Nội dung

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Trong quy trình công nghệ sản xuất của rất nhiều sản phẩm có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày. Công nghệ này ngày càng phát triển trong ngành hải sản, rau quả và các thực phẩm khác. Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô đậu... sau khi thu hoạch cần sấy khô kịp thời, nếu không sản phẩm sẽ giảm phẩm chất thậm chí còn hỏng dẫn đến tình trạng mất mùa sau thu hoạch. Các nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị sấy nhưng thiết bị sấy bằng phương pháp điện trở được sử dụng rộng rãi nhất. Phương pháp sấy bằng điện trở là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng điện năng tạo ra nguồn nhiệt năng theo định luật Joule- lence. Đối với từng loại sản phẩm sấy khác nhau thì cần một nhiệt độ khác nhau. Do đó việc điều chỉnh và ổn định nhiệt độ cho tủ sấy cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy vì thế trong tập đồ án này tìm hiểu về “Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy bằng điện trở”. Nội dung của đồ án tốt nghiệp này gồm 5 phần chính sau: Chương I: Khái quát về tủ sấy bằng điện trở. Chương II: Thiết kế mạch động lực. Chương III: Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ. Chương IV: Ổn định nhiệt độ của tủ sấy. Chương V: Thiết kế tủ điện. Để hoàn thành “đồ án tốt nghiệp” này em đã được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Trần Văn Thịnh cùng các thầy cô trong Bộ môn Thiết bị điện- Điện tử, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội. Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng nhưng vì thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai lầm, thiếu sót. Kính mong các thầy cô tạo điều kiện chỉ bảo giúp em để lần sau không còn gặp phải. SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Trần Văn Thịnh đã tận tình giúp em trong quá trình hoàn thành đồ án. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy cô giáo trong bộ môn thiết bị Điện- Điện tử và các thầy cô giáo Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập và rèn luyện của em để đến ngày hôm nay, em hoàn thành được nhiệm vụ học tập của mình. Hà nội, ngày 31 tháng 5 năm 2004 Sinh Viên Đặng Thanh Hoàng. SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ TỦ SẤY BẰNG ĐIỆN TRỞ. Trong đời sống và sản xuất, yêu cầu về sử dụng nhiệt năng rất lớn. Trong các ngành công nghiệp khác nhau, nhiệt năng dùng để nung, sấy nhiệt luyện nấu chảy các chất,... là một yêu cầu không thể thiếu. Nguồn năng lượng nhiệt này được chuyển từ điện năng qua các lò điện là rất phổ biến thuận lợi. Từ điện năng có thể thu được nhiệt năng bằng nhiều cách. Nhờ hiệu ứng Joule (lò điện trở), nhờ phóng điện (lò hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt của dòng xoáy Foucault thông qua hiện tựơng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng),... §1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI. 1. Khái niệm chung về lò điện trở: Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điện trở). Từ dây đốt qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt. Lò điện trở thường dùng để nung sấy, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu và hợp kim màu... 2. Phân loại thiết bị sấy: Thiết bị sấy là thiết bị nhằm thực hiện các quá trình làm khô các vật liệu, các chi tiết hay sản phẩm nhất định, làm cho chúng khô và đạt đến một độ ẩm nhất định theo yêu cầu. Trong các quá trình sấy, chất lỏng chứa trong vật liệu sấy thường là nước. Tuy vậy, trong kỹ thuật sấy cũng thừơng gặp trường hợp sấy các sản phẩm bị ẩm bởi các chất lỏng hữu cơ như sơn, các vật đánh xi... Phương pháp sấy chia ra hai loại lớn là