Đề tài Thiết kế hệ thống sấy buồng để sấy gỗ với năng suất 40m3/mẻ

,56W = 14891,652 kJ/h. qbc1 = kJ/kgẩm 2.8.1.2. Tổn thất do vật liệu mang đi. Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. Vì giai đoạn (1) vật liệu sấy vào có nhiệt độ thấp bằng nhiệt độ tác nhân sấy ra môi trường (t2) của giai đoạn (1) nên nhiệt độ ra của giai đoạn (1) chúng ta lấy nhỏ hơn nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy khoảng (4oC÷5oC). Như vậy chúng ta có: tv11 = t2 = 31oC tv21 = Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tra bảng trong [1] ta được Cv1 = 2,72 (gỗ khi đưa vào với độ ẩm 62%) Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức: Qv1 = G21.Cv1(tv2 – tv1) = 20748.2,72.(35,5 – 31) = 253955,52 kJ kJ/kgẩm 2.8.2. Giai đoạn (2) 2.8.2.1. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy. Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình tác nhân sấy là 46,50C nên ta chọn được: qn= 40W/m2 Với khoảng cách X = 1m do thiết bị sấy trong trường hợp này ta bố trí đặt gần kề với các phân xưởng bên cạnh. Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.40 =1324,8W Tổn thất qua tường bao: Với tf1 là nhiệt độ trung bình của TNS: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng với tường là α1 được xác định theo tài liệu [2] như sau: Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K vận tốc gió tuần hoàn ta chọn 2m/s. Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường . Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính toán theo phương pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép. Giả thiết = 34oC; Δt2 = - to = 9oC; Theo tài liệu [2] ta có αo = 3,4W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φt = 0,975. Vậy ta được: α2 = αo. φt = 3,4.0,975 = 3,315 W/m2K q2 = α2.Δt = 3,315.9 = 29,835 W/m2 Kiểm tra lại giả thiết: Sai số so với giả thiết là 0,97% như vậy giả thiết = 34oC là đúng. W/m2K Từ đó ta tính được: W/m2K Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là: Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W Ft chính là diện tích tường bao, vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2. Qt = 99,12.1,452.(46,5 – 25) = 3094,33 W Tổn thất qua trần buồng là: Trong đó: W/m2K Vậy ta có: = 1,616 W/m2K Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,616.7,2.4,6(46,5 - 25) = 1150,72 W Vậy tổng tổn thất ra môi trường là: Qbc2 = Qn + Qt + Qtr = 1324,8 + 3094,33 + 1150,72 = 5569,85W = 20051,46 kJ/h. qbc2 = kJ/kgẩm 2.8.2.2. Tổn thất do vật liệu mang đi. Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. tv12 = tv21 = 35,5oC tv22 = Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tính Cv = Ck + (Ca – Ck)ω Trong đó, Ck, Ca và ω tương ứng với nhiệt dung riêng của vật liệu khô, nhiệt dung riêng của nước và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy. Nội suy từ giai đoạn 1 ta được Ck = 0,3379 kJ/kgK, V ậy Cv2 = 0,3379 + (4,186 – 0,3379).0,3 = 1,49 kJ/kgK Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức: Qv2 = G22.Cv(tv2 – tv1) = 11856.1,49.(46,5 – 35,5) = 194319,84 kJ kJ/kgẩm 2.8.3. Giai đoạn (3) 2.8.3.1. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Tổn thất qua nền buồng sấy phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa tầng. Mặc dù nền các thiết bị sấy đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và láng xi măng nhưng theo kinh nghiệm ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất này vẫn rất lớn so với nền đất khô ráo. Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền do đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga. Bảng số liệu tổn thất qua nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy. Theo tài liệu [1], trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình TNS là 52,50C nên ta chọn được: qn= 45W/m2 Với khoảng cách X = 1m do TBS trong trường hợp này ta bố trí đặt gần kề với các phân xưởng bên cạnh. Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.45 =1490,4W Tổn thất qua tường bao: Với tf1 là nhiệt độ trung bình của TNS: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng với tường là α1 được xác định theo tài liệu [2] như sau: Khi v <5 m/s ta có α1 = 6,15 + 4,18.v, W/m2K vận tốc gió tuần hoàn ta chọn 2m/s. Vậy α1 = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 W/m2K Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt α2. Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường . Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại. Việc tính toán theo phương pháp tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép. Giả thiết = 36oC; Δt2 = - to = 11oC; Theo tài liệu [2] ta có αo = 3,9W/m2K và hiệu số đính theo nhiệt độ φt = 0,975. Vậy ta được: α2 = αo. φt = 3,9.0,975 = 3,8025 W/m2K q2 = α2.Δt = 3,8025.11 = 41,83 W/m2 Kiểm tra lại giả thiết: Sai số so với giả thiết là 0,99% như vậy giả thiết = 36oC là đúng. W/m2K Từ đó ta tính được: W/m2K Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là: Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W Ft chính là diện tích tường bao, vậy Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2. Qt = 99,12.1,539.(52,5 – 25) = 4195W Tổn thất qua trần buồng là: Trong đó: W/m2K Vậy ta có: = 1,697 W/m2K Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,697.7,2.4,6(52,5 - 25) = 1545,63 W Vậy tổng tổn thất ra môi trường là: Qbc3 = Qn + Qt + Qtr = 1490,4 + 4195 + 1545,63 = 7231,03W = 26031,708 kJ/h. qbc3 = kJ/kgẩm 2.8.3.2. Tổn thất do vật liệu mang đi. Để tính tổn thất này cho các giai đoạn sấy chúng ta thấy nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau mỗi giai đoạn sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. tv13 = tv22 = 46,5oC tv23 = Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy được tính Cv = Ck + (Ca – Ck)ω Trong đó, Ck, Ca và ω tương ứng với nhiệt dung riêng của vật liệu khô, nhiệt dung riêng của nước và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy. Nội suy từ giai đoạn 1 ta được Ck = 0,3379 kJ/kgK, V ậy Cv3 = 0,3379 + (4,186 – 0,3379).0,1 = 0,72 Tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi sẽ được tính theo biểu thức: Qv3 = G23.Cv(tv2 – tv1) = 9221.0,72.(52,5 – 46,5) = 39834,72 kJ kJ/kgẩm Xác định độ chênh lệch giữa nhiệt lượng đưa vào và tổn thất Δ. Giai đoạn (1): 218,2– 3720,96 = - 3834,51kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): 378,33 – 3666,6 = - 3896,327 kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): 1183,26 – 1810 = - 2798,61kJ/kg ẩm 2.9. Xác định các thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Một thiết bị sấy thực tế bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, có thể bị ảnh hưởng do tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che hoặc bị xâm nhập nhiệt từ môi trường bên ngoài vào thiết bị sấy; hoặc có nhiệt bổ sung và tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi…do chế độ sấy nóng yêu cầu nên nhiệt độ sấy ở đây vẫn cao hơn môi trường do đó vẫn tồn tại những tổn thất ra ngoài môi trường, do vật liệu sấy mang đi, do tác nhân sấy mang đi trong khi không có nhiệt bổ sung. Khi đã biết giá trị Δ bằng cách xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d chúng ta hoàn toàn có thể xác định được các thông số cần thiết của trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Các thông số này cũng có thể xác định bằng giải tích. Xác định lượng chứa ẩm d2. Giai đoạn (1): Giai đoạn (2): Giai đoạn (3): Xác định entanpy I2. Entanpy của tác nhân sấy có thể xác định theo công thức: Giai đoạn (1): Giai đoạn (2): Giai đoạn (3): Xác định độ ẩm tương đối φ2. Độ ẩm được xác định theo công thức: - Giai đoạn (1): - Giai đoạn (2): - Giai đoạn (3): Xác định lượng không khí khô thực tế. Lượng không khí khô thực tế cần thiết để bốc hơi một kg ẩm l và lượng không khí khô thực tế cần thiết trong một giờ L được xác định theo công thức: Giai đoạn (1): kg kk/kg ẩm L1 = l1. W1 = 324,67.68,25 = 22.159 kg kk/h Giai đoạn (2): kg kk/kg ẩm L2 = l2. W2 = 230,95.53 = 12.240kg kk/h Giai đoạn (1): kg kk/kg ẩm L3 = l3. W3 = 147,93.22 = 325.4kg kk/h 2.10. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy. Tổng nhiệt tiêu hao: Tổng nhiệt lượng tiêu hao các vùng được tính theo công thức: q = l(I1 – Io) Giai đoạn (1): q = 324,67.(95,3 – 69,4) = 8408,953 kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): q = 230,95.(105,66 – 69,4) = 8374,247 kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): q = 147,93.(116,024 – 69,4) = 6897,088 kJ/kg ẩm Nhiệt có ích. q1= i2 – Catv1 Q1 = W.q1 Giai đoạn (1): q11 = 2500 + 1,842.31 – 4,186.25 = 2452,4 kJ/kg ẩm Q11 = W1.q1 = 68,25.2452,4 = 167379,85 kJ/h Giai đoạn (2): q12 = 2500 + 1,842.33 – 4,186.35,5 = 2412,2 kJ/kg ẩm Q12 = W2.q1 = 53.2412,2 = 127846 kJ/h Giai đoạn (3): q13 = 2500 + 1,842.35– 4,186.46,5 = 2369,82 kJ/kg ẩm Q13 = W3.q1 = 22.2369,82 = 52136 kJ/h Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi. Q2 = L.Cpk(t2 – to) q2 = Thay các giá trị đã biết cho từng giai đoạn sấy ta được: Giai đoạn (1): Q21 = 22159.1,004(31 – 25) = 133485,816 kJ/h q21 = kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): Q22 = 12240.1,004(33 – 25) = 98311,68 kJ/h q22 = kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): Q23 = 3254.1,004(35 – 25) = 32670,16 kJ/h q23 = kJ/kg ẩm Tổng nhiệt lượng tính toán q’: Tổng lượng nhiệt này bằng tổng nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che, tổn thất do vật liệu sấy mang đi, do tác nhân sấy mang đi và nhiệt lượng có ích: q’= qbc + qv + q2 + q1 Giai đoạn (1): q’= 220 + 3720,96 + 1943,2 + 2452,4 = 8336,56 kJ/kg ẩm Giai đoạn (2): q’= 380 + 3666,4 + 1867,9 + 2412,2 = 8326,5 kJ/kg ẩm Giai đoạn (3): q’= 1181 + 1810 + 1612 + 2369,82= 6972,82 kJ/kg ẩm Cân bằng nhiệt. Về nguyên tắc trong mỗi giai đoạn sấy chúng ta phải có tổng nhiệt lượng tiêu hao để đưa không khí từ nhiệt độ môi trường lên nhiệt độ t1. Do đó q’ phải bằng q. Nhưng do nhiều lý do, chẳng hạn do tra đồ thị hay dùng các công thức giải t ích gần đúng, hơn nữa trong tính toán chúng ta đã làm tròn nên bao giờ giữa q và q’ cũng có những sai số nhất định. Trong tính toán nhiệt thiết bị sấy nếu sai số tương đối ε = abs(q-q’)/q ≤ 10% là cho phép.Có thể thấy mọi tính toán của chúng ta cho 3 giai đoạn sấy thoả mãn điều kiện này. Dưới đây là bảng liệt kê mọi tính toán trong bảng cân bằng nhiệt cho từng giai đoạn. T.T Đại lượng kJ/h kJ/kg ẩm % Giai đoạn (1) 1. Tổn thất qua kết cấu qbc1 14.891,652 218,2 3 2. Tổn thất do VLS qv1 253.955,52 3.720,96 44 3. Tổn thất do TNS q21 133.485,816 1.955,836 23 4. Nhiệt lượng có ích q11 167.379,85 2.452,4 30 5. Tổng nhiệt lượng tính toán 569.709,77 8.347,396 100 6. Tổng nhiệt lượng tiêu hao 573.904,22 8.408,953 100 7. Sai số |q – q’|/q’ 4.194,45 61,557 1 Giai đoạn (2) 1. Tổn thất qua kết cấu qbc2 20.051,46 378,33 5 2. Tổn thất do VLS qv2 194.319,84 3.666,4 44 3. Tổn thất do TNS q22 98.311,68 1.854,937 22 4. Nhiệt lượng có ích q12 127.846 2.412,2 29 5. Tổng nhiệt lượng tính toán 441.215,99 8.324,83 100 6. Tổng nhiệt lượng tiêu hao 443.835,09 8.374,247 100 7. Sai số |q – q’|/q’ 2.619,1 49,417 1 Giai đoạn (3) 1. Tổn thất qua kết cấu qbc3 26.031,708 1.183,26 17 2. Tổn thất do VLS qv3 39.834,72 1.810 26 3. Tổn thất do TNS q23 32.670,16 1.485 23 4. Nhiệt lượng có ích q13 52136 2.369,82 34 5. Tổng nhiệt lượng tính toán 150.657,76 6.848,08 100 6. Tổng nhiệt lượng tiêu hao 151.735,936 6.897,088 100 7. Sai số |q – q’|/q’ 1.078,176 49 1 Có thể thấy trong các tổn thất thì tổn thất do tác nhân sấy mang đi ở cả ba giai đoạn sấy đều là rất lớn (26% ÷44%). Vì vậy tìm cách giảm nhiệt độ t2 ở các giai đoạn sấy sẽ mang lại hiệu quả sử dụng nhiên liệu đáng kể. Tuy nhiên, giải quyết vấn đề cách nhiệt buồng sấy phải tính toán kinh tế giữa việc tiết kiệm nhiệt lượng và vốn đầu tư thêm. Về hiệu suất nhiệt ta thấy hầu hết ở các giai đoạn hiệu suất đều khá nhỏ từ (29% ÷ 34%) do thời giai sấy gỗ ở các giai đoạn khá dài vì gỗ là sản phẩm rất dễ cong vênh nên trong khi sấy ta vừa nâng nhiệt và phun ẩm khi độ ẩm trong phòng thấp để duy trì chế độ sấy. Ta có tính hiệu suất trung bình cho cả 3 giai đoạn như sau: % 2.11. Tính công suất nhiệt của hệ thống sấy. Nhiệt lượng tiêu hao để sấy một mẻ (40 m3 gỗ) bằng tổng nhiệt lượng tiêu hao của cả 3 giai đoạn: giai đoạn (1) 16 giờ, giai đoạn (2) 168 giờ và giai đoạn (3) là 120 giờ. Do đó: Q = 573904,22.16 + 443835,09.168 + 151735,936.120 = 101.955.075 kJ Công suất nhiệt trung bình mà bộ đốt nóng không khí (calorifer) cần dùng là: Công suất nhiệt cực đại Qcđ. Từ số liệu cân