Thiết kế hệ thống sản xuất bánh đa bánh tráng

ược đường BC ta phải xác định các tổn thất nhiệt, chính là nhằm xác định D * Giả sử rằng trạng thái C0, C tương ứng là trạng thái TNS sau quá trình sấy lý thuyết và sấy thực. B t2 t0 t1 C0 D E C A d I kg ẩm/kgkkk Từ một điểm bất kỳ trên đường I = I1 = const chẳng hạn điểm C0 ta đặt đoạn CE song song với trục OI về phía trên DE do D > 0 thỏa mãn điều kiện sau : CE =ED. Với : m== kJ/kg ẩm. MI : Tỷ lệ xích theo trục I, MI = 1 kJ/kgkkk.mm Md : Tỷ lệ xích theo trục d, Md = 0,4 g/kgkkk.mm Hình 5.9.1 : Đồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy thực Nối BC và đường này cắt đường t = t2 ở điểm C. Điều này chính là điểm biển diễn trạng thái TNS sau quá trình sấy thực. 6.9.2. Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực : - Tính lượng chứa ẩm d2 thay t1 = 900C t2 = 370C, d0 = 0,017 kg ẩm/kgkk Và D = 187,169 kJ/kg ẩm d2 = = kg ẩm/kg kk Tính entanpy I2 thay t2 = 370C và d2 =0,041kg ẩm/kgkk vào công thức định nghĩa entanpy của không khí ẩm ta được : I2 = Cpkt2 + d2 (2500 + Cpat2) = 37 + 0,041 (2500 + 1,842 . 37) = 141,473 kg ẩm/kgkk Tính độ ẩm tương đối j2 thay t = t2 = 370C vào công thức dưới chúng ta tìm được áp suất bão hòa của hơi nước tương ứng với t = 370C Pb2 = exp = exp.= 0,0622 bar Thay Pb2, d2 = 0,041 kg ẩm/kgkk và B = 1bar vào công thức : Tìm được độ ẩm tương đối của TNS vào TBS thực bằng : j2 = Ta thấy j2 = 99% tính được không thỏa mản điều kiện j2 = (90 ± 5)% Chọn lại nhiệt độ t2 : t2 = 39oC Áp suất bão hòa của hơi nước tương ứng với t = 390C Pb2 = exp = exp.= 0,06937 bar Tính lượng chứa ẩm d2 thay t1 = 900C t2 = 390C, d0 = 0,041 kg ẩm/kgkk Và D = 187,169 kJ/kg ẩm d2 = = kg ẩm/kg kk Tính entanpy I2 thay t2 = 390C và d2 =0,041kg ẩm/kgkk vào công thức ta được : I2 = Cpkt2 + d2 (2500 + Cpat2) = 39 + 0,041 (2500 + 1,842 . 39) = 141,616 kg ẩm/kgkk Tìm được độ ẩm tương đối của TNS vào TBS thực bằng : j2 = Kiểm tra điều kiện j2 = (90 ± 5)% ta thấy j2 tính đươc thỏa mản vậy nhiệt độ t2 = 39oC là hợp lý . 6.9.3. Tính lượng không khí nóng trong quá trình sấy thực : a./.Khối lượng không khí khô : Thay d2 và d0 vào công thức sau ta được : l = = 43,668 kgkk/kg ẩm => L = l . W = 43,668.122 = 5327,496 kgkk/h b./. Thiết lập bảng cân bằng nhiệt: * Nhiệt lượng tiêu hao q : q = l (I1 - I0) = 5327,496 (135,32 – 68,283) = 2927,371 kJ/kg ẩm * Nhiệt lượng có ích q1 q1 = i2 - Catv1 = 2500 + 1,842.39 - 4,184.75 = 2258,338 kJ/kg ẩm * Tổn thất do tác nhân sấy mang đi q2 : q2 = l.Cdx (d0).(t2 –t0) = 43,668.1,0313 (39 – 25) = 630,478 kJ/kg ẩm * Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ : q’ = q1 + q2 + qv + qct + qmt = 2258,338 + 630,478 + 3,78 + 23,16 +103,95 = 3019,706 kJ/kg ẩm Về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ phải bằng nhau. Ơ đây do nhiều lý do, có thể do tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc sai số do tra đồ thị v.v.. mà chúng ta đã phạm sai lầm Tuyệt đối : Dq = q’- q bằng : Dq = 3019,706 - 2927,371 = 92,335 Hay sai số tương đối = = 3,1% Với sai số này trong tính toán nhiệt là rất bé không đáng kể có thể chấp nhận được. BẢNG CÂN BẰNG NHIỆT TT Đại lượng Ký hiệu KJ/kgẩm % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2258,338 74,8 2 Tổn thất do TNS q2 630,478 20,8 3 Tổn thất nhiệt do vật liêu sấy qv 3,78 0,2 4 Tổn thất nhiệt do thiết bị chuyển tải qct 23,16 0,8 5 Tổn thất ra môi trường qmt 103,95 3,4 6 Tổng nhiệt lượng có ích và tổn thất q’ 3019,706 100 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 2927,371 100 8 Sai số tính toán 3,1 Nhận xét : Hiệu suất nhiệt của thiết bị = 78% Trong tất cả các tổn thất thì tổn thất do tác nhân sấy mang đi là lớn nhất . c./. Kiểm tra tốc độ tác nhân sấy đã chọn : Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực + Lưu lượng thể tích ở trạng thái trước quá trình sấy VB : Chúng ta đã có thể tích của 1kg không khí ở trạng thái t1 = 900C và j1 = 3,85%, vB = 1,081 m3/kgkk VB = vBL = 1,081.5327,496 = 9759,023 m3/h + Lưu lượng thể tích của TNS sau quá trình sấy thực với nhiệt độ t2 = 390C và độ ẩm tương đối j2 = 87% từ phụ lục 5 ta tìm được vC = 0,962 m3/kgkk VC = vCL = 0,962.5327,496 = 5124,198 m3/h => Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực V : V = 0,5 (VB + VC) = 0,5 (9759,023 + 5124,198) = 5441,64 m3/h = 1,512 m3/s Đây là thông số để chọn quạt. * Kiểm tra lại giả thiết về tốc độ TNS : Tốc độ TNS trong quá trình sấy thực bằng : = m/s Ftd = Btb.Htb = 0,75.1 = 0,75 m2 Như vậy giả thiết = 1,5 m/s khi tính tổn thất là hoàn toàn có thể xem là chính xác 6.10. Công suất nhiệt và lượng hơi cần thiết : Công suất nhiệt của calorifer : Q = q.W = 2927,371.122 = 357139,262 kJ/h = 99,21 kW/h Lưu lượng hơi cần thiết : Nếu chọn hiệu suất nhiệt của calorifer = 95% Nhiệt ẩn hóa hơi của hơi nước ở áp suất 1,5at có r = 2230 kJ/kg thì lượng hơi cung cấp D là : D = 168,58 kg/h . 6.11. Tính toán thiết kế Calorifer : 6.11.1. Thông số của hơi nước và không khí : Thông số của hơi nước trước calorifer : - Áp suất hơi nước bão hòa : Ph= 1,45at - Nhiệt độ hơi nước bão hòa th = 1100C - Thể tích riêng của hơi nước bão hòa : Vh = 0,61652 m3/kg - Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa : rh = 1,622 kg/m3 - Nhiệt ẩm hóa hơi của hơi nước : r = 2230kJ/kg - Khối lượng riêng của nước : rn = 932,19 kg/m3 Thông số của không khí trước và sau calorifer : t0 = 25oC , = 85% và t1 = 90oC , = 3,85% Khối lượng của không khí lưu chuyển qua calorife L = 5327,496 kgkkk/h . Nhiệt lượng calorifer cấp cho không khí : Q = L(I1 – I0) = 357139,262 kJ/h . 