Đồ Án Công Nghệ Sấy Mít.pdf

Mỗi hốc là 1 hạt thực ra là quả bế bao bởi 1 lớp nạc mềm màu vàng tức là bao hoa.Mít có nguồn gốc ở miền Nam Aán Độ và Malaysia, hiện được trồng khắp nước ta, trong các vườn gia đình, q

Mục lục

1 MỞ ĐẦU 2

1.1 Giới thiệu sơ lược về mít 2

1.2 Giới thiệu sơ lược về bơm nhiệt 2

1.3 Phương pháp thực hiện quá trình công nghệ: 2

2 PHẦN TÍNH TÓAN 4

2.1 Tính cân bằng vật chất và năng lượng 4

2.2 Tính chọn máy nén 10

2.3 Tính tóan thiết bị bốc hơi 11

2.4 Tính tóan thiết bị ngưng tụ trong 15

2.5 Tính tóan thiết bị ngưng tụ ngòai 18

2.6 Tính chọn quạt ly tâm 22

2.7 Tính chọn quạt hướng trục 22

2.8 Tính sơ bộ giá thành 23

3 KẾT LUẬN & ĐÁNH GIÁ 24

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

1 MỞ ĐẦU

1.1Giới thiệu sơ lược về mít

Mít -Artocarpus heterophyllus- thuộc họ Dâu tằm- Moraceae Cây

gỗ cao 12m tới 20m Lá hình trái xoan nguyên hay chia thùy về 1 phía, dài 10-20cm Cụm hoa đực (dái Mít) và cái đính trên thân cây hoặc trên các cành già Quả to hình trái xoan hay thuôn, dài tới 60 cm, nặng tới 20-30kg hay hơn nữa Quả mít chín có màu lục vàng, là 1 lọai quả kép gồm nhiều quả bế mang bởi

1 bao hoa nạc trên 1 đế hoa chung Mỗi hốc là 1 hạt (thực ra là quả bế) bao bởi 1 lớp nạc mềm màu vàng ( tức là bao hoa).Mít có nguồn gốc ở miền Nam Aán Độ và Malaysia, hiện được trồng khắp nước ta, trong các vườn gia đình, quanh khu dân cư, trên nương rẫy

Nhân dân ta dùng quả mít còn non để ăn luộc, xào, nấu canh, hoặc muối dưa chua; xơ mít tham gia vào thành phần 1 lọai dưa gọi là nhút (có vùng làm nhút nổi tiếng như Thanh Chương

ở Nghệ An); xơ mít chín cũng dùng muối nén ăn được như dưa chua Quả mít chín có các muối mít to, thơm ngọt dùng để ăn tươi, chế nước sinh tố, ăn luộc hoặc phơi khô làm rau ăn hoặc làm mứt khô hay ngâm trong xirô để tráng miệng Người ta xác định thành phần chủ yếu trong phần ăn được của mít: nước 72.3%; protein 1.7%; lipid 0.3%; đường tổng số 23.7% Trong

100 gam ăn được có: Ca 27g; P 38mg; Fe 0.6mg; Na 2 mg; K 407 mg; và các vitamin: tương đương caroten 235 UI; B1 0.09mg; B2 0.11mg; P 0.7 mg; C 9 mg Cứ 100 g mít sẽ cung cấp cho cơ thể 94 calo

Hạt mít cũng ăn được, có thể luộc, nướng hay rang chín, phơi khô làm bột hoặc ghế với cơm; bột này có khi được trộn với bột đậu tương để làm đậu phụ Lá mít dùng để nuôi gia súc có tác dụng kích thích sự tiết sữa

1.2Giới thiệu sơ lược về bơm nhiệt

Năm 1852, Thomson (Lord Kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên của thế giới Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt có bước phát triển riêng của mình Ngày nay bơm nhiệt đã trở nên quen thuộc và được ứng dụng trong các ngành kinh tế sử dụng nguồn nhiệt nhiệt độ thấp như:

- Công nghệ sấy và hút ẩm

- Công nghệ chưng cất, tách chất

- Các quá trình thu hồi nhiệt thải

- Công nghệ thực phẩm

1.3Phương pháp thực hiện quá trình công nghệ:

Ta sẽ thiết kế hệ thống sấy mít sử dụng bơm nhiệt, năng suất sản phẩm 50kg/mẻ

Mít nguyên liệu trước khi đem vô buồng sấy đã được chần sơ, nhiệt độ của mít lúc đưa vào buồng sấy là 35oC

Sau khi mít được đặt trên các khay đưa vào buồng sấy thì cửa buồng sẽ đóng kín, không khí trong buồng sẽ đi qua bộ xử lý không khí (gồm thiết bị bốc hơi, thiết bị ngưng tụ, quạt ly tâm),

không khí sẽ lần lượt được làm lạnh tách ẩm (trong thiết bị bốchơi)rồi được đun nóng( trong thiết bị ngưng tụ), sau đó nhờ quạt lytâm đưa vào buồng sấy Không khí sau khi qua buồng sấy sẽ lại được đưa vào bộ xử lý không khí, rồi lại vào buồng sấy.

Không khí trước khi vào buồng sấy có nhiệt độ 41oC, độ ẩm tương đối 60% Không khí ra khỏi buồng sấy có nhiệt độ 34oC, độ ẩm tương đối 96,4%

2 PHẦN TÍNH TÓAN

2.1Tính cân bằng vật chất và năng lượng

2.1.1Các thông số của không khí ngòai trời

Độ ẩm tương đối:

2.1.2Các thông số của mít

Nhiệt độ vào của mít : tv1=35(oC)

Nhiệt dung riêng : C=1360.6 (j/kg độ)

f = 1.38(m2/kg vật liệu khô)

Kích thước 1 múi: 5.5x3x1 (cm)

G2 (năng suất): 50kg/mẻ

Độ ẩm tuyệt đối ban đầu W1 :257%

Độ ẩm tuyệt đối của sản phẩm W2 :40%

Độ ẩm tuyệt đối cân bằng Wcb :15%

Khối lượng vật liệu khô:

= (50x100)/(100+40)=35.714 (kg/mẻ)

Số múi/kg vật liệu khô: N*= 276 (múi/kg vật liệu khô)

Số múi mít ứng với G2 :

N’= NxGo=276x35.714=9857.06 9858 (múi) (làm tròn lên)Diện tích 1 múi chiếm chỗ trên khay:

Diện tích bề mặt 1 khay: S= 1 (m2)

Số múi trên 1 khay :

N” = S/s’ = 548.25 549(múi/khay) (làm tròn lên)

Số khay cần:

n= N’/N” =9858/549=17.956 18(khay)

*Buồng sấy:

Tường buồng sấy làm bằng gạch đỏ dày 0.25m có hệ số dẫn nhiệt 0.7W/m2K

Chiều dài buồng sấy Lb =1.3(m)

Chiều rộng buồng sấy Wb =1.5(m)

Chiều cao buồng sấy Hb = 1.4(m)

Chiều cao 1 múi mít =0.01(m)

Chiều cao 18 lớp mít:

2.1.4Tính tóan quá trình sấy lý thuyết:

Chọn vận tốc của tác nhân sấy v=1.800 (m/s)

t1 : 41(oC)

1 :60%

Aùp suất hơi bão hòa của tác nhân sấy vào buồng sấy:

= 0.077 (bar)Hàm ẩm của tác nhân sấy vào buồng sấy:

= 0.622x0.6x0.077/(0.993-0.6x0.077)=0.030 (kg ẩm /kg không khí khô) (theo[7] công thức 1.6)

Entalpy của tác nhân sấy vào buồng sấy:

I1 = [t1 +d(2500+1.842t1)].1000=[41+0.03(2500+1.842x41)]=

119174.991

(j/kg không khí khô) (theo [7] công thức 1.15)

Khối lượng riêng của không khí vào buồng sấy:

=[1.293x273/(273+41)](1-0.378x0.6x0.077/0.993)= 1.104 (kg/m3)(theo [7] công thức 1.11)