bằng ta thấy công suất nhiệt cực đại là công suất nhiệt trong giai đoạn (1): Qcđ = 573904,22/3600 = 158 kW Như vậy, công suất cực đại gần gấp đôi công suất trung bình. Chúng ta sẽ lấy công suất này làm cơ sở để tính diện tích bề mặt truyền nhiệt. CHƯƠNG III. TÍNH CHỌN CALORIFER VÀ LÒ HƠI 3.1. Tính chọn calorifer. Trong kỹ thuật sấy người ta thường sử dụng hai loại calorifer để đốt nóng không khí: calorifer khí – hơi và calorifer khí – khói. Đối với hệ thống sấy buồng người ta sử dụng calorifer khí – hơi. Trong đồ án này tôi cũng chọn calorifer khí hơi. Calorifer khí – hơi là thiết bị trao đổi nhiệt có cấu tạo gồm các bộ phận: vỏ kim loại bọc ngoài thiết bị, giàn ống có cánh, mặt bích. Trong ống là hơi bão hoà ngưng tụ ngoài ống là không khí chuyển động. Do đó hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng của hơi nước αn rất lớn so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài ống với không khí αk. Theo lý thuyết nhiệt, phía không khí thường được làm cánh để tăng cường truyền nhiệt. Như vậy calorifer khí – hơi trong kỹ thuật sấy thường là loại ống cánh có vách. Phương pháp truyền nhiệt của calorifer khí – hơi gồm hai phương pháp cơ bản sau: truyền nhiệt dẫn nhiệt, truyền nhiệt đối lưu. Trong thiết bị này chế độ làm việc của bộ trao đổi nhiệt là truyền nhiệt cưỡng bức. Không khí chuyển động cưỡng bức qua chùm ống và nhận nhiệt mang vào buồng sấy. Cấu tạo của ống có cánh phải đảm bảo cho không khí thổi qua tiếp xúc được với diện tích bề mặt là lớn nhất. Chọn vật liệu: Vật liệu chế tạo thiết bị gồm: giàn ống có cánh làm bằng thép, cánh làm bằng đồng. Do phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp lực lớn cho nên ống làm bằng thép, cánh làm bằng đồng phải thoả mãn những yêu cầu đặc biệt sau: Thiết bị làm việc trong điều kiện chịu nóng tốt. Không bị oxi hoá dưới tác dụng của oxy trong không khí nhiệt độ cao. Độ bền cơ học cao, không biến dạng, các kích thước phải cố định. Dễ gia công, chế tạo. Do đó khi lựa chọn vật liệu chế tạo phải hợp lý với yêu cầu của bộ trao đổi nhiệt. Về đặc điểm cấu tạo phải phù hợp với khả năng làm việc của một số vật liệu thông dụng trong công nghiệp. Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của calorifer: Tính calorifer là tính bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết sau đó là chọn hoặc thiết kế một calorifer đáp ứng đủ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. Để xác định bề mặt truyền nhiệt của calorifer, chúng ta phải tính các thông số cơ bản gồm hệ số nhiệt độ trung bình Δt và hệ số truyền nhiệt k. Kết quả tính calorifer còn là cơ sở để chúng ta tính năng suất hơi cần thiết khi dùng hơi nước làm chất tải nhiệt. Calorifer mà chúng ta tính ở đây là calorifer khí – hơi thường làm bằng giàn ống có cánh nên mục đích tính toán ở đây là: tính lưu lượng hơi qua calorifer (G), diện tích trao đổi nhiệt (F), cách bố trí giàn ống calorifer, sau đó xác định kích thước của calorifer. Cho nên tính toán calorifer nói chung và của calorifer khi – hơi nói riêng là tính toán bề mặt truyền nhiệt (F) cần thiết khi biết lưu lượng và nhiệt độ vào và ra của không khí. Do nhiệt lượng tiêu hao ở giai đoạn 1 là lớn hơn nhất do đó khi tính toán bề mặt truyền nhiệt các số liệu sẽ lấy ở giai đoạn 1: Nhiệt độ không khí vào calorifer t1 ta chọn bằng nhiệt độ môi trường t1 = 25oC. Nhiệt độ ra của không khí t2 cũng chính là nhiệt độ của tác nhân sấy vào thiết bị sấy. Xác định theo yêu cầu công nghệ ta chọn nhiệt độ t2 = 50oC. Hơi dùng cho bộ trao đổi nhiệt khi vào ống ở áp suất p=4 at, có nhiệt độ tn=143oC. Cấu tạo và cách bố trí ống hình 3.1. H ình 3.1. Bố trí ống và cấu tạo của ống Do yêu cầu kích thước của buồng sấy ta chỉ bố trí 2 hàng ống trao đổi nhiệt, chiều dài ống sẽ là nhỏ hơn chiều rộng buồng. Ta chọn sơ bộ ống trao đổi nhiệt là các ống có cánh với các thông số kích thước sau: Đường kính ngoài và trong ống: d2/d1 = 80/75 mm; Đường kính cánh dc = 90 mm; Chiều dày cánh δc = 0,5 mm; Bước cánh t = 3 mm; Bước ống s = 110 mm; Ống thép có hệ số dẫn nhiệt λ = 45 W/mK; Cánh làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λc = 110 W/mK; Chiều dài phần nằm ngang của ống l = 4 m; Từ các số liệu trên ta xác định được diện tích trao đổi nhiệt cho 4 m chiều dài ống theo trình tự như sau: Độ chênh nhiệt độ trung bình được xác định theo công thức sau: Trong các calorifer khí – hơi, dịch thể nóng là hơi nước ngưng tụ có nhiệt độ không đổi t1’=t1’’=tb= const. Ở đây tb là nhiệt độ bão hoà của hơi nước tb=143oC. nhiệt độ ra khỏi calor ifer t2’’=50oC, nhiệt độ vào calorifer là nhiệt độ môi trường to’=25oC. Do đó Dt1 và Dt2 trong công thức trên được tính là: 50oC 143oC 25oC Dt1 = tb – t0 = 143 – 25 = 1188C Dt2 = tb – t1 = 143 – 50 = 938C Số cánh trên một ống với sc = t + dc = 3 + 0,5 = 3,5 mm Chiều cao cánh bằng: kích thước x ác định dε. Trong đ ó: F01 . Fc1 - diện tích phần không làm cánh và diện tích các cánh trên một ống; F01 = p.d2..t, nc = p.0,08.0,003.1143 = 0,862 m2 Fc1 = nc. = Nhiệt độ trung bình của không khí được xác định là tkk = 0,5(t1 + to) Trong đó: t1 – là nhiệt độ của tác nhân sấy vào hầm sấy; t2 – là nhiệt độ môi trường; tkk = 0,5.(25 + 50) = 37,5oC Từ nhiệt độ tkk = 37,5oC ta tra được các thông số vật lý của không khí: rk = 1,135 kg/m3 ; lk = 0,027 W/mK ; gk = 16,73 10- 6 m 2/s bk = 1/T = 1/310,5 ; Prk = 0,7; Tiêu chuẩn Gr của không khí: (Grk . Prk) = 0,275.106 .0,7 = 0,1925.106 500 < (Grk . Prk) <2. 105 Khi đó hệ số toả nhiệt α được xác định từ phương trình Nu là: Nu = C(Grm . Prm )n Nu = 0,54(0,1925.106 )0,25 = 11,3 Hệ số truyền nhiệt của cánh: Ở đây d2 / d1 = 80 / 75 = 1,07 < 1,4. Vậy hệ số được tính theo như bài toán vách phẳng Hệ số làm cánh ec được tính: Hệ số toả nhiiệt α1 khi ngưng hơi trong ống nằm ngang ở áp suất 4at tương ứng với nhiệt độ ngưng tụ là t1’ = 143oC: Trong đó: g – là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s. λ – là hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng W/m2K. r - nhiệt ẩn hoá hơi, J/kg γ - độ nhớt động học của chất lỏng, m2/s. ρ - khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. d1 - đường kính trong của ống, m. Δt - Độ chênh lệch nhiệt độ, Dt = tS – tW ts - Nhiệt độ bão hoà tương ứng áp suất ngưng tụ p = 4 at. tw - Nhiệt độ bề mặt vách. Khi đó nhiệt độ trung bình của hơi nước Dt = tW - tf Ứng với nhiệt ngưng tụ của hơi nước tn = 143oC ở áp suất ngưng tụ p = 4at. Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hoà ta được: r = 2423 kJ /kg r = 994,7 kg /m3 l = 62,3.10-2 W / m .K g = 0,761.10-6 m2 / s Ở đây ta chưa biết nhiệt độ vách tw, vì giá trị α1 sẽ lớn hơn α2 rất nhiều chọn Δt=1oC từ đó: an = 81,1 W / m2K a1 = 1,2.an = 1,2.81,4 = 97,68 W/m2K Hệ số toả nhiệt α1=97,68 W/m2K. Với d = 0,5 ( d2 – d1 ) = 0,5 (80 –75 ) = 2,5 mm Vậy tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của calorifer là: Vậy diện tích theo 4m chiều dài ống: F1 = F0 + Fc = 0,862 + 3,05 = 3,912 m2 Vậy số ống n được xác định như sau: n = F/F1 = 71/ 3,912 = 18 ống Tổng chiều dài của ống có cánh là: L = 4.18 = 72 m Để thiết bị thích hợp với buồng sấy ta chọn 2 hàng ống so le nhau. Vậy chiều rộng của thiết bị sẽ là: b = n.(dc + s) = 9.(90 + 30)/2 =0,54 m; Vậy chiều cao của giàn ống với khoảng cách ống theo chiều cao là 20mm, là: H = 0,1 + 2.0,09 =0,28 m; Xác định lại hệ số truyền nhiệt của của chùm ống được bố trí so le như sau: Với α1, α2 là hệ số toả nhiệt của hàng ống thứ nhất, thứ hai; α3 là hệ số toả nhiệt tương đương toàn bộ bề mặt ngoài của vách có cánh. Với a1= 0,7.a3 : a2= 0,9.a3 ; a3 = 6,63 W / m2K. a = a3 = 6,63 W/m2K hình 3.2. Calorifer khí - hơi 3.2. Tính chọn lò hơi. Lò hơi (hay còn gọi là nồi hơi ) là thiết bị sinh hơi được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế như ở các nhà máy nhiệt điện, tại các nhà máy chế biến…và các hệ thống sấy cũng sử dụng nồi hơi sản xuất hơi nóng làm chất tải nhiệt cũng rất phổ biến. Trong đồ án này chất tải nhiệt cũng là hơi nước nên việc tính toán thiết kế cũng phải tính chọn hệ thống nồi hơi cho phù hợp. Nồi hơi là thiết bị sinh hơi bằng cách cấp nhiệt cho nước làm nước nóng lên sinh hơi. Nhiên liệu dùng để đốt nóng nước người ta thường dùng: dầu (DO, FO), than. Tuy nhiên để đem lại hiệu quả kinh tế thì ta thay vì dùng than làm chất đốt thì ta dùng củi gỗ của nhà máy, tận dụng lại những phế liệu gỗ. Nước trước khi được đưa vào nồi hơi phải được làm mềm, xử lý sạch và ta tận dụng lại lượng nước ngưng khi ra ở các buồng sấy hồi lưu trở lại nồi hơi. Để tính chọn được nồi hơi trước hết ta phải tính được lượng hơi dùng để cung cấp nhiệt còn cung cấp ẩm ta chọn lượng hơi cung cấp ẩm đủ trong quá trình sấy. Vì vậy ta chỉ cần tính sản lượng hơi cho quá trình sấy còn các ảnh hưởng khác ta sẽ chọn. Sau khi tính được sản lượng cần thiết dựa vào đó ta chọn được nồi hơi sản xuất trên thực tế. Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nồi hơi. 1 – nhiên liệu vào; 2 - quạt; 3 – balong hơi + nước; 4 – balong nước; 5 - hệ thống ống xem mức; 6 - ống hút khói ra ngoài; 7 - đồng hồ đo áp suất; 8–hơi cấp; 9 - các van an toàn; 10 - đường xả đáy; 11 - đường nước cấp. Để chọn được nồi hơi phù hợp trước tiên ta phải tính được lượng hơi cần thiết cung cấp cho buồng sấy là bao nhiêu. Khi biết nhiệt lượng tiêu hao và áp suất làm việc của hơi nước đi trong ống ta có thể tính lượng hơi cần thiết như sau: Trong đó: Q – là tổng lượng nhiệt tiêu hao trong giai đoạn 1, Q = 1118718,5 kJ/h; η - hiệu suất nhiệt của calorifer, chọn η = 0,95; r - nhiệt ẩn hoá hơi của hơi nước ứng với áp suất 4at tra được r = 2133 kJ/kg. Vậy: Khi biết lượng hơi nước cần cung cấp cho nồi hơi, dựa vào catolog để ta tra được nồi hơi đáp ứng đúng yêu cầu với các thông số như sau: Đặc tính kỹ thuật: Kiểu nồi hơi đốt than Kiểu ống nước, tuần hoàn tự nhiên Hai balông bố trí theo chiều ngang Ghi tĩnh Cấp củi, thải xỉ thủ công Hiệu suất 80% Nhiên liệu: Than củi Mã hiệu Năng suất sinh hơi tối đa (kg/h) Áp suất làm việc lớn nhất (bar) Áp suất thử lớn nhất (bar) Nhiệt độ hơi bão hoà (oC) LT0,5/8E2 500 8 12 175 Hình 3.4. Hình dạng nồi hơi CHƯƠNG IV. BỐ TRÍ THIẾT BỊ, TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT 4.1. Bố trí thiết bị của hệ thống sấy. Sau khi đã tính toán xong, chọn được thiết bị thì công việc bố trí thiết bị đó cũng hết sức quan trọng. Với các kích thước đã tính toán ta phải bố trí thế nào cho phù hợp, vừa đảm bảo được chất lượng sản phẩm sấy, vừa đúng với những tính toán khi thiết kế. Ngoài ra còn phải đảm bảo tính kinh tế như: phải bố trí như thế nào cho đường ống đi là ngắn nhất mà vẫn đảm bảo được yêu cầu công nghệ. Bố trí thiết bị sấy có thể sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế, đảm bảo được chất lượng sản phẩm sấy ra đạt chất lượng cao. Tuy nhiên khi bố trí thiết bị ta cũng phải quan tâm tới mỹ quan, thuận tiện cho việc vận chuyển, đi lại. Căn cứ vào đặc điểm công nghệ và quá trình tính toán các thiết bị phụ ta bố trí hệ thống sấy như sau: Bố trí cửa đưa gỗ vào buồng. Gỗ đưa vào buồng ta dùng xe nâng để đưa vào, kích thước của kiêu gỗ cũng khá cồng kềnh .Vì vậy đòi hỏi cửa đưa gỗ vào phải rộng, thuận tiện cho xe nâng đưa gỗ vào. Tuy nhiên cửa lớn như thế nhưng vẫn phải đảm bảo được vấn đề cách nhiệt cho buồng. Ta phải bố trí thế nào để cửa mở dễ dàng thuận tiện cho việc đưa sản phẩm ra vào. Ta bố trí đưa gỗ vào như hình vẽ: Hình 4.1. Bố trí cửa buồng sấy. 1 – Vòng cao su; 2 – Các kiêu gỗ; 3 - Cửa thoát ẩm và lấy khí; 4 – Tay quay mở cửa; 5 - Cửa. Để thuận tiện cho xe nâng đưa gỗ vào buồng ta thiết kế cửa rộng bằng một mặt tường. Mặt tường này nhất thiết phải quay theo hướng nhà máy chế biến gỗ, nơi tập chung gỗ thuận tiện vận chuyển. Cửa rộng có khối lượng rất lớn, vì thế ta sử dụng tay quay nâng mở để nâng cửa ra và dịch về một bên để cửa được mở hoàn toàn. Quanh cửa ta bố trí một vòng đệm cao su để làm kín cửa khi đóng cửa tránh tổn thất nhiệt. Trên cửa sẽ có 2 lỗ xả ẩm vào lấy khí ngoài trời vào. Bố trí các kiêu gỗ: Các kiêu gỗ ta phải sắp xếp thế nào cho phù hợp, để có thể dễ dàng đưa vào buồng và khả năng chất tải là lớn nhất. Tuy nhiên ta cũng phải lưu ý tới việc lưu thông khí trong buồng sấy. Vì vậy các thanh gỗ sẽ được kênh nhờ các thanh kênh. Ta bố trí như hình vẽ: Hình 4.2. Cách xếp kiêu gỗ Các thanh gỗ được công nhân sắp xếp thẳng hàng, giữa hai thanh phải có thanh gỗ kênh để thông gió. Ta tính toán bố trí chiều cao của kiêu gỗ thế nào cho hợp lý để xe nâng đưa vào buồng dễ dàng. Như vậy ta không nên xếp