Báo cáo cung cấp nhiệt đề tài thiết kế máy sấy lạnh nguyên liệu chuối với năng suất 50 kg 1 mẽ

Trong những năm 70 trở lại đây người ta ứng dụng kỹ thuật để tạo ra các sản phẩmkhô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm đa đạng thêm các mặt hàng sảnphẩm như: rau củ quả s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Báo cáo Cung Cấp Nhiệt

Đề tài: Thiết kế máy sấy lạnh nguyên liệu chuối với năng

Lời nhận xét của giáo viên

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triền từ những năm 50 đến 60 của thế kỷ

XX ở các Viện và các trường Đại học trên thế giới chủ yếu để giải quyết những vấn đềbảo quản các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp

Trong những năm 70 trở lại đây người ta ứng dụng kỹ thuật để tạo ra các sản phẩmkhô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm đa đạng thêm các mặt hàng sảnphẩm như: rau củ quả sấy, cá khô, tôm khô, sữa, cà phê,… Nước ta nằm trong vùng nhiệtđới ẩm gió mùa, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ sấy để sấy các loại nguyênvật liệu mang một ý nghĩa đặt biệt: Giảm trọng lượng, giảm chi phí chuyên chở, ngăn cản

sự sống xót của vi sinh vật trong thực phẩm, kết hợp các phương pháp sấy để tiết kiệmnăng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy để phù hợp với từng loại vật liệu, có thời gian bảoquản và chất lượng cao nhất

Trong nhiều loại trái cây, chuối là một trong những loại cây ăn quả quan trọng trênthế giới Tuy nhiên, chuối là cây ngắn ngày, thời gian thu hoạch nhanh (60-90 ngày) đãtạo ra áp lực tiêu thụ rất lớn đặc biệt vào đỉnh vụ, khối lượng sản phẩm lớn gây ứ đọng,

dễ bị hư hỏng bởi thời tiết nắng nóng, giá bán thấp gây thiệt hại nhiều cho nông dân

Do đó để giảm tổn thất quả chuối sau thu hoạch, một trong những biện pháp hiệu quảđược áp dụng là sấy khô để kéo dài thờ gian bảo quản, sau đó lựa chọn thời điểm và thịtrường thích hợp để tiêu thụ.Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy chuối phù hợpnhằm tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao với giá thành chế tạo và chi phí sấy thấp làvấn đề có ý nghĩa thực tiễn rất lớn và cũng là nhu cầu cấp thiết để ổn định và phát triểncây chuối trong giai đoạn hiện nay

Trong đồ án này, chúng em chọn thiết kế một hệ thống sấy dùng cho việc sấy sảnphẩm là chuối chín Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mangtính chất đào sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên sẽkhông tránh khỏi sai xót Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tìnhcủa giảng viên TS.Nguyễn Hiếu Nghĩa để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 5 năm 2019

Người thiết kế

Mục lục :

