đồ-án-sấy-hầm.docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----------

ĐỒ ÁN I QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Họ và tên sinh viên: MSSV: Lớp: Giáo viên hướng dẫn:

Trần Thị Thu 20153646 Thực phẩm 3 - K60 Ts. Nguyễn Ngọc Hoàng

Hà Nội,03/2018

Contents LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................... 4 Phần I: TỔNG QUAN ........................................................................................... 5 Chương 1: Tổng quan về vật liệu sấy................................................................... 5 1.1 Đặc điểm của củ cải ................................................................................... 5 1.2 Thành phần hóa học của củ cải .................................................................... 5 1.3 Ứng dụng của củ cải..................................................................................... 7 Chương 2: Tổng quan về công nghệ sấy .............................................................. 8 2.1

Khái niệm.................................................................................................. 9

2.2

Mục đích ................................................................................................... 9

2.3 Phân loại phương pháp sấy .......................................................................... 9 2.3.1

Phương pháp sấy nóng ....................................................................... 9

2.3.2

Phương pháp sấy lạnh ...................................................................... 10

2.4

Thiết bị sấy ............................................................................................. 11

2.4.1

Thiết bị sấy buồng ............................................................................ 11

2.4.2

Thiết bị sấy hầm ............................................................................... 12

2.4.3

Thiết bị sấy tháp ............................................................................... 13

2.4.4

Thiết bị sấy thùng quay .................................................................... 14

2.4.5

Thiết bị sấy khí động ........................................................................ 15

2.4.6

Thiêt bị sấy tầng sôi.......................................................................... 16

2.4.7

Thiết bị sấy phun .............................................................................. 17

2.5

Tác nhân sấy ........................................................................................... 17

2.5.1

Khái niệm ......................................................................................... 17

2.5.2

Nhiệm vụ .......................................................................................... 17

2.5.3

Các tác nhân sấy ............................................................................... 17

2.6

Lựa chọn thiết bị ..................................................................................... 18

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY .................................................... 19 Chương 1: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy hầm ............................................ 19 1.1

Năng suất sấy trong một giờ ................................................................... 19

1.2

Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ ..................................................... 19

1.3

Chọn chế độ sấy ...................................................................................... 19

1.4

Tính toán quá trình sấy lý thuyết ............................................................ 19

1.5

Xác định kích thước cơ bản hầm sấy ...................................................... 23

1.5.1

Kích thước các bộ phận vận chuyển ................................................ 23

1.5.2

Tính thiết bị chính ............................................................................ 25

Chương 2 : Tính toán nhiệt hầm sấy ( tính cho một hầm sấy) ............................ 27 2.1

Tổn thất do vật liệu sấy mang đi............................................................. 27

2.2

Tổn thất do thiết bị truyển tải ................................................................. 28

2.3

Tổn thất ra môi trường: ........................................................................... 29

Chương 3:Tính toán quá trình sấy thực ( tính cho một hầm).............................. 33 3.1

Xây dựng đồ thị I-d cho quá trình sấy thực: ........................................... 33

3.2

Tính lượng TNS trong quá trình sấy thực .............................................. 35

Chương 4: Tính chọn calorifer và thiết bị phụ .................................................... 38 4.1 Tính chọn calorifer ..................................................................................... 38 4.2 Tính toán và chọn quạt ............................................................................... 41

LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa với sự đa dạng về các sản phẩm nông sản. Các mặt hàng nông sản được thu hoạch theo mùa vụ và cần tích trữ để sử dụng lâu dài. Do đó, ngành công nghiệp thực phẩm nước ta rất chú ý đến quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Mục đích của quá trình bảo quản thực phẩm là vẫn giữ được đặc tính ban đầu của thực phẩm, đồng thời tăng giá trị sản phẩm, giữ được trong thời gian dài. Có rất nhiều phương pháp được sử dụng trong quá trình bảo quản và chế biến như ngâm đường,… và phương pháp sấy là một trong những phương pháp được sử dụng khá phổ biến. Sấy là một phương pháp được nghiên cứu và sử dụng khá lâu đời. 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 đều có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày. Công nghệ này ngày càng phát triển trong công nghiệp như công nghiệp chế biến hải sản, rau quả, lương thực, thực phẩm… Từ đó làm phong phú hơn các sản phẩm thực phẩm như trái cây sấy, thịt khô, cá khô,… Thực tế cho thấy các quá trình nhiệt nói chung và quá trình sấy nói riêng là những quá trình công nghệ rất phức tạp. Chẳng hạn quá trình sấy là một quá trình tách ẩm khỏi vật liệu nhờ nhiệt và sau đó sử dụng tác nhân để thải ẩm ra môi trường với điều kiện năng suất cao, chi phí vận chuyển hàng, vốn đầu tư thấp nhất nhưng sản phẩm phải có chất lượng tốt,… Để tìm hiểu sâu hơn về phương pháp sấy cũng như tính toán cho một vật liệu sấy cụ thể nên đề tài của em là: Thiết kế hầm sấy củ cải năng suất 10000kg nguyên liệu có độ ẩm 78%. Độ ẩm sản phẩm 12%. Đây là lần đầu tiên em làm đồ án cũng như kiến thức, tài liệu tham khảo còn hạn chế nên trong quá trình làm còn nhiều sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý để hoàn thiện đồ án môn học này. Em xin chân thành cảm ơn Ts. NGUYỄN NGỌC HOÀNG đã tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này.

4

Phần I: TỔNG QUAN Chương 1: Tổng quan về vật liệu sấy 1.1 Đặc điểm của củ cải Củ cải ( danh pháp hai phần: Raphanus sativus) là một loại rau ăn củ thuộc họ cải, được thuần hóa ở châu Âu từ thời kỳ tiền Roman. Hiện nay củ cải được trồng và sử dụng trên khắp thế giới. Củ cải có nhiều thứ khác nhau , khác biệt về kích thước màu sắc mùa vụ. Một vài thứ cải củ được trồng để lấy hạt dùng trong chế biến dầu hạt cải. Hiện nay, có hai loại cải củ chính được dùng phổ biến, đó là củ cải trắng (mùa đông) và củ cải đỏ (xuân hoặc hè). Củ cải trắng thường có hình dáng dài, nhỏ, củ cải đỏ tròn. 1.2 Thành phần hóa học của củ cải Trong củ cải chứa nhiều chất dinh dưỡng nên có nhiều lợi ích cho sức khỏe. Theo bảng thành phần thực phẩm Việt Nam của Viện dinh dưỡng thì trong 100g củ cải trắng thì có: 92.1 g nước

calci 40 mg

1.5 g protid

sắt 1.1 mg

3.6 g gluxit

photpho 41 mg

1.5 g xenluloza

kali 242 mg

Đường tổng số 2.5 g Chứa nhiều vitamin như: vitamin C 30 mg, vitamin B1 0.06 mg, B2 0.06 mg,…

5

Trong củ cải đỏ hàm lượng nước thấp hơn chỉ đạt 86 g, 1.3 g protid, 10.8 g gluxit, 0.9 g xunluloza, 28 mg calci, 43 mg photpho, 1.4 mg sắt. Hàm lượng các viatmin: vitamin C 20 mg, 0.02 viatmin B1, 0.05 viatmin B2, 0.4 mg PP,..