cao quá để đảm bảo tính an toàn, khả năng chất tải, thông thoáng. Sau khi đã xếp xong ta phải có dây buộc kiêu gỗ lại cho chắc chắn. Bố trí quạt trong buồng sấy: Ta sẽ bố trí quạt nằm ở phía trên của tấm chắn hướng dòng. Việc bố trí quạt cũng ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm gỗ khi ra lò. Vì vậy ta phải bố trí quạt thế nào để tác nhân sấy được phân bố đều cả buồng sấy, thông thoáng cho cả buồng sấy. Vì vậy ta đặt quạt phía trên cao của buồng sấy nằm trước dàn calorifer. Vì chiều dài của dàn calorifer khá lớn, vì vậy để cho việc trao đổi nhiệt ở dàn calorifer là tốt nhất thì ta phải bố trí 3 quạt. Quạt được bố trí như hình vẽ. Hình 4.3.a. Bố trí quạt trong buồng sấy. 1 - Quạt; 2 - Tấm chắn hướng dòng; 3 – Tường buồng; 4 - kiêu gỗ. Với cách bố trí như thế quạt sẽ lấy không khí nóng cuối buồng sấy và không khí từ ngoài hoà trộn vào, thải một phần qua lỗ thải khi cần và chủ yếu được thổi qua calorifer xuống buồng sấy. Hình 4.3.b. Bố trí calorifer và hệ thống phun ẩm. Dàn calorifer là một thiết bị quan trọng của bất kì hệ thống sấy nào. Với nhiệm vụ trao đổi nhiệt cấp nhiệt cho buồng sấy, dàn calorifer được bố trí trước quạt, là nơi trao đổi nhiệt tốt nhất. Khi bố trí dàn calorifer ta phải bố trí thế nào cho phù hợp với buồng sấy, làm sao cho nhiệt cấp cho buồng sấy đều nhất và tốt nhất. Việc bố trí calorifer cũng ảnh hưởng tới chất lượng gỗ, hiệu quả kinh tế. Dựa vào kích thước tính toán đặc điểm công nghệ và thực tế khảo sát tại xí nghiệp ta bố trí dàn calorifer như hình vẽ: Hệ thống phun ẩm: trong hệ thống sấy buồng dùng sấy gỗ thì hệ thống phun ẩm cũng có vai trò hết sức quan trọng. Do gỗ là sản phẩm rất dễ cong vênh, nứt nẻ do đó phải đòi hỏi một chế độ sấy hết sức quan trọng. Hệ thống phun ẩm sẽ trực tiếp tham gia vào quá trình điều chỉnh chế độ sấy. Khi độ ẩm hoặc nhiệt độ trong phòng khi vận hành sai khác với chế độ vận hành người công nhân sẽ phải phun ẩm vào buồng để điều chỉnh. Ví dụ đối với buồng bán tự động khi nhiệt độ tư giảm xuống quá mức lúc đó độ ẩm không khí trong phòng giảm xuống thì ta phải phun ẩm vào để nâng tư lên tăng ẩm cho phòng sấy. Còn trường hợp ẩm trong phòng cao quá ta mở xả ẩm ra ngoài. Hệ thống phun ẩm ta đặt cùng phía với dàn calorifer nhưng lại nằm thấp hơn so với calorifer ( nằm ở giữa tường), được bố trí như hình vẽ: Hình 4.4. Sơ đồ bố trí calorifer và hệ thống phun ẩm. 1 – Dàn calorifer; 2 - quạt; 3 - hệ thống phun ẩm; 4 - tấm chắn hướng dòng. Hơi ẩm phun vào phòng được lấy trực tiếp trên đường ống cấp hơi vào dàn calorifer. Khi cần phun ẩm người công nhân chỉ việc nhấn nút mở van hơi nóng ở áp suất nhiệt độ cao sẽ tự động phun vào phòng. Phía đặt dàn calorifer là phía đối diện với cửa đưa gỗ vào buồng. Dàn calorifer bố trí cao ngang với tấm hướng dòng, hơi ẩm cấp vào một đầu còn đầu kia nước ngưng đi ra va được hồi lưu lại nồi hơi. Cách nhiệt cho ống dẫn hơi nóng từ nồi hơi đưa vào buồng sấy: Hơi nóng từ nồi hơi đi có nhiệt độ rất cao khoảng 143oC chính vì thế ta cần phải bọc cách nhiệt đoạn ống dẫn tới buồng sấy. Việc cách nhiệt như thế sẽ tránh được tổn thất nhiệt ra môi trường bên ngoài, đem lại hiệu quả kinh tế cho Công Ty. Chúng ta có thể dùng bông thuỷ tinh (polyglass) để cách nhiệt cho đường ống. Để đảm bảo cho lớp cách nhiệt bên ngoài ta bọc một lớp tôn như hình vẽ: Hình 4.5.Cách nhiệt cho ống dẫn hơi nóng. 1 – Hơi đi trong ống; 2 - Lớp cách nhiệt; 3 - Ống; 4 - Lớp tôn. Sơ đồ bố trí tổng thể hệ thống sấy: Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy. 1 - Cửa nạp liệu; 2 – Bình chứa nước; 3 – Bình áp lực; 4 – Calorifer; 5 - Hệ thống phun ẩm; 7,8 - Đường hơi cấp; 9 - Đường cấp nước vào bình chứa; 10 – bơm nước vào nồi hơi. Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy: nhiên liệu (củi gỗ) được nạp vào cửa (1) đốt cháy, quạt thổi vào nồi hơi. Nước trong các balong nhận nhiệt nóng lên chuyển trạng thái từ lỏng sang hơi. Hơi ở áp suất và nhiệt độ cao theo đường (8) được đưa tới bình áp lực 3 (bình gom hơi), sau đó hơi nóng được dẫn vào buồng sấy qua calorifer (4) trao đổi nhiệt. Nhiệt sẽ nhả vào buồng sấy hơi nước trong ống ngưng tụ lại được hồi lại vào bình chứa nước cấp vào nồi hơi. 4.2. Tính toán chọn quạt. Quá trình vận chuyển tác nhân sấy trong các hệ thống sấy thường dùng hai loại quạt: quạt ly tâm và quạt hướng trục chọn quạt nào số hiệu bao nhiêu phụ thuộc vào đặc trưng của hệ thống sấy. Trên cơ sở thiết kế bố trí hệ thống sấy buồng, quạt là thiết bị dùng để vận chuyển hoặc đẩy đưa không khí qua calorifer vào buồng sấy để thực hiện quá trình sấy và mang ẩm thải vào môi trường. Dựa vào đặc tính công nghệ, yêu cầu thiết kế cách bố trí thiết bị ta chỉ cần tính toán một hệ thống quạt phân phối gió. Do đó để chọn được quạt chúng ta cần bố trí hệ thống sấy và căn cứ vào cách bố trí này để tiến hành tính toán trở lực. Khi đã có tổng trở lực và lưu lượng tác nhân sấy cần thiết trong tính toán cân bằng nhiệt ẩm chúng ta chọn quạt. Trên cơ sở đó năng suất và cột áp của quạt được tính như sau: Năng suất của quạt: Năng suất của quạt V được xác định trên cơ sở tính toán nhiệt tính toán nhiệt mà ta đã tính toán ở chương II. Trong tính toán nhiệt ta đã tính toán nhiệt hệ thống sấy ta đã tính toán lưu lượng không khí khô cần thiết L kg/h. Theo phụ lục 5 [1] “thể tích không khí ẩm trong 1 kg không khí khô” ở áp suất p = 760 mmHg chúng ta tìm được thể tích không khí ẩm v ở nhiệt độ trung bình và độ ẩm tương đối của tác nhân sấy. Do đó thể tích V bằng: V = L.v = L/ρ Trong đó: L: là lượng không khí khô = 22159 kgkkkhô /h(đã tính ở chương 2); v: là thể tích không khí ẩm trong một kg không khí khô, tra trong phụ lục ứng với nhiệt độ là 36oC và độ ẩm tương đối là 61%, v là 0,927(m3/kg kk). Vậy V = 22159.0,927 = 20386,28 m3/h. Tính toán khí động Sơ đồ tính toán khí động Hình 4.7. Sơ đồ tính toán khí động 1 - kênh dẫn khí; 2 - calorifer; 4, 5, 24, 25 chỗ ngoặt; 6, 9…21 đột khép; 7,10…22 trong kiêu gỗ; 8 , 11,…23 đột mở. Trở lực của hệ thống bao gồm: trở lực của calorifer, trở lực ma sát của các kênh dẫn khí và các trở lực cục bộ tại các tiết diện tương ứng trên hình 4.7. Trở lực phía đường không khí của calorfer: Để tính được trở lực qua calorifer ta có thể tính lưu tốc của không khí