Đồ án Thiết kế hệ thống sấy buồng để sấy gỗ với năng suất 40m3/mẻ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANGKHOA CHẾ BIẾNBỘ MÔN KỸ THUẬT LẠNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BUỒNG ĐỂ SẤY GỖ VỚI NĂNG SUẤT 40m3/ MẺ GVHD : GS.TSKH. TRẦN VĂN PHÚ SVTH : NGUYỄN XUÂN PHƯƠNG LỚP : 45 NL MSSV : 45DC177 Nha Trang, tháng 12 năm 2007 ĐẶT VẤN ĐỀ Sấy là quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp. Sấy gỗ là bộ phận quan trọng của lĩnh vực gia công thuỷ nhiệt gỗ. Ý nghĩa của quá trình gia công thuỷ nhiệt gỗ trong công nghiệp chế biến gỗ nói riêng và trong nền kinh tế quốc dân rất to lớn. Hiện nay, với yêu cầu chất lượng ngày càng cao của gỗ thì công đoạn sấy càng trở lên quan trọng trong công nghiệp chế biến gỗ. Nhằm đáp ứng yêu cầu đó, trong phạm vi đồ án tốt nghiệp em đã được giao đề tài: “ Thiết kế hệ thống sấy buồng để sấy gỗ với năng suất 40m3/mẻ”.Nội dung gồm các phần như sau: Chương I. Tổng quan về công nghệ và thiết bị sấy nông lâm hải sản Chương II. Tính toán nhiệt hệ thống sấy buồng để sấy gỗ Chương III. Tính chọn calorifer và nồi hơi Chương IV. Bố trí thiết bị tính trở lực và chọn quạt Chương V. Tính hiệu quả kinh tế kỹ thuật phương án 1.1. Một số thiết bị sấy ứng dụng để sấy Nông lâm Hải sản qua khảo sát thực tế. 1.1.2. Sử dụng thiết bị sấy buồng để sấy thóc, ngô, đậu tương ở Công ty Cổ phần Giống cây trồng Thái Bình. Nguyên liệu sấy. Công ty Cổ phần Giống cây trồng Thái Bình sử dụng hệ thống sấy chủ yếu phục vụ cho sấy thóc, ngô, đậu tương để làm giống và đem xuất khẩu. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SẤY NÔNG LÂM HẢI SẢN. Quy trình chế biến của nhà máy Thiết bị sấy. Nhà máy dùng thiết bị sấy buồng để sấy, hệ thống sấy này được Công ty nhập về từ Đan Mạch. Với năng suất rất cao mỗi mẻ có thể đạt từ 5 ÷ 30 tấn/mẻ. Hình 1.1. Sơ đồ thiết bị sấy buồng của Công ty Giống cây trồng Thái Bình Các thông số dùng cho sấy của nhà máy. Bảng thông số chế độ sấy của nhà máy 1.2.2. Sử dụng hệ thống sấy buồng để sấy gỗ ở Công ty Cổ phần Chế biến Lâm sản Xuất khẩu Nam Định. Quy trình chế biến của nhà máy. Nhà máy chủ yếu chế biến các loại gỗ thông, gỗ keo, gỗ quế dùng làm các tấm ván để xuất khẩu phục vụ cho các công trình xây dựng. Quy trình chế biến gỗ của nhà máy Sơ đồ nguyên lý hoặt động của hệ thống sấy của nhà máy. Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy ở nhà máy. 1, 2, 3, 4 - là các lò sấy; 5 – dàn calorifer; 6 – dàn phun ẩm; 7 - quạt; 8 – bình gom hơi; 9 - nồi hơi; 10 – bình chứa nước. Các chế độ sấy gỗ. Tại nhà máy có 2 kiểu buồng sấy đó là buồng bán tự động và buồng tự động. - Ở buồng bán tự động thì công nhân sẽ vận hành theo chế độ sấy của 2 thông số đó là tk và tư. Ở buồng tự động thì chế độ sấy làm việc theo 3 thông số tk, ωcb, ωtbg Bảng thông số chế độ sấy của nhà máy CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN NHIỆT HỆ THỐNG SẤY BUỒNG ĐỂ SẤY GỖ 2.1. Chọn chế độ sấy. Giai đoạn (1) - Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 50oC - Độ ẩm của gỗ: ω1 = 62%; ω2 = 60% - Thời gian sấy: τ = 16 h Giai đoạn (2) - Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 60oC - Độ ẩm của gỗ: ω1 = 60%; ω2 = 30% - Thời gian sấy:τ = 168 h Giai đoạn (3) - Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 = 70oC - Độ ẩm của gỗ: ω1 = 30%; ω2 = 10% - Thời gian sấy:τ = 120 h 2.2. Khối lượng vật liệu sấy ra vào mỗi giai đoạn. Theo yêu cầu thiết kế năng suất đầu vào của hệ thống sấy là: 40m3/mẻ. Ta có khối lượng riêng của gỗ khi đưa vào buồng ρ = 546 kg/m3. Nếu gọi G1, G2, ω1, ω2 tương ứng là khối lượng và độ ẩm tương đối của vật liệu sấy đi vào và đi ra khỏi thiết bị sấy. Ta tính được:- Giai đoạn (1) G11 = 546.40 = 21840 kg Tính tương tự ta có: giai đoạn (2) G12= G21= 20748 kg G22 = 11856 kgGiai đoạn (3 G13 = G22 = 11856 kg G23 = 9221 kg 2.3. Lượng ẩm cần bốc hơi.Lượng ẩm cần bốc hơi trong cả quá trình là : W = G1 - G2(kg)Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ: Trong đó : τ là thời gian sấy- Giai đoạn (1)  Tương tự:- Giai đoạn (2) - Giai đoạn (3) 2.4. Xác định các thông số ngoài trời. - Nhiệt độ môi trường trung bình năm to = 25oC. - Độ ẩm tương đối trung bình năm φo=85% - Lượng chứa ẩm do = 0,0174 kgẩm/kgkk - Entanpy Io = 69,4 kJ/kgkk 2.5. Xác định entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy Giai đoạn (1): I11 = 95,3 kJ/kg. Giai đoạn (2): I12 = 105,66 kJ/kg Giai đoạn (3): I13 = 116,024 kJ/kg Theo kinh nghiệm chọn t2 = 31oC; 33oC; 35oC 2.6. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết Xác định các thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết 2.7. Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy Chiều cao của buồng sấy là: H = H1 + H2 + H3 = 4200,mm Chiều rộng của buồng sấy được tính: r = 2.r1 + r2 + 2.r3 = 4600,mm Chiều dài của buồng sấy tính đựơc: L = 7200,mm 2.8. Tính các tổn thất. 2.9. Xác định các thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy thực 2.10. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy Cân bằng nhiêt: Hiệu suất nhiệt trung bình của cả 3 giai đoạn Nhiệt lượng tiêu hao: Q = 573904,22.16 + 443835,09.168 + 151735,936.120 = 101.955.075 kJ Công suất nhiệt trung bình Công suất nhiệt cực đại:(giai đoạn 1) Qcđ = 573904,22/3600 = 158 kW = å å bs η 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: calorifer khí – hơi và calorifer khí – khói. Trong đồ án này em chọn calorifer khí - hơi. 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; Ta tính được: - Số cánh trên một ống: nc = 1143 - Chiều cao cánh bằng: h = 5, mm - Hệ số truyền nhiệt tính được k = 21,8 W/m2k - Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của calorifer là:F = 71, m2 - Tổng chiều dài của ống có cánh là: L = 72 m - Số ống n được xác định như sau: n = 18 ống - Chiều rộng của thiết bị sẽ là: B = 0,54 m - Chiều cao của giàn ống: H = 0,28 m 3.2. Tính chọn lò hơi. lượng hơi cần thiết 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 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 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. 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. 1 – Vòng cao su; 2 – Các kiêu gỗ; 3 - Cửa thoát ẩm và lấy khí; 4 – Tay quay mở cửa; 5 - Cửa. Bố trí các kiêu gỗ: Cách xếp kiêu gỗ Bố trí quạt trong buồng sấy: Hình 4.3.a. Bố trí quạt trong buồng sấy. 1 - Quạt; 2 - Tấm chắn hướng dòng; 3 – Tường buồng; 4 - kiêu gỗ. Bố trí calorifer và hệ thống phun ẩm 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. Sơ đồ tổng thể của hệ thống 4.2. Tính toán chọn quạt. 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. V = L.v = 22159.0,927 = 20386,28 m3/h. 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). Tính toán khí động 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. 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. x 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: Từ năng suất quạt N và cột áp ta dựa vào bảng tra [ trang 363, 3 ] chọn 3 quạt hướng trục kí hiệu N0 MЏCác thông số và kích thước chủ yếu của quạt như sau: - Năng suất quạt : V = 7200m3/h - Cột áp của quạt: ΔP = 25mmH2O - Hiệu suất : 54% - Tốc độ : 1440 vòng/ph CHƯƠNG V. TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận: Kết quả sau khi tính toán thiết kế hệ thống sấy buồng ta được: - Kích thước buồng sấy: 7200X4600X4200mm - Hiệu suất nhiệt trung bình là: 31% - Diện tích trao đổi nhiệt calorifer: 71m2 - Lượng hơi cần cung cấp là 283kg/h - Ba quạt hướng trục năng suất là: 7200m3/h Từ việc thiết kế trên em 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. Thay vì công nhân điều khiển chế độ sấy ta nên tự động hoá chế độ sấy bằng điều khiển tự động. 3. Thường xuyên kiểm tra định kỳ các thiết bị áp lực và các thiết bị trong buồng sấy trước khi chạy. 4. Bố trí thiết bị phải phù hợp tiện lợi đảm chất lượng và hiệu quả kinh tế. EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN !