Huỳnh Văn Lập_62130931_62Cnnl_Đồ Án Sấy.. - Sao Chép - Sao Chép.pdf

Đồ Án Sấy Khoa Cơ Khí Môn học RE335 Đồ án lò hơi Giảng viên hướng dẫn LÊ NHƯ CHÍNH Lớp 62CNNL Họ Và Tên Huỳnh Văn Lập MỤC LỤC A LỜI NÓI ĐẦU 5 B NỘI DUNG 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ VẬT[.]

Đồ Án Sấy

Khoa: Cơ Khí

Lớp

62CNNL

MỤC LỤC

A LỜI NÓI ĐẦU 5

B NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ VẬT LIỆU SẤY 6

1 CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY THÍCH HỢP 6

1.1 SẤY TỰ NHIÊN 6

1.2 SẤY THĂNG HOA 6

1.3 SẤY BƠM NHIỆT 7

1.4 SẤY HỒNG NGOẠI 7

1.5 KẾT LUẬN 7

1.6 CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM NHIỆT 8

2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY 10

2.1 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU SẤY 10

2.2 TIÊU CHUẨN CHỌN VẬT LIỆU ĐẠT CHẤT LƯỢNG 13

2.3 THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG

14 2.4 QUY TRÌNH XỬ LÝ

15 3 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA BÀI TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY 16

4 THÔNG SỐ ĐỊA LÝ VÀ KHÍ TƯỢNG 16

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 17

1 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CỦA THIẾT BỊ SẤY CẦN THIẾT KẾ

17 1.2 ĐỒ THỊ I-D 18 1.3 GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ

2.3.2 NHIỆT ĐỂ LÀM NÓNG NGUYÊN LIỆU SẤY

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THỎA LUẬN 27

DANH MỤC CÁC BẢNG

33

CÁC ĐẠI LƯỢNG 34

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY

1.1 Tổng quan về phương pháp sấy:

1.1.1 Khái niệm:

Sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp cho nó một lượng nhiệt

1.1.3 Phân loại quá trình sấy:

Người ta phân biệt ra hai loại:

− 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)

+ Ưu điểm: 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)

+ Nhược điểm: thực hiện cơ giới hoá khó, chi phí lao động nhiều, cường độ sấy không cao, chất lượng sản phẩm không cao, phụ thuộc vào thời tiết, thời gian nhiều,…

− Sấy nhân tạo: là quá trình cần cung cấp nhiệt, được thực hiện trong thiết bị sấy

+ Ưu điểm: quá trình này sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy

tự nhiên

+ Nhược điểm: khá tốn kém và cầu kì

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: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu Đây là phương pháp sấy được dung rộng rãi cho cả sấy hoa quả và sấy hạt

+ Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại

+ Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt

+ Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên

+ Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng tháy thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa

1.2 Tổng quan về vật liệu sấy:

1.2.1 Giới thiệu vật liệu sấy:

Mãng cầu là một loại hoa quả phổ biến vì hương vị thơm ngon và những lợi ích sức khỏe ấn tượng Mãng cầu xiêm rất giàu chất dinh dưỡng và cung cấp một lượng chất xơ và vitamin C và rất ít calo

Mãng cầu cũng chứa một lượng nhỏ niacin, riboflavin, folate và sắt Điều thú vị là nhiều bộ phận của quả được sử dụng làm thuốc, bao gồm cả lá, quả và thân.Quả này cũng được sử dụng trong nấu ăn và thậm chí có thể được dùng như 1 vị thuốc trong y học cổ truyền Nhiều nghiên cứu cũng đã phát hiện ra thêm nhiều lợi ích sức khỏe của mãng cầu xiêm trong những năm gần đây

Một số nghiên cứu còn phát hiện ra rằng mãng cầu xiêm có thể giúp giảm viêm, làm chậm sự phát triển của tế bào ung thư Một số khác cho thấy mãng cầu xiêm có nhiều chất chống oxy hóa, có thể giúp ngăn ngừa tổn thương tế bào và có thể giảm nguy cơ mắc bệnh mãn tính

Mãng cầu được trồng nhiều ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới Nhưng đặc biệt trái này rất dễ dập và hư hỏng, khi dập vết hỏng sẽ lan rất nhanh và nhanh chóng hư cả quả Như vậy rất khó bảo quản và vận chuyển trái mãng cầu tươi trong những chuyến đi xa Đó là lý do tại sao nhiều người yêu thích mãng cầu xiêm lại ăn mãng cầu sấy thăng hoa để thay thế

Hình 1- Mãng cầu xiêm

1.2.2 Tiêu chuẩn chọn mãng cầu :

Bạn nên chọn những quả mãng cầu xiêm có da còn tươi, vừa mới hái xong, vỏ màu vàng

nhạt, láng bóng Đặc biệt, phần mắt gai cần phải to, mềm, khoảng cách giữa các gai rộng Đây là những quả đã chín, múi mọng và ngọt, ít hạt, lột vỏ rất dễ Dù có làm mứt hay sinh

tố, mãng cầu dằm nhuyễn ăn cũng rất ngon

Hình 1- 1 Quy trình lựa chọn mãng cầu

Nếu phần vỏ ngoài quá mềm thì đây là trái mãng cầu đã quá chín, dễ úng và đôi khi còn bị hư hỏng bên trong

Bạn có thể dùng tay vỗ nhẹ vào thân quả, nếu phát ra âm thanh to, vang thì đây là những quả bị rỗng bên trong, ăn sẽ không ngon

Quy trình thu hoạch

+ Chỉ số chín thu hoạch mãng cầu:

Mãng cầu nên được thu hoạch đúng thời điểm dựa trên chỉ số chín (dựa vào các yếu tố như thời gian từ lúc trồng, độ nở của gai), mãng cầu nên thu hái vào ngày 78 ± 2 tính từ

lúc đậu quả đạt chất lượng tốt nhất khi đến tay người dùng, kéo dài thời gian tồn trữ Tuy nhiên hiện nay việc xác định chỉ số thu hái chỉ theo kinh nghiệm người trồng hoặc theo yêu cầu của bên thu mua là chính, chủ yếu dựa trên thời gian trồng, độ nở của gai + Thời điểm thu hoạch:

Thời điểm thu hoạch mãng cầu tốt nhất vào buổi sáng sớm hoặc chiều mát, không thực hiện vào giữa trưa vì lúc này nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh sẽ làm cho quả bị stress, nhanh hỏng Hạn chế thu hoạch vào thời điểm có sương mù hoặc trời mưa, lúc này trái mãng cầu dễ bị nhiễm nấm bệnh

Phân loại:

Mãng cầu sau khi thu hoạch sẽ được cho vào thùng nhựa trắng 20 lít và vận chuyển về nhà sơ chế, tại đây quả được cắt chừa cuống 1 cm và phân loại, những quả không đạt yêu cầu về khối lượng và hình dạng, bị sâu bệnh sẽ loại bỏ để thuận tiện cho công đoạn đóng gói, bảo quản và vận chuyển

Yêu cầu tối thiểu của mãng cầu sau thu hoạch: quả phải còn nguyên vẹn, chắc, cứng, không bị dập, trầy xước; quả và cuống còn tươi, không bị sâu bệnh, rệp sáp Quả có kích đồng đều, màu sáng, chưa bị mềm; phải đạt yêu cầu về độ chín sinh lý thể hiện qua hình dáng bên ngoài, độ nở của gai, độ Brix đạt ít nhất là 9,50 Brix

Phân loại: theo 3 kích cỡ trọng lượng, loại 1 ≥350g/quả, loại 2 từ 300 đến ≤ 350g/quả, loại 3 < 300g/quả Quả loại 2 và 3 xuất khẩu đi nước ngoài tùy theo thị trường tiêu thụ, quả loại 3 tiêu thụ nội địa

Xử lý sơ bộ:

Loại bỏ những quả bị sâu, dập nát, bị trầy xước trong quá trình vận chuyển và cắt bớt cuống lá Những quả mãng cầu bị rệp sáp bám trên bề mặt thì sử dụng vòi xịt khí để làm sạch rệp sá

ử lý bằng dung dịch chitosan 2%:

Xếp quả mãng cầu lên khay nhựa kích thước 438x293x252 mm (20kg/rổ) vào dung dịch chitosan 2% được đựng trong thùng inox (kích thước 1.800×1.600×800 mm) trong khoảng 1 phút, vớt quả ra và làm ráo bằng quạt công nghiệp trong vòng 30 phút

Đóng gói:

Mãng cầu sau khi thu hái được bao trong lưới xốp và xếp vào thùng carton để hạn chế

va chạm trong quá trình vận chuyển Quả sau khi để ráo cho vào thùng carton 3 lớp dày 5mm (27x35x37 cm), có đục lỗ (8 lỗ/thùng) thông gió kích thước 2,5 cm được bố trí đối xứng nhau, trọng lượng 20 kg/thùng Thùng carton được lót 1 lớp giấy báo xuống đáy thùng, xếp lần lượt các lớp quả mãng cầu vào thùng (chú ý xếp cuống quả xuống phía

dưới), khi xếp hết 1 lớp cần có 1 lớp giấy báo ngăn cách để tránh trầy xước quả Dán niêm phong đã xử lý theo ký hiệu riêng của cán bộ kiểm dịch thực vật nước nhập (đối với mãng cầu xuất khẩu)

Trong nông hộ hiện nay, để tránh thâm đen quả, tránh bị sây sát trong quá trình vận chuyển thường dùng các loại lá mềm, bản to dùng bao gói Ngoài ra có thể dùng giấy

Hiệu quả bảo quản Sản phẩm:

Đối với mãng cầu bảo quản ở 100C sẽ bảo quản được 12 ngày thích hợp với việc vận chuyển đi xa Mãng cầu bảo quản tại nhiệt độ 300C tiêu thụ trong nước, tại các siêu thị,

có thời hạn bảo quản lên đến 5 ngày Sản phẩm khi đưa ra thị trường phải còn cứng, màu sắc còn sáng, không bị mềm

Việc sử dụng chitosan kết hợp với zeolite/Cu2+ không ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng cũng như môi trường xung quanh, góp phần hạn chế việc sử dụng hóa chất độc hại tràn lan trên thị trường Ngoài ra còn thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghệ trước và sau thu hoạch, góp phần giải quyết vấn đề cấp thiết trong lĩnh vực bảo quản quả mãng cầu của Việt Nam đang trong tình trạng thiếu công nghệ bảo quản dẫn đến tổn thất sau thu hoạch còn cao

dẻo giữ màu đẹp, giữ mùi vị thơm ngon

Hình 1- 2 Mãng cầu trước khi được sấy

ẩm trong trái cây sấy dẻo vào khoảng 30% (sấy khô độ ẩm là 5 - 20%)

Về cách làm mãng cầu xiêm sấy dẻo, đầu tiền các bạn cần sơ chế và thái lát

Mãng cầu xiêm cũng giống như các loại mãng cầu khác, khi sơ chế không yêu cầu kỹ thuật gì đặc biệt Các bạn chỉ cần bóc vỏ sau đó rửa sạch là được Sau khi đã rửa sạch, các bạn thái lát và bỏ hạt mãng cầu đi

CHƯƠNG 2:THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

2.1 Nguyên lý cấu tạo của thiết bị sấy

Sơ đồ nguyên lí hoạt động sáy hoa củ quả

11- buồng lạnh đông và thăng hoa

12- van tiết lưu

13-van điện từ

14- phin lọc

2.2Thông số ban đầu và thông số địa lí, khí tượng:

Thông số ban đầu của Cà Chua :

1 Năng suất sấy của hệ thống mvật liệu cuối = 600kg/mẻ

2 Độ ẩm tương đối ban đầu của vật liệu Wđầu = 77% [ 4 ]

3 Độ ẩm cuối Wcuối = 7% [ 4 ]

4 Nhiệt độ không khí ngoài trời Tkhông khí = 270C (khu vực Nha Trang)

5 Thời gian sấy là 4h (1 mẻ)

6 Nhiệt độ không khí sau sấy : T = 350C

7 Nhiệt độ cấp nhiệt :T= 650C

Thiết bị được xây dựng va lắp đặt tại thành phố Nha Trang, Khánh Hòa

Thông số địa lí và khí tượng:

Thành phố Nha Trang: T=270C, 𝜑 = 80%

2.2 Tính kích thước buồng sấy :

Chọn sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy như trên hình 6.9

1 Là trạng thái không khí sau giàn lạnh

2 Trạng thái không khí sau giàn nóng

3 Trạng thái không khí trước giàn lạnh

2.3.1.1 số lượng giá đỡ nguyên liệu sấy

Chọn kích thước của giá đỡ nguyên liệu sấy như hình 6.10 -chiều dài:Lx= 0,75m

-chiều rộng :Qx =0.,5m

-chiều cao: Hx= 0,8m

Hình 2.4 giá đỡ nguyên liệu sấy

+ Số ngăn lưới cho giá đỡ nguyên liệu sấy:

Chọn khoảng cách giữa 2 ngăn lưới: h=150:200mm chọn h=0,2m

+ khối lương cá xếp trên ngăn lưới:

Thể tích của cá xếp trên 1 ngăn lưới: Vi=a.Wx.Lx.𝛽

+ số lượng giá đỡ cần thiết: Z= 𝒎𝟏

𝒎 𝒊=𝟐𝟎𝟎

𝟏𝟎,𝟓=19,01 Chọn 20 giá đỡ

6.3.1.2 tính kích thước buồng sấy

+ chiều rộng của buồng sấy (R):

Hình 2.5 bố trí giá đỡ theo chiều rộng buồng sấy

Chiều rộng buồng sấy:

R= 𝑍1 𝑊𝑋 +2𝑅1+(𝑍1-1)𝑅2

𝑍1: Số lượng giá đỡ xếp theo 1 hàng chiều rộng phòng sấy: 𝑍1=2 giá đỡ

𝑊𝑋: chiều rộng của giá đỡ; 𝑊𝑋=0,5m

𝑅1: khoảng cách giữa giá đỡ và tường phòng sấy theo chiều rộng

𝑅2: khoảng cách giữa 2 giá đỡ, theo chiều rộng; 𝑅2=100÷150mm

Trạng thái:

0-1: Không khí bên ngoài vào và được tách ẩm

1-2 : Không khí được gia nhiệt

2-2’: Gia nhiệt bổ sung

2’-3: Không khí sau khi sấy và được thổi ra ngoài

2.2 Phương pháp tính toán thiết kế

2.2.1 Xác định kích thước cơ bản của phòng sấy

Số ngăn lưới cho một xe gòong:

Zi = Hx

h + 1 (2.1) Trong đó:

Zi: Số ngăn lưới cho một xe gòong (Ngăn)

Hx: Chiều cao của xe gòong (m)

h: Khoảng cách giữa các ngăn lưới

Thể tích vật liệu sấy trên một ngăn lưới:

Vi = Lx Wx δ (2.2)

Trong đó:

𝑉𝑖: Thể tích của vật liệu sấy trên một ngăn lưới (𝑚3)

Lx: Chiều dài của xe gòong (m)

Wx: Chiều rộng của xe gòong (m)

δ: Độ dày của lớp vật liệu sấy trên một ngăn lưới

Khối lượng vật liệu sấy trên một ngăn lưới:

gi = Vi ρ VLS (2.3)

Trong đó:

gi: Khối lượng của vật liệu sấy trên một ngăn lưới (kg)

ρ VLS: Khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/𝑚3)

Vi: Thể tích của vật liệu sấy trên một ngăn lưới (𝑚3)

Khối lượng vật liệu sấy xếp trên một giá đỡ nguyên liệu:

mi = gi Z i (2.4)

Trong đó:

mi: Khối lượng vật liệu sấy xếp trên một giá đỡ nguyên liệu(kg)

gi: Khối lượng của vật liệu sấy trên một ngăn lưới (kg)

Zi: Số ngăn lưới cho một giá đỡ (Ngăn)

Số lượng giá đỡ cần thiết

Z = 𝑚1

𝑚𝑖 (2.5)

𝑚1: Khối lượng của nguyên liệu sấy (kg)

𝑚𝑖 : Khối lượng vật liệu sấy xếp trên một giá đỡ nguyên liệu(kg)

Chiều dài bên trong buồng sấy:

D = Z2.Lx+(Z2 – 1) d2 + 2d1 (2.6)

Trong đó:

D: Chiều dài buồng sấy (m)

Z2: Số giá đỡ xếp theo một hàng theo chiều dài của phòng sấy (Giá đỡ)

L x: Chiều dài của xe gòong (m)

d1: Khoảng cách giữa giá đỡ và tường phòng sấy theo chiều dài phòng sấy (m)

d2: Khoảng cách 2 giá đỡ theo chiều dài (m)

Chiều rộng bên trong buồng sấy:

R = Z1.Wx+(Z1 – 1) R2 + 2R1 (2.7)

Trong đó:

R: Chiều rộng buồng sấy (m)

Z1: Số giá đỡ xếp theo một hàng theo chiều rộng của phòng sấy (giá đỡ)

Wx: Chiều rộng của giá đỡ (m)

R1: Khoảng cách giữa giá đỡ và tường phòng sấy theo chiều rộng(m)

R2: Khoảng cách giữa 2 giá theo chiều rộng (m)

Chiều cao bên trong buồng sấy:

H1 = Hx + h1 + h2 (2.8)

Trong đó:

H1: Chiều cao của ngăn sấy khi chưa phủ (m)

Hx: Chiều cao của giá đỡ (m)

Z1: Số giá đỡ xếp theo một hàng theo chiều rộng của phòng sấy (giá đỡ)

Z2: Số giá đỡ xếp theo một hàng theo chiều dài của phòng sấy (Giá đỡ) Z: Số lượng giá đỡ cần thiết

2.2.2 Lưu lượng của không khí

Lượng ẩm thoát ra khỏi nguyên liệu sấy:

W= m1 𝑊1−w2

100−w2 (2.10)

Trong đó:

W: Lượng ẩm thoát ra khỏi nguyên liệu sấy (kg)

m1: Lưu lượng của sản phẩm trước khi sấy (kg/mẻ)

w1: Độ ẩm ban đầu của sản phẩm (%)

w2: Độ ẩm lúc sau của sản phẩm (%)

Lưu lượng của sản phẩm sau khi sấy

𝑚2 = 𝑚1 – W (2.11)

Trong đó:

W: Lượng ẩm thoát ra khỏi nguyên liệu sấy (kg)

m1: Lưu lượng của sản phẩm trước khi sấy (kg/mẻ)

m2: Lưu lượng của sản phẩm sau khi sấy (kg/mẻ)

2.2.3 Tính năng suất quạt theo lý thuyết

Lưu lượng không khí khô cần thiết:

L = W

(d3−d2)τ (2.12) Trong đó:

L: Lượng không khí khô cần thiết trong quá trình sấy (kg/h)

W: Lượng ẩm bay hơi trong 1h (kg/h)

d3: Độ chứa hơi của không khí trong phòng sấy (kg/kg𝑘3)

𝑑2: Độ chứa hơi của không khí khi đi vào dàn ngưng (kg/kg𝑘3)

τ : Thời gian sấy (t)

Lưu lượng khối lượng của không khí ẩm qua quạt gió:

mq = L + Ld3 (2.13)

Trong đó:

mq: Lưu lượng khối lượng của không khí ẩm qua quạt gió (kg/h)

L: Lượng không khí khô cần thiết trong quá trình sấy (kg/h)

d3: Độ chứa hơi của không khí trong phòng sấy (kg/kg𝑘3)

Năng suất quạt theo lý thuyết:

VqLT = mq

ρ 3 (2.14)

VqLT: Năng suất quạt theo lý thuyết (m3/h)

mq: Lưu lượng khối lượng của không khí ẩm qua quạt gió (kg/h)

ρ3: Khối lượng riêng của không khí ẩm trước khi vào quạt gió (kg/m3) Trong đó:

ρ3 = p3

RT3 (2.15)

VT: Năng suất quạt theo thực tế (m3/h)

F: Tiết diện ngang của không khí chuyển động qua phòng sấy

Lưu lượng không khí khô thực tế cần thiết

L = 𝑚𝑞

1+d 3 ) (2.18) Trong đó:

L: Lưu lượng không khí khô thực tế cần thiết (kg/s)

𝑚𝑞: Lưu lượng khối lượng quạt thực (kg/s)

d3: Độ chứa ẩm của không khí sau đi qua vật liệu sấy (kg/kg𝑘3)

2.2.4 Nhiệt lượng bức xạ mặt trời

Qbx = qbxFa (2.18’)

Trong đó

𝑄𝑏𝑥: Nhiệt lượng bức xạ mặt trời (kw)

F: Diện tích kính (m)

a: Hệ số góc chiếu của mặt trời

𝑞𝑏𝑥: Cường độ bức xạ trong ngày (W/𝑚2/ngày)

2.2 Lượng hơi đốt và diện tích cho calorifer

Tổn thất nhiệt để nâng nhiệt cho giá đỡ

Qs1 = Mxcx(tx2 − tx1) (2.19)

Trong đó:

Qs1: Tổn thất nhiệt để nâng nhiệt cho xe gòong (kj/mẻ sấy)

Mx: Khối lượng của xe (kg)

cx: Nhiệt dung riêng của kim loại (kj/kgK)

tx2: Nhiệt độ của xe sau quá trình nâng nhiệt (°C)

tx1: Nhiệt độ của xe vào buồng sấy (°C)

Tổn thất nhiệt để làm nóng vật liệu sấy

Qs2 = m1cvls(tv2 − tv1) (2.20) Trong đó:

𝑚1: Khối lượng nguyên liệu vào buồng sấy (kg)

𝑐𝑣𝑙𝑠: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy (kj/kgK)

𝑡𝑣2 : Nhiệt độ trung bình của vật liệu sấy trong phòng sấy (°C)

𝑡𝑣1: Nhiệt độ vào của không khí (°C)

Qs2: Tổn thất nhiệt làm nóng vật liệu sấy (kj/mẻ sấy)

Tổn thất qua kết cấu bao che

Qs3 = kFv(ts− t1) (2.21)

Trong đó:

Fv = 2H(D + R) + 2RD

H: Chiều cao của buồng sấy (m)

D: Chiều dài của buồng sấy (m)

R: Chiều rộng của buồng sấy (m)

Fv: Diện tích toàn phần của buồng sấy (𝑚2)

Hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt vách ngoài với không khí bên trong

Theo công thức gần đúng của Jurges (PL-V):

α = 5,8 + 3,9ꞷ (2.22)

Với ꞷ là vận tốc chuyển động của không khí

Từ công thức trên ta được

𝛼1 = 5,8 + 3,9𝜔1 (2.23)

Trong đó:

𝛼1: Hệ số trao đổi nhiệt giữa không khí bên trong với vách trong buồng sấy (W/𝑚2𝐾)

𝜔1: Vận tốc chuyển động bên trong phòng sấy (m/s)

𝛼2 = 5,8 + 3,9𝜔2 (2.24)

Trong đó:

𝛼2: Hệ số trao đổi nhiệt giữa không khí bên ngoài với vách ngoài buồng sấy (W/𝑚2𝐾)

𝜔2: Vận tốc chuyển động bên ngoài phòng sấy (m/s)

Hệ số truyền nhiệt của vách:

(2.25)

Trong đó

k: Hệ số truyền nhiệt của vách (W/𝑚2𝐾)

δi: Chiều dày của các vật liệu xây dựng (m)

λi: Hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu xây dựng (W/mk)

Từ phương trình cân bằng nhiệt

I2′: Entropi cần thiết cho calorier (kj/kg)

I3: Entropi sau khi sấy (kj/kg)

Qs: Nhiệt tổn thất của thiết bị sấy (kg/mẻ)

L: Lưu lượng không khí khô thực tế cần thiết (kg/s)

Nhiệt lượng cần thiết cho calorier:

Qk = L(I2′+ I1) (2.28)

Trong đó:

Qk: Nhiệt lượng cần thiết cho calorier (kw)

L: Lưu lượng không khí khô thực tế cần thiết (kg/s)

I2′: Entropi cần thiết cho calorier (kj/kg)

I3: Entropi sau khi sấy (kj/kg)

Năng suất lạnh của máy lạnh:

Q0 = L(I3+ I1) (2.29)

Trong đó:

Q0: Năng suất lạnh của máy lạnh (kw)

L: Lưu lượng không khí khô thực tế cần thiết (kg/s)

I3: Entropi sau khi sấy (kj/kg)

I1: Entropi khi vào dàn ngưng (kj/kg)

Hình 2.6– Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

SẤY BẰNG BƠM NHIẸT (sấy mãng cầu với năng suất 350kg/

mẻ)

Chọn môi chất nạp và các thông số của môi chất

Chọn môi chất nạp Môi chất của bơm nhiệt cũng có yêu cầu nhưđối với máy lạnh Ngày

nay, người ta vẫn dùng loại môi chất như: R12, R22, R502, R21, R113, R114 Do hệ

thống bơm nhiệt làm việc ở nhiệt độ cao nên ta cần chọn môi chất nhiệt có nhiệt độ sôi

cao So sánh khả năng ứng dụng rộng rãi và ưu điểm nổi bật của các môi chất nhiệt ta

chọn R22 làm môi chất lạnh cho bơm nhiệt

Nhiệt độ ngưng tụ: Dàn ngưng của bơm nhiệt có nhiệm vụ gia nhiệt cho không khí nên

môi trường làm mát dàn ngưng chính là tác nhân sấy Gọi tw2 là nhiệt độ không khí ra

khỏi dàn ngưng Theo yêu cầu thì tw2 = 40 0C kt∆ là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Theo

[14], đối với dàn ngưng giải nhiệt bằng gió, kt∆ = (10 – 15 0C) Ta chọn kt∆= 10 0C Khi

đó, nhiệt độ ngưng tụ của môi chất là: tk = tw2 + kt∆ = 40 + 10 = 50 0C 5.1.3

Nhiệt độ bay hơi: Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh có thể lấy như sau: t0 = tb - 0t∆ tb -

nhiệt độ không khí sau dàn bay hơi Theo yêu cầu của hệ thống sấy tb = 8 0C 0t∆: Hiệu

nhiệt độ yêu cầu.Theo [14] thì hiệu nhiệt độ tối ưu là 0t∆ = (8 – 13 0C) Ta chọn 0t∆ = 8

0C Như vậy nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là: t0 = 8 – 8 = 0 0C 5.1.4

Nhiệt độ hơi hút :Đểđảm bảo máy nén không hút phải lỏng người ta phải đảm bảo hơi

hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt

- th = t0 + h t∆Với môi chất R22, ta chọn h t∆ = 25 0C Vậy nhiệt độ hơi hút là: th = 0 + 25 =

Với nhiệt độ bay hơi t0 và nhiệt độ ngưng tụ tkđã chọn, tra bảng 9 – tính chất nhiệt

động của R22 ở trạng thái bão hòa – trang 318-320/[8] ta có áp suất bay hơi và ngưng tụ

tương ứng là:

t0 = 0 0C → p0 = 4,983 bar tk = 500C → pk = 19,395 bar Như

vậy, ta có tỉ số nén: 0 pp k =π = 983,4395,19 = 3,89 Với 1289,3<=π nên ta chọn máy nén 1 cấp

Mặt khác, môi chất lạnh sử dụng ởđây là R22 nên ta chọn sơđồ máy nén lạnh 1 cấp dùng

thiết bị hồi nhiệt

.2 7 Sơđồ, nguyên lý làm việc :

HN: thiết bị hồi nhiệt MN: máy nén

Tính toán chu trình

1 Lưu lượng môi chất tuần hoàn qua hệ thống

Lưu lượng môi chất tuần hoàn được xác định dựa vào năng suất lạnh của dàn bay hơi Q0

và công suất nhiệt Qk của dàn ngưng tụ Ở chương 4 ta đã tính toán được:

Q0tt = 8,7 kW; Qktt = 8,8 kW kJ

Xem hiệu suất của dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau: kηη=0= 0,7 Vậy công suất dàn ngưng của bơm nhiệt: Qk = 7,08,8=kkttQη=12,6 kW

Công suất dàn bay hơi của bơm nhiệt: Q0 = 7,07,800=ηttQ=12,4 kW

Do môi chất tuần hoàn trong bơm nhiệt nên lưu lượng môi chất qua dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau

Ta có:

+ Lưu lượng môi chất qua dàn nóng:

G0 = 53,5445,7224,124'10−=−iiQ = 0,07, kg/s

+ Lưu lượng môi chất qua dàn lạnh: Gk = 75,562927,7616,1232−=−iiQk= 0,063 kg/s

Ta thấy lưu lượng môi chất qua dàn nóng và dàn lạnh theo tính toán không bằng nhau

Do đó đểđảm bảo công suất của toàn hệ thống thì ta chọn lưu lượng lớn nhất Tức là: G = max(G0, Gk) = G0 = 0,07, kg/s

Khi đó công suất nhiệtsẽ là: Qk’ = G(i2 – i3) = 0,07.(761,927 – 562,75) = 13,94 kW

Công suất nhiệt sẽ thừa một lượng là: kQ∆ = Qk’ – Qk = 13,94 – 12,6 = 1,34 kW

2 Phụ tải của thiết bị hồi nhiệt: Qhn = G.(i1’ – i1) = 0,07.(722,5 – 704,28) = 1,2754 kW

3 Công tiêu thụ của máy nén: L = G(i2 – i1’) = 0,07.(761,927 – 722,5) = 2,76 kW

4 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt: Do sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh nên hệ số nhiệt của bơm nhiệt được tính theo công thức: φ = 67,267,24,12.2.200+=+=+llqlqqk = 10,3

5.3Tính toán các thiết bị trao đổi nhiệt của bơm nhiệt

5.3.1 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt không khí)

* Công dụng: Thiết bị ngưng tụ của bơm nhiệt có công dụng gia nhiệt cho không khí trước khi vào buồng sấy từ trạng thái bão hòa sau dàn lạnh đến nhiệt độ và độẩm yêu cầu trong quá trình sấy Việc sử dụng dàn ngưng của bơm nhiệt để thay thế cho thiết bị gia nhiệt sẽ làm giảm chi phí điện năng của hệ thống, qua đó làm giảm chi phí lắp đặt và vận hành của hệ thống sấy dùng bơm nhiệt

1.Chọn loại dàn ngưngTheo [20], ta chọn loại dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí đối

lưu cưỡng bức Cấu tạo gồm một dàn ống trao đổi nhiệt bằng thép hoặc ống đồng có cánh nhôm hoặc sắt bên ngoài, bước cánh nằm trong khoảng 3 – 10 mm Cấu tạo của thiết bịnhư hình vẽ sau:

Chọn ống cho dàn ngưng: Do môi chất là Freon R22 nên ta chọn ống đồng cánh nhôm để làm ống dẫn môi chất trong dàn ngưng Theo [18], các ống có cánh thường có thông số: + Ống: - Đường kính trong: dtr = 15 mm - Đường kính ngoài: dng = 18 mm - Bước ống: s1 = s2 = s = 34 mm - Chiều dài đoạn ống: l = 0,5 m + Cánh tròn:

- Chiều dày: cδ = 0,3 mm - Bước cánh: sc = 3,5 mm - Đường kính cánh dc = 32 mm

2.Các thông số cho trước + Công suất của dàn ngưng: Q k = 13,94 kW

+ Nhiệt độ không khí vào dàn: tkk’ = t1 = 8 0C

+ Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn: tkk” = t2 = 40 0C

+ Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = 50 0C

+ Lưu lượng môi chất qua dàn: G = 0,07 kg/s

+ Lưu lượng không khí qua dàn: Gkk = 0,27 kg/s

+ Tốc độ không khí đầu vào của dàn: ω = 1,5 m/s

3.Tính diện tích trao đổi nhiệt

* Tính độ chênh nhiệt độ trung bình

Trong thực tế, nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ giảm từ t2 xuống tk, giữ nguyên tktrong quá trình ngưng tụ nhưng lại giảm khi qúa lạnh Nhưng khi tính toán có thểcoi nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ là không đổi và bằng tk

* Xác định hệ số truyền nhiệt k

Do ống có chiều dày mỏng (d2/d1= 1,2 <1,4) nên quá trình truyền nhiệt trong vách trụ có thể coi là truyền nhiệt qua vách phẳng Lúc đó hệ số truyền nhiệt k có thể tính theo công thức (2-117)

𝝎𝒎𝒂𝒙=𝒅𝟐 𝝎

𝒔𝟏+

𝟐.𝒉𝜹𝒄 𝒔𝟏.𝒔𝒄

b) Tính hệ số trao đổi nhiệt bên trong:

Với hơi R22 ngưng trong ống nằm ngang ta có thể dùng công thức:

𝑎1=1,2.𝑎𝑁=1,2.0,728 (𝜑

3 𝑃2.𝑔.𝑟 𝜇.∆𝑡.𝑑 𝑛𝑔) ,W/𝑚2𝐾

Trong đó:

+ r = 154,03 kJ/kg - Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất

+ ρ=1085 kg/m3 - Khối lượng riêng của môi chất lỏng trong bình ngưng

+ anpha = 783 W/mK - Hệ số dẫn nhiệt của môi chất lỏng trong bình ngưng + ∆𝒕 = 𝒕 𝒌 − 𝒕𝒘 - Độ chênh nhiệt độ ngưng tụ và vách ống

– Gia tốc trọng trường g = 9,81 m

các thông số trên được lấy tạji 𝑡𝑘 =50°𝑐

4 Tính các thông số cụ thể của dàn ngưng

5.3.2 Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí)

* Công dụng

Dàn bay hơi có tác dụng nhận nhiệt của không khí chuyển động bên ngoài dàn làm nhiệt độ không khí giảm xuống dưới nhiệt độđọng sương để tách một phần ẩm của không khí trước khi vào dàn bay hơi đồng thời hóa hơi môi chất chuyển động bên trong dàn lạnh từ trạng thái lỏng đến trạng thái hơi bão hòa

* Thiết kế dàn bay hơi

Để phù hợp với môi chất R22, ta chọn ống đồng cánh nhôm hình vuông làm ống dẫn môi chất trong dàn.Các thông số của ông chọn như sau:

+ Ống: - Đường kính trong: dtr = 15 mm

+ Nhiệt độ bay hơi của môi chất trong dàn: t0 = 0 0C

Lưu lượng khối lượng môi chất trong dàn lạnh: G = 0,07 kg/s

+ Lưu lượng không khí qua dàn lạnh: Gk = 0,27 kg/s

+ Tốc độ không khí đầu vào dàn lạnh: 0 ω = 2,5 m/s

Tính các thông số cụ thể của dàn bay hơi:

Chọn sốống trên mổi hàng là m = 9

ống ta sẽ có số hàng ống trong dàn bay hơi là: z = n/m = 6

+ Kích thước của dàn: - Chiều rộng dàn: B = z.s2 = 6.0,036 = 0,216 m

- Chiều cao dàn: H = m.s1 = 9.0,036 = 0,324 m

- Chiều dài của dàn đã chọn L = 0,5 m

Cấu tạo dàn bay hơi như hình vẽ:

Thiết

bị hồi nhiệt:

* Công dụng

Thiết bị hồi nhiệt có tác dụng quá nhiệt hơi hút về máy nén để tránh hiện tượng thuỷ kích

và quá lạnh lỏng cao áp trước khi qua tiết lưu để giảm tổn thất lạnh do vantiết lưu

* Cấu tạo của thiết bị hồi nhiệt

Thiết bị hồi nhiệt có cấu tạo như hình vẽ:

1- Đường vào của hơi hạ áp

* Thông số thiết kế - Công suất thiết bị hồi nhiệt: Qhn = 1,2754 kW

- Nhiệt độ lỏng môi chất vào: tl’ = t3 = 50 0C

- Nhiệt độ lỏng môi chất ra: tl” = t3’ = 36 0C

- Nhiệt độ hơi môi chất vào: th’ = t1 = 0 0C

- Nhiệt độ hơi môi chất ra : th” = t1’ = 25 0C

1 Tính chọn đường kính ống

Với lỏng R22 chảy trong ống, tốc độ môi chất nằm trong khoảng (0,4 – 1) m/s (Theo bảng (6-3)-tốc độ chảy thích hợp/ trang 142/[18]) Ta chọn ω= 0,8 m/s * Lưu lượng thể tích của lỏng chảy trong ống là: V = G.v3 = 0,07.0,9213.10-3 = 6,45.10-5 m3/s

Theo kích thước tiêu chuẩn của đường ống trong bảng 6-2: Các loại ống đồng cho máy lạnh Freon/ trang 141/[18] ta chọn d1 = 10 mm Khi đó, đường kính ngoài là: d2 = 12 mm

* Đường kính của vòng xoắn: Chọn Dx = 80 mm Chọn khe hở giữa ống xoắn với vỏ thiết bị là mm10=δ Khi đó, đường kính trong của vỏ là: Dv = Dx + d2 +2.δ = 80 + 12 + 2.10 = 112 mm * Đường kính của phần lỏi quấn ống: Để dễ lắp đặt ta lấy khoảng hở giữa ống xoắn và lỏi quấn là lδ= 5mm

Qhn - Phụ tải của thiết bị hồi nhiệt Qhn = 1275,4 W

k - Hệ số truyền nhiệt, W/m2K tb t∆

- Độ chênh nhiệt độ lôgarit trung bình, 0K

* Tính độ chênh nhiệt độ trung bình Trong thực tế, nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ giảm

từ t2 xuống tk, giữ nguyên tktrong quá trình ngưng tụ nhưng lại giảm khi qúa lạnh Nhưng khi tính toán có thểcoi nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ là không đổi và bằng tk

Trong đó: maxt∆ - Hiệu nhiệt độ lớn nhất 250251'1max=−=−=∆ttt0C mint∆

s ε- Hệ số kểđến ảnh hưởng của bước ống Coi chùm ống có 2 dãy ống song song và bước ống s = R = 35 mm

Nhiệt độ trung bình của hơi môi chất trong thiết bị:

ttb = 0,5(t1 + t1’) = 0,5(0 +25) = 12,5 0C Tra bảng Phụ lục 3a – Tính chất vật lý trên đường bão hoà của R22 – Trang 272/[18] với nhiệt độ 12,5 0C ta có:

ρ = 30,964 kg/m3; μ= 1,295.10-6 Ns/m2; k λ= 10,295.10-3 W/mK; Pr = 1

* Ta có thể tính hệ số Re theo công thức sau và để ý v=∝

𝑝 :

Thay vào ta có: Nu = 0,26.(7,06.105)0,65.10,33.1.1,174 = 1934