Lời nhận xét của giáo viên 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

1.1 Nguyên liệu 8

1.1.1 Tình hình sản xuất chuối 8

1.1.2 Phân loại chuối và giá trị dinh dưỡng của chuối 10

1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của chuối 12

1.2 Các thông số ban đầu 12

1.3 Giới thiệu máy sấy lạnh 13

1.3.1 Cấu tạo 13

CHƯƠNG 2 Cơ sở lý thuyết 14

2.1.1 Ưu điểm của phương pháp sấy lạnh 15

2.1.2 Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh 15

2.1.3 Tủ sấy lạnh mini 15

2.1.4 Tủ sấy lạnh 16

2.2 Một số công thức cơ bản trong tính toán thiết bị sấy: 17

2.2.1 Quá trình sấy lý thuyết : 17

2.2.2 Tính toán thông số điểm nút của TNS 18

2.2.3 Thời gian sấy τ 20

2.2.4 Tính toán nhiệt quá trình 21

CHƯƠNG 3 Thông số của tác nhân sấy và nguyên liệu sấy 23

3.1 Không khí ban đầu: 23

3.2 Không khí sau khi được đốt nóng : 23

3.2.1 Bảng thông số điểm nút lý thuyết 24

3.3 Tốc độ sấy và thời gian sấy 24

3.3.1 Tốc độ sấy 24

3.3.2 Thời gian đốt nóng vật liệu : 25

3.3.3 Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc τ 1 26

3.3.4 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc τ 2 26

3.4 Tính cân bằng vật chất: 27

3.5 Tính cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết 27

3.6 Tính toán thiết bị 28

3.6.1 Diện tích buồng sấy 28

3.6.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d 29

3.6.3 Tính toán tổn thất nhiệt ∆ 30

3.6.4 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qm 33

3.6.5 Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc 33

3.6.6 Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào q1 34

3.7 Quá trình sấy thực 35

3.7.1 Tính toán quá trình sấy thực tế 36

3.7.2 Tính toán nhiệt quá trình sấy thực tế 38

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT 40

4.1 Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt (Cơ sở lý thuyết ) 40

4.1.1 Môi chất và cặp môi chất 40

4.1.2 Máy nén lạnh 40

4.1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt 40

4.1.4 Thiết bị phụ của bơm nhiệt 40

4.1.5 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt 41

4.2 Chọn môi chất nạp 41

4.2.1 Nhiệt độ ngưng tụ 42

4.2.2 Nhiệt độ bay hơi 42

4.2.3 Nhiệt độ hơi hút 42

4.3 Tính toán chu trình bơm nhiệt máy lạnh 43

4.3.2 Sơ đồ, nguyên lý làm việc 43

4.3.3 Xây dựng đồ thị và lập bảng xác định các giá trị tại các điểm nút 44

4.3.4 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt: 48

4.3.5 Chọn máy nén 51

4.3.6 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt không khí) 53

4.3.7 Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí) 54

4.4 Chọn Đường ống dẫn môi chất 55

4.4.1 Đường ống đẩy 55

4.4.2 Đường ống hút 56

4.5 TÍNH TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT 56

4.5.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy 56

4.5.2 Tính toán trở lực của hệ thống 58

4.5.3 Chọn quạt 60

CHƯƠNG 5 Tính thời gian hoàn vốn và bản vẽ thiết kế 62

5.1 Thời gian hoàn vốn 62

5.2 Bản vẽ và bản vẽ chi tiết 65

KẾT LUẬN 71

Tài liệu tham khảo 72

Braxin và Trung Quốc chiếm một nửa của thế giới Điều này càng ngày càng tăng lên

Bảng 1.1 Sản lượng chuối của Brazil, India, China và Thế Giới năm 2004 (Đơn vị:

tấn) 3

Năm

BrazilIndiaChinaThế Giới

658356416744500624600079405360

Ở nước ta chuối là loại trái cây có diện tích trồng và sản lượng cao Nó chiếm 19%tổng diện tích cây ăn trái của Việt Nam hàng năm, cho sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn.Tuy nhiên, diện tích trồng chuối lại không tập trung Do đặc điểm là loại cây ngắn ngày,nhiều công dụng và ít tốn diện tích nên chuối được trồng ở rất nhiều nơi trong các vườncây ăn trái và hộ gia đình Một số tỉnh miền Trung và miền Nam có diện tích trồng chuốikhá lớn (Thanh Hóa, Nghệ An, Khánh Hòa, Đồng Nai, Sóc Trăng, Cà Mau có diện tích

từ 3.000 ha đến gần 8.000 ha) Trong khi đó các tỉnh miền Bắc có diện tích trồng chuốilớn nhất như Hải Phòng, Nam Định, Phú Thọ…chưa đạt đến 3.000 ha

Bảng 1.2 Diện tích trồng chuối theo vùng qua các năm (Đơn vị: ha)[3]

1810063002200155001050034001230027700

1754690212376158671064234931268927706

1740788492668160291071336301265330142

1640087002600164001140037001280031300

Bảng 1.3 Sản lượng chuối theo vùng qua các năm (Đơn vị: tấn)[3]

34270065200254009830010350041400146400274800

426161100575272851029669963644262150717330203

35218198517306912056669950453027162596351629

403500966003060011080011180058300175800366900

Trong năm 2017 vừa qua, ở Đông Nam Bộ tại những địa phương có diện tích trồngchuối lớn như Tây Ninh, Đồng Nai người trồng chuối lỗ nặng, giá chuối mua tại vườn

đã hạ xuống từ 2000 đến 3000 đồng/kg, thậm chí có nơi chỉ còn 500 đồng/kg6 Nguyênnhân là do đây là nơi tập trung trồng chuối nhiều, có sản lượng lớn nhưng sức mua rấtthấp Thương lái đến mua với giá rẻ nhưng chỉ mua chuối đẹp, quả đều Hợp đồng bánchuối với doanh nghiệp bị trì trệ Chuối mau chín, nhiều gia đình để chuối chin rụngngoài vườn mà không thu hoạch nên gây ứ đọng Một số chủ vườn buộc phải để chuốichín tại vườn rồi bỏ cho gia súc, gia cầm ăn gây lãng phí Từ đó biện pháp được đề ra để

xử lý lượng chuối tồn đọng sau thu hoạch là sấy bảo quản

1.1.2 Phân loại chuối và giá trị dinh dưỡng của chuối

nước nhiệt đới và là một trong những xứ sở của chuối Trải dài khắp đất nước, từ đồng bằng đến miền núi bất kì mùa nào cũng có mùa chuối Cây chuối ở Việt Nam được xem

là rau, quả và là lương thực thực phẩm không thể thiếu cho người và vật nuôi.

Bảng1.4 Phân loại theo tên gọi thông thường [3]

Chuối sứ

Dùng chế biến rất nhiều món như chè chuối, chuối chiên, chuối nướng, chuối luộc… Cây Chuối sứ còn được người nông dân Việt Nam dùng chế biến thức ăn cho gia súc, lá chuối sứ được dùng để gói bánh Ăn chuối sứ điều đặn mỗi ngày rất giúp ích cho

cơ bắp

Chuối cau

Quả nhỏ và mập, khi chín vỏ vàng, thịt thơm và hơi nhão Chuối Cau rất được ưa chuộng tại khu vực Châu Âu, đặc biệt là nước Pháp.

Chuối bơm

Dùng làm chuối sấy và bán rất nhiều

ở thị trường Việt Nam, ngoài ra chuối bơm giá rất rẻ nên thường được các doanh nghiệp trong và ngoài nước mua để chế biến thức ăn gia súc.

Chuối già

hương

Trái rất dài và cong, khi chín màu xanh, chuối già được xuất khẩu rất nhiều sang Châu Âu, đặc biệt là Pháp, chuối già rất nhiều chất dinh dưỡng, nó còn là một thực phẩm trái cây không thể thiếu của các vận động viên thể hình.

Chuối hột

Còn gọi là chuối chát thường được dân gian dùng chữa bệnh sỏi thận bằng cách dùng hạt nấu nước uống trong vài tháng Ngoài ra, nó cũng

có tác dụng chữa một số bệnh khác như cảm sốt, táo bón, hắc lào.

Chuối sáp

Có đặc trưng là không thể ăn sống

mà phải luộc chín Khi thưởng thức, chuối có cảm giác giòn sần sật, vị ngọt thanh.

Chuối cau lửa

Quả nhỏ và mập, khi chín vỏ đỏ cam, thịt thơm và hơi nhão.

Chuối táo quạ

Chuối táo quạ ra trái trực tiếp chứ không ra bắp như chuối thường, trái

to trung bình bằng cổ tay.

Giá trị dinh dưỡng: Chuối là một nguồn dinh dưỡng rất giàu chất sơ, kali, vitamin B6,vitamin C, chất chống oxi hóa và các dưỡng chất thực vật

1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của chuối

Chất béo chuyển hóa

Đối với sức khỏe, chuối là 1 loại trái cây rất tốt với sức khỏe Giúp tăng cường sức khỏetim mạch và sức khỏe hệ tiêu hóa

1.2 Các thông số ban đầu

Tính chất vật lý của chuối 5 :

 Khối lượng riêng: ρ = 977 kg/m3

 Nhiệt dung riêng: cvl = 1,0269 kJ/(kg.K)

 Độ dày chọn: δ = 2 mm

 Độ ẩm vật liệu sấy:

Nhiệt dung riêng của nước: cn = 4,186 kJ/kg.K

Không khí mang hơi ẩm lớn từ buồng sấy được đưa qua dàn lạnh, tại đây, nhiệt độ củakhông khí đuôc môi chất trong dàn lạnh hấp thụ, hơi nước được ngưng tụ thành giọt nướcchảy ra ngoài, qua cục lạnh là không khí khô có nhiệt độ thấp Chúng tiếp tục được đưaqua dàn nóng, tại đây không khí được sấy nóng và được đưa trở lại buồng sấy để sấy khôsản phẩm

Nguyên lý bơm nhiệt: môi chất từ cục lạnh hấp thụ nhiệt được đưa tới máy nén để nénđến áp suất cao, lúc này môi chất có nhiệt độ cao và được đưa qua dàn nóng Không khíkhô từ dàn lạnh được đưa qua dàn nóng được hấp thụ nhiêt đi vào buồng sấy, lúc này,

môi chất đã giảm nhiệt độ và được đưa tới van tiết lưu, qua van tiết lưu môi chất có ápsuất thấp đồng thời hạ nhiệt độ tới điểm đọng sương của hơi

CHƯƠNG 2 Cơ sở lý thuyết2.1 Sấy lạnh

Khái niệm: “Sấy lạnh là phương pháp sấy bằng tác nhân là không khí rất khô ở nhiệt độthấp hơn nhiệt độ sấy thông thường Dải nhiệt độ sấy từ 35-65 độ C, độ ẩm không khí sấyvào khoảng 10-30%”

Máy sấy lạnh được cấu thành bởi một máy bơm nhiệt được đặt trong một tủ sấy hoặc mộthầm sấy tùy theo quy mô Máy bơm nhiệt có một đầu nóng và đầu lạnh, đầu nóng sẽ cungcấp nhiệt lượng cho tác nhân sấy, còn đầu lạnh dùng để tách ẩm cho không khí sấy Do

đó, một số nơi, còn gọi máy sấy lạnh là máy sấy bơm nhiệt

Có thể hiểu nôm na, “Máy sấy lạnh là loại máy sấy hoạt động ở dải nhiệt độ thấp hơn

nhiệt độ sấy thông thường, vật sấy sẽ khô mau hơn do không khí sấy trong tủ được tách

ẩm và rất khô“

Hình 2 : Cấu tạo mấy sấy lạnh

2.1.1 Ưu điểm của phương pháp sấy lạnh

+ Tốc độ sấy nhanh hơn do không khí sấy đưa vào buồng sấy là rất khô Nếu sấy nhiệtgió hết 10h, thì với sấy lạnh, thời gian sấy giảm xuống còn 6-8h

+ Chất lượng vật sấy tốt hơn do được sấy ở nhiệt độ thấp hơn thông thường, không khísấy khô nên vật sấy không bị hầm, hấp, giữ được màu sắc đẹp hơn so với sấy nhiệt gió.Sấy nhiệt gió, độ ẩm không khí sấy thường rất cao và nóng nên nếu thoát ẩm không tốt,

có thể gây ra một trạng thái tương tự như lò hơi, ẩm độ cao khiến cho vật sấy mất màu,mất chất, mất vị

+ Tiết kiệm năng lượng: Phương pháp sấy nhiệt gió mất 1kW điện mới tách được 1,2kgnước, còn phương pháp sấy lạnh 1kW điện có thể tách được 3kg nước

2.1.2 Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh

+ Thiết bị đắt tiền

+ Máy phải nhập khẩu nên thời gian chờ đợi lâu

Một số thiết bị sấy lạnh

2.1.3 Tủ sấy lạnh mini

+ Công suất: 20kg sản phẩm tươi trong 1 mẻ.

+ Điện tiêu thụ 500W Điện gia đình

+ 6 khay sấy, diện tích sấy khoảng 1m vuông

2.1.4 Tủ sấy lạnh : dải nhiệt độ 55-65 độ C

+ Công suất: 100kg sản phẩm tươi /mẻ

+ Điện tiêu thụ: 1.2kW (+ 1kW cho chế độ sấy nhanh) Điện gia đình

+ 16 khay sấy, diện tích sấy 7 m vuông

Máy sấy lạnh có công suất lớn

2.2 Một số công thức cơ bản trong tính toán thiết bị sấy:

2.2.1 Quá trình sấy lý thuyết :

_Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời

_Điểm 1: Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh

_Điểm 2 : Trạng thái không khí sau dàn lạnh

_ Điểm 3 :Trạng thái không khí vào buồng sấy :

_Điểm 4 : Trạng thái không khí vào dàn lạnh :

Hình 2.1 : Đồ thị T-d của quá trình sấy lý thuyết

2.2.2 Tính toán thông số điểm nút của TNS

* Không khí ngoài trời ( điểm 0)

 Nhiệt độ t0 = 32C (Nhiệt độ trung bình hằng năm của TP Hồ Chí Minh)

 Độ ẩm tương đối φ0 = 80%

 Phân áp suất bão hòa của hơi nước:

 Độ chứa hơi:

kga/kgkkk

 Entanpy:

 Từ các thông số nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời, tra đồ thị I-d, ta xác địnhđươc nhiệt độ đọng sương ts = 25C ( Từ điểm O ( 32C,  = 80%), ta dóng đường

d = const cắt đường cong  = 100%, ta xác định được ts )

* Trạng thái không khí sau dàn lạnh (điểm 2)

Chọn trạng thái vào của không khí sau dàn lạnh có: t2 = 16C, φ2 = 100%

τ0 - Gian đoạn đốt nóng vật liệu (h)

τ1 - Gian đoạn sấy đẳng tốc (h)

τ2 - Gian đoạn sấy giảm tốc (h)

Do thời gian đốt nóng vật liệu τ0 không đáng kể nên có thể bỏ qua và thời gian sấyđược tính bằng tổng thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc.

Tính tốc độ sấy và thời gian sấy theo phương pháp Loukov

+ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α q được tính theo các công thức thực nghiệm theo độ lớncủa vận tốc khí đi qua vật liệu sấy:

 Trường hợp vận tốc tác nhân v ≤ 2 m/s, α q được tính theo:

 Trường hợp vận tốc tác nhân v < 5 m/s, α q được tính theo:

 Trường hợp vận tốc tác nhân v >5 m/s, α q được tính theo:

Do tốc độ gió chọn v = 2 – 3 m/s nên

+ Mật độ dòng nhiệt:

J q =α q .(t m −θ b)Trong đó:

 t m =45° C – Nhiệt độ tác nhân sấy khu vực tiếp xúc với VLS

+ Thời gian sấy đẳng tốc:

+ Thời gian sấy giảm tốc:

2.2.4 Tính toán nhiệt quá trình

Tính lượng ẩm cần bốc hơi từ nguyên liệu sấy:

W T =G1−G2

G2: khối lượng sản phẩm sau khi sấy, kg/mẻWT: lượng ẩm bốc hơi trong buồng sấy từ quá trình sấy, kg/mẻ

Tính lượng không khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy cho 1kg ẩm bốc hơi 1 :

d3 – độ chứa hơi ban đầu của không khí trước khi đưa vào calorifer(kg/kgkkk)

Khối lượng sản phẩm trong một mẻ là 50kg/mẻ:

CHƯƠNG 3 Thông số của tác nhân sấy và nguyên liệu sấy 3.1 Không khí ban đầu: [1]

 Nhiệt độ t0 = 32C (Nhiệt độ trung bình hằng năm của TP Hồ Chí Minh)

 Entanpy:

Độ ẩm tương đố:

3.2.1 Bảng thông số điểm nút lý thuyết

Bảng 3.1 Thông số điểm nút của không khí trong quá trình sấy

Khối lượng riêng: ρ = 977 kg/m3

Nhiệt dung riêng: cvl = 1,0269 kJ/(kg.K)0

Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,52 W/(m.K)

Độ dày chọn: δ = 5 mm

Độ ẩm vật liệu sấy:

Độ ẩm của chuối trước khi sấy: M1 = 75 – 80 %

Độ ẩm của chuối sau khi sấy: M2 = 18-20 %

Nhiệt dung riêng của nước: cn = 4,186 kJ/kg.K

Tốc độ gió chọn v = 2-3 m/s

3.3 Tốc độ sấy và thời gian sấy [1]

3.3.1 Tốc độ sấy

Với v = 2 – 3 m/s, ta có:

Nhiệt độ tác nhân sấy khu vực tiếp xúc với VLS: tm= 40° C

Nhiệt độ bề mặt VLS: θ b =t ư= ¿ 26°C ( Tra đồ thị I-d với t0 = 32°C,  = 80% )

δ ρ vls = 100.0,98

0,002.977=50,15 %h

3.3.2 Thời gian đốt nóng vật liệu :

Xác định thông số nhiệt độ theo quan hệ:

Trong đó: - , nhiệt độ TNS tính theo nhiệt độ trung bình trong buồng sấy

- θ1: nhiệt độ bề mặt bay hơi vật liệu,

Vậy

Trị số Biot khuếch tán nhiệt: Biq

Trong đó: - R = 25mm = 0,0025m

Từ đồ thị quan hệ Q/Qn = f(θ, Bi) ( phụ lục) ta xác định chuẩn số Fourier: Fo = 7

Thời gian đốt nóng vật liệu:

Hệ số sấy tương đương:

3.3.4 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc τ2

Thời gian sấy giảm tốc:

Lượng ẩm bay hơi trong một mẻ sấy là: 200 – 50 =150 (Kg/mẻ )

Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ là: W h=W T

τ = 15010,163=14,75 kg h

3.5 Tính cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết

Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm từ vật liệu là:

l0= 1d

4−d3=0,0334−0,01141 =45,45 (Kgkk/ Kgẩm )

Lượng không khí tuần hoàn trong cả quá trình sấy:

45,45.150= 6817,5 (Kgkk/ h )

Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1kg ẩm

Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:

Qlt = L0.q0 = 6817,5 24,619 = 167840,0325 kJ

Nhiệt lượng riêng làm ngưng tụ ẩm:

qnta lt = I4 – I1 = 126,153 – 11,414 = 114,739 J/kga

Nhiệt lượng làm ngưng tụ ẩm: Qnta = L0.qnta = 6817,5 114,739 = 782233,1325 kW

Lượng nhiệt cần thiết để tách 1kg nước: qdllt = I4 – I2 = 126,153 – 44,913 = 81,24 kJ/kgLượng nhiệt dàn lạnh thu được cho cả quá trình sấy:

Qdllt = L0.qdllt = 6817,5 81,24 = 553853,7 kJ

3.6 Tính toán thiết bị

3.6.1 Diện tích buồng sấy

Thể tích hữu dụng:

Kv: là hệ số điền đầy Kv = ( 0,4  0,5 ), chọn Kv = 0,5

Thể tích toàn bộ buồng sấy: V = Vh + Δ V, m3

Trong đó: Δ V - Thể tích của các khảng trống của kênh gió và các không gian đặt quạt

và các thiết bị sấy, m3 Theo kinh nghiệm ta chọn Δ V= (30 ¿ 40%)V Ta chọn Δ V =0,4.Vh = 0,4.0,82 = 0,328 m3

Vậy thể tích buồng sấy là: V = 0,4 + 0,328 = 0,728 m3

Với V đã tính toán được, ta chọn các kích thước của buồng sấy: Dài¿ Rộng ¿ Cao là:

L¿ B¿H = 2,5¿2¿1,2 (m3)

3.6.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d

Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế

Hình 3.1 Cân bằng nhiệt của quá trình sấy thực tếPhương trình cân b[ằng nhiệt cho thiết bị sấy:

Q + Qbs + WCntm1 + G2Cmtm1 + LI1 + Gvc.Cvctm1 = G2Cmtm2 + Q5 + LI3’ + Gvc.Cvc.tm2

Q + Qbs = L(I3’ – I1) + G2Cm(tm2 – tm1) + Q5 – WCn.tm1 + Gvc.Cvc.(tm2 – tm1)

Q + Qbs = Q2 + Qm + Q5 + Q1 + Qvc (*)

Trong đó :

 Q - Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy

 Qbs - Nhiệt lượng bổ sung

Do không dùng thiết bị gia nhiệt cho không khí sau dàn nóng nên Qbs = 0

 Q1 = - WCmtm1 - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào

 G2Cm.(tm2 – tm1) = Qm - Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra

 Q5 - Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che

 Gvc.Cvc.(tm2 – tm1) = Qvc - Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển

 Q2 = L(I4’ – I2) - Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy

Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua Qbs

Ta có: q = q1 + q2 + qvc + q5 + qm

Mà q = l(I3 – I2) hay l(I3 – I2) = l(I4’ – I2) + qvc +q5 + qm – Cntm1

Hay l(I4’ – I3) = Cntm1 - ( qvc + q5 + qm)

Đặt Cntm1 - (qvc + q5 + qm) =  - T bổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm

 Suy ra l(I4’ – I3) =  hay I4’ = I3 + /l

∆= nhiệt lượng bổ sung – nhiệt lượng tổn thất chung

3.6.3 Tính toán tổn thất nhiệt ∆

a) Tính nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che ra môi trường

 Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: tf = t0 = 320C

 Nhiệt độ bên trong buồng sấy: tf2 = 400C

 Buồng sấy có tường làm bằng thép có chiều dày δ= 3 mm Tra bảng phụ lục, ta

có hệ số dẫn nhiệt  = 46 W/mK

 Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức Q5 = K.F.t , (W)

