Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

84
Chơng 4

Thiết bị sấy bức xạ
4.1.Khái niệm
Sấy bức xạ là phơng pháp sấy dùng tia bức xạ chiếu vào đối tợng cần làm khô.
Nguồn nhiệt bức xạ thờng dùng đèn hồng ngoại, điện trở, chất lỏng hay khí, tấm đợc đốt
nóng tới nhiệt độ nhất định, để vật nóng phát ra bức xạ hồng ngoại. Tia hồng ngoại chiếu vào
vật liệu sấy(gồm nớc và hợp chất hữu cơ). Nớc trở thành vật đen, hấp phụ đa số năng lợng;
hợp chất hữu cơ trở thành vật trong suốt, tia xuyên qua không sinh nhiệt. Hiện tợng này chỉ
xảy ra ở giai đoạn sóng có bớc nhất định( bớc sóng

= 0,4
ữ
40
à
m).

u điểm nổi bật của
thiết bị sấy bức xạ là cờng độ bay hơi ẩm lớn hơn vài lần so với phơng pháp sấy đối lu và
tiếp xúc. Sở dĩ vậy là vì nguồn nhiệt có thể chọn rất cao(500
ữ
600
o
C), dòng nhiệt tới vật sấy có
thể tới 22500 Kcal/m
2
h( gấp 30 lần)
4.2.Nguyên tắc cấu tạo
Hình 4.1. Các kiểu đèn hồng ngoại dùng để sấy hiện đợc sử dụng ở Pháp
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

85
Bảng 4.1. Các kiểu đèn hồng ngoại của Pháp
Kích thớc(mm) Dạng Watt Vôn
Đờng kính Chiều dài
Cầu- parabôn 250 115 , 125 125 195
Cầu- parabôn 375 Hoặc 220 125 195
Cầu 250 120 225
Cầu 375 120 225
Trụ 100 46 310


86

Hình 4.3. Thiết bị sấy bằng đèn hồng ngoại 250W để sấy ôxít kim loại.

b/ Thiết bị sấy bằng điện trở (hình 4.2).
n
guồn nhiệt là dây điện trở đặt trong ống kim loại, thanh điện trở hay điện trở tấm.
Công suất riêng trên đơn vị diện tích bề mặt khá lớn. Ví dụ tấm bức xạ nhiệt điện trở do nhà
máy Ulianiôp sản xuất có nhiệt độ bề mặt nung 460

4.3.2. Các tính toán cơ bản.
Năng lợng của tia hồng ngoại đi sâu vào trong vật liệu, lan truyền trong thể tích của
nó, ảnh hởng tới đặc điểm của trờng nhiệt độ bên trong vật liệu, thực hiện việc trao đổi
nhiệt. Ta có phơng trình dẫn nhiệt đối với bài toán một kích thớc, đa vào thành phần bổ
xung năng lợng.

( )
TxQ
c
x
T
a
T
v
,
1
2
2


+


=


(4.1)

ở
đây: Q

(x,

,T) = A(x,

,T).q
n
(

) (4.3)
ở
đây : q
A
(x,

,T) - phần hấp thụ của mật độ dòng bức xạ đơn sắc.
A(x,

,T) - khả năng hấp thụ phổ của vật liệu, là hàm của chiều dày lớp trong mặt
phẳng x; T- nhiệt độ vật liệu,

- chiều dài sóng.
q
n
(

) mật độ phổ của dòng trên mặt vật liệu, tính cho 1 đơn vị chiều dài sóng của
phổ (W/m
2
.
à



=

(4.4)
Thay (4.4) vào (4.3) ta có
Q
v
=
(
)
2
1
, ,
n
A x T
q d
x








Khi đó phơng trình dẫn nhiệt đối với bài toán 1 kích thớc, có thành phần bổ xung sẽ là

( )
( )

( )
( )
( )
2
1
,
1
1 exp , exp ,
1
2
1
q T
x
x x
q o
x













= +


exp
2
hệ số hiệu dụng tình trạng suy yếu
Trong đó : a

- hệ số hấp phụ
S


- hệ số phân tán
l - chiều dày của tấm
K


= a

+ S


- hệ số tổng quát tình trạng suy yếu
Giới hạn

phụ thuộc vào hình dạng cụ thể phổ của tia. Theo Pha- bri(Anh)


