Tính toán lượng không khí khô và nhiệt cho đồ án sấy

CHÆÅNG I : VÁÛT LIÃÛU SÁÚY 1.1 Giåïi thiãûu váût liãûu sáúy: Váût liãûu sáúy laì thæïc àn nuäi täm. 1.1.1 Âáöu vaìo cuía váût liãûu sáúy: Thaình pháön chuí yãúu cuía váût liãûu sáúy gäöm: caï tæåi, âáûu naình, dáöu caï, dáöu mæûc, bäüt täm, cháút xå, cháút khoaïng. Nhæ váûy váût liãûu sáúy nhçn chung coï thaình phaìn dinh dæåîng laì prätãin, gluxit vaì khoaïng cháút. Hçnh daûng, kêch thæåïc: Træåïc khi âæa vaì sáúy thç váût liãûu sáúy âæåüc âæa qua maïy taûo hçnh goüi laì maïy viãn. Do âoï váût liãûu sáúy coï daûng hçnh truû troìn. Âæåìng kênh vaì chiãúu cao cuía 1 viãn váût liãûu sáúy tuìy thuäüc vaìo saín pháøm duìng laìm thæïc àn cho täm åí âäü tuäøi naìo. Kêch thæåïc: âæåìng kênh  chiãöu cao nhæ sau: (1,52,25); (1,82,7); (2,23,3); (2,53,75). Vç thãú ta tênh toaïn váût liãûu sáúy æïng våïi kêch thæåïc låïn nháút (2,53,75) mm. 1.1.2. Âáöu ra cuía váût liãûu sáúy: Saín pháøm sau khi sáúy laìm thæïc àn cho váût nuäi laì täm. Vç váûy âoìi hoíi phaíi âaím baío yãu cáöu vãö cháút læåüng dinh dæåîng, khäng gáy haûi cho täm. saín pháøm phaíi coï âæåüc muìi vë âàûc træng cuía nguyãn liãûu phäúi chãú, khäng âæåüc coï muìi kheït, mäúc. Qui trçnh saín xuáút: Caï tæåi  xay  pha dëch  cán âënh læåüng Bäüt âáûu naình, bäüt loüc, bäüt mç, khoaïng, bäüt caï, täm læåüng  taûo viãn  sáúy  laìm nguäüi  saìng  âoïng goïi  nháûp kho. Tênh toaïn váût liãûu sáúy: Caïc thäng säú ban âáöu cuía váût liãûu: Âäü áøm ban âáöu: = 25% (Luïc ban âáöu váût liãûu sáúy sau khi phäúi träün, laìm tåi xäúp thç = 28 30% nhæng khi ra khoíi maïy taûo viãn thç nhiãût âäü váût liãûu sáúy laì 55oC vaì mäüt pháön áøm âaî ra khoíi váût liãûu) . Âäü áøm váût liãûu sau khi sáúy: Âãø âaím baío âæåüc yãu cáöu baío quaín thç = 12%. Nhæ váûy caïc thäng säú ban âáöu âæåüc liãût kã nhæ sau: 1 = 25% C = 1,15 KJkg 2 = 12%  = 20 phuït (thåìi gian sáúy) tm1 = 55oC S = 500 kgm3 Tênh toaïn cán bàòng váût liãûu sáúy: Læåüng áøm thoaït ra trong quaï trçnh sáúy: kg áømh Læåüng váût liãûu sáúy âæa vaìo thuìng sáúy: kgh. Cäng nghãû sáúy: Phæång phaïp sáúy: Nhæ tênh cháút váût liãûu sáúy âaî nãu åí trãn thç viãûc læûa choün phæång phaïp sáúy âäúi læu laì thêch håüp. Båïi hiãûu quaí kinh tãú cao hån phæång phaïp sáúy bæïc xaû, màûc khaïc phæång phaïp sáúy naìy phuì håüp våïi thiãút bë sáúy cho váût liãûu naìy. Choün taïc nhán sáúy vaì mäi cháút mang nhiãût: Saín pháøm sau khi sáúy laìm thæïc àn cho täm vç thãú khäng âæåüc nhiãùm báøn, nhiãùm âäüc, coï muìi thåm nãn taïc nhán sáúy åí âáy âæåüc choün laì khäng khê noïng vaì mäi cháút mang nhiãût laì håi baîo hoìa âãø tiãûn cho viãûc âiãöu chènh nhiãût âäü taïc nhán sáúy khi cáön thiãút. Màûc khaïc, thaình pháön chuí yãúu cuía váût liãûu sáúy laì protein vaì gluxit nãn nhiãût âäü taïc nhán sáúy cho pheïp laì (110115oC) vaì choün nhiãût âäü taïc nhán sáúy vaìo thuìng sáúy laì t1 = 105oC Thiãút bë sáúy: Hçnh daûng vaì kêch thæåïc cuía váût liãûu sáúy âäöng âãöu, daûng haût, nhoí. Âàûc biãût luïc âáöu âæa vaìo sáúy coï thãø dênh cuûc laûi våïi nhau nãúu duìng caïc thiãút bë sáúy ténh (âäúi våïi váût liãûu vaì thiãút bë) Viãûc choün thiãút bë sáúy thuìng quay laì thêch håüp våïi caïc âàûc âiãøm phán têch åí trãn. Màûc khaïc, viãûc sáúy liãn tuûc åí thiãút bë naìy táûn duûng âæåüc læpængj nhiãût coï trong váût sáúy, luïc ra khoíi maïy taûo viãn nhiãût âäü âaî 25oC vaì nhåì bàng taíi âæa ngay vaìo thuìng sáúy. Âàûc biãût âäü áøm chãnh lãûch cuía váût liãûu sáúy luïc âæa vaìo vaì luïc sáúy xong tæång âäúi nhoí. Qui trçnh cäng nghãû: Váût liãûu vaì khäng khê noïng âi cuìng chiãöu vaìo thuìng sáúy, khäng khê âæåüc quaût âáøy (5) âáøy vaìo caloraphe (4), håi næåïc baîo hoìa âi trong äúng caloraphe laìm noïng khäng khê âãún 115oC, khäng khê tiãúp tuûc âi vaìo thuìng (3), khê thaíi âi vaìo xyclon (2), váût liãûu råi tråí laûi coìn khê thoaït ra ngoaìi. Váût liãûu tæì maïy taûo viãn âæåüc bàng taíi âæa vaìo thuìng tiãúp liãûu nhåì coï bäü pháûn hæåïng liãûu âæa vaìo thuìng quay theo chiãöu nghiãng cuía thuìng quay, váût liãûu sáúy trao âäøi nhiãût våïi khäng khê noïng, quaï trçnh trao âäøi nhiãût, áøm xaíy ra vaì váût liãûu sáúy khä âi vaìo phãøu chæïa saín pháøm vaì âæåüc âoïng bao.