rồi ta tra bảng tìm trở lực. Ta có lưu tốc của không khí là: , trong đó: L là lượng không khí khô = 22159 kgkkkhô /h(đã tính ở chương 2) còn f là tiết diên thông gió f = 0,96m2. Do đó: Dựa vào bảng tra trang 181 [2] ta tìm được trở lực của không khí qua calorifer là: 6,6 mmH2O. Trở lực ma sát của các kênh dẫn khí và trong các kiêu gỗ: Trở lực trong các kiêu gỗ và các kênh dẫn được tính theo công thức: Trong đó: λ là hệ số trở lực ma sát L chiều dài phần sấy dtd là đường kính tương đương của khe thông gió W, ρ là tốc độ và khối lượng riêng của khí trong buồng (tính theo nhiệt độ trung bình của khí). Kết quả tính được liệt kê trong bảng. Số thứ tự Vị trí gây trở lực Khối lượng riêng ρ kg/m3 Tốc độ khí v (m/s) Chiều dài L (m) Đường kính tương đương (m) Hệ số trở lực ma sát λ Hệ số trở lực cục bộ Tổn thất áp suất Δp N/m2 1 Kênh dẫn 1,165 5 6 0,6 0,04 5,825 2 Calorifer 66,36 4 Ngoặt 90o 1,093 4 1,1 9,62 5 Ngoặt 90o 1,093 3 1,1 5,41 6, 9,…21 Đột khép 1,128 2 0,18 2,43 7, 10…22 Trong kiêu 1,128 2 6 0,06 0,05 11,28 8, 11…23 Đột mở 1,128 2 0,25 3,384 24 Ngoặt 90o 1,128 3 1,1 5,58 25 Ngoặt 90o 1,165 3 1,1 5,58 Tổng 115,47 Trở lực cục bộ tại các tiết diện được tính theo công thức: Ở đây các hệ số trở lực cục bộ xác định theo tài liệu [3]. Các kết quả tính được đưa ra trong bảng: Ta có tổng trở lực cục bộ của hệ thống là 115,47 N/m2 ở điều kiện nhiệt độ không khí t = 36oC với ρ = 1,128 kg/m3. Chuyển trở lực này về điều kiện tiêu chuẩn kỹ thuật ta được: Xác định công suất của quạt Theo công thức (17.38) [1, tr. 334] ta có năng suất của quạt N là: Trong đó: V - lưu lượng ở nhiệt độ trung bình t của tác nhân sấy, m3/h - tổng cột áp quạt phải thực hiện, mmH2O k - hệ số dự phòng, k =(1,1 1,2). Chọn k = 1,1 - hiệu suất của quạt, . Chọn - khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3 - khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình TNS, kg/m3 Thay số: Từ năng suất quạt N và cột áp ta dựa vào bảng tra [ trang 363, 3 ]chọn 3 quạt hướng trục kí hiệu N0 MЏ Các thông số và kích thước chủ yếu của quạt như sau: Năng suất quạt: V = 7200m3/h Cột áp của quạt: Hiệu suất 54% Tốc độ 1440 vòng/ph 4.3. Kiểm tra, trang bị điện hệ thống sấy. Theo yêu cầu công nghệ, khi thiết kế một hệ thống sấy chúng ta cần bố trí các thiết bị kiểm tra và thiết bị tự động điều chỉnh các thông số chủ yếu. Các thông số cần kiểm tra và điều chỉnh trong một hệ thống sấy có thể là: Lưu lượng, nhiệt độ và độ ẩm tương đối của hệ thống sấy. Độ ẩm và nhiệt độ của vật liệu sấy. Tiêu hao nhiên liệu (điện năng). 4.3.1. Xác định độ ẩm của vật liệu sấy. Ẩm trong vật liệu sấy với những lực liên kết khác nhau. Do đó, việc xác định độ ẩm rất phức tạp và khó đạt được độ chính xác, lại mất nhiều thời gian. Có nhiều dụng cụ xác định độ ẩm của vật liệu sấy như: tủ sấy đo độ ẩm, ẩm kế chưng cất, ẩm kế điện trở…và một số loại ẩm kế điện tử hiện nay đang được dùng khá phổ biến . Đối với buồng sấy gỗ ta dùng ẩm kế điện trở để xác định độ ẩm của gỗ là phù hợp nhất. Ta có thể kiểm tra nhanh được độ ẩm của gỗ là bao nhiêu đã đạt hay chưa, nếu độ đồng đều của gỗ chưa đạt ta có thể xử lý ẩm. Phần lớn các vật liệu ẩm có điện trở tăng khi độ ẩm giảm. Nếu chúng ta biết được quan hệ này thì có thể đo độ ẩm của vật liệu sấy thông qua điện trở của nó. Hình bên dưới là sơ đồ của ẩm kế điện trở. Bản chất của ẩm kế này hoạt động như sau: dòng điện đi qua một lớp vật liệu sấy có điện trở R tích điện cho một trong các tụ điện C1, C2, C3…cho đến lúc điện áp giữa hai bản cực của nó chưa đạt đến điện áp tháp sáng một bóng đèn neon (3). Giả sử khi điện áp đạt giá trị E thì đèn (3) được lóe sáng. Theo kỹ thuật điện, thời gian giữa thời điểm ban đầu cung cấp một dòng điện đến lúc đèn neon loé sáng τ tỷ lệ thuận với điện trở R theo quan hệ: Trong đó: thời gian τ tính bằng giây; U - điện áp nguồn tính bằng Vôn; E - điện áp tháp sáng đèn neon cũng tính bằng Vôn; R là điện trở cần đo tính bằng Ohm và cuối cùng C là điện dung tính bằng Faraday. Như vậy, nếu chúng ta biết được quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu và điện trở R thì quan hệ tuyến tính đơn giản cho phép chúng ta khắc trong các ẩm kế loại này. Ẩm kế điện trở có nhiều ưu điểm là đơn giản, thời gian đo rất nhanh. Hình 4.7. Ẩm kế điện trở 4.3.2 Kiểm tra chế độ sấy. Kiểm tra chế độ sấy là kiểm tra các thông số: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy. 4.3.2.1. Xác định nhiệt độ tác nhân sấy Tùy vào nhiệt độ tác nhân sấy lớn mà ta dùng loại nhiệt kế cho phù hợp, có thể dùng nhiệt kế thủy ngân hay nhiệt kế điện trở .v.v… Do nhiệt độ sấy không cao. Do đó, ta dùng nhiệt kế thuỷ ngân để xác định nhiệt độ tác nhân sấy trước và sau quá trình sấy vẫn đảm bảo độ chính xác cao mà cách xác định lại đơn giản. Đặt một nhiệt kế thủy ngân tại đầu ra của tác nhân sấy ta xác định được nhiệt độ TNS trước quá trình sấy. Đặt một nhiệt kế thủy ngân tại cửa ra ta xác định được nhiệt độ sau quá trình sấy. Đặt nhiệt kế trong buồng sấy ta đo được nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. 4.3.2.2 Xác định nhiệt độ bầu ướt tư. Để xác định nhiệt độ nhiệt kế ướt người ta cũng dùng nhiệt kế bình thường, chẳng hạn nhiệt kế thuỷ ngân hay nhiệt kế rượu. Để xác định được ta dùng nhiệt kế thuỷ ngân bọc một lớp bông luôn luôn thấm nước nhờ mao dẫn từ một cóng nước đặt ở trong buồng sấy. Nước trong lớp bông bao quanh bầu nhiệt kế nhận nhiệt của không khí và bay hơi. Đối với hệ thống sấy gỗ ta bố trí một cóng nước bên ngoài buồng và một cóng nước trong buồng, cóng nước ngoài buồng sẽ dẫn nước vào cóng nước trong buồng. Ở cóng nước trong buồng ta có một miếng giẻ thẩm vào cóng và đầu kia cuốn vào bầu nhiệt kế thuỷ ngân xác định được nhiệt độ bầu ướt. Bố trí như hình vẽ. Hình 4.8. Phương pháp đo nhiệt độ bầu ướt tư 1 - bầu cảm biến thuỷ ngân; 2 - miếng giẻ; 3 - nước; 4 – tín hiệu nhiệt độ; 5 – cóng đựng nước; 6 - tường; 4.3.2.2. Xác định độ ẩm của tác nhân sấy Một số thiết bị xác định độ ẩm của tác nhân sấy như: ẩm kế dây tóc, ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế bay hơi đoạn nhiệt (Psychometre). Ngày nay người ta thường dùng các ẩm kế điện tử vừa tiện lợi, nhanh chóng và kết quả chính xác cao. Ẩm kế dây tóc. Cấu tạo: - dây tóc (3070)mm với đường kính 0,05mm 2- dây kéo; 3- lò xo Hình 4.8..Sơ đồ cấu tạo ẩm kế dây tóc. 4- kim tính; 5-gương; 6-kim chỉ; 7- bộ điều chỉnh; 8- bảng điều khiển. Ẩm kế dây tóc là loại ẩm kế làm việc theo nguyên lý, khi độ ẩm của môi trường thay đổi thì chiều dài của dây tóc cũng thay đổi. Ẩm kế bay hơi đoạn nhiệt (Psychometre). Hình 4.9. Cấu tạo Psychometer 1,2 - nhiệt kế; 3- ống thủy tinh; 4- bình nước; 5- khung gỗ. Ẩm kế điện tử sử dụng trong quá trình sấy để xác định độ ẩm là loại ẩm kế điện tử CE – ABS của Trung Quốc. 4.3.2.3. Xác định tốc độ tác nhân sấy Ống đo tốc độ Ống đo tốc độ dùng để đo tốc độ tác nhân sấy lớn hơn 4m/s. Hình 4.10. Sơ đồ nối ống pneumometrique với micromanometre. Phong tốc kế Khi tốc độ dòng tác nhân sấy nhỏ hơn 4m/s thì người ta dùng phong tốc kế để xác định tốc độ của tác nhân sấy sẽ cho kết quả chính xác so với ống đo tốc độ. Hình 4.11. Sơ đồ điện và hình dáng bên ngoài của phong tốc kế 4.3.3. Đối với mạch tự động điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm Khi cần điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong buồng sấy ta có thể dùng một thiết bị có sơ đồ như hình vẽ: Hình 4.12. Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong buồng sấy 5- nhiệt kế tiếp xúc thủy ngân (khô) 6- nhiệt kế thủy ngân (ướt) 7- máy biến áp 8- bộ nắn dòng 10, 11- rơle đốt nóng và phun ẩm 1a- cầu dao 1b- cầu chì 2, 9- tiếp điểm 3- calorifer đóng ngắt tự động 4- bộ phận đốt nóng nước Thiết bị này sẽ được đặt trong phòng sấy. Quá trình sấy bắt đầu thì nhiệt độ tác nhân sấy còn thấp khi đó Calorifer 3 vẫn có điện nên đốt nóng cung cấp nhiệt cho quá trình sấy. Khi nhiệt độ buồng sấy tăng lên thì nhiệt kế dãn nở chất lỏng (nhiệt kế khô) nối tiếp điểm làm rơle 10 có điện đóng tiếp điểm, tiếp điểm 2 bị ngắt làm Calorifer không còn được nối với nguồn, kết thúc việc đốt nóng. Như vậy, ta có thể duy trì và khống chế giới hạn trên của nhiệt độ. Tương tự, nhiệt kế ướt 6 dùng để điều chỉnh độ ẩm của buồng sấy. Khi độ ẩm của buồng sấy xuống thấp quá mức quy định (thường ở cuối quá trình sấy) thì nhiệt kế ướt 6 sẽ nối tiếp điểm làm rơle 11 có điện, tiếp điểm 9 đóng lại nên bộ phận đốt nóng 4 được nối với nguồn, nước sẽ được đốt nóng làm bốc hơi vào không gian buồng sấy, duy trì độ ẩm của tác nhân sấy. 4.4. Quy trình vận hành sấy. 4.4.1. Chuẩn bị lò sấy. Trước khi xếp gỗ vào sấy, cán bộ điều hành kỹ thuật lò sấy gỗ (công nhân trực tiếp sấy) cần kiểm tra tình trạng của các thiết bị của lò sấy: quạt gió, calorifer, hệ thống điều tiết ẩm của lò sấy, bằng cách đóng mở, chạy thử. Vệ sinh buồng sấy và hoạch định việc xếp đống gỗ trong buồng sấy (tùy theo các qui cách ván). 4.4.2. Kỹ thuật xếp kiêu. Gỗ sấy được xếp trong lò sấy theo phương pháp xếp đống có thanh kê, thanh kê có tiết diện 30X30 mm, chiều dài thanh kê bằng chiều rộng kiêu gỗ (1.100-1.200mm), cự ly các hàng kê, tuỳ theo quy cách ván (gỗ sấy) từ 200÷400mm, thanh kê được đặt ngang lò sấy, tạo thành những hàng thanh kê thẳng đứng theo những lớp gỗ sấy nằm dọc theo chiều dài lò sấy. Với cách xếp đống như vậy sẽ tạo cho dòng khí nóng tuần hoàn qua ngang giữa chồng gỗ, theo khe hở giữa hai lớp gỗ, do các hàng thanh kê tạo nên. 4.4.3. Kiểm tra kỹ thuật Trước khi đóng cửa lò sấy người để thực hiện điều hành một mẻ sấy, người cán bộ kỹ thuật sấy (công nhân trực sấy) cần kiểm tra một lần nữa tình trạng của lò sấy (van hơi, van nước hồi, quạt gió, nhiệt kế, áp kế…) và đặc biệt cần xem xét những sơ hở, sai sót có thể xảy ra: thanh kê dư thừa còn ở đâu đó trong lò sấy hay không, nhất là trên giàn đỡ quạt gió, giàn nhiệt (kể cả đồ dùng của công nhân như khăn lau, khẩu trang, áo, mũ…). 4.4.4 Khởi động lò sấy Sau khi hoàn thành khâu kiểm tra kỹ thuật, tiến hành đóng cửa lò sấy lại (bằng hệ thống nâng hạ cửa) và vận hành thiết bị lò sấy theo trình tự sau đây: Đóng cầu dao điện ở tủ điện. Bấm tuần tự các nút khởi động quạt gió để đưa quạt gió vào hoạt động. Mở van hơi chính của lò sấy và van vào giàn nhiệt đồng thời van nước xả của lò sấy để đưa hơi nước nóng vào thiết bị gia nhiệt (mở van một cách từ từ), để tay lên gần van nước xả, khi nào cảm thấy nóng, chứng tỏ hơi nước nóng đã đi vào khắp giàn nhiệt, lúc này là đóng van hơi nước xả lại và tiến hành mở tiếp van phun ẩm, rồi sau đó tiếp tục điều tiết van hơi chính vào lò sấy để khống chế áp lực hơi nước P≈4at (quan sát theo đồng hồ áp lực = áp kế) trong quá trình phun ẩm. 4.4.5. Điều tiết quá trình sấy Qui trình sấy sẽ diễn ra qua các giai đoạn sau đây: Giai đoạn nâng nhiệt, tăng ẩm: Nhiệm vụ của giai đoạn đầu là làm nóng dần gỗ để đưa nhiệt độ gỗ trước khi sấy lên nhiệt độ sấy trong khoảng thời gian nhất định. Ở giai đoạn này ta cần có một môi trường sấy rất ẩm, do đó cần phải phun ẩm một cách liên tục trong suốt giai đoạn làm nóng. Giai đoạn sấy đầu, giai đoạn sấy đẳng tốc: Giai đoạn này kéo dài trong một thời gian đủ để cho gỗ sấy khô xuống gần đến điểm bão hoà thớ gỗ. Thời gian dài hay ngắn phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của gỗ và kích thước của gỗ. Trong thời gian này duy trì nhiệt độ sấy ổn định, bằng nhiệt độ sấy ban đầu và hãm không cho lớp gỗ bề mặt ván khô quá nhanh, để đảm bảo quá trình di chuyển ẩm từ tâm ván ra ngoài mặt ván một cách liên tục và ở mức tối đa phù hợp với gỗ sấy. Theo kinh nghiệm, trong giai đoạn này cần phải đóng kín các cửa thoát khí và nhiệt độ tăng không quá 7oC. Giai đoạn sấy giảm tốc: Giai đoạn này biểu thị quá trình sấy mà ở đó độ ẩm của gỗ sấy giảm xuống dưới điểm bão hoà thớ gỗ. Ở giai đoạn này quá trình thoát ẩm sẽ khó khăn, do vậy trong quá trình sấy, bước sang giai đoạn sấy này ta tăng dần nhiệt độ sấy và đồng thời mở dần cửa thoát khí làm khô dần dần môi trường sấy, hỗ trợ cho quá trình khô của gỗ ở giai đoạn cuối. Giai đoạn xử lý cuối và làm nguội: Đối với loại gỗ sấy là thông, kích thước gỗ ta đã chọn để sấy thì cần phải xúc tiến giai đoạn xử lý cuối trước khi làm nguội gỗ sấy. Mục đích của giai đoạn này là làm cho cân bằng độ ẩm của gỗ, triệt tiêu ứng suất trong gỗ, để ổn định kích thước gỗ trong quá trình gia công. Để tiến hành giai đoạn xử lý cuối ta đóng kín các cửa thoát khí, phun ẩm trong suốt thời gian xử lý cuối lấy khoảng 2 giờ/1cm bề dày ván, chế độ xử lý cuối bằng