6.11.2. Thông số và cấu tạo ống trao đổi nhiệt : a./. Cấu tạo : Loại calorifer khí hơi là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn . Trong ống là hơi bảo hòa ngưng tụ ngoài ống không khí chuyển động cưỡng bức . Do hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng của hơi nước so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khí cho nên ống trao đổi nhiệt được làm cánh về phía không khí để tăng cường truyền nhiệt . F2 F’1 l d 2h h d2 S1 LC mS1 Hình 5.11.2 Cấu tạo hộp hấp b./. Thông số kích thước ống truyền nhiệt : Trong thiết kế này ta chọn Calorifer là loại ống đồng có làm cánh bằng thép tấm mỏng. - Đường kính ngoài của ống đồng : dn = 0,045 m - Đường kính trong của ống đồng: dt = 0,040 m - Chiều cao cánh : h = 0,009m - Chiều dày cánh dc = 0,006m - Bước cánh tc = 0,015m Đường kính ngoài của cánh D = 1,4.dn = 0,063m Chiều dài của ống không có cánh : L0 = l0 – lc = 0,6 m Khoảng cách giữa 2 cánh n = 0,01m Số cánh trên ống m = Tổng chiều dài của cánh trên ống : lc = m. =0,4m - Ống đồng với l = 110 W/mK - Cánh thép với lC = 45W/m0K - Chiều dài phần nằm ngang của ống lo = 1m - Tốc độ tác nhân sấy vào thiết bị = 1,5 m/s - Chiều dày vách ống : dố= 0,5 (0,045 – 0,040) = 0,0025 m Bước ống : S1 = S2 = S = 2,5.dn = 2,5. 45 = 112,5 mm Diện tích xung quanh của ống không có cánh : F1 = = 0,085 m2 Diiện tích hình vành khăn của cánh chiếm trên ống : F2 = = 0,204 m2 Diện tích cánh trong ống không kể phần vành khăn : F3 = = 0,08 m2 Diện tích bề mặt ngoài của một ống : Fn = F1 + F2 + F3 = 0,369 m2 Diện tích bề mặt trong một ống : Ft = = 0,126 m2 6.11.3. Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình : Không khí và hơi nước chuyển động chéo nhau : Dt = , [oC] th = 110oC t0 = 25oC Hình5.11.3: Sơ đồ trao đổi nhiệt th = 110oC Trong đó : - Nhiệt độ hơi bão hòa : th = 1330C - Nhiệt độ không khí sau calorifer : t1 = 900C - Nhiệt độ không khí vào calorifer : t0 = 250C Dtmax = th – t0 = 110 – 25 = 85oC Dtmin = th – t1 = 110 – 90 = 20oC => Dttb = Nhiệt độ trung bình của không khí nóng : Dt2tb = th - Dttb = 110 – 45 = 650C Tra bảng 3 (tính chất vật lý của không khí khô) SBTKTN ở t = 65oC có : = 0,0293 W/mK , Pr = 0,695 , = 19,843.10-6 m2/s . 6.11.4. Tính vận tốc của không khí trong caloirfer : vkk = , [m/s] Trong đó : V_ Thể tích của không khí trung bình trong calorifer V = L.0,5.(v90 + v25) = 5327,496.0,5.(1,029 + 0,844) = 2494,6 m3/h Ftd _ Diện tích tự do của calorifer : Ftd = Fx – Fcan, [m2] Với : Fx = Bx.lo, [m2] i _ Số ống xếp thành hàng ngang, i = 12 ống s _ Khoảng cách cánh ngoài cùng đến thành calorifer , s = 0,002 m => Bx = 2.s + (i – 1).n + i.D = 2.0,002 + (12 – 1).0,01 + 12.0,063 = 0,87 m2 Fcan = Fcc + Fcô _ Diện tích cản của cánh và ống Fcc = (D – dn).lc.i = (0,063 – 0,045).0,4.12 =0,0864 m2 Fcô = l0.dn.i = 1.0,045.12 = 0,54 m2 => Fcan = 0,0864 + 0,54 = 0,6264 m2 Vậy diện tích tự do của calorife : Ftd = 0,87 – 0,6264 = 0,2436 m2 . Vậy vận tốc trung bình của không khí trong calorifer : vkk = m/s 6.11.5. Xác định hệ số tỏa nhiệt từ hơi nước đến thành ống : Do ống đặt nằm ngang nên ta tính an : , [W/m2K] Trong đó : tw _ Nhiệt độ vách trong của ống, [oC] (Giả sử chọn tw = 100oC) d _ Đường kính ngoài của ống, d = 0,045 m ts = 110oC _ Nhiệt độ của hơi bảo hòa khô ( Hơi bảo hòa khô ở áp suất Ph = 1,5at). Nhiệt độ xác định : tm = (ts + tw) = (110 + 100) = 105oC. Tra bảng các thông số vật lý của nước trên đường bảo hòa tại 105oC có : r = 954,7kg/m3 l = 0,684W/mK n = 0,284.10-6m2/s. Với ts = 110oC (bảng nước và hơi nước bảo hòa ) tra được : r = 2230kJ/kg => W/m2K Nhiệt lượng do hơi cung cấp ra thành ống : q1 = an.Dt = an .(ts - tw) = 10880.(110 – 100) = 108800W/m2. 6.11.6 Xác định hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài ống đến không khí ak : Do ống trao đổi nhiệt có cánh nên phương trình tiêu chuẩn có dạng : Nu = C. (SQTTBHCTI) Trong đó : dn = 0,045 m tc = 0,015 m C = 0,116 m, n = 0,72 (ống xếp thẳng hàng) h = 0,009 m _ Chiều cao cánh trên ống . Tiêu chuẩn Re được xác định bằng công thức sau : Re = . Ta thấy 3000 < Re < 25000 , 3< < 4,8 nên : Nu = 0,116. => ak = W/m2 6.11.7. Xác định hệ số truyền nhiệt K Do các ống trao đổi nhiệt làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt lớn và có đường kính lớn so với chiều dày nên ta xem đây là bài toán truyền nhiệt qua vách phẳng 1 lớp có cánh, khi đó hệ số truyền nhiệt K được xác định : K = , W/m2K. Trong đó : dô , lô _Tương ứng là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của ống đồng . an_ Hệ số trao đổi nhiệt hơi nước đến thành trong ống, W/m2K ak_ Hệ số trao đổi nhiệt từ mặt ngoài ống đến không khí, W/m2K. ec_ Hệ số cánh : ec = K = W/m2K. Vậy nhiệt lượng từ bề mặt ngoài ống cấp cho không khí q2 : q2 = K.tb = 46,06.65 = 2993,9 W/m2 6.11.8. Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt F của calorifer : Ta có : Nhiệt lượng do calorifer cấp cho không khí (đã tính phần tính toán nhiệt ) Q = 357139,262 kJ/h Nhiệt lượng cung cấp thực tế của calorifer, giả sử chọn hiệu suất nhiệt của calorifer hc = 0,95 : Qtt = Vậy : F = m2. Ta suy ra số ống của Calorifer : n = ống. + Ta ký hiệu số ống trong một hàng dọc là nd , số ống trong một hàng ngang là i (i = 12), ta có quan hệ n = nd . i => nd = ống * Với thiết bị Calorifer (hình vẽ ) ta có kích thước : Chiều cao : Hca = 2.S + (i – 1).n’ + i.D = 2.0,002 + (12 – 1).0,01 + 12.0,063 = 0,87m Chiều rộng : Bca = 2.S + (nd – 1).n’ + nd.D = 2.0,002 + (8 – 1).0,01 + 8.0,063 = 0,58m Chiều dài : Lca = lo + 2.0,05 = 1,0 + 0,1 = 1,10m 6.12. Đường ống dẫn hơi và dẫn nước ngưng : 6.12.1. Đường kính ống dẫn hơi vào calorifer : dh = 16,6. , [mm] [1] Trong đó : DS = 168,58 kg/h : Sản lượng hơi thực tế cần dùng cho thiêt bị trong 1 giờ rh = 0,8264 kg/m3 wh = 30 m/s : Vận tốc hơi nước Vậy dh = 16,6 . = 43,29 mm 6.12.2. Đường kính ống dẫn nước ngưng ra : d = 16,6. , [mm] Trong đó : DS = 168,58 kg/h rn = 951,0kg/m3 Vn= 0,5m/s dlò = 16,6. = 44,42mm 6.13. Tính toán và chọn quạt 6.13.1. tính toán và chọn quạt : a./. Tính trở lực qua thiết bị Calorifer : Tính trở lực (cục bộ và ma sát) của dòng khí chuyển động cắt ngang qua chùm ống có cánh : DP1 = x . r . . i Trong đó : r : Khối lượng riêng của chất khí; kg/m3 w - tốc độ dòng khí tại khe hẹp (w = wmax); m/s i - số hàng ống x - hệ số trở kháng được xác định theo biểu thức dưới đây : x = 0,72 Re Ở đây : Re tính theo wmax = , [m/s] - Tốc độ của dòng khí vào thiết bị là w = 1,5 m/s - f1 = Lca . Hca là tiết diện đầu vào thiết bị Lca - Chiều dài ống Hca - Chiều rộng của thiết bị Nên f1 = 1,1 . 