Trong đó: F - Diện tích xung quanh của buồng sấy, m2

Buồng sấy là hình hộp có các thông số: L¿ B¿H = 2,5¿2¿ 1,2 = 6 (m 3 ) Ta tính tổng

diện tích xung quanh của buồng sấy:

F = 2(L.B + L.H + B.H) = 2.(2,5.2 + 2,5.1,2 +2.1,2 ) = 20,8 (m2)

 t - Độ chênh nhiệt độ bên trong và

bên ngoài buồng sấy , 0C

t = tf1 - tf2 = 40 – 32 = 80C

 K - Hệ số truyền nhiệt , W/m2K

K = ( 1

α1+ δ λ + 1 α2)−1

Với: 1, 2 - hệ số toả nhiệt từ tác nhân sấy

vách ngoài tới không khí bên ngoài , W/m2K

Để xác định  1 ,  2 ta dùng phương pháp lặp

 Giả thiết tw1 = 39,5 0C (nhiệt độ vách trong của tường ), ta có phương trình cân

bằng nhiệt: q = 1(tf1 -tw1) =

λ δ

(tw1-tw2) = 2(tw2 - tf2) Với tốc độ tác nhân sấy trong buồng sấy đã chọn ω= 2m/s (tốc độ không khí ω< 5 m/s)nên ta có:

 Hệ số toả nhiệt 1 được xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

= = 1,6.109

Ta có Gr.Pr = 1,6.109.0,69985 = 1,12.10 9 thuộc khoảng ( 2.10 7 – 1.10 13 )

Công thức tính Nusselt: [4]

Hệ số toả nhiệt 2 =

Nu λ

l = 140,197 0,02721,2 = 3,2 W/ m2 KSuy ra : q’ = 2(tw2 - tf2) = 3,2.(39,5 - 32) = 24 W/m2

*So sánh giữa q và q’

∆ q = ¿q−q '∨¿q¿ = ¿24,415−24∨24,415¿ ¿ = 0,017 ≈1,7 % < 5%

Sai số này rất nhỏ nên các kết quả tính trên có thể chấp nhận được

Vậy, hệ số truyền nhiệt: K = ( 1

Trong đó: Cm = 1,0269 kJ/(kg.K) – Nhiệt dung riêng của Chuối

Nhiệt độ vật liệu sấy vào: tm1 = t0 = 32 0C

Nhiệt độ vật liệu sấy ra: tm2 = tf1 = 40 0C

Vậy nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi:

Q m= 50.1,0269.(40 – 32) = 410,76 kJ

Suy ra:

3.6.5 Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc [1]

Khay sấy được làm bằng nhôm có bề dày δ= 3,5 mm Theo phụ lục V/271/[2] ta có

thông số của nhôm là: CAl = 0,86 kJ/kg; ρ Al = 2700 kg/m3 Với diện tích đã tính toán F =

L¿B = 2,5.2 = 5 m2 Chọn số khay sấy là n = 4 khay.

Vậy tổng diện tích khay sấy là:

∆ < 0, không có cấp nhiệt bổ sung Điểm 4’ trong quá trình sấy thực sẽ nằm lệch bên

trái điểm 4

Đồ thị I-d trong trường hợp sấy thực được biểu thị như sau:

3.7 Quá trình sấy thực

Hình 3.2 :Đồ thị T-d của Quá trình sấy lạnh thực tế

_Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời

_Điểm 1’: Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh trong sấy thực

_Điểm 2 : Trạng thái không khí sau dàn lạnh

_ Điểm 3 :Trạng thái không khí vào buồng sấy :

_Điểm 4’: Trạng thái không khí sau buồng sấy trong quá trình sấy thực tế

2 - 3: Quá trình gia nhiệt trong giàn nóng

3 - 4’: Quá trình sấy thực tế trong buồng sấy

4’ - 1’- 2: Quá trình làm lạnh không khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh trong trường hợpsấy thực tế

3.7.1 Tính toán quá trình sấy thực tế

* Điểm 0,2,3:

Thông số tại các điểm 0,2,3 không thay đổi so với quá trình sấy lý thuyết

* Điểm 4’:

Trong quá trình sấy thực tế tồn tại một giá trị nhiêt lượng tổn thất Δ nên:

Giả sử nhiệt độ t4’ = 35 oC Dựa vào quá trình sấy thực tế ta có