6

1.3 Ứng dụng của củ cải - Làm thực phẩm Vì củ cải chứa nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe nên củ cải được chế biến thành nhiều món ăn như củ cải luộc ăn như rau, xào nấu với thịt, kho với cá… Trong công nghệ thực phẩm củ cải cũng được dùng để chế biến các sản phẩm như củ cải dầm dấm, củ cải chua cay, củ cải muối,… - Tác dụng phòng bệnh và chữa bệnh o Theo Đông y, củ cải tươi sống có vị cay, tính mát, củ cải nấu chín có vị ngọt, tính bình, quy kinh phế và vị, có công dụng chữa một số bệnh đường hô hấp, tiêu hóa, tiết niệu,... o Giảm nguy cơ ung thư: Củ cải chứa chất phytochemical và anthocyanins có tính chất chống ung thư. Ngoài ra, nó là một loại củ giàu vitamin C có tác dụng như một chất chống oxy hóa mạnh mẽ để ngăn chặn các tổn hại các gốc tự do - DNA bên trong các tế bào, do đó giúp ngăn ngừa ung thư. o Điều chỉnh huyết áp: Đây là nguồn thực phẩm giàu kali giúp duy trì sự cân bằng natri-kali trong cơ thể, nhằm giữ cho huyết áp ổn định. o Giữ cho cơ thể đủ nước: Với hàm lượng nước cao và rất nhiều vitamin C cũng như photpho và kẽm, củ cải là một thực phẩm bổ dưỡng cho các mô và cơ thể, giúp cho cơ thể giữ nước tăng sức khỏe làn da. o Phòng ngừa thiếu máu: củ cải có chứa B12 tự nhiên và giúp thúc đẩy sự hấp thu sắt, tham gia vào việc tổng hợp hemoglobin, do đó lượng oxy hemoglobin tăng cao giúp bồi bổ thể lực, phòng ngừa thiếu máu. o Phòng chống cảm lạnh và ho: Đây là một trong các loại rau củ có thể chống sung huyết, hình thành các chất nhầy trong cổ họng. Ngoài ra, củ cải cũng giúp tăng cường khả năng miễn dịch, giữ cơ thể khỏi các bệnh nhiễm trùng dẫn đến cảm lạnh và ho. 7

Củ cải có chứa nhiều nước, chất dinh dưỡng và các vitamin tốt cho cơ thể và có nhiều tác dụng đối với sức khỏe con người như đã kể ở trên nên được chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng. 1.4 Quy trình sấy củ cải Củ cải

Rửa sạch, phân loại

Thái lát

Ngâm muối

Rửa sạch

Ngâm nước

Củ cải khô

Sấy 8

Củ cải sau khi thu hoạch được đưa đến nhà máy để thực hiện sấy. Củ cải được rửa sạch bằng nước nhằm loại bỏ các chất bám trêm bề mặt củ và loại bỏ một phần vi sinh vật. Củ cải sau khi đã rửa sạch được phân loại theo kích thước tạo thuận lợi cho quá trình sấy: kích thước củ cải đồng đều với cùng thời gian sấy cho sản phẩm có độ khô đồng đều. Sau khi được thái, củ cải được ngâm muối trong một giờ để loại bỏ nước tăng độ giòn cho sản phẩm sấy. Tiếp đó đem đi rửa sạch và tiếp tục ngâm trong nước lạnh một giờ để loại bỏ muối trong quá trình ngâm muối rồi đem đi sấy và ta được củ cải sấy.

Chương 2: Tổng quan về công nghệ sấy 2.1 Khái niệm Sấy là một khâu quan trọng trong công nghệ sấy, được sử dụng phổ biến trong chế biến nông-lâm-hải sản. Sấy là một quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu, làm giảm hàm ẩm trong vật ẩm đến độ ẩm mong muốn mà vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với mức chi phí tối thiểu. 2.2 Mục đích Quá trình sấy giúp:  giảm khối lượng vận chuyển.  tăng độ bền ( gốm sứ, gỗ…).  tăng khả năng bảo quản.  tăng giá trị giữ được những đặc tính tốt đặc trưng của sản phẩm: độ giòn, dai, màu sắc, hương vị của sản phẩm. 2.3 Phân loại phương pháp sấy Dựa vào trạng thái tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh. 2.3.1 Phương pháp sấy nóng 9

Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng. Nhờ đốt nóng hoặc cả tác nhân sấy lẫn vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật và phân áp suất trong tác nhân sấy tăng dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường. Do đó hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt: - Hệ thống sấy đối lưu: Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Đây là loại hệ thống sấy phổ biến hơn cả. - Hệ thống sấy tiếp xúc: trong hệ thống sấy tiếp xúc vật liệu sấy nhận nhiệt từ bề mặt nóng. Như vậy, người ta tạo ra chênh lệch phân áp nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy. - Hệ thống sấy bức xạ: Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán vào môi trường. Do đó, độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy vào môi trường được tạo ra chỉ bằng cách đốt nóng vật. - Các hệ thống sấy khác: hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần, hệ thống sấy dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật. 2.3.2 Phương pháp sấy lạnh Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy chỉ bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm. Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể trên dưới nhiệt độ môi trường và cũng có thể nhỏ hơn 0ºC. Phương pháp sấy lạnh có thể phân làm: 10

- Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t>0: Với hệ thống sấy này, tác nhân sấy trước hết được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc khử ẩm bằng phương pháp hấp phụ, sau đó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Do đó, khi phân áp suất trong tác nhân sấy nhỏ hơn phân áp suất trên bề mặt vật nên ẩm từ dạn lỏng trên bề mặt vật bay hơi vào tác nhân sấy, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra bề mặt. - Hệ thống sấy thăng hoa: là hệ thống mà ẩm trong vật liệu sấy ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy. Trong hệ thống sấy thăng hoa, người ta tạo ra môi trường trong đó nước trong vật liệu sấy ở dưới điểm ba thể và áp suất tác nhân sấy bao quanh vật p<610 Pa. - Hệ thống sấy chân không: nếu nhiệt độ vật liệu sấy nhỏ hơn 273K nhưng áp suất xung quanh p>610 Pa thì khi vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng, các phân tử nước ở thể rắn chuyển thành thể lỏng và sau đó mới chuyển thành thể hơi đi vào tác nhân sấy. 2.4

Thiết bị sấy

2.4.1 Thiết bị sấy buồng  Cấu tạo chủ yếu của thiết bị sấy buồng là buồng sấy. Nếu dung lượng của buồng sấy bé và thiết bị là các khay sấy thì người ta gọi hệ thống sấy buồng này là tủ sấy.  Là thiết bị sấy chu kỳ từng mẻ.  Năng suất sấy không lớn.  Có thể sấy nhiều dạng vật liệu khác nhau từ vật liệu dạng cục, hạt như các loại nông sản đến các vật dạng thanh, tấm như gỗ, thuốc lá,…

11

 Tác nhân sấy thường là không khí nóng hoặc khói lò ( không khí được đốt nóng nhờ calorife điện hoặc calorife khí-khói. Calorife được đặt dưới các thiết bị đỡ vật liệu hoặc hai bên sườn buồng sấy.

2.4.2 Thiết bị sấy hầm  Thiết bị chính là một hầm sấy dài, từ 10-20m hoặc có thể lớn hơn, chiều cao và chiều ngang phụ thuộc vào kích thước xe goong và khay tải vật liệu sấy.  Thiết bị chuyển tải trong sấy hầm thường là xe goong hoặc là băng tải.  Có thể làm việc bán liên tục hoặc liên tục nên năng suất lớn.  Có thể sấy được nhiều dạng vật liệu sấy khác nhau.  Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng.  Calorife dùng để gia nhiệt cho không khí thường là calorife khíhơi hoặc khí-khói tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu là hơi nước

12

hay là khói lò. Có hai cách đưa tác nhân sấy vào hầm là từ trên xuống hoặc từ hai bên.

2.4.3 Thiết bị sấy tháp  Thiết bị chính là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạt kênh dẫn tác nhân nóng và kênh thải tác nhân sấy xen kẽ nhau. Vật liệu sấy trong sấy tháp là dạng hạt tự chảy từ trên xuống. Tác nhân sấy từ kênh dẫn xuyên qua lớp hạt chuyển động đi vào các kênh thải để ra ngoài.  Sấy tháp là hệ thống sấy liên tục.  Là thiết bị chuyên dụng để sấy các dạng hạt cứng như ngô, thóc, đậu,…có độ ẩm không lớn lắm.