2 = 0.993x0.033/[0.053x(0.622+0.033)]=95.336%

(theo [8] công thức 2.19)Giá trị 2 khá phù hợp do đó ta sẽ lấy nhiệt độ t2 = 34oC như đã chọn lúc trước

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm:

=1/(0.033-0.03)=346.705 (kg không khí khô/ kg ẩm)

(theo [8] công thức 7.14)

Lượng không khí khô cần thiết trong 1 giờ:

Lo = lo.W =346.705x26869.661 (kg không khí khô/h) (theo [8] công thức 7.14)

Hệ số trao đổi ẩm:

Trong đó

Pm =(Pb1 + Pb2 )/2: áp suất hơi trên bề mặt vật liệu sấy(tính 1 cách gần đúng)

P =(P1 + P2)/2: áp suất hơi trong tác nhân sấy

Tốc độ sấy đẳng tốc :

N = 100Jmf =100x0.678x1.38= 93.504 (%/h) (theo [7] công thức 5.63)

Hệ số sấy tương đối:

thức 5.25)

Độ ẩm tới hạn:

=1/0.007+15=182.778(%) (theo [7] công thức 3.36)

Thời gian sấy đẳng tốc:

(W1 – Wth)/N =(257-182.778)/93.504= 0.794 (h) (theo [7] công thức 5.67)

Thời gian sấy giảm tốc:

2.1.5Tính tóan quá trình sấy thực:

*Tổn thất qua kết cấu bao che:

Tường buồng sấy làm bằng gạch đỏ dày 0.25m có hệ số dẫn nhiệt 0.7W/m2K

Giả thiết nhiệt độ bề mặt trong của tường là tw1=33.924 (oC)Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong buồng sấy:

Với q1 = q2 nên có được tw2 = 30.576 (oC)

Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngòai của tường với không khí xung quanh:

q3 = 1.715(tw2 – tf2)1.333 =1.715(30.576-27)1.333= 9.374 (W/m2)

(tf2 là nhiệt độ môi trường xung quanh tf2 =27oC)

Kiểm tra lại điều kiện q3 = q1 nên giá trị tw1 = 33.924oC chọn ban đầu là chính xác

Tổn thất ra môi trường xung quanh:

(theo [8] bảng 7.1 trang142)

Tổng tổn thất qua kết cấu bao che:

Qbc = Qt + Qn =264582.776+234292.5= 498875.276 (J/h)

qbc = Qbc/W=498875.276/20.957 =11178.021(J/kg ẩm)

*Tổn thất do vật liệu sấy mang đi:

Chọn nhiệt độ ra của mít là tv2=36(oC)

Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:

Qv =G2Cv(tv2 – tv1)/ =50x1360.6(36-35)/ 3.698 = 18398.916 (J/h)

qv = Qv/W =18398.916/20.957= 877.806 (J/kg ẩm)

*Tính

= Ca tv1 - qbc -qv = 4180x35 - 11178.021 - 887.806 = 134234.173(J/kg ẩm)

(theo [8] công thức 7.20)

*Tính tóan lưu lượng tác nhân sấy:

i2 =1000(1.842t2 +2500) =1000(1.842x34+2500) = 2562628 (J/kg ẩm)

Cdx(d1) = 1000(Cpk + Cpad1) =1000(1+1.842x 0.03) = 1055.910 (j/kgđộ)(theo [8] trang173)

=0.03+1055.91(41-34)/(2562628-134234.173)= 0.033

(kg ẩm/ kg không khí khô)

: nhiệt độ trung bình trong buồng sấy (oK)

Khối lượng ẩm ứng với 1 m3 không khí khô (ở nhiệt độ trung bình trong buồng sấy):

= =1.286x0.0315=0.041 (kg ẩm/m3không khí khô)

=(0.03+0.033)/2=0.0315(kg ẩm/kg không khí khô)

Lưu lượng không khí khô qua buồng sấy:

*Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị I-d

IC =[tC

+dC(2500+1.842tC)]1000=[33.223+0.033(2500+1.842)]1000=118758.486

V=G.v1’ =0.154x0.04377= 0.0067379 (m3/s)=24.256(m3/h)

