt liÖu ra khái m¸y céng víi khèi l−îng Èm bèc h¬i. g1 = g2 + U (2.1) Trong ®ã: g1, g2 - khèi l−îng vËt liÖu Èm ®−a vµo buång sÊy vµ ®−a ra khái buång sÊy (kg/h). u – khèi l−îng Èm bèc h¬i (kg/h). Khèi l−îng vËt liÖu gåm khèi l−îng chÊt kh« tuyÖt ®èi gK vµ khèi l−îng Èm (n−íc) chøa trong vËt liÖu. Trong qu¸ tr×nh sÊy gK = const, ta cã thÓ viÕt 1 1 1 1 1 100 1 100 K K wg g g gg w = + ⋅ = − (2.2) 2 2 2 2 2 100 1 100 K K wg g g gg w = + ⋅ = − (2.3) Ta cã tû sè 1 2 2 1 100 100 g w g w − = − (2.4) Suy ra 22 1 1 100 100 wg g w − = ⋅ − (2.5) Tõ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n (2.1) vµ t−¬ng quan (2.4), cã thÓ nhËn ®−îc t−¬ng quan th−êng dïng trong tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 58 ( ) ( ) 2 1 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1001 1 2.6 100 100 1001 1 2.7 100 100 g w w wU g g w w g w w wU g g w w − − = − = − = − − − − = − = − = − − Trong ®ã: 1 U g - khèi l−îng Èm bèc h¬i qua 1 kg vËt liªu kh« (kg/kg). 2 U g - khèi l−îng Èm bèc h¬i qua 1 kg vËt liÖu sau sÊy (kg/kg). Ta cã: ( )1 2 1 21 2 2 1 2.8 100 100 w w w wU g g w w − − = ⋅ = ⋅ − − Nh¬ c«ng thøc (2.5) vµ (2.8) khi biÕt gi¸ trÞ ®Çu vµ cuèi cña vËt liÖu Èm vµ khèi l−îng vËt liÖu kh«, cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc khèi l−îng vËt liÖu sau khi sÊy (hoÆc ng−îc l¹i) vµ l−îng Èm bèc h¬i. 2.2.2. C©n b»ng Èm vµ chi phÝ kh«ng khÝ trong bu«ng sÊy. Trong qu¸ tr×nh sÊy khèi l−îng Èm trong hçn hîp kh«ng khÝ t¨ng, khèi l−îng kh« cña kh«ng khÝ kh«ng ®æi. (Thùc tÕ cã thay ®æi mét chót, do ro rØ...). Trong qu¸ tr×nh sÊy khèi l−îng kh«ng khÝ kh« L (kg/kg) cã thÓ coi lµ kh«ng ®æi. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng Èm ®èi víi buång sÊy, biÓu diÔn sù c©n b»ng gi÷a Èm ®−a vµo cña vËt liÖu vµ trong t¸c nh©n sÊy tr−íc khi sÊy vµ Èm ®−a ra khái buång sÊy (trong t¸c nh©n vµ Èm cßn l¹i trong vËt liÖu sÊy) 1 1 1 2 2 2 100 100 100 100 g w d g w dL L⋅ ⋅+ ⋅ = + ⋅ (2.9) Trong ®ã: 1 1 100 g w⋅ - khèi l−îng Èm ®−a vµo bu«ng sÊy cïng víi vËt liÖu (kg/h). 2 2 100 g w⋅ - khèi l−îng Èm t¸ch khái vËt liÖu (kg/h). 1 100 L d⋅ - Khèi l−îng Èm trong kh«ng khÝ vµo bu«ng sÊy (kg/h) (dg/kgkk, 100 d kg/kgkk). 2 100 L d⋅ - Khèi l−îng Èm t¸ch kh«ng khÝ (kg/h) Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ta viÕt. 1 1 2 2 2 1 100 100 1000 g w g w d dL⋅ ⋅ −− = ⋅ Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 59 HiÖu sè: 1 1 2 2 100 100 g w g w⋅ ⋅ − - tæn thÊt Èm cña vËt liÖu sau khi sÊy, hoÆc l−îng Èm bèc h¬i trong 1 giê u (kg/h). Tõ ®ã ta cã: 2 1 1000 d d u L −= ⋅ Khèi l−îng kh«ng khÝ kh«. 