13

2.4.4 Thiết bị sấy thùng quay  Thiết bị sấy là một thùng sấy hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy bố trí các cánh xáo trộn. Khi thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy vừa bị xáo trộn từ trên xuống dưới. Tác nhân sấy cũng vào đầu này ra đầu kia của thùng sấy.  Thiết bị sấy thùng quay cũng là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ nhưng có độ ẩm ban đầu lớn và khó dịch chuyển nếu dùng thiết bị sấy tháp.  Có thể làm việc liên tục.  Độ điền đầy của vật liệu sấy trong thùng quay tùy theo cấu tạo và vật liệu sấy.  Tác nhân sấy chủ yếu của thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng hoặc khói lò. Nó có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu sấy.  Ưu điểm: quá trình sấy đều đặn, mãnh liệt cường độ sấy lớn 14

dễ dàng cơ giới hóa và tự động hóa  Nhược điểm: dễ bị vỡ vụn tiêu tốn năng lượng.

2.4.5 Thiết bị sấy khí động  Thiết bị sấy có thể là một ống tròn hoặc hình phễu, trong đó tác nhân sấy có tốc độ cao làm nhiệm vụ vận chuyển vật liệu sấy từ đầu này đến đầu kia của thiết bị sấy.  Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, mảnh nhỏ như than, cám,…và độ ẩm cần lấy đi thường là độ ẩm bề mặt.  Tác nhân sấy chủ yếu là không khí và khói lò.  Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng lớn, nhất là điện dùng cho quạt.

15

2.4.6 Thiêt bị sấy tầng sôi  Thiết bị chính là một buồng sấy, trong đó vật liệu sấy nằm trên ghi có đục lỗ. Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như hình ảnh các bọt nước sôi.  Là hệ thống chuyên dùng để sấy hạt.  Ưu điểm: năng suất lớn, thời gian sấy nhanh, vật liệu sấy được sấy rất đều.

16

2.4.7 Thiết bị sấy phun  Thiết bị chính là một hình chóp trụ, phần chóp hướng xuống dưới. Dung dịch huyền phù được bơm cao áp đưa vào các vòi phun hoặc trên đĩa quay ở đỉnh tháp tạo thành những hạt dung dịch bay lơ lửng trong thiết bị sấy.  Tác nhân sấy có thể được đưa vào cùng chiều hay ngược chiều thực hiện quá trình truyền nhiệt ẩm với các hạt dung dịch và thoát ra ngoài qua xyclon.  Là thiết bị chuyên dùng để sấy các dung dịch huyền phù như trong dây chuyền sản xuất sữa bột, sữa đậu nành,…

2.5 Tác nhân sấy 2.5.1 Khái niệm Tác nhân sấy là những chất cấp nhiệt cho vật để bay hơi ẩm, đồng thời tải ẩm đó ra khỏi phòng sấy. Các tác nhân sấy thường dùng là các chất khí như không khí, khói lò, hơi quá nhiệt và chất lỏng như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy,.. 2.5.2 Nhiệm vụ - Gia nhiệt cho vật liệu sấy. - Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường. - Bảo vệ vật liệu liệu ẩm khỏi bị hỏng do quá nhiệt. 2.5.3 Các tác nhân sấy 17

 Không khí nóng Là loại tác nhân sấy thông dụng nhất, không gây độc hại và không làm bẩn sản phẩm sấy. Không khí vừa là hỗn hợp nhiều chất khí khác nhau: nitơ, oxy, hơi nước,… - Ưu điểm: Rẻ, có sẵn trong tự nhiên. Có thể dùng hầu hết cho các loại sản phẩm. - Nhược điểm: Cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt không khí.  Khói lò Trong các hệ thống sấy, khói lò có thể được dùng với tư cách hoặc là tác nhân sấy hoặc với tư cách cung cấp nhiệt lượng để đốt nóng không khí trong caloriphe khí-hơi. Khói lò gồm khói khô và hơi nước vốn có trong nhiên liệu và do phản ứng cháy hidro sinh ra. Khói lò bao giờ cũng chứa một lượng nhất định tro bay theo và những chất độc hại vốn có trong nhiên liệu. Do đó, khói lò chỉ dùng làm tác nhân sấy trong các trường hợp vật liệu sấy không bị bám bẩn như thức ăn gia súc hoặc vật liệu xây dựng. 2.6 Lựa chọn thiết bị Dựa vào những đặc điểm, tính chất của vật liệu sấy cũng như các phương pháp sấy để chọn được phương pháp sấy phù hợp với củ cải. Thiết bị sấy làm việc gián đoạn có năng suất thấp cồng kềnh, thao tác nặng nhọc nếu không có thiết bị vận chuyển, nhiều khi không đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thiết bị sấy làm việc gián đoạn thường được ứng dụng khi năng suất nhỏ,sấy các loại có hình dạng khác nhau. Còn thiết bị sấy liên tục cho chất lượng sản phẩm tốt hơn, thao tác nhẹ nhàng hơn. Yếu tố quan trọng để chọn thiết bị sấy liên tục là tính chấ vật liệu sấy. Để sấy vật liệu dạng cục thì dùng thiết bị thùng quay, hầm. Để sấy vật liệu dạng hạt, tơi thì dùng thiết bị thùng quay, thổi khí, xiclon, tầng sôi. Để sấy huyển phù, dung dịch, chất nóng chảy thường dùng loại sấy phun cũng như loại tầng sôi. Vì vậy, với vật liệu sấy là củ cải ta chọn phương pháp sấy hầm. Sấy hầm là thiết bị sấy liên tục, năng suất cao mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Chọn tác nhân sấy là không khí nóng vì không gây độc hại và không làm bẩn sản phẩm không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 18

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY Chương 1: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy hầm 1.1 Năng suất sấy trong một giờ Năng suất sấy là sản lượng thành phẩm trong một năm. Năng suất có thể là khối lượng G (kg/năm) hoặc thể tích V (m3/năm). Đề bài đã cho năng suất sấy là : 10000 kg/ngày Năng suất sấy trong một giờ: G2 = 10000:24 = 416,7 kg/h Khối lượng vật liệu ẩm vào hầm sấy: G1 = G2∗

100− ω2 100− ω1

= 416,7*

100− 12 100− 78

= 1666,8 kg/h

1.2 Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ W = G2∗

ω1− ω2 100− ω1

= 416,7*

78− 12 100− 78

= 1250,1 kg/h

1.3 Chọn chế độ sấy Ta chọn hệ thống sấy hầm không hồi lưu và tác nhân sấy là không khí nóng đi ngược chiều với vật liệu sấy. Thông số không khí ngoài trời ta lấy to = 20oC và o = 85% . Ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào hầm sấy là t1 = 85oC, nhiệt độ tác nhân ra khỏi hầm sấy chọn sơ bộ t2 = 35 oC và độ ẩm tương đối φ2= (90±5)%. Chúng ta sẽ kiểm tra lại điều này. Thời gian sấy là 8h. 1.4 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

19

Sơ đồ nguyên lý hệ thống Trong đó 1: Quạt

2: Calorifer

Đồ thị I-d khảo sát quá trình sấy như hình vẽ

20

3: Hầm sấy

 Điểm A: Các thông số (to, o) đã cho, chúng ta có thể xác định được trạng thái A của không khí ngoài trời. Theo các công thức giải tích ta được: + Phân áp suất bão hòa tương ứng với to = 20oC Pb0 = exp {12 −

4026,42 235,5+ to

4026,42

} =exp {12 −

235,5 + 20

}

= 0,0233 bar + Lượng chứa ẩm do

do = 0,621∗

φo ∗pb0

B−φo ∗pb0

0,85∗0,0233

= 0,621∗ 745

− 0,85∗0,0233

750

= 0, 0126 kg ẩm/kg kkk + Entanpi Io Io = Cpk * to + do*(r + Cpa*to)

(I.5)

Trong đó: Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô. Cpk = 1,005 kJ/kg.K Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước. Cpa = 1,97 kJ/kg.K r : nhiệt ẩn hóa hơi. r = 2500 kJ/kg Vậy: Io = 1,005* 20 + 0,0126*( 2500 + 1,97* 20) = 52,0964 kJ/kg kkk Cdx(do) = Cpk + Cp*.do = 1,005 + 1,97*0,0126 = 1,0298 kJ/kgKKK 21