CHƯƠNG I : VẬT LIỆU SẤY

1.1 Giới thiệu vật liệu sấy:

Vật liệu sấy là thức ăn nuôi tôm

1.1.1 Đầu vào của vật liệu sấy:

Thành phần chủ yếu của vật liệu sấy gồm: cá tươi, đậu nành, dầu cá, dầu mực, bột tôm, chất xơ, chất khoáng

Như vậy vật liệu sấy nhìn chung có thành phàn dinh dưỡng là prôtêin, gluxit và khoáng chất

Hình dạng, kích thước:

Trước khi đưa và sấy thì vật liệu sấy được đưa qua máy tạo hình gọi là máy viên Do đó vật liệu sấy có dạng hình trụ tròn Đường kính và chiếu cao của 1 viên vật liệu sấy tùy thuộc vào sản phẩm dùng làm thức ăn cho tôm ở độ tuổi nào

Kích thước: đường kính  chiều cao như sau:

(1,52,25); (1,82,7); (2,23,3); (2,53,75)

Vì thế ta tính toán vật liệu sấy ứng với kích thước lớn nhất (2,53,75) mm

1.1.2 Đầu ra của vật liệu sấy:

Sản phẩm sau khi sấy làm thức ăn cho vật nuôi là tôm Vì vậy đòi hỏi phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng dinh dưỡng, không gây hại cho tôm sản phẩm phải có được mùi

vị đặc trưng của nguyên liệu phối chế, không được có mùi khét, mốc

Qui trình sản xuất:

Cá tươi  xay  pha dịch  cân định lượng

Bột đậu nành, bột lọc, bột mì, khoáng, bột cá, tôm

lượng  tạo viên  sấy  làm nguội  sàng  đóng gói  nhập kho

Tính toán vật liệu sấy:

Các thông số ban đầu của vật liệu:

Độ ẩm ban đầu: = 25% (Lúc ban đầu vật liệu sấy sau khi phối trộn, làm tơi xốp thì = 28 30% nhưng khi ra khỏi máy tạo viên thì nhiệt độ vật liệu sấy là 55oC và một phần ẩm đã ra khỏi vật liệu)

Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: Để đảm bảo được yêu cầu bảo quản thì = 12%

Như vậy các thông số ban đầu được liệt kê như sau:

2 = 12%  = 20 phút (thời gian sấy)

tm1 = 55oC

S = 500 kg/m3

Tính toán cân bằng vật liệu sấy:

Lượng ẩm thoát ra trong quá trình sấy:

 phối trộn  trộn dịch

334 , 173 25 100

12 25 100 100

.

1

2 1



















G

Lượng vật liệu sấy đưa vào thùng sấy:

334 , 1173 1000

334 , 173 2

Công nghệ sấy:

Phương pháp sấy:

Như tính chất vật liệu sấy đã nêu ở trên thì việc lựa chọn phương pháp sấy đối lưu là thích hợp Bới hiệu quả kinh tế cao hơn phương pháp sấy bức xạ, mặc khác phương pháp sấy này phù hợp với thiết bị sấy cho vật liệu này Chọn tác nhân sấy và môi chất mang nhiệt:

Sản phẩm sau khi sấy làm thức ăn cho tôm vì thế không được nhiễm bẩn, nhiễm độc, có mùi thơm nên tác nhân sấy

ở đây được chọn là không khí nóng và môi chất mang nhiệt là hơi bão hòa để tiện cho việc điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy khi cần thiết Mặc khác, thành phần chủ yếu của vật liệu sấy là protein và gluxit nên nhiệt độ tác nhân sấy cho phép là (110115oC) và chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy là t1 = 105oC

Thiết bị sấy:

Hình dạng và kích thước của vật liệu sấy đồng đều, dạng hạt, nhỏ Đặc biệt lúc đầu đưa vào sấy có thể dính cục lại với nhau nếu dùng các thiết bị sấy tĩnh (đối với vật liệu và thiết bị)

Việc chọn thiết bị sấy thùng quay là thích hợp với các đặc điểm phân tích ở trên Mặc khác, việc sấy liên tục ở thiết bị này tận dụng được lưpưngj nhiệt có trong vật sấy, lúc ra khỏi máy tạo viên nhiệt độ đã 25oC và nhờ băng tải đưa ngay vào thùng sấy Đặc biệt độ ẩm chênh lệch của vật liệu sấy lúc đưa vào và lúc sấy xong tương đối nhỏ

Qui trình công nghệ:

Vật liệu và không khí nóng đi cùng chiều vào thùng sấy, không khí được quạt đẩy (5) đẩy vào caloraphe (4), hơi nước bão hòa đi trong ống caloraphe làm nóng không khí đến 115oC, không khí tiếp tục đi vào thùng (3), khí thải đi vào xyclon (2), vật liệu rơi trở lại còn khí thoát ra ngoài Vật liệu từ máy tạo viên được băng tải đưa vào thùng tiếp liệu nhờ có bộ phận hướng liệu đưa vào thùng quay theo chiều nghiêng của thùng quay, vật liệu sấy trao đổi nhiệt với không khí nóng, quá trình trao đổi nhiệt, ẩm xảy ra và vật liệu sấy khô đi vào phểu chứa sản phẩm và được đóng bao

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Kích thước thiết bị:

Thể tích thùng quay:







.