0,87 = 0,957m2 + d2 = 0,045m là đường kính ngoài ống + S1 = 0,0315m bước ống + h = 0,009m chiều cao cánh + dc = 0,006m chiều dày cánh + Sc = 0,015 Vậy : Tốc độ tại khe hẹp wmax = =1,72 m/s * Tính kích thước xác định dE : dE = , [m] F1, Fc - diện tích phần không làm cánh và diện tích cánh trên một ống m - số cánh trên một ống, m = 67cánh/ống dn - đường kính ngoài ống trơn. F1 = p.dn.l = p.0,045.0,6 = 0,085 m2 d2 = 0,045m Vậy dE = = 0,0456 m Từ phần tính nhiệt quá trình sấy ta được các thông số vật lý của không khí : r = 1,045 kg/m3 Pr = 0,695 n = 19,843. 10-6 m2/s l = 0,0293 w/mK Vậy tiêu chuẩn Ref = = = 3952,63 * Trở kháng thủy lực (cục bộ và ma sát) của dòng không khí qua chùm ống có cánh theo : x = 0,72 (3952,63)-0,245 = 0,735 * Tính trở lực (cục bộ và ma sát) của dòng khí chuyển động cắt ngang qua chùm ống. DP1 = x . r . . i = 0,735 . 1,045 . =13,63 N/m2 = 1,363 mmH2O Vậy trở lực qua Calorifer DP1 = 1,363mmH2O * Trở lực qua quạt : Giả sử tốc độ TNS ra khỏi quạt có tốc độ wq = 3,9 m/s Khi đó : DPq = = 0,783 mmH2O b./. Tính trở lực qua buồng sấy (hộp gió) : Hộp gió có tiết diện hình chữ nhật l.b thì đường kính tương đương : Dtd = [m] Với bg =500mm chiều rộng hộp gió hg = 150mm. Chiều cao hộp gió Vậy Dtd = = 0,232 m Vậy DP2 = Với : l = 0,5 : Hệ số ma sát dùng trong tính toán gần đúng l = 2,9 m : Chiều dài hộp gió Dtđ = 0,232m : Đường kính hộp gió x = 0,8 : Hệ số ma sát cục bộ r = 1,128 kg/m3, wk = 1,5 m/s, g = 10 m2/s Vậy : DP2 = = = 0,9mmH2O c./. Trở lực qua kênh dẫn trước và sau buồng sấy: Htr = Hsca = 0,01mmH2O Vậy tổng trở lực qua 2 kênh dẫn : åHms = 2 0,01 = 0,02 mmH2O d./. Tổng trở lực của thiết bị sấy : åH = DP1 + DP2 + åHms + DPq = 1,363 + 0,9 + 0,02 + 0,783 = 3,063 mmH2O e. Trở lực tình toán của quạt : åHTT = 1,1.åH = 1,1.3,063 = 3,369 mmH2O Với 1,1: Hệ số tính đến tổn thất khác và dự trữ của quạt 6.13.2. Chọn quạt và xác định công suất quạt : Trong kỹ thuật sấy, người ta thường sử dụng quạt hướng trục do nó gọn nhẹ, cột áp sử dụng trung bình và thấp, lưu lượng không khí lớn. a./. Năng suất của quạt : Qq = ; (m3/h) (1) Trong đó : Vkk = 1,577 m3/s là lưu lượng thể tích tính ở phần tính toán nhiệt buồng sấy n = 2 số quạt cần lắp đặt Vậy Qq = = 0,7885m3/s = 2838,6 m3/h b./. Cột áp tính chọn quạt : Hq = åHTT x Trong đó : åHTT = 3,369 mmH2O r = 1,045 kg/m3 Vậy : Hq = 3,369 . = 3,869 mmH2O Dựa vào bảng 2.4.12a trang 234 sách BQMN Với: Hq = 3,869 mmH2O Qq = 2836,6 m3/h Ta chọn quạt hướng trục 4 cánh A¥N loại MA . N04 Số vòng quay n = 960 vg/phút m = 0,5; Q = 5400m3/h = 1,5m3/s ; H = 10 mmH2O c./. Công suất trên trục quạt : N = Trong đó :K = 1,03 : hệ số dự trữ công suất khởi động quạt . Với loại quạt đã chọn ta có : N = 0,303 kW d./. Công suất động cơ kéo quạt : Vậy Nđc = = = 0,412 kW Với hc = 0,9 : Hiệu suất truyền động cơ hđ = 0,98 : Hiệu suất về điện Vậy ta chọn động cơ kéo quạt : N = 0,6kW Số vòng quay n = 1000vg/ph CHƯƠNG VII TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI HƠI 7.1. Các thông số ban đầu 1. Sản lượng định mức của lò hơi: D = Dh + Ds = 9,1 + 168,58 = 177,68 kg/h Chọn thiết kế D = 200kg/h 2. Thông số hơi -Áp suất hơi bảo hòa: pbh = 1,5bar -Nhiệt độ hơi bảo hòa: tbh = 110 0C 3. Nhiệt độ nước cấp: tnc = 25 0C 4. Nhiệt độ không khí lạnh: tlkk = 25 0C 5. Chọn loại nhiên liệu đốt: Than antranxit 6. Nhiệt trị thấp làm việc: Qlvt = 5590kcal/kg = 23366,2kJ/kgnl 7. Thành phần nhiên liệu: Thành phần Clv Hlv Olv Nlv Alv Wlv Vch % 62,5 2,6 2,5 0,5 22,5 9 5,5 7.2. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nồi hơi : 1-Cửa cấp gió 2-Cửa vệ sinh 3-Ống thủy 4-Đường hơi chính 5-Đầu lắp van an toàn 6-lắp áp kế 7-Lá chắn khói 8-Ống khói 9-Ống lửa 10-Mặt sàng trên 11-Nước cấp 12-Mặt sàng dưới 13-Ống lò 14-Thân lò 15-Cửa vệ sinh 16-Buồng thải xỉ 17-Buồng lửa 18-Cửa cấp than Nồi hơi đứng đốt than bằng ghi thủ công sản xuất hơi bảo hòa khô 7.3. Tính toán quá trình cháy và tiêu hao nhiên liệu Hệ số không khí thừa a đối với buồng lửa ghi đốt do lớp than nằm trên ghi tiếp xúc với không khí do đó phải chọn a lớn . Trong thiết kế này : chọn: a = 1,35 ( buồng lửa ghi cố định đốt than a = 1,30 ¸ 1,50 ) Hệ số không khí thừa ở từng nơi trong đương khói lò hơi được xác định bằng cách cộng hệ số không khí thừa của buồng lủa với lượng không khí lọt Da vào đường khói nằm giữa buồng lửa với tiêt diện đang khảo sát. Theo bảng 10-3. TBLH chọn hệ số không khí lọt Da như sau: + Buồng lửa: Dabl = 0,10 + Cụm ống lửa: Daol = 0,05 Công thức xác định hệ số không khí thừa đầu ra: a” = a’ + Da Từ các thông số trên ta có bảng hệ số không khí thừa ở từng bề mặt: Bảng 1: STT Tên các bề mặt đốt Hệ số không khí thừa a’ đầu vào a” đầu ra 1 Buồng lửa 1,35 1,45 2 Cụm ống lửa 1,45 1,50 7.4. Thể tích của không khí và sản phẩm cháy: Tất cả các tính toán về thể tích, entanpi của không khí và sản phẩm cháy đều được tiến hành với 1 kg nhiên liệu rắn. 7.4.1 Thể tích không khí lý thuyết cần thiết: Thể tích không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhien liệu rắn là: Vokk = 0,0889(Clv + 0,375Slv) + 0,265Hlv – 0,0333Olv = 0,0889.62,5 + 0,265.2,6 + 0,0333.2,5 = 6,330 m3tc/kg Lượng không khí thực tế cấp : Vkk = a. V0 = 1,35.6,33 = 8,546 m3tc/kg 7.4.2 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: Để thuận lợi cho việc tính SPC, ta chia khói ra làm 2 loại: khói thực và khói khô với khói thực = khói khô + hơi nước. Thể tích khói khô lý thuyết: Ở trạng thái lý thuyết, khi cháy hoàn toàn nhiên liệu thì trong khói gồm: CO2, SO2, N2, H2O. V0kkho = VCO2 + VSO2 + VN2 = VRO2 + VN2 [m3tc/kg] Thể tích khí ba nguyên tử : VRO2 = VCO2 + VSO2 = 0,01866.Clv + 0,007.Slv [m3tc/kg] = 0,01866.0,625 = 1,1625 m3tc/kg Thể tích khí nitơ : VN2 = 0,008.Nlv + 0,79V0kk [m3tc/kg] = 0,008.0,5 + 0,79.6,33 = 5,0 m3tc/kg Thể tích hơi nước : VoH2O = 0,112.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161.V0kk 7.4.3. Đặc tính sản phẩm cháy thay đổi khi hệ số không khí thừa thay đổi : Khi hệ số không khí thừa thay đổi thì các thàmh phần trong sản phẩm cháy thay đổi Ta có bảng tính sau : Þ V0kkho = 0,01866(0,01866.Clv + 0,375.Slv) +0,79V0kk = 7,216 m3tc/kg Thể tích hơi nước lý thuyết: STT Tên đại lượng và công thức tính Ký hiệu Đơn vị Buồng lửa Cụm ống lửa 1 Hệ số không khí thừa trung bình : a = ½ (a’ + a”) a - 1,400 1,475 2 Thể tích không khí thừa : (a - 1 ) V0kk Vth m3tc/kg 2,532 3,007 3 Thể tích hơi nước : VoH2O + 0,0161 (a - 1 ) V0kk VH2O m3tc/kg 0,530 0,538 4 Thể tích khói : VRO2 + V0N2 + (a - 1 ) V0kk + VH2O Vk m3tc/kg 8,020 8,500 5 Phân thể tích hơi nước : rH2O - 0,061 0,058 6 Phân thể tích các khí : rRO2 - 0,145 0,137 7 Phân thể tích các khí 3 nguyên tử : rn = rH2O + rRO2 rn - 0,206 0,195 8 Nồng độ tro bay theo khói : m g/m3tc 7,014 6,618 V0kkho = 0,112.