 Điểm B: Entanpi của tác nhân sấy sau calorifer Trạng thái không khí sau calorifer được xác định trên đồ thị I-d bởi các cặp thông số (t1,d1). Từ điểm B ta dễ dàng tìm thấy trên đồ thị I-d entanpi I1, độ ẩm tương đối φ1. Ngoài ra cũng có thể tính toán theo công thức sau. + Entanpy I1 I1 = Cpk*t1 + do*(r + Cpa*t1) = 1,005* 85 + 0,0126*( 2500 + 1,97*85) = 119,0349 kJ/ kg kkk + Phân áp suất bão hòa hơi nước pb1 ở nhiệt độ t1 = 85oC Pb1 = exp {12 −

4026,42 235,5 + t1

} =exp{12 −

4026,42 235,5 + 85

}

= 0,569 bar + Độ ẩm tương đối φ1 φ1 =

B∗do pb1 ∗(0,621 + do )

=

745 ∗0,0126 750

0,569∗(0,621 + 0,0126)

= 0,0347

→ φ1 = 3,47 %  Điểm C: Thông số tác nhân sáy sau quá trình sấy lý thuyết Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết được xác định bởi thông số: I2 = I 1 + Lượng chứa ẩm d2 d2 = d0 +

Cdx (d0 ) ∗ (t1 − t2 ) 2500 + 1,97∗t2

22

→ d2 = 0,0126 +

1,0298∗(85 − 35) 2500 + 1,97∗35

= 0,0326 kg ẩm/kg kkk + Phân áp suất hơi nước bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t2 Pb2 = exp {12 −

4026,42 235,5 + t2

} =exp {12 −

4026,42

} = 0,0558 bar

235,5 +30

+ Độ ẩm tương đối φ2 =

B∗d2 pb2 ∗(0,621 + d2 )

=

745 ∗0,0326 750

0,0558∗(0,621 + 0,0326)

= 0,8879

→ φ2 = 88,79 % Với độ ẩm φ2 = 88,79 % thỏa mãn điều kiện để vừa tiết kiệm nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương. + Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm lo lo =

1 d2 − d0

=

1 0,0326 − 0,0126

= 50 kg kkk/kg

Lo = W.lo = 1250,1* 50 = 62505 kg kkk/h Thể tích của không khí ẩm ở trạng thái (t1, φ1) ứng với 1 kg không khí khô vo = 1,056 m3/kg kk( phụ lục 5 trang 349- Tính toán và thiết kế hệ thống sấy- Trần Văn Phú). Do đó, lưu lượng thể tích của TNS bằng: Vo = 1,056* 62505 = 66005,28 m3/h 1.5

Xác định kích thước cơ bản hầm sấy

1.5.1 Kích thước các bộ phận vận chuyển Gồm các xe goòng, trên các xe goòng có các khay để đựng vật liệu: a. Khay đựng vật liệu 23

Khay làm bằng Al có 𝜌𝐴𝑙 = 2700 kg/m3; CAl = 0,86 kJ/kg.độ Chọn kích thước các khay là: + chiều dài Lk = 750 mm + chiều rộng Bk = 1000 mm + chiều cao Hk = 40 mm Chiều dày thành khay 1,5 mm Chiều dày đáy khay 2 mm Khối lượng vật liệu sấy trên 1 khay là: mo = 10 kg nguyên liệu Để tăng hiệu suất sấy và giảm bớt khối lượng vật liệu làm khay thì toàn bộ số khay cần đục lỗ ở đáy. Các lỗ có ∅ = 10 mm Khối lượng Al cần làm 1 khay là Mk = 2 kg b. Xe goòng Ta chọn thiết bị truyền tải là xe goòng có kích thước (Bxe × Lxe × Hxe) = ( 1000 × 800 × 1400) mm Chọn vật liệu làm xe là thép CT3: 𝜌 = 7850 kg/m3 , Gt = 1,9 kg/m Ct = 0,5 kJ/kg.K Thép làm khung là thép góc L cạnh có kích thước 50 × 40 mm. độ dày d = 10 mm Khung xe được hàn bởi 26 thanh thép góc L dài 0,8 m 4 thanh thép góc L dài 1 m 4 thanh thép góc L dài 1,4 m Vậy khối lượng khung là 24

mkhung = (26 . 0,8 + 4 . 1 + 4 . 1,4) . 1,9 = 57,76 kg Mỗi xe gòong chứa 13 khay, các tầng khay cách nhau 100 mm.  Bánh xe goong Chiều cao của phần bánh xe là 150 mm - Mỗi xe goong gồm 4 bánh xe làm bằng thép tròn đặc có bán kính r = 50 mm và chiều dày l = 0,05m Khối lượng 4 bánh xe là: mbx = 4 * 0,052 * 3,14 * 0,05 * 7850 = 12,32 kg Vậy khối lượng một xe goong là: mxe = mkhung + mbx = 57,76 + 12,32 = 71,08 kg Chiều cao của xe goong là Hx = 1400 + 150 = 1550 mm 1.5.2 Tính thiết bị chính Ta có trên mỗi tầng khay ta để 1 khay Khối lượng vật liệu sấy trên mỗi xe goong là G = 11 * 13= 143 kg Như đã chọn chế độ sấy ở đây với thời gian 8giờ Số xe goong cần cần thiết cho cả quá trình sấy là n=

G1 ∗τ g

=

1666,8 ∗ 8 143

≈ 94 xe

Để giảm chiều dài hàm sấy và tăng sự đồng đều sản phẩm ta làm 8 hầm sấy song song, mỗi hàm 12 xe. Cứ 2 giờ cho 3 xe vào hầm. Chúng ta thấy rằng 8 hầm sấy tổng khối lượng vật liệu ban đầu vào hầm là G1 = 1666.8 kg/h và khối lượng vật liệu ra khỏi hầm là G 2 = 416,7 kg/h,

25

lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ của tất cả các hầm là W = 1250,1 kg/h. Vậy: G1’ = 208,35 kg/h

W’ = 156,26 kg/h

G2’= 52,09 kg/h  Chiều dài hầm sấy L = 𝑛 * Lxe+ 2 * l0 Trong đó: l0 là chiều dài bổ sung để bố trí tác nhân sấy vào và ra khỏi hầm sấy l0 = 1000 ÷ 1500 mm → chọn l0 = 1000 mm n là số xe Thay số vào ta được: L = 12*800 + 2 * 1000 = 11600 m  Chiều rộng của hầm B = Bx + 2r1 Trong đó: r1 là khoảng cách giữa xe goong và tường, r1 = 50 mm Bx = 1000 mm Thay số vào ta có B = 1000 + 2 * 50 = 1100 mm  Chiều cao hầm sấy H = Hx + ∆H = 1550 + 50 = 1600 mm Các kích thước phủ bì của hầm  Chiều rộng phủ bì của hầm là 26

Bh = B + 2 * 𝛿1 = 1100 + 2 * 250 = 1600 mm  Chiều cao phủ bì của hầm là Hh = H + 𝛿2 + 𝛿3 + δ4 = 1600 + 70 + 150 + 50 = 1870 mm  Chiều dài phủ bì của hầm là Lh = L = 11600 mm Trong đó: δ1 là chiều dày của tường bao hầm, δ1 = 250 mm δ2 là chiều dày lớp trần bê tông cốt thép, ta chọn δ2 =70 mm δ3 là chiều dày lớp cách nhiệt, ta chọn δ3 = 150 mm δ4 là chiều dầy của lớp bê tông cốt thép để gắn với calorifer, δ4=50mm

Chương 2 : Tính toán nhiệt hầm sấy ( tính cho một hầm sấy) 2.1 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi Để tính tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi trước hết ta phải biết nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi hầm tv2 và nhiệt dung riêng của nó. Theo kinh nghiệm, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứng 5÷10oC. Trong hệ thống sấy của chúng ta, vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều nên: tv2 = t1 – (5÷10)oC = 85 – 10 = 75 oC Ta có Cvl = 3,820 kJ/kg.K 27