1

G

V 

Trong đó: V: thể tích thùng quay

G1: Khối lượng vật liệu đi vào thùng quay G1

= 1173,334 kg/h

 : thời gian : 20 phút

 = (0,20,3), chọn  = 0,25: hệ số đền đầy

60 25 , 0 500

20 334 , 1173





Đường kính và chiều dài thùng sấy:

Ta chọn tỷ số: L/D = 3,5

Ta có:

4

14 , 3 5 , 3 4

5 , 3 4

D

14 , 3 5 , 3

13 , 3 4

5 , 3

4

3





V

Chọn D = 1,2 m (chọn theo tiêu chuẩn)

Chiều dài L = 3,5.1,2 = 4,2 m

CHƯƠNG III: TÍNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ KHÔ VÀ NHIỆT

Các thông số tác nhân sấy:

Theo điều kiện khí hậu Việt Nam ta chọn:

to = 22oC

 = 85%

P = 745mmHg = 99333,33 N/m2

Ở to = 22oC có Pbh = 0,0272 bar = 2668,32 N/m2

 Ph = .Pbh = 0,85.2668,32 = 2668 N/m2

2268 33

, 99333

2268

622





 h

h

P P

P

g ẩm/Kg(kkk)

Io = Ck.t + 0,001.do.(r + Ch.t)

Io = 22 + 0,001.14,5.(2493 + 1,97.22) = 58,77 KJ/Kg(kkk)

d1 = do = 14,5 g/Kg(kkk)

t1 = 115oC  Pbh = 99333,33 N/m2

8958 , 2262 5

, 14 622

5 , 14 33 , 99333 622

1

1









d

d P

33 , 99333

8958 , 2262

1

bh

h

P

P



I1 = Ck.t1 + 0,001.d1.(r + Ch.t1)

I1 = 115 + 0,001.14,5.(2493 + 1,97.115)

Nhiệt độ vật sấy ra khỏi thiết bị sấy:







) 100 (

2350







v

C

5 , 18 2

12 25 2

2 1









 



37 , 0 18 , 4

55 , 1





v

55 20 ln 10 20 5 , 18 ) 5 , 18 100 (

31 , 0

2350







 Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy:

t2 = 2 + (510oC)

 t2 = 55 + 7 = 62oC

ta có I1 = I20

) 62 97 , 1 2493 (

001 , 0

62 43 , 154 )

(

001 ,

2 2 2

0















t C r

t I d

h

g/kgẩm

 2 = 28%

 Lưu lượng không khí khô cần làm bay hơi 1 kg ẩm

96 , 47 5 , 14 35 , 35

1000 1000

0 2











d d

L = W.l = 173,334.47,96 = 8313 kgkkk/h

Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra:

qm = 0 (do nhiệt độ vật sấy lúc vào thùng sấy bằng nhiệt độ vật sấy lúc ra khỏi thùng sấy = 55oC)

Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang ra ngoài:

) (

.l t t C

014 , 1 5 , 14 001 , 0 1

97 , 1 5 , 14 001 , 0 1 001

, 0 1

001 , 0















o

h o kk

k

d

C d C

C

035 , 1 31 , 37 001 , 0 1

97 1 31 , 37 001 , 0 1 001

, 0 1

001 , 0

2

2













d

C d C

0245 , 1 2

014 , 1 035 , 1 2

0 2









 k k

k

C C

 q2 = 1,0245.47,96.(62-22) = 1965,4 kJ/kg ẩm

Nhiệt lượng có ích:

q1 = i2 - Ch.tm1

q1 = (r + 1,97.t2) - 1,97.55 = 2493 + 1,97.62 - 1,97.55 =

2506,79 kJ/kg ẩm

Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trước qui trình sấy V1

V1 = v1.L (ứng với t1 = 110oC, 1 = 2,2% : v1 = 1,15 m3/kg)

V1 = 1,15.2,1 = 2,415 m3/s

V2 = v2.L (ứng với t1 = 62oC, 2 = 28% : v1 = 1,02 m3/kg)

V2 = 1,02.2,1 = 2,142 m3/s

28 , 2 2

415 , 2 142 , 2







Tiết diện tự do của thùng sấy:

4

25 , 0 1 ).