(theo [5] trang102)Hệ số chỉ thị thể tích:

(theo [5] trang102)Chọn C=0.05

Công suất đọan nhiệt:

Na = G(h2 – h1’)= 0.154(736.77-707.6)x1000= 4490.396 (W) (theo [5] trang102)

Công suất ma sát:

Nm = Vh.Pmx102x1000 = 0.008896x0.5x100x1000=444.825 (W)

(theo [5] trang102)

Công suất hiệu dụng:

Ne = Ni + Nm =5129.392+444.825 =5574.217 (W) (theo [5] trang102)

Công suất trên trục máy nén truyền động trực tiếp:

trang102)

Hệ số lạnh hiệu dụng:

Ke =Q2 /Ne = 19708/5574.217=3.536 (theo [5]trang102)

Theo [5], phụ lục 2, trang 526, ta chọn lọai máy nén pittông 1 cấp lọai F4C của hãng MYCOM (Nhật Bản), có các đặc tính kỹ thuật:D=65(mm)

S=50(mm)

z=4

Tốc độ quay:1000(v/phút)

Thể tích hút: 39.8(m3/h)

Năng suất lạnh:22700(kcal/h) 26.36(kW)

Công suất trên trục: 6.9(kW)

2.3Tính tóan thiết bị bốc hơi

Chọn bước cánh SC =0.005(m)

Bề dày cánh =0.0004(m)

Bước ống đứng S1 = 0.04(m)

Bước ống dọc theo dòng lưu chất ngòai ống S2 = 0.04(m)

Đường kính trong dtr = 0.014(m)

Đường kính ngòai dng = 0.016(m)

Chọn vận tốc dòng khí v2 (m/s) =4.5(m/s)

Chọn số cụm ống theo chiều không khí z =2

Chiều dài cánh theo chiều dài không khí:

=-0.28+0.08x2316.084/1000=-0.095 (theo [5]trang 150)

=1.36-0.24x2316.084/1000=1.304 (theo [5] trang 150)

A =0.321 (theo [5] trang 150)

150)

=0.419 x 2316.0840.518 x 10.362 -0.095 =18.648(theo [5] công thức 6.20)

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:

[5]trang 226)

=0.001/0.6176=0.00162(m2K/W)Với , là chiều dày lớp nước (m), hệ số dẫn nhiệt của nước

Lấy =0.001m, =0.6176 (W/m.K) (lấy ớ 30oC theo [10] trang133)

=1 + 2480 x 0.003 /2.371=4.184 (theo [5] công thức 6.71)

: biến thiên hàm ẩm và nhiệt độ không khí trứơc và sau khi đi qua bề mặt truyền nhiệt

=dB – dD = 0.033 - 0.03=0.003 (kg ẩm/ kg không khí khô)

Trong đó :

=1.15S1/dng =1.15x0.04/0.016= 2.875 (theo [5]trang 152)

Hiệu suất của cánh:

=th(79.887x0.021)/(79.887x0.021)=0.565 (theo [5] trang 152)

Diện tích cánh của 1 m ống:

=2[0.04x0.04 - 3.14x0.0162/4]/0.005=0.56(m2/m)(theo [5] trang 198)

Diện tích khỏang giữa các cánh của 1 m ống :

=3.14x0.016x(1-0.0004/0.005)=0.046 (m2/m) (theo [5] trang 198)

Tổng diện tích mặt ngòai có cánh của 1 m ống:

F = Fc + Fo =0.56+0.046=0.606 (m2/m) (theo [5]trang 198)

Diện tích bề mặt trong của 1 m ống:

Trong đó =0.85

Chọn nhiệt độ vách tv =7.599(oC)

Mật độ dòng nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt trong của ống:

qtr= =685(32.815-7.599)=17272.96 (W/m2) (theo [5] công thức 6.76)

Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

=21000/17270.332=1.216(m2) (theo [5] công thức 6.77)

Diện tích cho không khí đi qua:

fkh = V’/v2 =1.769 /4.5=0.393 (m2)

Diện tích bề mặt truyền nhiệt của 1 cụm ống ( khi bố trí các cụm ống dọc theo chiều chuyển động của không khí):

So sánh với giá trị z đã chọn ban đầu ta sẽ chọn z=2, ta sẽ có truyền nhịêt lớn hơn diện tích cần thiết và lấy nó làm công suất dự trữ cho thiết bị.

*Nhiệt độ sôi của R22 trong thiết bị bay hơi là to = 3oC

Khối lượng riêng của R22 lỏng =1274.2 (kg/m3)

Nếu ta xem lượng nhiệt làm quá nhiệt hơi R22 trong ống là

không đáng kể thì vận tốc của R22 lỏng trong ống là:

=4x21000/(3.14x0.0142x2x149410x1274.2)=0.35(m/s)(theo [5] trang 238)

Trong đó qo = h1 – h5 =149410(J/kg)

Mật độ dòng nhiệt về phía R22 do lỏng bay hơi:

= [1.355(7.599-3)]2.5(x1274.2/0.014)0.5=17301.97(W/m2) (theo[5] công thức 6.50)

trang219)

Vì qtr qa-tr từ đó ta thấy chọn tv = 7.599 oC hợp lý

Tổng chiều dài ống trong 1 cụm ống :

=0.393/(0.04-0.016-2x0.0004x0.012/0.005)=17.8

(m) (theo[5] công thức 6.81)

Số hàng ống trong 1 cụm ống :

=[17.8/(0.04x1.93)]0.5=15.184 chọn m=18Trong đó chọn K=1.93

Chiều dài của 1 ống trong cụm ống :

l = L1/m =17.8/18=0.989 1(m)

*Kiểm tra lại vận tốc không khí sau khi chọn m:

+Diện tích tiết diện cho không khí đi qua của 1 m chiều dài ống có cánh:

Lưu lượng R22 lỏng đi trong ống :

G*=Q2/qo =21000/149410=0.14(kg/s)

Vì v1 kk=4.5x1.116=5.022 (kg/m2s) nên theo [5] thì với vận tốc khối này các hạt nước vẫn chưa bay đi theo gió, do đó ta không cần phải đặt các thiết bị chắn phía sau thiết bị bay hơi

2.4Tính tóan thiết bị ngưng tụ trong

Công suất Q1 = (IA – ID)L/3600 =18926.948(j/s)

Chọn Q1 =19500(j/s)

Sử dụng thiết bị ngưng tụ cánh phẳng có ống làm bằng đồng, cánh làm bằng nhôm

Chọn bước cánh SC =0.003(m)

Bề dày cánh =0.0003(m)

Bước ống đứng S1=0.04(m)

Bước ống dọc theo dòng lưu chất ngòai ống S2=0.04(m)

Đường kính trong dtr =0.014(m)

Đường kính ngòai dng=0.016(m)

Chọn vận tốc dòng khí v1 =4(m/s)

Số cụm ống theo chiều không khí z=6

Chiều dài cánh theo chiều dài không khí L = S2.z=0.24(m)

Đường kính tương đương:

=2(0.04-0.016)(0.03-0.0003)/(0.04-0.016+0.003-0.0003)=0.0049(m)Công thức dùng để xác định Nu nói trên có thể sử dụng đượcbởi vì

=4x0.0049/(1.5x10-5)=1078.053 trong khỏang 2500

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:

=5.766x0.0257/0.0049=30.53(W/m2K)

trang 149)

=[2x30.53/(203.5x0.0003)]0.5=31.625Trong đó

Hệ số dẫn nhiệt của cánh c =203.5 (W/mđộ)

(theo [5] trang 237)

Chiều cao qui ước của cánh:

=0.5x0.016(2.875-1)(1+0.35ln2.875)=0.021(m)

Trong đó :

=1.15x0.04/0.016=2.875Hiệu suất của cánh:

=th(31.625x0.021)/(31.625x0.021)=0.879 (theo [5] công thức 6.22)

Diện tích cánh của 1 m ống:

=2[0.04x0.04 - 3.14x0.0162/4]/0.003=0.933(m2)Diện tích khỏang giữa các cánh của 1 m ống :

=3.14x0.016(1-0.0003/0.003)=0.045(m2)Tổng diện tích mặt ngòai có cánh của 1 m ống:

Vì qkh-tr qa-tr nên giá trị đã chọn ban đầu là chính xác

Diện tích bề mặt trong của bình ngưng:

Chọn chiều dài 1 ống là: l (m)

Tổng số ống trong bình ngưng:

=131.1 132 (ống)(làm tròn lên) (theo [5] trang189)

Chọn số ống thực n’=132(ống)

Số ống bố trí trên mặt chính diện:

Tổng diện tích cho không khí đi qua:

Fkh = n1.l.fkh =22x1x0.022=0.475(m2) (theo [5]trang190)

Vận tốc không khí:

v’1=V’/Fkh =1.769 /0.475=3.969(m/s) (theo [5]trang190)

So sánh với vận tốc đã chọn ban đầu v1 =4m/s ta có:

=(4-3.969)x100%/3.969=0.779(%)Vậy vận tốc đã chọn ban đầu là hợp lý

Lưu lượng R22 lỏng trong thiết bị:

G’=Q1/(h3 – h4) =19500/(716300-555970)= 0.123(kg/s)

2.5Tính tóan thiết bị ngưng tụ ngòai

Lưu lượng R22 lỏng trong thiết bị:

G’’=G* - G’ =0.14-0.123=0.017(kg/s)

Q3* = G’’(h3 – h4) = 0.017(716300-555970)=2725.6(J/s)

Lấy công suất của thiết bị ngưng tụ ngòai Q3 =2800(J/s)

Nhiệt độ không khí vào và ra khỏi thiết bị lần lượt là:t1 = 27oC,t2 = 29oC

Nhiệt độ trung bình của không khí trong thiết bị: 28oC

Thông số nhiệt vật lý của không khí ở 28oC (theo [5] trang 186)

Ckh =1009(j/kg)

=1.169(kg/m3)

Chọn bước cánh SC =0.004(m)

Bề dày cánh =0.0003(m)

Bước ống đứng S1=0.05(m)

Bước ống dọc theo dòng lưu chất ngòai ống S2=0.05(m)

Đường kính trong dtr =0.01(m)

Đường kính ngòai dng=0.012(m)

Chọn vận tốc dòng khí v3 =3(m/s)

Số cụm ống theo chiều không khí z=1

Chiều dài cánh theo chiều dài không khí L = S2.z=0.05(m)

Đường kính tương đương:

=2(0.05-0.012)(0.004-0.0003)/(0.05-0.012+0.004-0.0003)=0.0049(m)Công thức dùng để xác định Nu nói trên có thể sử dụng đượcbởi vì

=1.36-0.24x1271.54/1000=1.055 (theo [5]trang150)

=0.37x1.055=0.391

=0.391x1271.540.499x7.415-0.178=9.676 (theo [5] công thức 6.20)

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:

=9.676x0.0257/0.0049=36.875(W/m2K)

kk= 0.0257(W/m.độ) (theo [10] trang 149)

=[2x36.875/(203.5x0.0003)]0.5=34.757Trong đó

Hệ số dẫn nhiệt của cánh c =203.5 (W/mđộ)

(theo [5] trang 237)

Chiều cao qui ước của cánh:

=0.5x0.012x(4.792-1)(1+0.35ln4.792)=0.035(m)

Trong đó :

=1.15x0.05/0.012=4.792Hiệu suất của cánh:

=th(34.757x0.035)/( 34.757x0.035)=0.687 (theo [5] công thức 6.22)

Diện tích cánh của 1 m ống:

=2(0.05x0.05-3.14x0.0122/4)=1.193(m2)Diện tích khỏang giữa các cánh của 1 m ống :

=3.14x0.012(1-0.0003/0.004)=0.035(m2)Tổng diện tích mặt ngòai có cánh của 1 m ống:

Trong đó =0.85

Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi chất trong bình ngưng và không khí :

=(29-27)/ln[(45-27)/(45-29)]=16.98(OC)