Do đó nhiệt dung riêng của củ cải ra khỏi hầm sấy Cv2 bằng: Cv2 = Cvk*(1 - 𝜔2 ) + Ca * 𝜔2 = 3,82.(1 – 0,12) + 4,18*0,12 = 3,8632 kJ/kg.K Tổn thất do vật liệu sấy mang đi bằng: qv =

G2 ′∗ Cv2 ∗ (tv2 −tv1 ) W′

( 75−20) = 52,09∗ 3,8632∗ 156,26

= 70,82 kJ/kg ẩm 2.2 Tổn thất do thiết bị truyển tải - Tổn thất do xe goòng mang đi: Xe goòng làm bằng thép CT3. Có khối lượng một xe Gxe = 45 kg, nhiệt dung riêng của thép CT3 là Cxe = 0,5 kJ/kg.K. Vì là thép nên nhiệt độ xe goòng ra khỏi hầm sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Như vậy tx = t1 = 85oC. Do đó: qx =

n ∗ mxe ∗ Cxe ∗ (tx2 − tx1 ) W′∗τ

kJ/kg ẩm

=

12 ∗ 71,08∗ 0,5 ∗ (85 − 20) 156,26∗8

= 22,16

- Tổn thất do khay mang đi: Khay làm bằng nhôm có đục lỗ với Gk = 2 kg, Ck = 0,86 kJ/kg.K. Nhiệt độ của khay ra khỏi hầm sấy cũng bằng nhiệt độ tác nhân, nghĩa là tk = t1 = 85oC. Do đó: qk =

14 ∗n ∗ Gk ∗ Ck ∗(tk2 − tk1 ) W′∗τ

=

14 ∗ 13 ∗ 2 ∗ 0,86 ∗ (85 − 20) 156,26∗8

= 16,28 kJ/kg ẩm Như vậy tổn thất do thiết bị truyền tải bằng: qtb = qx + qk = 22,16 + 16,28 = 38,44 kJ/kg ẩm 28

2.3 Tổn thất ra môi trường: Tổn thất nhiệt qua hai tường bên tính theo công thức: Q t = 3,6 ∗ K ∗ F ∗ (t f1 − t f2 ) Trong đó: tf1 là nhiệt độ môi chất sấy trong buồng. t1 + t 2 85 + 35 = = 60℃ 2 2 Diện tích hai bên tường của hầm sấy là: t f1 =

𝐹 = 2 ∗ LH ∗ HH = 2 ∗ 11,6 ∗ 1,6 = 37,12 (m2 ) Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức chung: 1 1 δ 1 α + λ +α

K=

1

2

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khí trong buồng tới tường là 𝛼1 Giả thiết tốc độ TNS đi trong hầm sấy. Để có cơ sở giả thiết ta tính tốc độ TNS theo quá trình sấy lý thuyết vo: vo

=𝐵

𝑉0

ℎ 𝐻ℎ −14𝐵𝑘 𝐻𝑘

=

66005,28 (1,1∗1,6−14∗1∗0,04)∗3600∗8

= 1,91(m/s)

Do lưu lượng thể tích của TNS trong quá trình sấy thực V bao giờ cũng lớn hơn Vo. Do đó ta giả thiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực v=2m/s. Ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này khi tìm được V. Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và tường bên k: theo kinh nghiệm, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa TNS và tường hầm sấy α1 tính theo công thức: α1 = 6,15+4,17v= 6,15+4,17*2= 14,49 (W/m2K) Bằng phương pháp tính lặp, ta giả thiết trước nhiệt độ tường phía nóng và tính được dòng nhiệt truyền từ tác nhân cho tường q’. Từ dòng nhiệt này và từ tW1 ta tìm được nhiệt độ mặt ngoài của tường là tW2. Từ nhiệt độ t và nhiệt độ môi trường tf2 ta xác định được nhiệt lượng do truyền nhiệt đối lưu tự nhiên giữa tường ngoài của hầm sấy và môi trường q’’’ sai khác nhau không quá 5% thì xem kết quả tính toán là chấp nhận được. 29

𝑞 ′ = 𝛼1 ∗ (𝑡𝑓1 − 𝑡𝑤1 ) =

𝜆 ∗ (𝑡𝑊1 − 𝑡𝑊2 ) = 𝛼2 (𝑡𝑊2 − 𝑡𝑓2 ) 𝛿

Chọn tW1= 55,9°C 𝑞′ = 14,49 ∗ (60 − 55,9) = 59,41 (

𝑊 ) 𝑚2

𝜆

𝛿

𝛿

𝜆

Mà : 𝑞 ′ = ∗ (𝑡𝑊1 − 𝑡𝑊2 ) → 𝑡𝑊2 = 𝑡𝑊1 − 𝑞 ′ ∗

Ở đây 𝜆 là hệ số dẫn nhiệt của gạch, 𝜆 = 0,7 (W/m.độ) 𝑡𝑊2 = 55,9 −

59,41 ∗ 0,25 = 34,68℃ 0,7

Như vậy độ chênh lệch nhiệt độ giữa tường ngoài và môi trường là: ∆𝑡2 = 𝑡𝑊2 − 𝑡𝑓2 = 34,68 − 20 = 14,68℃ Nhiệt độ xác định tm bằng: 𝑡𝑚 =

𝑡𝑊2 + 𝑡𝑓2 34,68 + 20 = = 27,34℃ 2 2

Từ nhiệt độ này ta được các thông số không khí: 𝛽=

1 1 1 = = 𝑡𝑚 273 + 27,34 300,34

Tra sổ tay hóa công tập 1 trang 319 và nội suy ở khoảng [20;30]: 𝜆= 2,65*10-2 (W/m.độ) 𝑚2 𝜗 = 15,8 ∗ 10 ( ) 𝑠 −6

𝑝𝑟 = 0,7015 Do đó:

𝐺𝑟 =

𝑔∗𝛽∗𝑙 3 ∗∆𝑡 𝜗2

=

1 ∗1,63 ∗14,49 300.34 (15,8∗10−6 )2

9,81∗

= 7,77 ∗ 109

Tiêu chuẩn Nu trong truyền nhiệt đối lưu tự nhiên bằng:

30

Nu= C*(Gr*Pr)n = 0,135*(7,77*109*0,7015)1/3= 237,59 Trong đó: C và n phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng ở chế độ chảy xoáy: C=0,135, n=1/3 Vì vậy hệ số truyền nhiệt 𝛼2 bằng: 𝑁𝑢 ∗ 𝜆 237,59 ∗ 2,65 ∗ 10−2 𝑊 𝛼2 = = = 3,94 ( 2 . 𝐾) 𝑙 1,6 𝑚 Dòng nhiệt do truyền nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của tường và môi trường bằng: 𝑞 ′′′ = 𝛼2 ∗ ∆𝑡2 = 3,94 ∗ 14,49 = 57,1 (

𝑊 ) 𝑚2

Như vậy sai số giữa 𝑞 ′ 𝑣à 𝑞′′ là: 𝑞 ′ − 𝑞 ′′′ |59,41 − 57,1| ∆𝑞 % = = = 3,9% < 5% (𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛) 𝑞′ 59,41 Sai số này cho phép chúng ta xem kết quả tính trên là đáng tin cậy. Vậy ta có được hệ số truyền nhiệt là: 𝐾𝑡 =

1 1 𝑊 = = 1,47 ( 2 ) 1 𝛿 1 1 0,25 1 𝑚 .𝐾 + + + + 𝛼1 𝜆 𝛼2 14,49 0,7 3,94

Như vậy tổn thất qua 2 tường bên là: 𝑄𝑡 = 3,6 ∗ 𝐾 ∗ 𝐹 ∗ ∆𝑡 = 3,6 ∗ 1,47 ∗ 37,12 ∗ (60 − 20) = 7857,56 ( - Tổn thất qua trần: 𝑊