nhiệt độ sấy ở giai đoạn cuối. CHƯƠNG V. TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY 5.1. Những tiêu chuẩn sử dụng trong việc tính toán kinh tế kỹ thuật. Nền kinh tế nước ta cũng như hầu hết các nước trên thế giới đều bao gồm hai khu vực: khu vực kinh tế nhà nước và khu vực kinh tế tư nhân. Khu vực kinh tế nhà nước bao gồm các đơn vị kinh tế được nhà nước bảo hộ ở mức độ nhất định. Còn khu vực kinh tế tư nhân bao gồm các công ty, xí nghiệp, các đơn vị kinh tế mà chủ là của một tập thể hay cá nhân. Khu vực này là khu vực tự do cạnh tranh, nhà nước chỉ điều tiết bằng các luật pháp và các chính sách. Khi tính toán chọn các hàm mục tiêu cho bài toán tối ưu về kinh tế kỹ thuật cũng cần chọn các tiêu chuẩn thích hợp. 5.2. Xác định chi phí hàng năm của hệ thống thiết bị sấy. Chi phí hàng năm của thiết bị sấy bao gồm chi phí năng lượng (điện, nhiên liệu), khâu hao cho bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị, tiền lương, thuế. 5.2.1. Chi phí năng lượng - Chi phí nhiên liệu: Ct = Bt.St, đồng/năm Trong đó: Bt – tiêu hao nhiên liệu hàng năm; St – giá nhiên liệu, đồng/ tấn. Đối với thiết bị dùng hơi nước làm chất tải nhiệt thì tiêu hao nhiên liệu là: Bt = ,tấn /năm; Trong đó: Qn - phụ tải nhiệt cả năm của thiết bị, kJ/năm; Qtlv - nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg; (đối với gỗ tra bảng được là 290.000kJ/kg) ηlh - hiệu suất của lò hơi, 80%; Do thiết bị làm việc theo chu kỳ ta tính được: Qn = Qs.m/ηcal Trong đó: Qs – tiêu hao nhiệt cho một mẻ sấy, kJ/mẻ; (đã tính ở chương 2 là 102274137,8 kJ) m - số mẻ sấy trong năm, mẻ/năm; 23 mẻ/năm. ηcal - hiệu suất của calorifer hơi – khí; chọn ηcal = 85%. Vậy ta tính được: Qn = 102274137,8.23/0,85 =2767417846 kJ/năm Từ đó ta tính được: Bt = , tấn /năm Vậy chi phí nhiên liệu là: Ct = 11928.10000 = 119280000 đồng/năm. - Chi phí điện năng: Tiêu hao điện năng hàng năm là: E = , kWh Trong đó: Ni - là phụ tải nhiệt trung bình của thiết bị; n - là số giờ làm việc của thiết bị ( một năm thiết bị làm 350 ngày là 8400 giờ) r - số thiết bị tiêu hao điện ( 5 quạt 2kW và 3 bóng điện chiếu sáng 100 Wh) Vậy ta tính đựơc: E = (3.0,1.8400 + 2.5.8400) = 86.520 kWh. Chi phí điện năng là: Cc = E.Sc, đồng/năm. Trong đó: Sc là giá trị điện năng 1.200.000 đồng/kWh. Cc = 86520.1200 = 103.824.000 đồng/năm 5.2.2. Chi phí lương Chi phí lương là: Cl = Ltb.M, đồng/năm Trong đó: Ltb - tiền lương trung bình (1.200.000 đồng); M - số nhân viên vận hành 2; Cl = 1200000.2.12.3ca = 86.400.000 đồng/năm 5.2.3. Chi phí bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị Hàng năm công ty bảo dưỡng 2 lần cho nồi hơi và thường xuyên bảo dưỡng cho quạt, dàn calorifer ước tính mỗi năm khoảng 10.000.000 đồng/năm; 5.2.4. Chi phí mua vật liệu. Cvl = Ct.p, đồng/m3 Trong đó: Ct – là chi phí mua 1m3 gỗ khi đưa và buồng là 3.200.000 m3; p - số mét khối gỗ sấy trong một năm là 40.23 = 920 m3. Vậy chi phí mua gỗ là Cvl = 920.3200000 = 2.944.000.000 đồng/năm. 5.2.5. Khấu hao thiết bị, nước cấp Khấu hao thiết bị gồm khấu hao buồng, khấu hao lò hơi và các thiết bị phụ ước tính mỗi năm là 100.000.000 đồng/năm. 5.3. Tiền sản phẩm sau công đoạn sấy. Với mỗi mét khối gỗ ước tính sau công đoạn sấy là 4.800.000 m3 gỗ, vậy ta dễ dàng tính được lợi nhuận bán ra trong một năm là T = 4800000.920 = 4.416.000.000 đồng/năm. 5.4. Lãi suất thu được mỗi năm L = 119.280.000 + 103.824.000 + 86.400.000 + 10.000.000 + 2.944.000.000 + 100.000.000) = 1.052.496.000 đồng/năm. Chi phí Hạng mục Thành tiền (đồng/năm) Nhiên liệu 119.280.000 Điện năng 103.824.000 Lương 86.400.000 Sữa chữa bảo dưỡng 10.000.000 Sản phẩm 2.944.000.000 Khấu hao thiết bị, nước cấp 100.000.000 Tổng chi phí 3.363.504.000 Tiền sản phẩm thu được sau sấy Sản phẩm sau sấy 4.416.000.000 Lãi suất 1 năm 1.052.496.000 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Như vậy, việc tính toán thiết kế hệ thống sấy gỗ xuất khẩu nhìn chung đầy đủ tính năng kỹ thuật, đạt được tốt các yêu cầu về chế độ sấy mà công nghệ đặt ra. Từ việc thiết kế trên và được quan sát thực tế tôi thấy hệ thống sấy gỗ này so với các hệ thống sấy gỗ khác là: 1. Đảm bảo tốt chế độ sấy: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió và có thể điều chỉnh các thông số này trong phạm vi cho phép. 2. Với chế độ sấy này chất lượng sản phẩm gỗ sấy cao hơn. Đảm bảo được độ đồng đều của sản phẩm sau khi sấy đáp ứng được cho yêu cầu xuất khẩu. 3. Chi phí đầu tư thiết bị và điện năng giảm. 4. Thiết bị vận hành đơn giản, an toàn, tin cậy. 5. Tuy thời gian sấy dài nhưng năng suất cũng khá cao. Do khả năng chất tải trong buồng sấy là rất lớn. 6. Hiệu quả kinh tế cao. Khuyến nghị: 1. Người vận hành phải theo dõi kiểm tra thường xuyên trong quá trình làm việc để điều chỉnh kịp thời phù hợp cho các chế độ sấy. 2. Quá trình truyền nhiệt - truyền chất nói chung tuơng đối phức tạp, khi tính toán thiết kế gặp nhiều khó khăn chưa giải quyết triệt để được. 3. Thay vì công nhân điều khiển chế độ sấy ta nên tự động hoá chế độ sấy bằng điều khiển tự động. 4. Thường xuyên kiểm tra định kỳ các thiết bị áp lực và các thiết bị trong buồng sấy trước khi chạy. 5. Bố trí thiết bị phải phù hợp tiện lợi đảm chất lượng và hiệu quả kinh tế. Từ những kết quả trên ta thấy mô hình hệ thống sấy gỗ xuất khẩu đã đạt được nhiều ưu điểm và có tính khả thi cao bởi thiết kế dựa trên công nghệ sản xuất công nghiệp thực tế đồng thời một số đơn vị đã triển khai các thiết bị tương tự vào sản xuất mang lại những hiệu quả rõ rệt, mặt hàng này đã được xuất khẩu ra rất nhiều nước trên thế giới. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, 2001. Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006. Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2005. Hồ Xuân Các - Nguyễn Hữu Quang, Công nghệ sấy gỗ, NXB nông nghiệp. Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hoà không khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2007. Nguyễn Đức Lợi, Tự động hoá máy lạnh, NXB Giáo dục, Hà Nội 2000. Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ, Kỹ thuật lạnh cơ sở, NXB Giáo dục, Hà Nội 2004. Đặng Quốc Phú - Trần Thế Sơn - Trần Văn Phú, Truyền nhiệt, NXB Giáo dục, Hà Nội 1999. Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004.