1
=0,5

max

(
à
m) (4.7)
Trong giới hạn: 1200K

T

3200K
Trong thiết kế, đa tới hai bài toán:
- Khi biết mật độ bề mặt dòng bức xạ(W/m
2
), chọn nguồn phát( phù hợp với yêu cầu
chế độ công nghệ gia công tối u của sản phẩm), ta xác định thời gian của quá trình.
- Khi biết thời gian của quá trình, xác định nhu cầu năng lợng. Cơ sở của phơng pháp
là xây dựng phơng trình cân bằng năng lợng của thiết bị. Đặc điểm của thiết bị là vật liệu
chịu tác động trực tiếp của bức xạ trong buồng, ta có phơng trình
dQ
bx
= dQ
v


dQ
mt
(4.8)
ở
đây: dQ
bx
năng lợng bức xạ chiếu vào vật liệu (J)
dQ

o
) - mật độ dòng tia phụ thuộc nhiệt độ T
t
, bớc(khoảng cách
giữa bộ phát tia) S và khoảng cách giữa bộ phát tia và đối tợng h
o
(W/m
2
)
F
bx
diện tích tiếp nhận bức xạ của vật liệu(m
2
)

vl
A (T,

) - khả năng hấp thụ của bề mặt vật liệu, trung bình theo phổ
bộ phận bức xạ (khi nhiệt độ T), trờng hợp chung là hàm thời gian

mật độ dùng bức xạ xác
định theo số liệu thực nghiệm hoặc theo giải tích.
Khi T= const và q
n
=const,
vl
A thay đổi nhiều theo thời gian; thì tính toán cần tiến
hành theo thời gian và trung bình
vl


ở
đây: q
p
mật độ dòng phản xạ
h
p
khoảng cách giữa bộ phận phản xạ và đối tợng

vl
A khả năng hấp thụ của vật liệu, trung bình theo phổ của năng lợng tia,
phản xạ từ bộ phận phản xạ.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

89
Để tính sự phản xạ lặp lại giữa bức xạ và phản xạ của đối tợng, cũng nh tính đối với môi
trờng hấp phụ của buồng làm việc, độ lớn dQ
bx
tăng thêm 5 10%.
k
í hiệu
q
n
(T
t,
,S,h
o
).
vl
A + q

= G
vl
C
vl
.dt
vl
(4.14)
Trong đó: G
vl
khối lợng vật liệu đợc chiếu xạ(Kg/s)
C
vl
nhiệt dung riêng của nó( trờng hợp chung là hàm của độ ẩm)(J/Kg
o
K).
dt
vl
Sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu (
0
C)
Năng lợng (nhiệt) chi phí để bốc hơi ẩm: dQ
bh
= q
tb
.r.Fd

(4.15)

ở
đây: q





















44
100100

(4.16)
Trong đó:

đl
hệ số trao đổi nhiệt đối lu(W/m
2 o
K)

đl
(t
vl
t
kk
)Fd

+

bx
(t
vl
t
kk
)Fd

= (

bx
+

đl
)(t
vl
t
kk
)Fd


=

+T
bt
2
)(T
vl
+T
bt
)
Theo

.D. Lêbêđep khuyên nên lấy

c


18,6
ữ
23,2(W/m
2 o
K)
Khi xác định các thành phần của phơng trình (4.8) đó là phơng trình dạng khai triển
q
bx
F
bx
d

= G
vl
C

F
và m=
vl
V
F

Ta có thể viết
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

90
q
bx
d

=
( )


dKttdKrqdtK
m
C
fkkvlcftbvlf
vlvl
++

(4.19)
ta có phơng trình cuối cùng

( )
kkvl

=

Giả thiết nhiệt độ bề mặt của vật liệu là t
vl
, quan hệ với nhiệt độ trung bình của vật liệu t
tb
, ta có
t
vl
= Kt
tb
(4.21)
ở
đây hệ số K phụ thuộc vào tính chất quay và nhiệt vật lý của vật liệu cũng nh vào thời gian:
khi đốt nóng K

1; trờng hợp riêng khi sấy đối lu vật liệu mỏng trong thời kì tốc độ không
đổi có thể nhận K = 1.
Trong phơng pháp tính toán theo vùng có thể nhận K
h
= const, khi đó ta có:







+
=



+
=
K
t
tDKB
K
t
tDKB
DK
KK
dau
KK
cuoi
1

(4.23)
Trờng hợp nếu q
bx
>>q
đl
, thành phần

c
(t
vl
t
KK
)K