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161. V0kk = 0,711 m3tc/kg Vậy, ta có thể tích khói thực lý thuyết: V0k = V0kkho + V0kkho = 7,927 m3tc/kg Khi hệ số không khí thừa a > 1 ta có bảng đặc tính sản phẩm cháy như sau: ( bảng 2) Bảng 2. Đặc tính của sản phẩm cháy 7.4.4. Entanpi của không khí và sản phẩm cháy: Entanpi của sản phẩm cháy được tính với một kg nhiên liệu: Entanpi của khói thực tế: Ik = I0k + (a - 1).I0kk + Ia H2O + Itro [kJ/m3tc] Trong đó: I0kk = V0kk.(Cq)kk [kJ/m3tc] : Entanpi của không khí lý thuyết Với: V0kk: thể tích không khí lý thuyết Ckk: nhiệt dung riêng của các loại khí qkk: nhiệt độ các loại khí I0k = IRO2 + I0NO2 + I0H2O : Entanpi của khói lý thuyết = VRO2.(Cq)RO2 + V0NO2.(Cq)NO2 + V0H2O.(Cq)H2O [kJ/m3tc] Itr = [kJ/m3tc] : Entanpi của tro bay theo khói Khi tính ta có thể bỏ qua Ia H2O và Itr , do vậy entanpi của sản phẩm cháy thực tế là: Ik = I0k + (a - 1).I0kk Ta có bảng entanpi của sản phẩm cháy khi nhiệt độ khác nhau và hệ số không khí thừa a khác nhau như sau: Bảng 3: Entanpi của khói q [0C] I0kk [kJ/kg] I0k [kJ/kg] a”bl=1,45 a”olua =1,5 Ik Ik 100 968,650 1096,271 1290,001 1304,530 200 1947,284 2221,851 2611,312 2640,521 300 2943,511 3379,649 3968,345 4012,490 400 3959,560 4570,934 5362,643 5422,240 500 5000,894 5846,136 6846,315 6921,327 600 6062,792 7050,685 8263,244 8354,188 700 7147,341 8297,235 9726,701 9833,945 800 8129,030 9653,053 11278,862 11400,794 900 9369,230 10979,122 12852,979 12993,503 1000 10500,452 12346,955 14447,045 14604,555 1100 11647,255 13724,586 16054,034 16228,747 1200 12807,168 15118,220 17679,657 17871,768 1300 13975,211 16530,343 19325,365 19535,012 1400 15150,404 18068,178 18764,036 21325,519 1500 16335,447 19383,600 22650,692 22895,727 1600 17529,427 20828,080 24333,960 24596,916 1700 18726,395 22283,457 26028,430 26309,723 7.4.5. Cân bằng nhiệt và tính tiêu hao nhiên liệu cho nồi hơi: Cân bằng nhiệt được thiết lập với chế độ ổn định của nồi hơi cho 1kg nhiên liệu rắn. Qđv = Q1 +Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 [KJ/Kg] Trong đó : Qđv - Lượng nhiệt đưa vào buồng lửa ứng với 1 kg nhiên liệu, [KJ / Kg] Q1 - Lượng nhiệt hữu ích dùng để sản xuất hơi, [KJ/ Kg] Q2 - Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q3 - Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hoá học. Q4 - Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học Q5 - Tổn thất nhiệt do toả nhiệt ra ngoài môi trường Q6 - Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài môi trường. a./. Tính Qđv : Qđv = Qtlv + Qnl + Qnkk +Qf ( KJ / Kg) Trong đó : Qtlv = 27.800 KJ / Kg – Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Qnl - Nhiệt vật lý của vật nhiệt lượng – lượng nhiệt này chỉ tính đến khi nhiên liệu được sấy nóng bằng một nguồn nhiệt bên ngoài nào đó. Còn ở trong thiết kế này nhiên liệu được sấy nóng băng khói thải của lò nên có thể bỏ qua Qnl . Qnkk - lượng nhiệt do không khí được sấy nóng bằng một nguồn nhiệt bên ngoài. Tương tự bỏ qua Qnkk . Qf - Lượng nhiệt để tán sương dầu FO. ở đây đốt than nên Qf = 0 . Vậy : Qđv = Qtlv = 23366,2 kJ / kg . b./. Tính Q1 : , [kJ/ Kg] Trong đó : D – Sản lượng hơi : D = 200 kg/h. B – Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, [kg/h] ibh , inc – entanpi của hơi bảo hòa và của nước cấp, [kJ/kg]. c./. Tính Q2 : , [kJ/kg] q2 = , [%] Trong đó : Ikt - entanpi của khói thải, [kJ/kg] qkt = 210oC – Nhiệt độ của khỏi thải. => Ikt = 2754,8kJ/kg. Ikkl – entanpi của không khí lạnh, [kJ/kg] Ikkl = qkt . Vokk . Ckk . tkkl = 209,03kJ/kg (hoặc tra theo bảng 3) d./. Tính Q3 : , [%] q3 - được xác định bằng tổng nhiệt trị của các sản phẩm cháy không cháy hết còn lại trong khói. Tuỳ theo loại nhiên liệu của buồng lửa ma chọn giá trị q3, trong thiết kế này sử dụng buồng lửa đốt than antraxit thủ công cho nồi hơi công suất nhỏ q3 = (2 ¸ 3)% nên chọn : q3 = 3% ( TKLH - Trần Thanh Kỳ) e./. Tính Q4 : , [%] q4 =12% . ( TKLH - Trần Thanh Kỳ) f./. Tính Q5 : , [%] Chọn: q5 = 1%. g./. Tính Q6 : , [%] Ta có: (C.q)tr = 133,8kcal/kg _ Tỉ nhiệt trung bình của tro xỉ atro = 1- ab = 1- 0,25 = 0,25 Alv = 22,5% Qtlv=23366,2kJ/kgnl Từ các thông số đã tính toán trên ta có bảng tổng kết sau: Bảng 4: TT Đại lượng Đơn vị Cách tính, cơ sở chọn Kết quả 1 Qtlv kJ/kg 23366,2 2 qkt oC Chọn theo thiết kế 210 3 Ith kJ/kg Tra theo bảng 3 2754,8 4 Ikkl kJ/kg Entanpi của không khí lạnh 209,03 5 q6 % 0,4 6 q5 % Chọn theo đồ thị q5 = f(D) 1 7 q4 % Chọn theo TKLH 12 8 q3 % Chọn theo TKLH 3 9 q2 % 9,28 10 j - Hệ số bảo ôn: 0,95 11 % Tổng tổn thất nhiệt : q2 + q3 + q4 + q5 + q6 26,22 12 h % 100 - 73,78 13 inc kJ/kg Tra bảng hơi nước 105,58 14 ibh kJ/kg Tra bảng nước và hơi bảo hòa áp suất Pbh = 1,5bar 2693 15 Qhi kW 143,746 16 B kg/h 30,017 17 Btt kg/h 26,415 7.5. Tính toán thiết kế buồng lửa : 7.5.1. Tính thể tích và kích thước cơ bản của buồng lửa : a./. Thể tích buồng lửa Khi thiết kế buồng lửa ta phải bảo đảm sao cho nhiên liệu cháy hoàn toàn với hệ số không khí thừa a nhỏ nhất, khói sinh ra trong buồng lửa phải có nhiệt độ thích hợp để tro bay theo khói ra khỏi buồng lửa không còn ở trạng thái chảy lỏng và bám trên các bề mặt truyền nhiệt, tro sinh ra trong buồng lửa không ngừng đựơc thải ra khỏi buồng lửa và không bám vào các bề mặt bức xạ, Tất cả các ảnh hưởng trên chịu ảnh hưởng trực tiếp vào kích thước các bề mặt hấp thụ nhiệt đặt trong buồng lửa và thể tích buồng lửa mà thể hiện ở nhiệt thế thể tích qv . Khi kích thước của buồng lửa lớn thì chi phí xây dựng lớn do phải tăng chi phí cho bảo ôn, khung lò ... Vì vậy: để giảm giá thành của buồng lửa thì phải giảm Vbl tới mức tối thiểu, nghĩa là phải chọn qv tới mức cho phép. Nhưng nếu qv quá lớn thì q3 và q4 sẽ tăng lên và nhiệt độ vùng thải xỉ sẽ tăng. Vì vậy, khi chọn qv phải dựa vào chỉ tiêu kinh tế và phải bảo đảm việc thải xỉ. Thể tích buồng lửa: Trong đó: Btt – lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán được, Btt = 26,415kg/h Qtlv – Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, Qtlv = 23366,2 kJ/kg qv _ Nhiệt thế thể tích của buồng lửa, W/m3 Đối với buồng lửa ghi thủ công đốt than antraxit Dựa vào bảng (9-5) TBLH. Ta chọn qv = 325.103W/m3 => Vbl = b./. Tính diện tích bề mặt ghi: Trong thiết kế này ta chọn buồng lửa đốt than antraxit bằng ghi thủ công (chọn loại ghi thanh) Nên diện tích bề mặt ghi được xác định : F = , [m2] Trong đó : Btt _ Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán trong một giờ, Btt = 26,415kg/h. R _ Cường độ cháy của ghi, R = 50kg/m2h. (than antraxit- Sách LCN) => F = m2. c./. Xác định kích thước buồng lửa : Đối với nồi hơi nhỏ kiểu đứng đốt than bằng thủ công thì buồng lửa chính không gian bên trong của thân trụ trong . Chiều cao buồng lửa: H = m3 Xác định đường kính buồng lửa : F = = 0,80m 7.5.2. Đặc tính cấu tạo của buồng lửa. Thể tích buồng lửa : Vbl = 0,528 m3 Diện tích ghi lò : Fghi = 0,528 m2 Diện tích tiếp xúc nhiệt của buồng lửa : Fbl = p.D.H + = m2 Hệ số bức xạ hữu hiệu của buồng lửa : xbl = 0,8 (Tra theo toán đồ 5.7 TKLH) Diện tích bề mặt bức xạ hữu hiệu : Hbxbl = Fbl.xbl = 3,01.0,8 = 2,41m2 7.5.3. Tính toán nhiệt buồng lửa: Bảng 5 Bảng 5: Tính truyền nhiệt buồng lửa : TT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức hoặc cơ sở chọn Kết quả 1 Thể tích buồng lửa Vbc M3 0,528 2 Diện tích bề mặt bức xạ M2 Đã tính 2,41 3 Hệ số bảo ôn j - 1 – 0,99 4 Hệ số không khí thừa ở đầu ra buồng lửa a’’bl - Bảng 1 1,45 5 Hệ số K.khí lọt buồng lửa Dabl - Chọn 0,1 6 Nhiệt độ K.khí lạnh tlkk 0C Chọn 25 7 Entanpi của K.khí lạnh Ilkk kJ/kg Đã tính 209,03 8 Nhiệt lượng do K.khí mang vào lửa Qlkk kJ/kg Dabl. Ilkk 20,903 9 Nhiệt lượng thu được khi đốt 1kg than Qbl kJ/kg 22853,94 10 Nhiệt độ cháy lý thuyết qlt 0C Suy từ Qbl(Ik=Qbl)=>qa((Ik) 1516 11 Chiều dày hữu hiệu của lớp bức xạ khói S M 0,61 12 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa q’’bl 0C Chọn 950 13 Entanpi khói đầu ra khỏi buồng lửa I’’bl kJ/kg Tra bảng 3 13652,2 14 Áp suất buồng lửa P Bar 1 15 Phân áp xuất khí 3 nguyên tử Pn - 0,211 16 Phân thể tích khí 3 nguyên tử rn - Bảng 2 0,206 17 Nồng độ tro bay theo khói m g/m3tc Bảng 2 7,014 18 Hệ số làm yếu bức xạ bởi tro Ktro - Buồng lửa ghi 0 19 Hệ số làm yếu bức xạ bởi khí 3 nguyên tử Kk - 1,36 20 Hệ số làm yếu bức xạ ngọn lửa K Kk.rn + Ktro.m 0,28 21 Hệ số bám bẩn qui ước của buồng lửa x - Chọn (5.5/46 TKLH) 0,9 22 Hệ số hữu hiệu nhiệt bức xạ xbl - 0,8 23 Hệ số sử dụng nhiệt hữu ích yhi - xbl.x 0,72 24 Độ đen của ngọn lửa sáng as - Chọn 0,80 25 Độ đen của ngọn lửa anl - 1 – e-KPS 0,16 26 Tỉ số diện tích ghi với diện tích buồng lửa r - 0,166 27 Độ đen của buồng lửa abl 0,374 28 Vị trí tương đối giữa điểm cao nhất và điểm thấp nhất của ngọn lửa X - , h_Chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi( rất nhỏ) 0 29 Hệ số hiệu chỉnh điểm có nhiệt độ cao nhất M - 0,59 – 0,50 . X 0,59 30 Tỉ nhiệt trung bình của khói Vcp KJ/Kgđộ 16,26 31 Nhiệt độ khói đầu ra của buồng lửa theo tính toán q’’bl 0C 996 So sánh q’’bl tính với q’’bl giả thiết chọn thì giá trị q’’bl tính toán chấp nhận được nên chọn q’’bl = 996oC Tra bảng 3 (I - q) ta có : I’’bl = 14381,85 kJ/kg. Lượng nhiệt hấp thụ ở buồng lửa là : Qbxbl = j.(Qbl – I’’bl) = 0,95.(22853,94 – 14381,85) = 8387,374kJ/kg. 7.6. Tính toán thiết kế cụm ống lửa : 7.6.1. Đặc tính cấu tạo của cụm ống lửa : Các ống lửa được lắp thành một cụm bởi 2 mặt sàn ở hai biên đầu ống . Các ống được gắn vào mặt sàn bằng phương pháp núp. Bố trí khói nóng đi bên trong ống và truyền nhiệt cho nước bao quanh ngoài ống Ống lửa có : Đường kính ngoài : do = 54 mm Đường kính trong : d = 51 mm Bước ống ngang : S1 = 80 mm Bước ống dọc : S2 = 80 mm Đường kính ống trung bình : dtb= 0,5.(do + d) = 53 mm Chọn số ống sơ bộ : z = 45 ống Tiết diện đường khói đi : Fk = m2 7.6.2. Tính truyền nhiệt cụm ống lửa : Bảng 8: Tính truyền nhiệt cụm ông lửa TT Tên đại lượng Công thức tính hoặc cơ sở chọn Ký hiệu Đơn vị Kết quả 1 Nhiệt độ khói ra sau buồng lửa Tra bảng 5 0C 996 2 Lượng nhiệt hấp thụ của buồng lửa Tính nhiệt buồng lửa Qblbx 8048,49 3 Lượng nhiệt hấp thụ của cụm ống lửa Qol 11401,046 4 Entanpi khói sau buồng lửa Bảng 3 (a=1,45) I’’bl 14381,85 5 Entanpi khói sau cụm ống lửa I’’bl + Daol.Ikkl - I’’ol 2870,06 6 Nhiệt độ khói đầu ra cụm ống lửa Tra bảng I - q với I’’ol = 2780,9 q’’ol 0C 216 7 Nhiệt độ trung bình của khói 0,5.( + q’’ol) qtb 0C 606 8 Nhiệt độ nước cấp Bảng 4 tnc 0C 25 9 Nhiệt độ hơi bảo hòa Bảng 4 tbh 0C 110 10 Nhiệt độ trung bình (tnc + tbh).0,5 Dttbh 0C 67,5 11 Tốc độ khói trung bình 2,245 12 Độ chênh lệch nhiệt độ TB qtb – tbh Dttb 0C 496 13 T/p thể tích hơi nước trong khói Tra bảng 2 rH2O - 0,058 14 Thành phần thể tích khí 3 ng.tử Tra bảng 2 rn - 0,137 15 Nồng độ tro bay theo khói Tra bảng 2 m 6,618 16 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu 11,63.C7.Cs.CM.aH adl 62,3 17 Hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói abx 25,11 18 Chiều dày hữu hiệu của lớp bức xạ S m 0,013 19 Lực hấp thụ khí 3 ng.tử rn.S PnS Mnm 0,003 20 Hệ số làm yếu bức xạ do khí 3 n.tử Tra toán đồ (10-7) TBLH Kk Mnm 12,12 21 Hệ số làm yếu bức xạ do tro Tra toàn đồ(10-8) TBLH Ktr Mnm 0,011 22 Hệ số hấp thụ bức xạ bởi môi trường Kk.rn+ Ktr.m k Mnm 2,36 23 Lực hấp thụ của khói có chứa tro k.Pn.S k.Pn.S Mnm 0,030 24 Độ đen của dòng khói 1- e-kPS ak - 0,0296 25 Nhiệt độ vách ống 0,5.( qtb + tbh) tv 0C 358 26 Hệ số sử dụng nhiệt x 0,75 27 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách ống adl + abx av 87,11 28 Hệ số truyền nhiệt x.av k 65,33 29 Chiều cao của ống lửa Giả thiết ( kiểm tra lại ) L m 1 1,5 30 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt p.do.L.z Hol m2 6,782 10,178 31 Lượng nhiệt truyền tính toán ứng với 1Kg nhiên liệu Qttol 9571,2 14365,8 7.6.3. Đồ thị xác định chiều cao ống lửa : Từ đồ thị tìm được chiều cao của ống lửa : L = 1,15 m => Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của cụm ống lửa : Hol = p.do.L.z = 7,80 m2 7.7. Tính khí động nồi hơi : 7.7.1. Tính đường kính ống khói : Dk = 2. Trong đó : Btt _ Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán, Btt = 26,415kg/h Vk _ Thể tích khói ra khỏi cụm ống lửa, Vk = 8,5m3tc/kg t _Nhiệt độ khói thải, t = 210oC wk _ Tốc độ khói ra khỏi ống khói, wk = 20m/s. ( TKLH) Dk= 2. Ta chọn Dk = 0,16 m 7.7.2. Tính trở lực đường khói : a./. Trở lực buồng lửa : Dhbl = a. Trong đó A = 0,02 _ Hệ số bù tổn thất l = Hol = 1000mm Chiều cao buồng lửa wk = 5m/s Vận tốc của khói trong buồng lửa go = 0,116kgs2/m4 Dtr = 800mm Đường kính trong của buồng lửa => b./. Trở lực cụm ống lửa Trong đó S1,S2 – Bước ống dọc và bước ống ngangcủa ống lửa S1 = S2 = 30mm d = 54mm – Đường kính ngoài của ống lửa z1 = 8 Số dãy ống lửa theo đường kính lớn nhất Renf = 0,02 – Hệ số độ nhám bề mặt ống lửa go = 0,116kgs2/m4 wk = 10m/s – Vận tốc khói trong ống lửa Thay số ta có c./.Trở lực của hộp khói. Dhhk = d.0,5.wk2.go , [mmH2O] Trong đó d = 1m – Đường kính của hộp khói wk = 3m/s – Vận tốc của khói trong hộp khói => Dhhk = 1.0,5.32.0,116 = 0,052mmH2O d./. Tổng trở lực của đường khói DH = Dhbl + Dhol + Dhhk = 0,036 + 1,023 +0,052 =1,581mmH2O 7.7.3 Tính chiều cao ống khói Để đảm bảo điều kiện hút tự nhiên ta tính chiều cao ống khói theo điều kiện hth ³ 1,2 DH Hok.g. ³ 1,2 DH ® Hok ³ (1) Trong đó t = 210 oC Nhiệt độ trung bình của khói trong ống khói. ga – Khối lượng riêng của không khí xung quanh : ga =0,312. ( tk = 25oC ) go – Khối lượng riêng của khói ở điều kiện tiêu chuẩn go = Trong đó Alv – Hàm lượng tro có trong nhiên liệu , Alv = 22,5% Vkko –Thể tích không khí lý thuyết, Vkko = 6,33 m3tc/kg Vkk – Thể tích không khí thực tế , Vkk = 8,5 m3tc/kg g – Gia tốc trọng trường , g = 9,81m/s2 go = Thay các thông số tính được vào biểu thức (1) ta được : Hok ³ Ta chọn Hok = 3m Vậy ống khói : Đường kính : Dok = 160mm Chiều cao : Hok = 3000mm 7.8. Tính thiết kế bền các bộ phận chính của nồi hơi 7.8.1. Thân lò : Vật liệu chế tạo thép CT3 Đường kính trong : Dt2 = 1000mm Chiều cao : H2 = 2150 mm Đặc điểm dạng hình trụ đứng chịu tác động bên trong : Bề dày tối thiểu của thân trụ ngoài được xác định theo công thức : S = C + (Theo qui phạm : QP dt 03-71) Trong đó : Dt2 – Đường kính trong của thân lò nồi hơi, Dt2 = 1000mm P – Áp suất của hơi bảo hòa, P =1,5 bar j - Hệ số bền mối hàn động của thân nồi (chọn do phương pháp hàn trong thiết kế này ta hàn tay giáp mí hai phía ), j = 0,95 dcp - Ứng suất cho phép của kim loại chế tạo nồi hơi , dcp = 13,2kg/mm2 (thép C20K) C – Trị số bổ sung bề dày thân nồi , C = 2mm => S = Để đảm bảo bền thân nồi ta chọn S = 6mm 7.8.2. Ống lò : Vật liệu chế tạo thép SB410 (JISG 3103 – JAPAN) có cơ tính tương đương thép C20K Đường kính trong : Dt1 = 800mm Chiều cao : H1 = 1000mm Đặc điểm dạng hình trụ đứng hai đầu được hàn chặt vào mặt sàng chịu áp lực tác động bên ngoài : Bề dày tối thiểu của ống lò được xác định theo công thức : S = (Theo qui phạm : QP dt 03-71) Trong đó : Dt1– Đường kính trong của thân lò nồi hơi, Dt1 = 800mm P – Áp suất của hơi bảo hòa, P = 1,5 bar a- Hệ số phụ thuộc vào cách bố trí (do ống lò đặt đứng ), chọn a= 6,25 l = H1 = 1000mm dcp - Ứng suất cho phép của kim loại chế tạo nồi hơi , dcp = 6,1kg/mm2 (thép C20K) C – Trị số bổ sung bề dày thân nồi , C = 2mm => Ta chọn S = 8mm 7.8.3. Mặt sàng : Vật liệu chế tạo thép SB410 (JISG 3103 – JAPAN) có cơ tính tương đương thép C20K Dạng hình tròn được gia cường bằng các ống giằng (f54x3) thanh giằng (f54) tấm giằng thép SB410 dày 8mm Bề dày mặt sàng dưới: S = (Theo qui phạm 03-71) Trong đó : d – Đường kính tiếp xúc lớn nhất các thanh giằng trên mặt sàng, d = 110mm P – Áp suất của hơi bảo hòa, P = 1,5 bar dcp - Ứng suất cho phép của kim loại chế tạo mặt sàng , dcp = 10,6kg/mm2 (Thép SB410) => S = 0,5.110. Tính bền mặt sàng theo độ vững chắc mối nong ống lửa : S ³ 0,125.dng + 2 , [mm] Với dng = 54,2mm – Đường kính của lổ khoét trên mặt sàng để nông ống lửa S ³ 0,125.54,2 + 2 = 8,8 mm So sánh ta chọn chiều dày tính toán của mặt sàng S = 8mm Bề dày mặt sàng trên : Vật liệu chế tạo : Thép CT3 Bề dày: S = 8mm 7.8.4. Ống lửa : Bề dày tối thiểu của ống lửa được xác định theo công thức : S ³ Trong đó : d0– Đường kính trong của thân ngoài nồi hơi, Dt2 = 1000mm P – Áp suất của hơi bảo hòa, P =1,5 bar dcp - Ứng suất cho phép của kim loại chế tạo nồi hơi, dcp = 9,24kg/mm2 (thép C20) C – Trị số bổ sung bề dày ống lửa , C = 1mm => S ³ Để đảm bảo an toàn ta chọn chiều dày ống lửa : S = 2mm Qui cách các bộ phận chính của nồi hơi : Thân lò : Vật liệu chế tạo : Thép CT3 Đường kính trong:f1000x6mm Chiều cao : H2 = 2150mm Ống lò : Vật liệu chế tạo : Thép SB410 Đường kính trong :f800x8mm Chiều cao : H1 = 1000mm Mặt sàng trên : Vật liệu chế tạo : Thép CT3 Đường kính :f1000x8mm Mặt sàng dưới: Vật liệu chế tạo : Thép SB410 Đường kính :f800x8mm Cụm ống lửa : Vật liệu chế tạo : Thép C20 Số ống : z = 45 ống Đường kính :f51x2mm Chiều cao : Hol = 1150mm 7.9. Tính chọn quạt gió : Công suất của động cơ truyền động cho quạt được xác định theo công thức : N = Trong đó : h - Hiệu suất của quạt gió , chọn h = 0,8 ( Quạt ly tâm) H – Tổng đại số lực tự hút của đường khói H = 1,2.DH = 1,2.1,581 = 1,8972mmH2O Q – Lưu lượng của quạt gió, [m3/h] Q = 1,1.Qo = 1,1.Btt.Vkk = 1,1.26,415.8,5 = 246,980 m3/h. Thay số : N = Chọn công suất động cơ truyền động cho quạt : N = 0,6kW CHƯƠNG VIII TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ - MÁY SẢN XUẤT BÁNH ĐA 8.1. Mục đích, ý nghĩa của tính kinh tế: Khi tiến hành thiết kế máy sản xuất bánh đa ngoài nhu cầu của người tiêu dùng ta còn chú ý đến hiệu quả kinh tế. Tính kinh tế cho ta biết được vốn đầu tư xây dựng , nắm được tiêu hao điện nước và các loại nguyên nhiên liệu khác. Sắp xếp bố trí công nhân quản lý và vận hành cho phù hợp yêu cầu vận hành của máy, phù hợp kinh tế. Từ đó ta hoạch toán kinh tế chi phí cho sản xuất, tính được thời gian hoàn vốn. đồng thời qua tính kinh tế cho ta lựa chọn địa điểm lắp đặt sao cho phù hợp việc vận chuyển nguyên, nhiên liệu và đưa sản phẩm sản xuất đến nơi tiêu thụ được dể dàng nhằm hạ giá thành sản phẩm. 8.2. Tính kinh tế cho máy sản xuất