𝛼1′ = 𝛼1 = 14,49 ( 2 ) 𝑚 𝐾 𝑊

𝛼2′ = 1,3 ∗ 𝛼2 = 1,3 ∗ 3,94 = 5,1 ( 2 ) 𝑚 𝐾 Tương tự hai tường bên, hệ số truyền nhiệt qua trần là:

31

𝐾𝐽 ) ℎ

𝐾𝑡𝑟 =

1 1 𝛿1 𝛿2 1 + + + 𝛼′1 𝜆1 𝜆2 𝛼′2

=

1 1 0,07 0.15 1 + + + 14,49 1,55 0,058 5,1

= 0,346 (

𝑊

𝑚2 𝐾

)

Trong đó λ2 và λ3 tương ứng là hệ số dẫn nhiệt của bê tông và bông thủy tinh cách nhiệt. Theo sách tính toán và thiết kế hệ thống sấy của PGS.TSKH Trần Văn Phú thì λ2 = 1,55 và λ3 = 0,058. Diện tích trần nhà là: 𝐹𝑡𝑟 = 𝐿𝐻 ∗ 𝐵𝐻 = 11,6 ∗ 1,6 = 18,56𝑚2 𝑄𝑡𝑟 = 3,6 ∗ 𝐾𝑡𝑟 ∗ 𝐹𝑡𝑟 ∗ (𝑡𝑓1 − 𝑡𝑓2 ) 𝑘𝐽 𝑄𝑡𝑟 = 3,6 ∗ 0,346 ∗ 18,56 ∗ (60 − 20) = 924,73 ( ) ℎ Cửa hầm được làm bằng thép 𝛿 = 0,05𝑚, 𝜆=0,16(W/m.K). Tổn thất nhiệt qua cửa hầm được tính theo công thức: Qc 𝑄𝑐 = 3,6 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐹𝑐 ∗ [(𝑡1 − 𝑡𝑜 ) + (𝑡2 − 𝑡𝑜 )] Trong đó: 𝐹𝑐 = 2 ∗ 𝐵𝐻 ∗ 𝐻𝐻 = 2 ∗ 1,1 ∗ 1,6 = 3,52 (𝑚2 )

𝐾𝑐 =

1 1 𝑊 = = 1, 57 ( 2 ) 1 0,05 1 1 𝛿𝑐 1 𝑚 𝐾 + + + + 𝛼1 𝜆𝑐 𝛼2 14,49 0,16 3,94 𝑘𝐽

 𝑄𝑐 = 3,6 ∗ 1, 57 ∗ 3,52 ∗ [(85 − 20) + (35 − 20)] = 1591,60 ( ) ℎ - Tổn thất qua nền Nhiệt độ trung bình của TNS là 60ºC và giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2m, theo bảng 7.1 sách Tính toán và thiết kế hệ thống sấy của PGS.TSKH Trần Văn Phú lấy qn = 39.1 W/m2. Do đó tổn thất qua nền là: 𝑘𝐽 𝑄𝑛 = 3,6 ∗ 𝑞𝑛 ∗ 𝐹𝑛 = 3,6 ∗ 39,1 ∗ 18,56 = 2612,51 ( ) ℎ Tổng tổn thất qua kết cấu rời bao che là: 𝑄5 = 𝑄𝑡 + 𝑄𝑡𝑟 + 𝑄𝑐 + 𝑄𝑛

32

kJ 𝑄5 = 7857,56 + 924,73 + 1591,60 + 2612,51 = 12986,4 ( ) h 𝑞5 =

𝑄5 = 𝑊′

12986,4 𝑘𝐽 = 83,11 ( ) 156,26 𝐾𝑔 ẩ𝑚

Tổng tất cả các tổn thất bằng: 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑞𝑣𝑙𝑠 + 𝑞𝑡𝑏 + 𝑞5 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 70,82 + 38,44 + 83,11 = 192,37 (kJ/kg ẩm)

Chương 3:Tính toán quá trình sấy thực ( tính cho một hầm) 𝑘𝐽

∆= 4,18 ∗ 𝜃1 − 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 4,18 ∗ 20 − 192,37 = −108,77 ( ) 𝐾𝑔 ẩ𝑚 ∆< 0 → 𝐼2 < 𝐼1 3.1 Xây dựng đồ thị I-d cho quá trình sấy thực: Từ điểm C ta đặt đoạn CoEo thỏa mãn đẳng thức: CEo = ∆ (CDo)*(Md/MI) Trong đó ∆ = - 108,77 kJ/kg ẩm. Nối điểm Eo và điểm B. Giao điểm C’ của đường BEo cắt đường t= 35º chính là điểm biểu diễn trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Từ điểm C’ tìm được entanpy I2, lượng chứa ẩm d2 và độ ẩm tương đối φ2 của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Các thông số này cũng có thể xác định bằng giải tích như sau: - Lượng chứa ẩm d2: 𝐶𝑑𝑥(𝑑1) ∗ (𝑡1 − 𝑡2 ) 1,0298 ∗ (85 − 35) 𝑑2 = 𝑑1 + = 0,0126 + 𝑖2 − ∆ 2564,47 + 108,77 𝑘𝑔 → 𝑑2 = 0,0317 ( ) 𝑘𝑔𝑘𝑘 - Entanpy I2: 𝐼2 = 𝐼1 + ∆ ∗ (𝑑2 − 𝑑1 ) = 119,035 − 114,46 ∗ (0,0317 − 0,0126) 33

→ 𝐼2 = 116,85 (

𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔𝑘𝑘

- Độ ẩm tương đối: 745 ∗ 0,0317 𝑃 ∗ 𝑑2 750 𝜑2 = = = 0,8646 𝑃𝑏ℎ2 ∗ (0,621 + 𝑑2 ) 0,0558 ∗ (0,621 + 0,0317) = 86,46% So với điều kiện đã chọn φ2 = (90±5)% là hoàn toàn thỏa mãn. Như vậy, chọn t2= 35ºC là hợp lý.

34

3.2 Tính lượng TNS trong quá trình sấy thực - Lượng không khí khô thực tế: 𝑙=

1 1 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 = = 52,36 ( ) 𝑑2 − 𝑑1 0,0317 − 0,0126 ℎ

L=

W′ 156,26 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 = = 8181,15 ( ) d2 − d1 0,0317 − 0,0126 ℎ

V= 1,056 * 8181,15 = 8639,29 (m3/h) - Nhiệt lượng tiêu hao 𝑞 = 𝑙 ∗ (𝐼1 − 𝐼0 ) = 52,36 ∗ (119,035 − 52,096) = 𝑘𝐽

3504,93 ( ) 𝐾𝑔 ẩ𝑚 - Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1kg ẩm: 𝑞1 = 𝑖2 − 𝐶𝑎 ∗ 𝜃1 = (2500 + 1,842 ∗ 35) − 4,18 ∗ 20 = 2480,87 (

𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚

- Tổn thất nhiệt do TNS sấy mang đi q2: q2 = l*Cdx(do)(t2-to) = 52,36*1,0298*(35-20) = 808,80 kJ/kg ẩm  Vậy tổng các tổn thất nhiệt là: 𝑞′ = 𝑞1 + 𝑞2 + 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 2480,87 + 808,8 + 192,37 = 3482,04 (

𝑘𝐽

𝐾𝑔 ẩ𝑚

35

)

Ta thấy nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất 𝑞′ phải bằng nhau. Tuy nhiên do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc do sai số của quá trình tính toán các tổn thất mà ta đã phạm sai số. Sai số tương đối: 𝑞 − 𝑞 ′ |3504,93 − 3482,04| 𝜀= = = 0,65% ≤ 5% (𝑐ℎấ𝑝 𝑛ℎậ𝑛 đượ𝑐) 𝑞 3504,93 Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy: - Lượng tác nhân sấy tại điểm A (tức ngoài không khí): LA = (1 + d0 ) ∗ L = (1 + 0,0126) ∗ 8181,15 = 8284,23 (

𝑘𝑔 ) ℎ

- Lượng tác nhân sấy tại điểm B, tức sau caloriphe là: LB = (1 + d0 ) ∗ L = (1 + 0,0126) ∗ 8181,15 = 8284,23

(

𝑘𝑔 ) ℎ

- Lượng tác nhân sấy tại điểm C được tính theo công thức: 𝐿𝐶 = (1 + 𝑑2 ) ∗ 𝐿 = (1 + 0,0317) ∗ 8181,15 = 8440,49 ( - Thể tích của tác nhân sấy ở điểm A, B, C lần lượt là: m3

* Tại A: t =20°C, 𝜑 = 85% → 𝑣𝐴 = 0,864 ( ) Kgkk m3 𝑉𝐴 = 𝐿𝐴 ∗ 𝑣𝐴 = 8284,23 ∗ 0,864 = 7157,57 ( ) h * Tại B: 𝑡1 = 85℃, 𝜑1 = 3,47% → 𝑣𝐵 = 1,056 (

m3

kgkk

) m3

VB = LB ∗ vB = 8284,23 ∗ 1,056 = 8748,15 ( 36

h

)

kg ) h

m3

* Tại C: t 2 = 35℃, φ2 = 86,46% → vC = 0,939 ( ) kgkk m3

VC = LC ∗ vC = 8440,49 ∗ 0,939 = 7925,62 ( ) h - Thể tích trung bình của tác nhân sấy trước và sau hầm sấy là: VB + VC 8748,15 + 7925,62 m3 m3 ̅= V = = 8336,89 ( ) = 2,32 ( ) 2 2 h s Như vậy vân tốc trung bình của tác nhân sấy trongg hầm bằng: 𝑉 =

̅ 𝑉 𝐹𝑡𝑑

Ta có mỗi xe có 14 khay có kích thước Lk = 750mm, Bk = 1000mm, Hk= 40mm Do đó diện tích thực mà tác nhân đi qua là: 𝐹𝑡𝑑 = 𝐵𝐻 ∗ 𝐻𝐻 − 14 ∗ 𝐵𝑘 ∗ 𝐻𝑘 = 1,1 ∗ 1,6 − 14 ∗ 1 ∗ 0,04 = 1,2(𝑚2 ) 𝑉=

𝑉̅ 2,32 𝑚 = = 1,94 ( ) 𝐹𝑡𝑑 1,2 𝑠

So với giả thiết v= 2 m/s → sai số là: |

1,94−2 1,94

| = 3%

Nhận thấy sai số vận tốc tác nhân là 3%, sai số này nằm trong phạm vi ứng dụng công thức hệ số truyền nhiệt α1 . Vậy ta có bảng cân bằng nhiệt lượng (tính cho một hầm sấy):

37

STT

Đại lượng

Kí hiệu

KJ/Kg ẩm

1

Nhiệt lượng có ích

𝑞1

2480,87

2

Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy

𝑞2

808,80

3

Tổn thất do vật liệu sấy

𝑞𝑣𝑙𝑠

70,82

4

Tổn thất do thiết bị truyền nhiệt

𝑞𝑡𝑏

38,44

5

Nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường

𝑞5

83,11

6

Tổng nhiệt lượng tiêu hao

q

3504,93

Hiệu suất nhiệt hầm sấy: ᵑ=

𝑞1 2480,87 = = 70,8% 𝑞 3504,93

Chương 4: Tính chọn calorifer và thiết bị phụ 4.1 Tính chọn calorifer Caloriphe là thiết bị dùng để đốt nóng không khí trước khi đưa không khí vào hầm sấy. Trong kĩ thuật sấy thường dùng hai loại caloriphe là caloriphe khí-hơi và caloriphe khí-khói. Ở hệ thống này em dùng hệ thống caloriphe khí-hơi. Caloriphe là thiết bị trao đổi nhiệt bị trao đổi nhiệt có vách ngăn. Trong ống là hơi bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động. Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng của hơi nước là 𝛼𝑛 rất lớn so với hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống so với không khí 𝛼𝑘 . Vì vậy caloriphe sử dụng là loại ống chùm có cánh khuấy được bố trí nằm ngang. 38

- Nhiệt lượng mà caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là: 𝐾𝐽

𝑄 = 𝐿 ∗ (𝐼1 − 𝐼0 ) ( ) ℎ Trong đó: L: là lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy thực tế (Kg/h) 𝐼0 , 𝐼1 : là entanpy của tác nhân sấy trước và sau khi ra khỏi caloriphe (KJ/Kgkk) Vậy: 𝑄 = 8181,15 ∗ ( 119,035 − 52,096) = 547637 (

𝐾𝐽 ) = 152,12(𝐾𝑊) ℎ

- Xác định kiểu caloriphe Công suất nhiệt của calorifer: Qcal =

Q ηs

=

152,12 0,95

= 160,12 kW

Với ηs = 0,95 là hiệu suất nhiệt của calorifer Tiêu hao hơi của calorifer là D=

Qcal ih −i′

Trong đó: ih là entanpi của hơi nước vào calorifer, ih = i” kJ/kg i’ là entanpi của nước ngưng, kJ/kg Với áp suất của hơi nước P = 5 bar → i” = 2748,7 kJ/kg i’ = 640,42 kJ/kg 39

→D=

160,12 2748,7 − 640,42

= 0,076 kg/s = 272,0 kg/h

Xác định bề mặt trao đổi nhiệt của calorifer F=

Qcal ∗ ηs k ∗ ∆ttb

Trong đó: F là bề mặt truyền nhiệt phía có cánh k là hệ số truyền nhiệt ∆𝑡𝑡𝑏 là độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Hệ số truyền nhiệt k được xác định theo bảng ở phần phụ lục [Bảng 4 trang 181/Thiết kế hệ thống TBS] . Để xác định trị số k cần giả thiết lưu tốc của không khí qua caloriphe ρ*v (Kg/m2.s) sau đó kiểm tra lại. Giả thiết lưu tốc của không khí là 4(Kg/m2.s). Vậy hệ số truyền nhiệt k=20,818(W/m2.K). - Độ chênh nhiệt độ trung bình ∆ttb =

∆t1 − ∆t2 ∆t

ln ∆t1

* ε∆t

∆t1 = th – t0 = 152 – 20 = 132 K ∆t2 = th – t1 = 152 – 85 = 67 K Trong đó: 𝑡ℎ là nhiệt độ bão hòa của hơi nước ở áp suất 5 bar, 𝑡ℎ = 152℃ 𝑡0 là nhiệt độ khí vào của caloriphe, t0 = 20oC 𝑡1 là nhiệt độ khí ra của caloriphe, t1 = 85oC Hệ số hiệu đính: 𝜀∆𝑡 = 1 40

∆ttb =

-

132−67 132

ln 67

= 95,85 K

Bề mặt truyền nhiệt F=

Qcal ∗ηs k∗∆ttb

=

160,12 ∗ 103 ∗ 0,95 20,818 ∗ 95,85

= 76,23 m2

Lưu tốc không khí sẽ gây trở lực của caloriphe lớn, hơn nữa cần chọn tăng thêm bề mặt truyền nhiệt khoảng 20-25% vì sau thời gian làm việc bám bụi bề mặt làm hệ số truyền nhiệt giảm.Vì vậy ta chọn kiểu K∅14 kiểu I có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 77,3 𝑚2và diện tích tiết diện khí đi qua là 𝑓 = 0,903 𝑚2 ( bảng 5, trang 182, Sách thiết kế hệ thống sấy- Hoàng Văn Chước). Kiểm tra lại lưu tốc không khí: 𝜌∗𝑣 =

𝐿 8181,15 𝑘𝑔 = = 3,4 ( 2 ) 𝑓 0,084 ∗ 8 ∗ 3600 𝑚 𝑠

Các kích thước của caloriphe là: A = 1720 mm B = 1152 mm C = 200 mm 4.2 Tính toán và chọn quạt 1. Tính toán trở lực *Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorifer - Chọn đường ống dẫn làm bằng tôn sơn có độ nhám 𝜀 = 10−4 𝑚 41

- Chọn chiều dài ống 𝑙1 = 1 m - Chọn đường ống có hình hộp chữ nhật chiều rộng 0,5m và chiều cao 0,44 m - Ta có đường kính ống tương đương: dtd =

4∗𝑆 𝐶

=

4∗0,44∗0,5 2∗(0,44+0,5)

= 0,47

- Vận tốc không khí đi trong đường ống là 𝜔1 = Trong đó 𝑉1 = 𝑉𝐴 = 7157,57 (

𝑚3 ℎ

𝑉1 𝐹1

) = 1,99 (m3 /𝑠)

𝐹1 = 0,44 ∗ 0,5 = 0,22 (𝑚2 ) Suy ra

𝜔1 =

1,99 0,22

= 9,05 (𝑚/𝑠)

*Tại 𝑡 = 20℃ ∶ - 𝜌1 = 1,205(kg/m3 ) và 𝑣1 = 15,06 ∗ 10−6 (m2/s) - Chuẩn số Re: 𝑅𝑒 =

𝜔1 ∗ 𝑑 9,05 ∗ 0,47 = = 282436,9 > 4000 𝑣1 15,06 ∗ 10−6

 Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy. - Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức: 𝜆1 = 0,1(1,46 ∗ 𝜆1 = 0,1 (1,46 ∗

10−4 0,47

+

𝜀 𝑑1

100

+

100 0,25 ) 𝑅𝑒 0,25

) 282436,9

42

= 0,0161

- Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là: ∆𝑝1 = 𝜆1 ∗

𝑙1

∗ 𝜌1 ∗

𝑑1

𝜔2 2

= 0,0161 ∗

1 0,47

∗ 1,205 ∗

9,052 2

= 1,69(N/m2 )

* Trở lực trên đoạn ống thẳng từ calorifer đến cút cong - Chiều dài dàn ống 𝑙2 = 0,8 m - Chọn đường ống dạng hình hộp chữ nhật có chiều rộng 0,6m chiều cao 0,54m Ta có đường kính tương đương: dtd =

4𝑆 𝐶

=

4∗0,54 ∗0,6 2(0,6+0,54)

= 0,57

- Vận tốc khí đi trong đường ống là:

𝜔2 =

𝑉2 𝐹2

Trong đó: V2 = VB = 8748,15 (m3 /h)=2,43(m3 /s) 𝐹2 = 0,54 ∗ 0,6 = 0,32(m2 )  𝑠𝑢𝑦 𝑟𝑎 𝜔2 =

2,43 0,32

= 7,59(m/s)

*Tại 𝑡 = 85℃: - 𝜌2 = 0,986(kg/m3 ) và 𝑣2 = 21,595 ∗ 10−6 (m2/s) - Chuẩn số Re: Re =

ω2 ∗ d 7,59 ∗ 0,57 = = 200338,04 > 4000 v2 21,595 ∗ 10−6

 Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy. - Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức: 𝜆2 = 0,1(1,46 ∗

𝜀 𝑑2

+

100 0,25 ) 𝑅𝑒

43

0,25

10−4 100 𝜆2 = 0,1 (1,46 ∗ + ) 0,57 200338,04

= 0,0166

- Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là: l2 ω22 0,8 7,592 ∆p2 = λ2 ∗ ∗ ρ ∗ = 0,0166 ∗ ∗ 0,986 ∗ = 0,66(N/m2 ) d2 2 0,57 2 *Trở lực tại cút cong: - Chọn đường ống có chiểu rộng 0,6m chiều cao 0,54m - Ta có: ∆p′3 = ξ ∗

ω2 2∗g

∗γ

Trong đó: ξ = 0,18 trở cục bộ, γ trọng lượng riêng của không khí γ = g ∗ ρ = 9,81 ∗ 1,000 = 9,81(N/m3 ) Với: g = 9,81(m/s 2 ) gia tốc trọng trường ρ = 1,000 (kg/m3 ) khối lượng riêng của không khí ở 80℃ ω = 7,59m/s vận tốc không khí trong ống Suy ra: 7,592 ∆p′3 = 0,18 ∗ ∗ 9,81 = 5,18 (N/m2 ) 2 ∗ 9,81 * Đoạn đường ống có 1 cút cong và 1 cút thẳng:  ∆p3 = 2 ∗ ∆p′3 = 2 ∗ 5,18 = 10,36(N/m2 ) - Trở lực theo kinh nghiệm ∆p4 = 70(N/m2 ) - Trở lực đoạn ống kiểu vát vào hầm sấy: ∆p5 = 20 (N/m2 ) * Trở lực trong hầm sấy: 44

Hầm sấy có các tầng sấy xe goong song song nhau, mỗi tầng xe cách nhau 100 mm. Như vậy, có thể coi rằng không khí qua các kênh có kích thước như sau: - Chiều rộng kênh: BK = BH = 1100 mm - Chiều dài kênh: LK = LH = 11600 mm - Chiều cao kênh: HK = 100 mm - Vận tốc gió trong hầm: v = 1,94 m/s - Giả sử trở lực trên 1m chiều dài là 0,08 N/m2  Trở lực trên 11,6 m chiều dài là 11,6*0,08=0,93 N/m2  Trở lực trong cả hầm sấy là 0,93* 13 =12,09 N/m2 Vậy trở lực trong hầm là ∆p6 = 12,09 N/m2  Tổng trở lực: ∆p = ∆p1 + ∆p2 + ∆p3 +∆p4 + ∆p5 + ∆p6 = 114,8 N/m2 2. Chọn quạt - Với trở lực ∆p = 114,8 N/m2 và V0 = 8594.3(m3 /h) ta chọn quạt li tâm No7, chế độ làm việc có hiệu suất ŋ= 0,7 - Công suất của quạt: V0 ∗ ∆p ∗ 10−3 8594,3 ∗ 114,8 ∗ 10−3 N= = = 0,39 kW ŋ ∗ 3600 0,7 ∗ 3600 - Công suất của động cơ chạy quạt là:

45

Nđc =

N 0,39 ∗ φ= ∗ 1,2 = 0,468 kW ŋtd 1

( ở đây quạt nối trực tiếp với động cơ nên ŋtd = 1, hệ số dự phòng φ = 1,2)

46

KẾT LUẬN Hệ thống sấy củ cải bằng hầm sấy là hệ thống gọn nhẹ, được vận hành một cánh đơn giản, không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp và không gian làm việc rộng. Sấy hầm mang lại hiệu quả cao do có năng suất lớn và có thể làm việc liên tục. Sầy hầm không chỉ thích hợp cho củ cải mà còn phù hợp cho nhiều loại vật liệu dạng hạt, lát hoặc cục nhỏ. Tuy nhiên, sấy hầm khó đảm bảo phân phối gió đồng đều theo tiết diện của hầm sấy. Mặc dù vậy, sản phẩm sau sấy vẫn có chất lượng cao hơn các phương pháp sấy theo phương pháp thủ công, thời gian bảo quản kéo dài và nâng cao chất lượng cảm quan. Sấy hầm đang được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nhằm nâng cao chất lượng mang lại nhiều lợi ích về kinh tế. Chúng em đã cố gắng vận dụng kiến thức đã học cũng như tham khảo tài liệu để hoàn thành đồ án này. Trong quá trình làm không tránh khỏi những sai xót, mong thầy cô góp ý để em hoàn thiện bài của mình hơn và rút kinh nghiệm cho các đồ án sau. Em xin chân thành cảm ơn!

47

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Trần Văn Phú- Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-NXBGD [2] : Trần Văn Phú- Kỹ thuật sấy – NXBGD [3] : Hoàng Văn Chước- thiết kế hệ thống thiết bị sấy-NXBKHKT [4] : Hoàng Văn Chước – Kỹ thuật sấy – NXBKHKT [5] : Các tác giả- sổ tay QTTB tập 1-NXBKHKT [6] : Các tác giả- sổ tay QTTB tập 2-NXBKHKT [7] : Tôn Thất Minh- Các quá trình và thiết bị chuyển khối-NXBBKHN [8] : Nguyễn Văn May – Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm – NXBKHKT

48