1 (

2

D F

F td    TS   

4

2 , 1 14 , 3 25 , 0 1

2







td

 tốc độ tác nhân sấy lý thuyết:

68 , 2 85 , 0

28 , 2







td o

F

V

Giả thiết tốc độ tác nhân sấy quy trình sấy thực tế:

W = 3,5 m/s < 5 m/s

Hệ số trao đổi nhiệt tác nhân sấy bề mặt trong thùng sấy

1 = 6,15 + 4,17.v

1 = 6,15 + 4,17.3,5 = 18,66 W/m2.oK

Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy bên trong thùng sấy:

tf1 = 0,5(t1 + t2) = 0,5(110 + 62) = 86oC

Nhiệt độ mặt trong thùng sấy:

ttr = tf1 - 6 = 86 - 6 = 80oC

Nhiệt độ môi trường ngoài thùng sấy:

tf2 = 22oC

Thùng sấy làm bằng thép dày 1 = 3 mm có 1 = 71,58 W/

m2.oK Lớp vật liệu cách nhiệt amiăng dày 50mm, 2 = 0,15 W/

m2.oK, bên ngoài phủ 1 lớp tôn có phủ một lớp sơn bảo vệ, 3

= 1 mm, 3 = 45,5 W/m2.oK

Xác định 2: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa bề mặt ngoài thùng sấy

Đường kính ngoài thùng sấy:

Dng = 1,2 + 2.0,05 + 0,003.2 + 0,001.2 = 1,3m.

Nhiệt tải riêng không khí nóng vào tường trong thùng sấy :

q1v = .t

Chọn nhiệt độ tường trong thùng sấy nhỏ hơn tác nhân sấy trung bình

t = 6oC

 q1v= 18,66.6 = 111,96 kJ/kg ẩm

Giả sử quá trình truyền nhiệt là ổn định:







i i

ng t v

t t

q





5 , 45

1 58 , 71

003 , 0 15 , 0

05 , 0

i

i





     80  111 , 96 0 , 355  40

;

1

i

i v tr

t



C

tng = 40oC = tw2

tf2 = 22oC

Tra bảng ta xác đinh được các thông số không khí ở tf2 =

22oC:

 = 15,08.10-6 m2/s

g = 9,81 m/s

 = = =0,0039

' 2

3

2 g. .d . t Gr





 với t’ = tng - tf2 = 43 - 22 = 21

2 6

3 '

2

3

) 10 08 , 15 (

3 , 1 0039 , 0 81 , 9

.







Gr f





Prf2 = 0,703

Prw = 0,699

Grf2.Prf2 = 0,703.7762,1.106 = 5456,75.106 > 109

Pr

703 , 0 ) Pr (

15 , 0

25 , 0 33

, 0 2 2













w f

f

Nu



 d

Nu f 2.

3 , 1

10 59 , 2 245

2



d

Nu f 



 1,63

88 , 4

1 335 , 0 66 , 18 1

1 1

1 1

2 1















 



K

W/m2.độ

4

3 , 1 2 2 , 4 3 , 1 4

2

2 2













L D

 mật độ dùng nhiệt:

q = K.t = 1,63.(91 - 22) = 112,47 W/m2

65 , 8015 797

, 19 47 , 112 6 , 3 1

10



F q

24 , 46 334 , 173

65 , 8015 5

W

Q

q5 = 46,24 kJ/kg ẩm

q1 = 2506,79 kJ/kg ẩm

q2 = 1965,4 kJ/kg ẩm

Quá trình sấy thực:

Giá trị :

 = Cn.tm1 - (q.v + q5) = 4,18.22 - (46,24) = 45,72

38 , 155 96 , 47

72 , 45 43 , 154

1

l I

I2 = Ck.t2 + 0,001.d2.(r + Ch.t2)

) 63 97 , 1 2493 (

001 , 0

62 38 , 155 )

(

001 ,

2 2













t C r

t I d

h

5 , 14 68 , 35

1000 1000

2











o

Ltt = ltt.W = 47,21.173.334 = 8183 kg/h

= 2,27 kg kkk/s

Vì hàm lượng không khí cấp cho quy trình sấy thực tế tương đương với lượng không khí cấp cho quá trình sấy lý thuyết do tổn thất do vật sấy mang ra xấp xỉ 0 và bọc cách nhiệt tổn thất môi trường rất nhỏ

Vì vậy tốc độ tác nhân sấy lý thuyết đã giả thuyết là hợp lí