2 1 1000L u d d = ⋅ − L l u = Chi phÝ kh«ng khÝ cho 1 kg n−íc bèc h¬i (kg/kg) trong Èm bèc h¬i. 2 1 1000l d d = − (2.11) Kh«ng khÝ ®i qua calorife, d = const, nghÜa lµ d1 = d0, ta viÕt. 2 0 1000l d d = − (2.11’) §©y lµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ®Ó x¸c ®Þnh chi phÝ kh«ng khÝ trong thiÕt bÞ sÊy. Tõ (2.11’) cho thÊy chi phÝ kh«ng khÝ t¨ng khi t¨ng d0. Hµm l−îng Èm bªn ngoµi vµo mïa hÌ cao h¬n mïa ®«ng, do ®ã th−êng tÝnh qu¹t theo ®iÒu kiÖn mïa hÌ. TÝnh to¸n qu¹t theo thÓ tÝch kh«ng khÝ di chuyÓn. biÕt chi phÝ kh«ng khÝ theo khèi l−îng kh«ng khÝ kh« L, cã thÓ x¸c ®Þnh chi phi kh«ng khi theo thÓ tÝch V (m3 Èm/h). V = L⋅V0 ë ®©y: V0 - ThÓ tÝch kh«ng khÝ Èm, x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i V0 = Vc (thÓ tÝch riªng cña kh«ng khÝ kh«). Thay gi¸ trÞ 2 2 2 2 2 622 h h P d B P ϕ ϕ ⋅ ⋅ = − ⋅ vµo ph−¬ng tr×nh (2.11’); chó ý r»ng d0 ≈ 0 v× gi¸ trÞ cña nã b»ng 5 ÷ 10 g/kg qu¸ nhá so víi d2; ta cã ( )2 2 2 2 2 0 2 2 10001000 1,6 1 622 h h h B P Bl d d P P ϕ ϕ ϕ ⋅ − ⋅   = = = ⋅ −   − ⋅ ⋅ ⋅  Qua ph−¬ng tr×nh nµy cho thÊy; chi phÝ kh«ng khÝ l gi¶m: khi t¨ng ϕ2 (2.13) nghÜa lµ t¨ng møc ®é b7o hoµ cña kh«ng khÝ ra khái buång sÊy; t¨ng Ph2, nghÜa lµ t2 - nhiÖt ®é kh«ng khÝ ra khái buång sÊy. Gi¶m ¸p suÊt khÝ trêi B . Chi phÝ kh«ng khÝ l còng cã thÓ x¸c ®Þnh trªn ®å thÞ (I-d). 2.2.3. TÝnh nhiÖt buång sÊy. §Ó tÝnh chi phÝ nhiÖt trong thiÕt bÞ sÊy, thiÕt lËp sù c©n b¨ng nhiÖt cña buång sÊy: sù gi¶m c©n b»ng gi÷a nhiÖt ®−a vµo buång sÊy vµ l−îng nhiÖt tho¸t ra khái buång sÊy. §Ó ®¬n Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 60 gi¶n tÝnh to¸n, ta coi qu¸ tr×nh sÊy kh«ng tæn thÊt nhiÖt vµ bæ xung nhiÖt. Ng−êi ta gäi ®ã lµ sÊy lý thuyÕt. a) SÊy lý thuyÕt. SÊy kh«ng cã tæn thÊt, nghÜa lµ nhiÖt chØ chi phÝ lµm bèc h¬i Èm cña vËt liÖu vµ ®èt nãng khÝ ®7 lµm viÖc. Ta kh«ng tÝnh nhiÖt cÇn h©m nãng c¬ cÊu vËn chuyÓn, tæn thÊt vµo m«i tr−êng, nhiÖt h©m nãng vËt liÖu, khi ®ã: t1 = t2 (t1, t2 nhiÖt ®é tr−íc vµ sau khi sÊy cña vËt liÖu). C©n b»ng nhiÖt buång sÊy. 2 1 1 1 2 2 2 2L I g c t L I g c t⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ + ⋅ ⋅ (2.14) Trong ®ã: I1, I2 - Entanpi cña kh«ng khÝ tr−íc vµ sau khi ra khái buång sÊy (kJ/kgkk) tõ ®ã cho thÊy, l−îng nhiÖt (KJ/h hoÆc watt) ®−a vµo buång sÊy víi kh«ng khÝ (LI1) vµ vËt liÖu (g1c1t1) b»ng l−îng nhiÖt ra khái buång sÊy víi kh«ng khÝ(LI2) vµ vËt liÖu (g2c2t2). V× g1 = g2 + U, nhiÖt dung riªng cña n−íc C1 = 1kcal/kg 0C ta cã thÓ viÕt. 1 1 1 2 2 1 1g c t g c t U t⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ (2.15) Trong hÖ SI, Cn = 4,19 kJ/kg 0K vµ khi ®ã 1 1 1 2 2 1 14,19g c t g c t U t⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ hoÆc d¹ng chung 1 1 1 2 2 2 1ng c t g c t U C t⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ (2.15) vµo ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ta cã: 1 1 1 1 1 2 2 2 2nL I g c t U C t L I g c t⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ + ⋅ ⋅ Khi sÊy kh«ng cã tæn thÊt t1 = t2 do ®ã 1 1 2nL I U C t L I⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ (2.16) Entapy cña kh«ng khÝ ra khái buång sÊy 12 1 n U C tI I L ⋅ ⋅ = + (2.17) C©n b»ng nhiÖt cña qu¸ tr×nh ®èt nãng kh«ng khÝ trong calorife 0 1kL I Q L I⋅ + = ⋅ (2.18) Trong ®ã: I0 - Entanpy cña kh«ng khÝ vµ calorife (kJ/kg). Qk - NhiÖt truyÒn vµo kh«ng khÝ trong calorife (kJ/h hoÆc W) Tõ ®Êy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc Qt ®èi víi sÊy lý thuyÕt vµ sÊy thùc. ( )1 0kQ L I I= ⋅ − (2.19) Chia hai vÕ cho U vµ ký hiÖu t t Q q U = ta cã ( )1 0kq l I I= ⋅ − (2.19’) Thay gi¸ trÞ (2.18) LI1 vµo (2.16) ta cã 0 1 2k nL I Q U c t L I⋅ + + ⋅ ⋅ = ⋅ Tõ ®ã nhËn ®−îc biÓu thøc kh¸c ®èi víi chi phÝ nhiÖt trong calorife khi sÊy lý thuyÕt. ( )2 0 2t nQ L I I U c t= ⋅ − − ⋅ ⋅ (2.20) hoÆc ( )2 0 1t nq l I I c t= ⋅ − − ⋅ (2.21) Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 61 §Ó thÊy râ kÕt cÊu c©n b»ng nhiÖt khi sÊy kh«ng cã tæn thÊt, thay gi¸ trÞ I2, I0 tõ c«ng thøc d−íi vµo (2.21). 1000k a dI c t I= ⋅ + ⋅ ë ®©y I = r + 0,44⋅t lµ entanpy cña h¬i chøa trong kh«ng khÝ, ta cã ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 0 2 2 2 2 0 2 0 2 0 1 2 0 2 0 0 0 2 0 1 2 0 2 0 0 1 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 k k c a n k k a a a a n k a a a n q l c t t d I d I c t q l c t t l d I l d I l d I l d I c t l c t t l d d I l d I I c t  = ⋅ ⋅ − + ⋅ ⋅ − ⋅ − ⋅  = ⋅ ⋅ − + ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ = ⋅ ⋅ − + ⋅ ⋅ − ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ − − ⋅ Bëi v× 0,001⋅(d2 - d0) ⋅l = 1. Ta cã ph−¬ng tr×nh cuèi cïng ( ) ( ) ( )2 2 01 2 0 00,001k a n k a aq I c t l c t t l d I I = − ⋅ + ⋅ ⋅ − + ⋅ ⋅ −  (2.22) hoÆc k bhq q q= + yx (2.23) Tõ ®ã cho thÊy sÊy lý thuyÕt, nhiÖt truyÒn vµo kh«ng khÝ trong calorife, Èm bèc h¬i tõ vËt liÖu (qbh), mét phÇn cña nã kh«ng tr¸nh khái mÊt vµo kh«ng khÝ tho¸t ra khái buång sÊy (qyx). b) SÊy thùc. SÊy thùc lµ sÊy cã tÝnh tíi tæn thÊt: h©m nãng vËt liÖu qvl, c¬ cÊu vËn chuyÓn qvc, tæn thÊt vµo m«i tr−êng qmt. Ngoµi ra kh«ng khÝ cßn nhËn ®−îc nhiÖt tõ bÒ mÆt ®èt nãng trong buång sÊy mét l−îng phô thªm qft. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt trong sÊy thùc cã d¹ng: qk + qft = qbh + qyx + Σqtt Tæng tæn thÊt nhiÖt: Σqtt = qvl + qvc + qmt L−îng nhiÖt chung ®−a vµo buèng sÊy: q = qk + qft Tæn thÊt nhiÖt h©m nãng vËt liÖu ra khái buång sÊy cã d¹ng: ( )2 2 2 1vl vlgq c t tU= ⋅ ⋅ − Trong ®ã: 2 g U - Khèi l−îng vËt liÖu ra khái buång sÊy, tÝnh cho 1kg Èm bèc h¬i cã thÓ tÝnh theo gi¸ trÞ ®7 cho w1, w2 2 1 1 2 100 w w w g U − = − NhiÖt dung riªng cña vËt ®7 sÊy: ( )2 2 2 w 100 w 100 n k vl c c C ⋅ + ⋅ − = Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 62 §Ó x¸c ®Þnh t2 cÇn t×m sù phô thuéc hµm sè gi÷a nhiÖt ®é t vµ hµm l−îng Èm cña vËt liÖu u trong qu¸ tr×nh sÊy; x¸c ®Þnh bëi ®é lín du dtb = . Tû sè du dt ®Æc tr−ng cho sù thay ®æi nhiÖt ®é trung b×nh cña vËt liÖu trong qu¸ tr×nh sÊy, khi thay ®æi hµm l−îng trung b×nh ®i 1 kgÈm/ kgchÊt kh« gäi lµ hÖ sè nhiÖt ®é sÊy. Trong thêi kú sÊy thø nhÊt vµ ban ®Çu cña thêi kú thø hai. u0; d d dt d c τ τ ≈ = ≈onst;b 0 a) ë cuèi qu¸ tr×nh sÊy. d dt τ > 0; 0 d du τ → vµ b → ∞ b) Gi÷ ®óng ®Æc tÝnh phô thuéc t = f(u) cã ph−¬ng tr×nh gÇn ®óng c) tho¶ m7n ®iÒu kiÖn a,b. ( ) 1 1 1 n k k k k p u u t t t t u u   − = − − ⋅ −    −  − c) Trong ®ã: tk - nhiÖt ®é m«i tr−êng t− - nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít u - hµm l−îng Èm ë thêi ®iÓm bÊt kú τ uk1, up - hµm l−îng Èm chuÈn vµ c©n b»ng cña vËt liÖu n - hÖ sè phô thuéc tÝnh chÊt vËt liÖu ¶nh h−ëng cña th«ng sè chÕ ®é cña qu¸ tr×nh (nhiÖt ®é t vµ ®é Èm kh«ng khÝ ϕ) tíi uk1 vµ up. NÕu biÕt gi¸ trÞ uk1 vµ up th× ph−¬ng tr×nh c) t = f(u) nghÜa lµ t = f1(τ) ng−êi ta x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cña vËt liÖu cuèi qu¸ tr×nh sÊy t2. BiÕt quan hÖ t = f(u) cho phÐp tÝnh to¸n ®éng häc thiÕt bÞ sÊy khi sö dông sè Rªbin®e Rb. ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 1 0 1 r 2 1 2 1 n k k vl k p k n k p k k p n n u u n c c u u u Rb t t u u u u u u n EuRb K Eu − −   − ⋅   − ⋅ −  = − ⋅ − ⋅ ⋅ −  − ⋅ −    −  ⋅ = − ⋅ ⋅ − − ChuÈn K«ss«Bitra ®èi víi thêi kú 2. ( ) ( ) ( )1110 ; ; 2.24 kvl k k pk p vl a k u uc t t K Eu u ur u u c c u c −⋅ − = = − ⋅ − = ⋅ + − Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 63 Ph−¬ng tr×nh (2.24) thiÕt lËp mèi t−¬ng quan gi÷a chi phÝ nhiÖt ®Ó h©m nãng vËt liÖu vµ sù bèc h¬i Èm t¹i thêi ®iÓm bÊt kú cña thêi kú sÊy thø 2 (®−îc x¸c ®Þnh bëi Rb) vµ t−¬ng quan gi÷a Rb/K0. 