sấy tự nhiên và sấy bằng thiết bị. Sấy tự nhiên là quá trình phơi vật liệu ngoài trời. Phương pháp này sử dụng nguồn bức xạ của mặt trời và ẩm bay ra được không khí mang đi (nhiều khi được hỗ trợ bằng gió tự nhiên). SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Phương pháp sấy tự nhiên có ưu điểm là đơn giản, đầu tư vốn ít, bề mặt trao đổi lớn, dòng nhiệt bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (tới 1000 w/m2) Tuy vậy sấy tự nhiên có các nhựơc điểm là: thực hiện cơ giới hoá khó, chi phí lao động nhiều, cường độ sấy không cao, chất lượng sản phẩm không cao, chiếm diện tích mặt bằng lớn... Các phương pháp sấy nhân tạo được thực hiện trong thiết bị sấy. Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau. Căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại sau: - Phương pháp sấy đối lưu. - Phương pháp sấy bức xạ. - Phương pháp sấy tiếp xúc. - Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng. - Phương pháp sấy thăng hoa. Trong các phương pháp kể trên phương pháp sấy đối lưu, bức xạ và tiếp xúc được dùng rộng rãi hơn cả, nhất là phương pháp sấy đối lưu. Mỗi phương pháp sấy kể trên được thực hiện trong nhiều kiểu thiết bị khác nhau, ví dụ: sấy đối lưu được thực hiện trong nhiều thiết bị sấy như: thiết bị sấy buồng, sấy hầm, sấy bằng băng tải, thiết bị sấy kiểu tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy thổi kiểu khí động... Phương pháp sấy bức xạ có thể thực hiện trong thiết bị sấy bức xạ dùng nguyên liệu khí, dùng dây điện trở... Phương pháp sấy tiếp xúc có thể thực hiện trong các thiết bị như: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng, thiết bị sấy tiếp xúc kiểu tay quay, thiết bị sấy tiếp xúc chất lỏng... Mỗi loại vật liệu sấy thích hợp với một số phương pháp sấy và một số kiểu thiết bị sấy nhất định. Vì vậy tuỳ theo vật liệu sấy mà ta chọn phương pháp sấy và thiết bị sấy cho phù hợp để đạt được hiệu quả và chất lượng sản phẩm cao. SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI §1.2: CÁC YÊU CẦU CHỦ YẾU ĐỐI VỚI VẬT LIỆU LÀM DÂY ĐỐT. Trong lò sấy điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule. Dây đốt cần phải được làm từ các vật liệu thoả mãn các yêu cầu sau: - Khả năng chịu nhiệt tốt: không bị ôxi hoá trong môi trường không khí ở nhiệt độ cao. -Bền nhiệt cao, bền cơ học tốt, dây điện trở không được biến dạng, chúng có thể tự bền vững dưới tác dụng của bản thân dây điện trở. - Điện trở suất lớn: tạo cho dây điện trở có cấu trúc nhẹ khi cùng đáp ứng một công suất theo yêu cầu, dễ dàng bố trí trong lò. - Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (α, β): nghĩa là nhiệt độ càng cao thì điện rở càng lớn. - Kích thước hình học phải ổn định: ít thay đổi hình dáng ở nhiệt độ làm việc. -Các tính chất điện phải cố định. - Dễ gia công: kéo dây, dễ hàn, đối với vật liệu phi kim loại cần ép khuôn được. §1.3: VẬT LIỆU LÀM DÂY ĐỐT. Để thoả mãn được các yêu cầu trên, trong thực tế rất khó có vật liệu đáp ứng được. Nhưng người ta đã chọn một số vật liệu đáp ứng được tốt các yêu cầu chính để chế tạo dây điện trở. Các vật liệu đó là của hợp kim Niken và Crôm, thường gọi là “Micrôm”. Hợp kim của Crôm và nhôm cacbonrun [Sie]. Trong những lò nhiệt độ thấp, chế độ làm việc ngắn thì có thể dùng thép xây dựng làm điện trở. SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI I. VẬT LIỆU HỢP KIM. 1. Hợp kim micrôm: Hợp kim micrôm có độ bền nhiệt tốt vì có lớp màng ôxit crôm (Cr2O3), bảo vệ rất chặt, chịu sự thay đổi nhiệt độ tốt nên có thể làm việc trong các lò có chế độ làm việc gián đoạn. Hợp kim micrôm có cơ tính tốt ở nhiệt độ thường cũng như nhiệt độ cao, dẻo, dễ gia công, dễ hàn, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ, không có hiện tượng giã hoá. Nicrôm là vật liệu đắt tiền, nên người ta có khuynh hướng tìm các vật liệu khác thay thế. 2. Hợp kim sắt- crôm- nhôm: Hợp kim này chịu được nhiệt độ cao, thoả mãn yêu cầu các tính chất điện, nhưng có nhược điểm là giòn, khó gia công, kém bền cơ học ở nhiệt độ cao. Vì thế cần thiết chú ý tránh các tác động tải trọng của chính dây điện trở. Một nhược điểm nữa là hợp kim sắt- crôm- nhôm ở nhiệt độ cao dễ bị các ôxit sắt, ôxit SiO2 tác động hoá học, phá hoại lớp màng bảo vệ của các ôxít Al2O3 và Cr2 O3. Vì vậy, tường lò, nơi tiếp xúc với hợp kim này phải là vật liệu chứa nhiều Alumin (Al2O3 ≥70%; Fe2O3 ≤1%). Độ giãn dài tới 30÷40% đã gây ra khó khăn khi lắp đặt trong lò, cần tránh đoản mạch khi dây giãn dài và bị cong. Ở Liên Xô cũ, người ta chế tạo hai hợp kim ЭИ- 595 và И- 626. Nhiệt độ làm việc đạt 13000C. Chúng là hợp kim crôm có hàm lượng lớn, được biến tính bằng một lượng nhỏ các kim loại kiềm thổ, nên tăng độ dẻo ở 10000C chúng có độ bền cao. Các dây điện trở được tiêu chuẩn hoá khi sản xuất. Dây điện trở bằng hợp kim: X13I04; OX23IOA; (ЭИ- 595); OX27105A (ЭИ- 626); X20H80, có đường kính dây: SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI 2 2,2 2,5 2,8 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 (mm) Dây điện trở có tiết diện chữ nhật (a.b). 1.8 1.10 1,2.10 1,2.12 1,2.15 1,2.20 1,4.10 1,4.15 1,4.20 1,5.10 1,5.12 1,5.15 1,5.20 1,8.20 1,8.18 1,8.20 2.25 2.20 2.25 2,2.20 2,2.25 2,5.20 2,5.25 2,5.30 2,5.40 3.25 3.30 3.40 (mm) Những kích thước được dùng phổ biến nhất: a. Dây điện trở có dạng xoắn lò xo. Đường kính dây 5; 5,5; 6; 6,5; 7 (mm). b. Dây điện trở dạng lỗi, cấu trúc kiểu dích dắc. Đường kính dây: 8; 8,5; 9 (mm). c. Dây có tiết diện chữ nhật, cấu trúc kiểu dích dắc: 2.20; 2,5.25; 3.30 (mm). d. Trong các lò đối lưu tuần hoàn hoặc trong các buồn nung không khí, người ta dùng các dây dẫn điện trở có đường kính: 3; 3,5; 4 và 4,5 (mm) hoặc dây băng có tiết diện: (1.10); (1,2.12); (1,5.15). SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Bảng 1.1: Đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở. Vật liệu làm dây điện trở Nicrom Thép Hợp kim Hợp kim Hợp kim - X20 H80 - X20 H80T - X15 H60 - X25 H20 - X13 I04 - OX25 I05 - OX17 I05 595 (OX23I05A) 626 (OX27I05A) Volffram, W Molipden, Mo Platin, Pt Sắt, Fe Niken, Ni * Những vl phi kim loại (**) Silics (Cacborun) Grafit Trọng lượng riêng ở 200C, g/cm3 8,40 8,20 8,30 7,85 Điện trở suất ở 00C, ρ0, Ωmm2/m 1,100 1,270 1,100 0,900 Hệ số nhiệt điện trở α.103 0,035 0,022 0,100 0,350 Nhiệt độ chảy lỏng, 0 C 1400 1400 1400 1400 Nhiệt độ làm việc cực đại, 0 C 1150 1200 1050 1100 7,20 1,260 0,150 1450 900 7,10 1,300 0,060 1450 1050 7,00 1,400 0,050 1450 7,30 1,350 0,050 7,20 1,420 19,34 10,20 21,46 7,88 8,90 Nhiệt độ làm việc 0C Làm việc Làm việc liên tục gián đoạn 1050 1000 1050 1000 950 900 850 800 750 650 1200 1050 1000 1525 1250 1150 1100 0,022 1525 1300 0,050 0,052 0,098 0,090 0,065 4,300 5,100 8,950 11,300 13,400 3410 2625 1755 1535 1452 3000* 2200* 1400 400 1000 2,30 800 ÷ 1900 - 1200 8÷3 1500 2000 (2800)* 1250 1,60 Thay đổi theo nhiệt độ (hệ số nhiệt SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 - 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cacbon (than) Cripton (hỗn hợp của grafit, cacbon và đất sét) TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI 1,60 10 ÷ 60 1,00 ÷ 1,25 600 ÷ 2000 điện trở âm - 2000 (2500)* - 1800 Ghi chú: * Trong chân không hoặc trong môi trường khí bảo vệ. ** Trọng lượng riêng thay bằng trọng lượng đồng ρ1= ρ0 (1+ α.t). SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 10