bánh đa: Máy sản xuất bánh đa gồm các bộ phận chính sau: Bộ phận cấp bột: Thùng khuấy, cánh khuấy, Máng dẫn, hộp định dạng, van chặn, động cơ điện. Bộ phận hấp: Băng tải, hộp hấp, động cơ điện, hộp giảm tốc, bộ truyền xích. Bộ phận sấy: Băng tải, calorifer khí – hơi, quạt gió, hộp gió. Bộ phận cắt: Thiết bị cắt bằng dao quay. 8.2.1. Chi phí đầu tư cho bộ phận cấp bột: Thùng khuấy, máng dẫn: Có V= 0,128m3 Vật liệu thép Inox dày 3mm Khối lượng thép dùng chế tạo: 40kg Cánh khuấy: Vật liệu thép Inox Kiểu khung lưới, có đường kính d = 0,2m Hộp định dạng: Hình hộp chữ nhật không đáy: 200x400x60mm dày 10mm Vật liệu: mica Khối lượng mica dùng chế tạo: 0,5kg Động cơ điện dẫn động cánh khuấy: Công suất: 0,4kW Số vòng khuấy: 120v/p Bảng3.1 STT Thiết bị, vật liệu Đơn vị tính Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Thép Inox Kg 40 2 Cánh khuấy Cái 1 3 Mica Kg 0,5 4 Động cơ khuấy Cái 1 5 Van chặn Cái 2 6 Công Ngày 40.000 Tổng chi phí cho bộ phận cấp bột 8.2.2. Chi phí đầu tư cho bộ phận hấp: Tủ hấp: Có thể tích V = 0,150m3 Cấu tạo gồm 3 lớp: Trong cùng thép Inox dày 1mm, tiếp theo cách nhiệt dày 50mm bằng các tấm nhựa (dày 3mm) ngăn cách với không khí, ngoài cùng là lớp thép tôn dày 0,5mm. Thép Inox : 16kg Thép tôn: 8kg Nhựa tấm cách nhiệt: 1kg Dây cách nhiệt: 60m tiết diện ngang 78,54mm2 (dd = 10mm) Băng tải: Chiều dài băng 5000x460x1mm Vật liệu: Vải for (1 lỏi) Tang dẫn động, tang đuôi (D = 150mm), vật liệu: Thép Cacbon thường (khối lượng: 18x2 = 36kg) Động cơ điện: Công suất: 1,5kW Hộp giảm tốc hai cấp đồng trục có i = 20. Một bộ dĩa xích. Bảng 3.2 STT Thiết bị, vật liệu Đơn vị tính Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Thép Inox Kg 16 2 Thép tôn kg 8 3 Thép cacbon thường kg 36 4 Nhựa polystyren Kg 1 5 Dây cách nhiệt m 60 6 Băng vải Cái 1 7 Động cơ điện Cái 1(1,5kW) 8 Hộp giảm tốc Cái 1 9 Bộ xích dĩa Bộ 1 Tổng chi phí cho bộ phận hấp 8.2.3. Chi phí đầu tư cho bộ phận sấy: Băng tải: Băng lưới thép có kích thước 3300x460x1mm ( 3 băng tải giống nhau). Tang dẫn động, tang đuôi (D = 150mm), làm bằng thép cacbon có khối lượng: 6x18 = 108kg. Vật liệu cấu tạo hộp gió: Thép tôn 0,6mm: 114kg Thép tôn 0,5mm: 70kg Nhựa cách nhiệt: 5kg Dây cách nhiệt: 400m Vỏ buồng sấy làm bằng thép tôn 0,5mm có khối lượng: 35kg Calorifer : Thép làm cánh có khối lượng: 17kg Đồng làm ống trao đổi nhiệt có khối lượng: 600kg Quạt gió (2 cái): Công suất: 0,75kW Bộ truyền xích: dùng chung động cơ với bộ phận hấp. STT Thiết bị, vật liệu Đơn vị tính Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Thép tôn 0,5mm Kg 105 2 Thép tôn 0,6mm kg 114 3 Thép cacbon thường kg 108 4 Nhựa polystyren Kg 5 5 Dây cách nhiệt m 400 6 Băng tải Cái 3 7 Động cơ điện Cái 1(1,5kW) 0 8 Hộp giảm tốc Cái 1 0 9 Bộ truyền xích, dĩa Bộ 2 10 Thép cánh calorifer Kg 17 11 Đồng ống TĐN Kg 600 12 Quạt gió Cái 2 Tổng chi phí cho bộ phận sấy 8.2.4. Chi phí cho bộ phận cắt: Dao cắt chiều dài 400mm Động cơ, hộp giảm tốc 8.2.5. Chi phí chế tạo nồi hơi: Công suất hơi: 200kg/h TT Thiết bị, vật liệu Đơn vị tính Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Thép SB410 Kg 191 2 Thép C20K kg 140 3 Thép CT3 Kg 321 4 Thép tôn 0,5mm Kg 30 5 Bông thuỷ tinh CN Kg 65 6 Thép làm ống dẫn (C20) Kg 25 7 Thép làm ống khói(C20) Kg 18 0 8 Ghi lò Cái 1 0 9 Kính thuỷ Cái 1 10 Áp kế Cái 1 11 Van an toàn Cái 1 12 Quạt gió Cái 1 13 Bơm nước cấp Cái 1 14 Van chặn Cái 10 Tổng chi phí chế tạo nồi hơi Vậy tổng chi phí ban đầu là : 8.2.6. Chi phí chung tính cho một tháng: Lượng nước dùng trong một tháng: Lượng nước dùng cho nồi hơi: 200kg/h.10.30/1000 = 60m3/tháng. Lượng nước dùng sản xuất bánh: 30kg/h.10.30/1000 = 9m3/tháng Lượng điện dùng trong một tháng: Động cơ khuấy công suất 0,4kW: 0,4.10.30 = 120kWh/tháng Động cơ kéo băng tải công suất 2,2kW: 2,2.10.30 = 660kWh/tháng Động cơ kéo quạt gió sấy 0,75kW: 0,75.10.30 = 225kWh/tháng Động cơ kéo quạt gió cấp cho nồi hơi 0,6kW: 0,6.10.30 = 60kWh/tháng Bơm nước cấp (ngày làm việc 3 giờ): 0,6.3.30 = 54kWh/tháng => Vậy tổng lượng điện tiêu hao trong tháng là: 1119kW/tháng. Lượng nhiên liệu (than antraxit) dùng trong một tháng: Từ Btt = 26,415kg/h => Btháng = 26,415.10.30 = 7925kg Lượng nguyên liệu dùng trong một tháng: Khối lượng bột dùng trong 1h: G.(1-w1)/100 = 50.(1-75)/100 = 12,5kg/h Khối lượng bột dùng trong 1 tháng: 12,5.10.30 = 3750kg/tháng. Khối lượng muối trong 1 tháng: 3750/10 = 375kg/tháng. Nguyên liệu Số lượng Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) Nước 69 m3 3000 207000 Điện 1119 kWh 1200 1342000 Than 7925 kg Bột gạo 3750 kg Muối ăn 375 kg Chi phí nhân công lao động: Số lượng 5 người mức lương bình quân 1500000VNĐ/tháng Chi phí trong 1 tháng : 5.1500000 = 7500000VNĐ/tháng Chi phí sửa chữa, bảo dưỡng: 1000000VNĐ/tháng. Lãi suất ngân hàng: 8.3. Khoản thu từ bánh đa sản xuất trong một tháng: Sản phẩm có kính cở: 200x200x0,2 mm Diện tích một cái bánh tương ứng là: fb = 0,04m2 Năng suất bánh trong một giờ: G = 50kg/h (Fb = 261m2) Số cái bánh trong một giờ: cái Số bánh trong một ngày: 6525x10 = 65250 cái (Máy làm việc 10h/ngày) Số bánh được sản xuất trong một tháng: 65250x30 = 1957500 cái Giá sản phẩm bán ra: 100 VNĐ/cái => Vậy khoản thu được từ máy trong một tháng: Ttháng = 1957500x100 = 195.750.000VNĐ 8.4. Lợi ích thu được trong một tháng và thời gian thu hồi vốn: 1. Tính vốn cố định : Thời gian làm việc của máy trong một ngày: 10 giờ. Thời gian làm việc của máy trong một tháng là: 10.30 = 300giờ. Vốn xây dựng Phân xưởng để lắp đặt máy và các thiết bị có diện tích: S = 6x4 = 24m2 Đơn giá tính cho một m2 đất: Dg = 1500000 VNĐ/m2 Vậy vốn xây dựng: Vxd = S.Dg = 24.1500000 = 36000000 VNĐ Chi phí cho việc khảo sát: 2%.Vxd = 720000 VNĐ Chi phí cho thiết kế: 3%.Vxd = 1080000 VNĐ Vậy vốn xây dựng được tính lại: Vxd = 36000000 + 720000 + 1080000 = 37800000 VNĐ Vốn đầu tư thiết bị: Nhu cầu về nguyên liệu: Nguyên liệu Số lượng dùng cho 1 tháng Giá mua (Đồng/kg) CHƯƠNG IX LẮP RÁP, VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG MÁY SẢN XUẤT BÁNH ĐA 9.1. Lắp ráp các bộ phận của máy sản xuất bánh đa : Quá trình lắp ráp máy sản xuất bánh đa liên tục là nhằm kết hợp các cụm máy một cách hợp lý để tạo không gian cho toàn máy quá trình lắp ráp được thực hiện tuần tự qua các bước sau : Tạo khung máy bằng cách hàn các thanh thép hình theo kích thước tạo nên thân máy để ta lắp ráp các bộ phận và các cụm chi tiết lên khung đỡ . Tiến hành lắp các ổ đỡ vào con lăn rồi sau đó lắp vào những vị trí cần lắp ráp chúng, các con lăn và ổ đỡ được lắp trên các giá đỡ, yêu cầu độ chính xác khi lắp cụm này cao. Lắp thùng cấp bột lên đúng cao độ thiết kế và gá lắp thẳng tâm máy, do yêu cầu của bột cấp lên băng hấp, nên đòi hỏi bộ phận cấp bột và đặt biệt là máng bột và hộp định dạng, sản phẩm tạo ra đồng đều về kích thước hay không, chất lượng bánh mà đặt biệt yêu cầu bánh không bị thiếu không bị rách, thủng phần lớn phụ thuộc vào cơ cấu này. Đối với bộ phận hấp, ta tiến hành lắp hộp hấp lên đúng vị trí trên giá đỡ . Đối với bộ phận sấy ta tiến hành lắp các tang của băng tải vào các ổ đỡ trên khung đỡ sau đó tiến hành lắp các hộp gió nóng, tiến hành lắp calorifer và quạt gió . Lắp nối các đường ống cấp hơi từ nồi hơi cho tủ hấp và calorifer, lắp các đường ống thoát nước ngưng với đường nước cấp cho nồi hơi Đối với băng tải ta tiến hành lắp các tấm băng sau khi lắp hết toàn bộ con lăn của băng tải ta tiến hành căng băng với một lực căng thích hợp để cho tấm băng không bị trượt trên các tang dẫn động . Tang dẫn động và tang đuôi, các con lăn ... của các băng tải cần phải lắp sao cho các đường tâm đi qua trục của nó phải song song với nhau để khi hoạt động không bị lệch tâm. Lắp ráp các bộ phận cơ cấu truyền động cho các bộ phận lên khung đỡ, đây là một bộ phận rất quan trọng do đặc điểm của sản phẩm cho nên tất cả các cơ cấu truyền tải ở đây chỉ là băng tải, băng tải của bộ phận sấy và bộ phận hấp phải hoạt động cùng tốc độ. Như yêu cầu của thiết kế là bộ phận hấp và bộ phận sấy dùng chung một bộ truyền động có hộp giảm tốc, một động cơ điện và bộ truyền xích, nên khi lắp bộ truyền động này yêu cầu độ chính xác cao, lắp các bộ truyền xích của các cụm máy cần phải điều chỉnh lực căng vừa phải để cơ cấu hoạt động được êm. Lắp dao cắt lên trục quay và lắp dao cố định lên giá cố định, lắp các lưỡi dao cắt dọc tì lên trục kéo và động cơ dẫn động dao, bộ truyền động cho dao cắt. 9.2. Các bước vận hành máy : Để đảm bảo cho máy vận hành liên tục, an toàn và ổn định. Tăng tuổi bền cho các bộ phận máy và tăng tuổi thọ của máy ta cần tuân theo các bước vận hành sau: Làm vệ sinh các bề mặt làm việc quan trọng của máy, đặc biệt là bề mặt băng tải hấp và bề mặt băng tải sấy, để chống bánh ẩm bám dính vào bề mặt chuyển tải gây rách, thủng làm hỏng sản phẩm. Kiểm tra các bộ phận, chi tiết của máy trước khi khởi động, kiểm tra xem thử các cơ cấu, chi tiết như động cơ điện, bơm, quạt, băng tải xem có bị vướng kẹt hay không. Kiểm tra điều chỉnh khe hở hộp định dạng, điều chỉnh lực căng của các tấm băng và điều chỉnh sự tiếp xúc của các lưỡi dao cắt. Kiểm tra các đường ống dẫn hơi các van chặn các van điều khiển cấp hơi và cấp bột, các thiết bị bảo vệ điện. Để khởi động cho máy hoạt động ta tiến hành khởi động nồi hơi trước nghĩa là phải đốt lò để sản xuất hơi bảo hoà khôvà phải giữ ổn định các thông số của hơi theo thông số thiết kế, đảm bảo hơi trước khi cấp cho bánh đa để hấp và cấp cho calorifer để gia nhiệt cho không khí phải có nhiệt độ và áp suất yêu cầu. Sau đó mở van cấp hơi cho hơi vào tủ hấp và kiểm tra nhiệt độ của hơi trong tủ hấp xem có đạt yêu cầu chưa. Đóng điện cho các động cơ truyền động băng tải hấp, băng tải sấy và bộ phận cắt, đóng điện khởi động quạt gió cấp gió cho buồng sấy cho chúng hoạt động không tải và kiểm tra, sau đó mở van hơi cấp vào calorifer, đóng điện khởi động cho động cơ khuấy bột ở bộ phận cấp bột. Khi mà các bộ phận của máy đã hoạt động ổn định, bộ phận hấp, sấy, cắt sẵn sàng hoạt động ta tiến hành mở van cấp bột và điều chỉnh lưu lượng dòng bột qua máng dẫn cấp lên bề mặt băng tải hấp, dòng bột được định dạng và được điều chỉnh trực tiếp bởi thanh gạt, khi dòng bột trên băng có độ mỏng đạt thì ta ngừng điều chỉnh, tiến hành theo dõi và kiểm tra cho đến khi bánh được sấy khô qua dao cắt và bánh được cắt thành hình có kích thước khi đó ta kết thúc phần khởi động. Theo dõi máy làm việc bình thường, trông coi và ổn định thông số hơi cấp, theo dõi và kiểm tra và để đề phòng sự cố. Sản phẩm tạo ra được kiểm tra, định lượng sắp xếp và đóng thành bao, nhập kho. Trước khi ngừng máy, kiểm tra dùng hết bột và ngừng bộ phận cấp bột hồ để máy đẩy hết sản phẩm ra cuối máy cắt. Tiến hành ngừng các bộ phận truyền động, sau đó ngừng lò, sau khi ngừng lò là ngừng hoàn toàn máy. Sau mỗi ca làm việc ta phải làm sạch sơ bộ toàn máy. Tra dầu mỡ cơ cấu truyền động và kiểm tra máy. Sau 50 đến 60 giờ làm việc máy ta cần phải kiểm tra lại kỹ thuật toàn máy Nội dung kiểm tra bao gồm như sau: Kiểm tra khe hở giữa các vòng bi, điều chỉnh hoặc thay mới. Kiểm tra sức căng của xích và điều chỉnh cho phù hợp. Kiểm tra độ song song yêu cầu của các tang. Kiểm tra sức căng của băng tải và tiến hành điều chỉnh khi cần thiết. Kiểm tra và vệ sinh nồi hơi(kính thuỷ và các thiết bị đo). Kiểm tra độ mòn của dao. 9.3. Bảo dưỡng và thay thế : Bảo dưỡng và thay thế là việc làm không thể thiếu được đối với các thiết bị, máy móc trong quá trình hoạt động. Chính vì thế mà người thiết kế luôn luôn phải chú ý đến nhiệm vụ bảo dưỡng các chi tiết máy quan trọng. Việc bảo dưỡng cần phải thường xuyên, việc thay thế cần phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của các chi tiết được thay. Việc bảo dưỡng cần phải đáp ứng kịp thời để tạo điều kiện giảm thời gian dừng máy để sửa chữa. Đối với máy sản xuất bánh đa ta chú ý các bộ phận sau: Bộ truyền xích Các gối đỡ và ổ đỡ. Bôi trơn bộ truyền xích và ổ lăn: Để cho bộ truyền xích làm việc bình thường thì ta cấn phải bôi trơn các bản lề xích, răng và con lăn. Do xích làm việc với vận tốc không cao nên ta chọn dầu có độ nhớt cao xích làm việc 50 đến 60 giờ thì bôi một lần. Bôi trơn ổ lăn rất cần thiết để ngăn rỉ, giảm ma sát trong ổ, ngoài ra bôi trơn ổ còn có tác dụng làm nguội bề mặt cục bộ của ổ và giảm tiếng ồn. TÀI LIỆU THAM KHẢO