1 0 2 1 n u Rb n Eu K Eu − ⋅ = ⋅ − (2.25) TÝnh to¸n ®éng lùc häc dÉn tíi x¸c ®Þnh sù phô thuéc cña Rb = f(u) hoÆc (Rb = f1(τ) chi phi nhiÖt h÷u Ých qhi. ( )0 1hi v duq R r Rbdς τ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + qhi - Chi phÝ nhiÖt h÷u Ých trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt bèc h¬i trong mét ®¬n vÞ thêi gian tæn thÊt nhiÖt h©m nãng c¬ cÊu vËn chuyÓn. ( )2 1vcvc vc vc vcgq c t tU= ⋅ ⋅ − Trong ®ã: gvc - Khèi l−îng c¬ cÊu vËn chuyÓn sau mét giê qua buång sÊy (kg/h) . Tæn thÊt nhiÖt qua m«i tr−êng qmt bao gåm tæn thÊt qua c¬ cÊu bao che qbc (lµ chÝnh) vµ tæn thÊt rß rØ khÝ do kh«ng kÝn qyx. qmt = qbc + qyx Tæn thÊt nhiÖt qua bao che cña buång sÊy ®−îc tÝnh theo c«ng thøc truyÒn nhiÖt. tbbc K F t q U ⋅ ⋅∆ = ∑ (2.26) Trong ®ã: F - DiÖn tÝch bÒ mÆt tõng vïng (m2) K - HÖ sè truyÒn nhiÖt chung cña vïng bao che (w/m20K). ∆ttb - Sai lÖch nhiÖt ®é trung b×nh ®èi víi tõng vïng tb tb nt t t∆ = − ttb - nhiÖt ®é trung b×nh cña kh«ng khÝ (m«i tr−êng h¬i - khÝ) trong buång sÊy cña bÒ mÆt bao che nµo ®ã. 1 2 2tb t t t + = t1, t2 - NhiÖt ®é cùc ®¹i vµ cùc tiÓu cña kh«ng khÝ trong buång sÊy cña vïng bao che. tn - NhiÖt ®é kh«ng khÝ trong nhµ sÊy. C¸c c¬ cÊu bao che chia thµnh tõng vïng phô thuéc vµo cÊu tróc (t−êng, trÇn, cöa, nÒn) vµ vËt liÖu (kim lo¹i, g¹ch...). HÖ sè nhiÖt chung K (w/m2K) x¸c ®Þnh theo. 1 2 1 1 1n n K δ α λ α = + +∑ (2.27) Trong ®ã: α1, α2 - HÖ sè trao ®æi nhiÖt tõ m«i tr−êng buång sÊy vµo bªn trong bÒ mÆt t−êng bao che vµ tõ bªn ngoµi mÆt t−êng bao che vµo m«i tr−êng kh«ng khÝ (w/m2K). δn - §é dÇy tõng líp cÊu t¹o nªn bao che (m). Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 64 λm - HÖ sè dÉn nhiÖt t−¬ng øng (w/m0K) Trao ®æi nhiÖt gi÷a khÝ vµ t−êng phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: th«ng sè vËt lý cña khÝ, thµnh phÇn vµ nhiÖt ®é cña nã, chÕ ®é chuyÓn ®éng cña khÝ,vµ tèc ®é cña nã (chuyÓn ®éng tù do hay c−ìng bøc, chÕ ®é ch¶y tÇng hay ch¶y rèi...), kÝch th−íc h×nh häc cña buång, vÞ trÝ t−êng hoÆc thµnh (®øng hay n»m ngang) vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña nã. Trong buång sÊy. Kh«ng khÝ chuyÓn ®éng d−íi t¸c ®éng cña qu¹t (chuyÓn ®éng c−ìng bøc). NhiÖt chuyÒn tõ kh«ng khÝ cña buång sÊy vµo t−êng lµ ®èi l−u c−ìng bøc. Hµng lo¹t chuyÓn ®éng c−ìng bøc trong buång sÊy, g©y ra mËt ®é khÝ kh«ng ®Òu theo chiÒu cao buång sÊy. Do ®ã hÖ sè α1 nªn tÝnh theo c«ng thøc cña Phª - §« - Rèp n.m ( )' ''1 1 1Aα α α= ⋅ + Trong ®ã: A - HÖ sè phô thuéc vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña khÝ vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña thµnh. §èi víi chÕ ®é ch¶y rèi vµ bÒ mÆt nh¸m A = 1,2 ÷ 1,3. α1 ’ - HÖ sè truyÒn nhiÖt khi chuyÓn ®éng c−ìng bøc. α1 ’’ - HÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi l−u tù nhiªn. X¸c ®Þnh nhê: Re Prn nNu c= ⋅ ⋅ ë ®©y: Nu lαλ= ⋅ - ChuÈn Nussen l - KÝch th−íc h×nh häc cña bao che (m) λ - HÖ sè dÉn nhiÖt cña khÝ (w/m0K) c, n, m - HÖ sè tÝnh tíi ®iÒu kiÖn chÈy cña qu¸ tr×nh Re d γ ⋅ = v - ChuÈn Reynol v - Tèc ®é chuyÓn ®éng cña khÝ (m/s). γ - §é nhít ®éng häc (m2/s) d - KÝch th−íc h×nh häc cña buång (r7nh) (m). §èi víi Tunen tiÕt diÖn ch÷ nhËt (BXH), ta cã ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng. ( ) ' 24 2td S B H B Hd A p B H B H ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ = ⋅ + + ë ®©y: S’ - DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang dßng khÝ P - chu vi −ít Pr - chuÈn Prandt g c a γ µ λ ⋅ ⋅ = = a - HÖ sè dÉn nhiÖt cña khÝ (m2/s) µ - ®é nhít ®éng lùc (NS/m2) Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 65 g - Gia tèc tù do (m/s2) c - NhiÖt dung riªng cña khÝ (kJ/kg0K) H×nh 2.2. TÝnh chÊt vËt lý cña dßng khÝ cã thµnh phÇn trung b×nh CO2 = 12,3%, N2 = 80,5% O2 = 7,2% theo thÓ tÝch §èi víi khÝ 2 nguyªn tö Pr = 0,7 vµ c«ng thøc ®¬n gi¶n sÏ lµ Nu = C’⋅Re’’ Khi Re < 105 Nu = 0,66⋅Re0,5 Khi Re > 105 Nu = 0,032⋅Re0,8 §èi víi chÕ ®é ®èi l−u tù nhiªn, hÖ sè trao ®æi nhiÖt α1 ’’ x¸c ®Þnh qua chuÈn Nussen. ( )" Pr nNu C Gr= ⋅ ⋅ Trong ®ã chuÈn Gratgop 3 2 tb t tb T Tg lGr Tν   −⋅ = ⋅    ë ®©y: Ttb vµ Tt nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ thµnh ( 0K) H»ng sè c’’ vµ n víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña Gr.Pr cho trong b¶ng 2.2. λ/ 1, 15 W /m 0 K K g/ m 2 K J/ K g0 K Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 66 B¶ng 2.1. Th«ng sè vËt lý cña kh«ng khÝ khi B = 735,5 mmHg Cp λ µ.106 t0 , C kJ /k g0 K K ca l/ kg 0 C ρ , k g/ m 3 W /m 0 K K ca l/ m .h .0 C γ.1 04 m 3 / s a. 10 4 m 2 / s N s/ m 2 K s/ m 2 0 1,005 0,240 1,252 0,0244 0,0210 0,137 0,195 17,2 1,75 20 1,010 0,242 1,164 0,0256 0,0222 0,157 0,222 18,2 1,86 40 1,010 0,242 1,092 0,0271 0,0234 0,176 0,248 19,2 1,96 60 1,020 0,243 1,025 0,0285 0,0246 0,196 0,278 20,1 2,05 80 1,021 0,244 0,968 0,0298 0,0257 0,217 0,306 21,0 2,14 100 1,021 0,244 0,916 0,0311 0,0268 0,238 0,337 21,7 2,22 120 1,022 0,245 0,870 0,0324 0,0279 0,262 0,368 22,8 2,32 140 1,022 0,245 0,827 0,0336 0,0290 0,285 0,403 23,6 2,40 160 1,028 0,246 0,789 0,0350 0,0301 0,306 0,436 24,2 2,46 180 1,035 0,247 0,755 0,0361 0,0311 0,331 0,469 25,0 2,55 200 1,035 0,247 0,723 0,0372 0,0322 0,358 0,505 26,0 2,64 B¶ng 2.2. Gi¸ trÞ cña C’’ vµ n. Gr.Pr C’’ n Gr.Pr C’’ n 1.10-4 ÷ 1.10-3 0,5 0 5.102 ÷ 2.107 0,54 1/4 1.10-3 ÷ 5.102 1,18 1/8 2.107 ÷ 1.1013 0,135 1/4 NhiÖt ®é bªn ngoµi mÆt t−êng buång sÊy cÇn gi÷ trong kho¶ng 30 ÷ 400C ®Ó ®¶m b¶o an toµn lao ®éng. NhiÖt ®é bÒ mÆt bªn trong t−êng kh«ng ®−îc nhá h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña m«i tr−êng h¬i - kh«ng khÝ t¹i c¸c vïng trong buång sÊy ®Ó tr¸nh ng−ng tô h¬i n−íc ë mÆt trong t−êng. §Ó kiÓm tra cã thÓ sö dông c¸c quan hÖ sau: + MÆt ngoµi t−êng buång sÊy. ( ) ( )2bc nt n tb nQ F t t k F t tα= ⋅ − = ⋅ ⋅ − NhiÖt ®é mÆt t−êng ngoµi. ( ) 2 tb n nt n k t t t t α ⋅ − = + + NhiÖt ®é mÆt trong t−êng buång sÊy. ( ) ( )1bc tb tt tb nQ F t t k F t tα= ⋅ ⋅ − = ⋅ ⋅ − ( ) 1 tb n tt tb k t t t t α ⋅ − = − §Ó tÝnh to¸n s¬ bé bao che cña buång sÊy, cã thÓ lÊy K = 0,93 ÷ 1,74 w/m20K. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 67 Khi thiÕt lËp c©n b»ng nhiÖt lµm viÖc cña m¸y sÊy cã thÓ dïng c«ng thøc. ( )2 nt n bc t t F q U α ⋅ − ⋅ = ∑ TruyÒn nhiÖt tõ mÆt ngoµi cña t−êng m¸y sÊy do ®èi l−u tù nhiªn cña kh«ng khÝ n¬i ®Æt m¸y vµ bøc x¹ cña thµnh ®èi diÖn (t−êng c«ng tr×nh). Do ®ã hÖ sè truyÒn nhiÖt α2 lµ tæng cña hai hÖ sè ®ã. α2 = α2s + α2 ” ë ®©y: α2s - HÖ sè truyÒn nhiÖt do bøc x¹. α2 ” - HÖ sè truyÒn nhiÖt do ®èi l−u tù nhiªn ( ) 4 4 1 2 2 100 100 nt t s nt n T TC t t α −      ⋅ −           = − ë ®©y: C1-2 - HÖ sè bøc x¹ qui dÉn (W/m2K4) cã thÓ tÝnh gÇn ®óng 1 21 2 5,8 C CC − ⋅ ≈ C1, C2 - HÖ sè bøc x¹ truyÒn vµ nhËn nhiÖt cña bÒ mÆt B¶ng 2.3. HÖ sè bøc x¹ cña vËt r¾n. C C VËt liÖu W/m2 0K4 Kcal/m2.h.k4 VËt liÖu W/m2K4 Kcal/m2.h.K4 GiÊy 4,65 - 5,43 4 - 4,61 C¸c t«ng 5,25 4,52 KÝnh 5,4 4,65 ThÐp tÊm 3,2 2,7 Th¹ch cao 4,65 ÷ 5,2 4 ÷ 4,48 Gang nh¸m 2,65 4,0 Gç 4,54 - 5,15 3,9 ÷ 4,45 «xÝt ch× 1,61 1,39 Tæn thÊt nhiÖt qua nÒn buång sÊy Qn: ' n n nQ q F= ⋅ Trong ®ã: Fn - DiÖn tÝch nÒn (m 2). qn ’ - Tæn thÊt nhiÖt cho 1m2 nÒn tÝnh víi nhiÖt trung b×nh cña buång sÊy. B¶ng 2.4. Tæn thÊt nhiÖt qn ’ (w/m2) NhiÖt ®é 0C X (m) 20 40 60 80 100 150 250 1 22 35 48,5 61,4 74,5 107,1 173 2 17,4 27,8 39,1 49,3 59,5 86,2 137,5 3 16,1 24,5 34,4 43 52,4 76,1 121,1 4 15,2 23,4 31,9 40,1 48,1 61 110,2 5 15,1 22,8 31 38,5 45,6 66,8 104,3 Tõ 20 - 2500C vµ kho¶ng c¸ch tõ t−êng ngoµi cña c«ng tr×nh X = 1 ÷ 5m. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 68 Tæn thÊt nhiÖt do rß rØ kh«ng khÝ khái buång sÊy (kJ/kg). ( )rr r tb nLq c t tU= ⋅ ⋅ − (2.28) Trong ®ã: Lr - Rß rØ kh«ng khÝ (kg/h) x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm cr - NhiÖt dung riªng kh«ng khÝ cña buång sÊy khi ttb. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt trong sÊy thùc 1 2 0 1 2 2 1 2 2 2 2 t n vc vc vc ft vc vc vc mt L I Q U c t g c t g c t Q L I g c t g c t Q ⋅ + + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + = ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + Chia hai bªn cho U, nghÜa lµ chi phÝ nhiÖt cho 1 kg Èm bèc h¬i, sau khi biÕn ®æi ta cã. ( ) ( ) ( )2 122 0 2 2 1 1vck vc vc vc mt nggq l I I c t t c t t q c tU U= ⋅ − + ⋅ − + ⋅ ⋅ − + − ⋅ HoÆc: ( ) ( )2 0 1 2 0 1 1k vl vc mt n tt ftq l I I q q q c t l I I q q c t= ⋅ − + + − − ⋅ = ⋅ − + − − ⋅∑ (2.29) Thay gi¸ trÞ cña qk ë ph−¬ng tr×nh (2.19 ’) vµo (2.29) ta cã. ( ) ( )1 0 2 0 1 1tt ftl I I l I I q q c t⋅ − = ⋅ − + − − ⋅∑ Suy ra: ( )2 1 1 1ft ttl I I q c t q⋅ − = + ⋅ −∑ §Æt tæng phÇn ph¶i qua ∆ (kJ/kgÈm) 1 1ft ttq c t q∆ = + ⋅ −∑ Suy ra: ( )2 1 2 1 l I I I I l ⋅ − = ∆ ∆ = + (2.30) Ph−¬ng tr×nh (2.30) ®Æc tr−ng sù thay ®æi entanpi hçn hîp h¬i kh«ng khÝ trong sÊy thùc. NÕu ∆ > 0 nghÜa lµ (qft + c1⋅t1) > Σqtt th× I2 > I1 NÕu ∆ < 0 nghÜa lµ (qft + c1⋅t1) < Σqtt th× I2 < I1 th−êng thÊy trong buång sÊy kh«ng cã bæ xung nhiÖt (qft = 0) NÕu ∆ = 0 th× I2 = I1 (sÊy lý thuyÕt hoÆc sÊy thùc víi qft + c1⋅t1 = Σqtt qk = l⋅(I2 - I0) - ∆ c)X©y dùng ®å thÞ I - d, ph−¬ng ph¸p - ®å thÞ - gi¶i tÝch tÝnh chi phÝ nhiÖt vµ kh«ng khÝ. KhÝ trêi cã th«ng sè d0, ϕ0 (®iÓm A) ®−îc ®èt nãng trong calorife khi d = const, nhiÖt ®é cña nã t¨ng tõ t0 ®Õn t1 (®iÓm B), entanpy tõ I0 ®Õn I1, ngoµi ra h©m nãng kh«ng khÝ Èm, ®é Èm gi¶m tõ ϕ0 ®Õn ϕ1. Qu ¸tr×nh ®èt nãng kh«ng khÝ trong calorife biÓu diÔn bëi ®o¹n AB víi d = const. Qu ¸tr×nh sÊy lý thuyÕt biÓu diÔn bëi ®−êng I = const; NhiÖt ®é kh«ng khÝ gi¶m tõ t1 xuèng t2, hµm l−îng Èm t¨ng tõ d1 ®Õn d2, cïng lµm t¨ng c¶ ®é Èm kh«ng khÝ tõ ϕ1 ®Õn ϕ2. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 69 Th«ng sè khÝ ®7 lµm viÖc (t2, d2) x¸c ®Þnh trªn ®å thÞ ë ®iÓm cuèi cung cña qu¸ tr×nh C0. Nh− vËy trong qu¸ tr×nh sÊy biÓu diÔn b»ng ®−êng BC0. Trong sÊy thùc I2 ≠ I1, thay ®æi gi¸ trÞ entanpy x¸c ®Þnh bëi dÊu cña ∆ phu hîp víi ph−¬ng tr×nh (2 -30). NÕu ∆ > 0 th× I2’ > I1, ®−êng sÊy thùc BC1’ nghiªng lªn trªn so víi ®−êng I1 = const. NÕu ∆ < 0 th× I2” < I1 ®−êng sÊy thùc BC” lÖch xuèng d−íi so víi ®−êng I1 = const ( h×nh 2.3b). Nh− vËy x©y dùng qu¸ tr×nh sÊy trªn ®å thÞ I - d, cÇn x¸c ®Þnh gãc nghiªng ®−êng BC. Gi¶ thiÕt ®−êng sÊy thùc BC ®7 biÕt (H×nh 2.3c), sö dông quan hÖ ∆ = l⋅(I2 - I1) thay l b»ng gi¸ trÞ 2 1 1000 d d− , ta cã ( )2 1 2 1 1000 I I d d ⋅ − = ∆ − H×nh 2.3. X©y dùng ®å thÞ I - d qu¸ tr×nh sÊy a - sÊy lý thuyÕt b - c sÊy thùc b c Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản --------