Tìm hiểu công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá, tính toán thiết kế một số thiết bị chính trong dây chuyền như máy sấy với năng suất 2000 Tấn bột cánăm

Nếu sử dụng các loại cá có hàm lượng lipít trên 2% thì lượng dầu trong bột cá khi sấy khô vẫn còn lại 10% lượng dầu này vượt quá tiêu chuẩn cho phép Trong dây chuyền thiết bị rửa bẩn, nh

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp sản xuất bột cá chất lượng cao làm nguyên liệu cho chế biến

thức ăn chăn nuôi gia súc là rất quan trọng và mang tính cấp thiết Bột cá chiếm

tỷ lệ khá lớn trong nguyên liệu thức ăn do ñó có tác ñộng lớn ñến sự phát triển

của ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm, nuôi trồng thuỷ sản

Ở nước ta, nguyên liệu ñể sản xuất bột cá là rất lớn và ña dạng Tuy nhiên

hiện nay phần lớn bột cá cung cấp cho cá nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi

trong nước ñều nhập từ nước ngoài Còn lại khoảng 30% do các nhà máy trong

nước nhập thiết bị nước ngoài sản xuất tại các tỉnh: Hải Dương, Đà Nẵng, Cà

Mau, Kiên Giang

Nhiệm vụ ñồ án của em là tìm hiểu công nghệ và dây chuyền thiết bị sản

xuất bột cá, tính toán thiết kế một số thiết bị chính trong dây chuyền như máy

sấy với năng suất 2000 Tấn bột cá/năm Dựa vào kiến thức ñã học, tài liệu

tham khảo, quá trình thực tập ở nhà máy Lạch Bạng, bản ñồ án ñược thiết kế

gồm:

Phần I Tổng quan về công nghệ sản xuất bột cá

Phần II Tính toán và thiết kế máy sấy

Phần III Tính toán và thiết kế thiết bị ngưng tụ barômét

Phấn IV Tính toán và thiết kế vít tải vận chuyển

Bản ñồ án ñược hoàn thành với sự giúp ñỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo

trong bộ môn Máy Và Thiết Bị Hoá Chất Dầu Khí, ñặc biệt em xin chân trọng

gửi lời cảm ơn toàn thể các thâỳ cô ñã tận tình chỉ bảo giúp em hoàn thành bản

ñồ án này

Do còn hạn chế về trình ñộ và kinh nghiệm nghiên cứu nên bản ñồ án

chắc chắn còn nhiều thiếu sót Em rất mong ñược thầy cô chỉ bảo thêm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN XUÂT BỘT CÁ

I Tình hình sản xuất bột cá làm nguyên liệu cho chế biến thức ăn gia súc

1.1 Tình hình thực tế chăn nuôi gia súc:

Thực tế chăn nuôi ở nước ta trong thời gian qua cho thấy sự tiến bộ về công

nghệ và thiết bị chế biến thức ăn gia súc, sự ña dạng về nguyên liệu ñã có tác

ñộng rất lớn làm tăng trưởng mạnh ñàn gia sức, gia cầm, diện tích nuôi trồng

thuỷ sản cả về số lượng và chất lượng Song ñiều ñáng lo ngại có thể cản trở sự

phát triển của nghành chăn nuôi là giá thức ăn gia súc chăn nuôi còn quá cao,

giá thành thành sản phẩm chăn nuôi còn ñắt hơn so với các nước trong khu vực,

làm cho người chăn nuôi ít lãi hoặc không có lãi, khả năng cạnh tranh trên thị

trường thế giới thấp, thậm chí một số sản phẩm chăn nuôi không xuất khẩu

ñược Đây là thách thức lớn ñặt ra cho nghành chăn nuôi cần có biện pháp hạ giá

thức ăn bằng cách sản xuất, tạo nguồn nguyên liệu trong nước thay thế nhập

khẩu

Nguyên nhân làm cho giá thức ăn chăn nuôi gia súc tăng cao do 1 số

nguyên liệu phải nhập ngoại với giá cao, vì trong nước chua ñáp ứng ñược cả về

chất lượng lẫn số lượng sản phẩm Trong thành phần thức ăn chăn nuôi gia súc

ngoài ngô, ñỗ tương, khoáng lượng bột cá chiếm tỉ lệ khá lớn từ 5 -10%

nguyên liệu ñối với thức ăn gia cầm, 20 - 60 % với thức ăn nuôi trồng thủy sản,

nhưng chiếm 15 - 50 % cơ câu giá

Theo ñề án ñẩy nhanh công nghiệp hóa, hiện ñại hoá nông nghiệp, nông

thôn của bộ ñến năm 2010 nghành công nghiệp chăn nuôi nước ta phấn ñấu ñạt

trung bình 25 kg thịt hơi / nguời/ năm, xuất khẩu 200000 tấn thịt, ñáp ứng trên

40% lượng sữa tiêu dùngtrong nước Tổng sản lượng thuỷ sản 3,4 triệu tấn,

trong ñó khai thác hải sản 1,4 triệu tấn, nuôi trồng và khai thác nội ñịa 2triệu tấn

Để có ñược các chỉ tiêu trên chúng ta cần khoảng 1,2 1,5 triệu tấn bột cá / năm

làm nguyên liệu cho các nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm và

nuôi trồng thuỷ sản

1.2 Tình hình nguyên liệu bột cá trong nước:

Hiện nay phần lớn bột cá cung cấp cho các nhà máy chế biến thức ăn chăn

nuôi gia súc trong nước ñều nhập khẩu chiếm khoảng 70%, gia rất cao ( 7000 –

8000 ñồng / kg ) từ các nước như: Peru, Chilê, Nhật, Trung Quốc Tuy nhiên

hàm lượng dầu thấp sản xuất theo công nghệ ép tách dầu, số ít của Thái Lan,

Malai còn lại 30% do hơn 10 nhà máy trong nước nhập thiết bị nước ngoài sản

xuất nằm tại các tỉnh Hải Dương, Đà nẵng, Kiên Giang và một số cơ sở khác

liên doanh với nước ngoài mới ñược bộ thuỷ sản cho phép xây dựng ở Bà Rịa

Vũng Tàu và Biên hoà, với công suất là 1000 3600 tấn bột cá / năm

Với tốc ñộ sản xuất bột cá như hiện nay các nhà máy chế biến thức ăn trong

nước mới sản xuất ñược khoảng 30000 50000 tấn / năm cộng với lượng bột cá

sản xuất bằng phương pháp thủ công ñến năm 2010 chúng ta chỉ ñáp ứng

khoảng 10% nhu cầu sử dụng, số còn lại phải nhập khẩu từ nước ngoài Vì vậy

mở rộng ñầu tư phát triển các nhà máy sản xuất bột cá là nhu cầu cần cấp thiết

ñặt ra cho các cấp, các nghành

1.3 Tình hình sản xuất bột cá ngoài nước:

Hàng năm trên thế giới sản lượng thuỷ sản ñạt gần 100 triệu tấn 70% sản

lượng cá làm thực phẩm trực tiếp cho con người, còn lại 30% Dùng làm bột cá (

25,5 triệu tấn) Về chất lượng dinh dưỡng ñến có thể nói chưa có loại nguyên

liệu nào thay thế ñược cho bột cá giàu năng lượng, hàm lượng các axít béo cao,

nhiều vitamin và kích thích tốt bột cá gây cảm giác ngon miệng cho vật nuôi Có

rất nhiều nước có nghành sản xuất bột cá phất triển như NaUy, Nhật Bản, Mỹ,

Chi Lê, Chilê sản xuất 1155 nghìn tấn, Peru là 1287 nghìn với giá bán

500USD/tấn

Trong khu vực, các nước có nghành sản xuất bột cá phát triển, sản phẩm

xuất ñi nhiều nước trên thế giới là: Trùng Quốc, Đài Loan, Thấi Lan, Malai

II Công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá

2.1 Tổng quan về công nghệ và dây chuyền thiết bị:

Công nghệ sản xuất bột cá hiện nay dựa trên 2 quy trình công nghệ chính

là: - công nghệ sản xuất không ép tách dầu và nước

- cong nghẹ sản xuất có ép tách dầu và tách nước

2.1.1 Quá trình công nghệ sản xuất bột cá không ếp tách dầu:

Công nghệ này ñược sử dụng ở một số nước như: Thái Lan, MaLai

sơ ñồ công nghệ như sau:

Ưu ñiểm của công nghệ này là thiết, công nghệ sử dụng ñơn giản năng suất lớn,

chi phí ñầu tư thiết bị thấp

Nhược ñiểm của công nghệ này là nguyên liệu chế biến giới hạn, cá loại nguyên

còn hàm lượng dầu thấp Nếu sử dụng các loại cá có hàm lượng lipít trên 2% thì

lượng dầu trong bột cá khi sấy khô vẫn còn lại 10% lượng dầu này vượt quá

tiêu chuẩn cho phép

Trong dây chuyền thiết bị rửa bẩn, nhớt thối, rửa mặn trong ñá ướp cá nên sản

phẩm dễ lẫn tạp chất

Chi phí cho quá trình khá lớn, do nhiệt ñộ sấy cao nên chất lượng bột cá sản

phẩm giảm, việc không tách ñược dầu làm bột cá dễ bị hư hỏng, thời gian bảo

quản ngắn, mướn kéo dài phải sử dụng hoá chất ñể bảo quản Mặt khác bột cá

nhiều dầu rất khó nghiền nhỏ vì vậy các nhà máy chế biến thức ăn phải trộn với

các nguyên liệu khác ñể nghiền nhỏ ñược trước khi tạo viên Do vậy bột cá

không tách dầu thường chỉ dùng sản xuất thức ăn cho gà, lợn,

Thiết bị chính của dây chuyền là máy sấy dạng ñĩa, dùng tác nhân dầu ở nhiệt ñộ

200 2500C, hiệu quả sử dụngcao, an toàn( do áp suất thấp hơn dùng nồi hơi),

nhưng giãn nở nhiệt rất lớn nên ñòi hỏi vật liệu chế tạo, ñặc biệt công nghệ gia

công phức tạp, thông thường các công ty Thai Lan phải liên doanh với Mỹ ñể

khử mùi khí thải nghiền nhỏ

khí sạch ñóng bao

2.1.2 Quy trình công nghệ sản suất bột cá tách dầu, tách nước:

Với các nước có nền công nghệ sản xuất bột cá hiện ñại như : NaUy, Nhật

bản, Đài Loan chủ yếu sử dụng công nghệ sản xuất bột cá có ép tách dầu

trước khi sấy Ngoài sản phẩm chính là bột cá người ta còn thu ñược một sôd

sản phẩm khác từ dầu cá

Ưu ñiểm cảu công nghệ này do tách ñược phần lớn lượng dầu, lượng nước

nên quá trình làm khô nhanh, nhiệt ñộ sấy không cao ( sử dụng nhiệt từ nồi hơi )

chi phí cho quá trình làm khô thấp, sản phẩm bột cá có màu sáng, chất lượng rất

cao ( các loại bột cá chất lượng cao của Nhật Bản, ChiLê lượng dầu rắt thấp

dưới 2%

Thời gian sử dụng lâu dài hơn 3 – 4 lần so với bột cá không tách dầu hiện

nay trên thị trường bột cá chất lượng cao chế biến theo công nghệ ép dầu dễ tiêu

thụ, giá cao 30 50 USD/tấn, ñược các nhà máy chế biến thức ăn nuôi trông

thuỷ sản ưa chuộng

Tuy nhiên với công nghệ này cần nhiều thiết bị hơn các thiết bị ở công

ñoạn sản xuất bột tuy yêu cầu công nghệ chế tạo không cao nhưng các thiết bị

trong khâu tách dầu, xử lý dầu cá thành những sản phẩm cao cấp, phục vụ y học

khá phức tạp nên chi phí ñầu tư lớn

Trên thế giới các nước sản xuất và xuất khẩu bột cá NaUy, Nhật Bản,

ChiLê, Trung Quốc là những nước dung công nghệ ép dầu, vì vậy ñể cạnh tranh

trên thị trường quốc tế, các nước chế biến bột cá tương lai ñang mở rộng quy mô

sản xuất

Quy trình sản xuất rất ña ñạng, tuỳ thuộc vào yêu cầu sản xuất Trước ñây ở

Nhật Bản, Trung Quốc quy mô khá phổ biến 10, 15, 100 tấn cá/ngày, ñến nay

chủ yếu là nhà máy công suất 257 tấn cá / ngày Quy mô lớn hay nhỏ phụ thuộc

rất nhiều vào nguồn cung cấp nguyên liệu, khả năng vốn ñầu tư và thị trường

tiêu thụ

Sơ ñồ công nghệ chế biến bột cá ép tách nước:

2.2 Công nghệ và dây chuyền sản suất bột cá ở Viết Nam:

2.2.1 Sơ ñồ công nghệ chế biến bột cá trong nước:

2.2.2 Công nghệ sản xuất bột cá trong nước:

Ưu ñiểm của công nghệ này là chất lượng bột cá sản phẩm cao, thiết bị chế

bã

dầu cá trộn

Nguyên liệu cho nhà máy là các loại cá nguyên con, cá ñược ñưa từ tàu về

hoặc trong kho lạnh bảo quản Cá trước khi chế biến ñược rửa sạch bằng nước

ấm, có thể sử dụng nước ngưng tụ trong các thiết bị trao ñổi nhiệt sử dụng hơi

nước Để tách tạp chất, làm tan nước ñá, rửa nước muối, và phân loại cá Cá có

kích thước lớn qua máng cắt nhỏ, sau ñó qua băng tải chuyển ñến máng dần

xương, mục ñích của quá trình này là làm nát xương cá kích thước lớn, tạo ñiều

kiện cho quá trình hấp chín và ép ñược dễ dàng

Máy rửa ñược thiết ké theo nguyên lý tang quay kết hợp băng tải làm việc

liên tục, máy cắt hoạt ñộng theo nguyên lý dao quay Máy bẻ xương hoạt ñộng

theo nguyên lý trục cán

Sau khi bẻ xương, nguyên liệu ñựoc chuyển ñến công ñoạn hấp chín bằng

hơi nước nhằm mục ñích diệt khuẩn gây thối, làm chín thịt cá, tạo ñiều kiện cho

quá trình ép tách dầu, tách nước triệt ñể dễ dàng, nguyên lý làm việc của thiết bị

hấp dạng vít xoán làm việc liên tục, chế ñộ làm việc của thiết bị ñược thiết kế

ñảm bảo nguyên liệu sau khi qua máy ñược làm chín triệt ñể trong thời gian

ngắn nhất 6 – 10 phút, nhiệt ñộ hấp 100 1250C, thiết bị ñược bảo ôn tránh làm

tổn thất nhiệt trong quá tình sản xuất

Tiếp ñó nguyên liệu từ bộ phận hấp ñược chuyển ñến máy ép ñể tách dầu

và nước ra khỏi thịt cá Thiết bị ép ñược thiết kế theo nguyên tắc hai trục vít

quay ngược chiều , chất lượng máy ép ñảm bảo tách phần lớn nước và chất dầu

cá ( ñộ ẩm bánh cá sau khi ép 50 - 53% lượng dầu 0,2 - 0,5%

Sản phẩm ñặc ra khỏi máy ép là bánh cá ñước ñưa lên máy ñánh tơi qua vít

xoắn vận chuyển cánh rời, cùng một lúc thực hiện hai quá trình vân chuyển và

làm nhỏ, máy ñánh tơi có kết cấu dạng búa ñập

Tiếp theo sản phẩm ñược vận chuyển bằng băng chuyền ñến máy sấy Quá

trình sấy cá ñược sấy liên tục trên máy sấy Máy sấy ñược thiết kê sử dụng

nguồn nhiệt ở nồi hơi qua hệ thống trao ñổi nhiệt caloriphe, nhiệt ñộ sấy ñược

duy trì tự ñộng ở nhiệt ñộ thích hợp 70 80 0C ñảm bảo chất lượng cá tốt,

không làm biến chất prôtít, ñộ ẩm bột cá sau khi sấy không vượt quá 10 11%

Sau khi qua máy sấy, sấy khô sản phẩm ñi qua vít xoắn làm nguội ñến nhiệt

ñộ 40 500C và chuyển ñến phân loại, cuối cùng ñến máy nghiền, ở ñây bột cá

ñược nghiền nhỏ và ñược phối trộn thành bột cá có ñộ ñạm khác nhau, tuy theo

yêu cầu của người tiêu dùng Sau ñó bột cá qua vít tải làm mát xuống 35 40 0C

và ñược ñóng bao ñể chuyển ñến các nhà máy chế biến thưc ăn gia súc, các công

ñoạn làm viêc ñược thực hiện liên tục trên dây chuyền thiết bị, là quy trình khép

kín

Dầu cá và nước ñược xử lý chế biến riêng, ñược cô ñặc làm thước ăn chăn

nuôi và các sản phẩm phụ khác sử dụng thiết bị ly tâm, dầu ñược cô ñặc bằng

thiết bị cô chân không, dùng nhiệt từ nồi hơi Nước cá chất lượng kém ñược xử

lý qua hệ thống bể bioga thải ra ngoài với nước cá chất lượng tốt có thể sử dụng

làm nước mắm

khí ẩm thoát ra từ máy sấy ñược xử lý mùi băng phương pháp cho qua tháp

phun mùi dung dịch khử mùi trước khi ra ngoài khí quyển

2.3 Tìm hiểu về công nghệ sản suất bột cá của nhà máy Bình Dần

2.3.1 Lý thuyết về công nghệ sản xuất:

Sau thời gian ñi tìm hiểu về công nghệ và thiết bị nhà máy tại Lạch Bảng

thuộc Tỉnh Thanh hoá thì các thiết bị và công nghệ ñược nhập khẩu từ Trung

Quốc về với công nghệ sản xuất bột cá tách dầu và nước Tuy nhiên công nghệ

và thiết bị ñược ñơn giản hơn nhiều Công nghệ như sau:

Cá sau khi ñánh bắt ñược mua về qua phân loại rồi ñược vít tải ñưa cá từ

phía dưới lên vào máy hấp

Sau khi nguyên liệu ñựoc chuyển ñến công ñoạn hấp chín bằng hơi nước

nhằm mục ñích diệt khuẩn gây thối, làm chín thịt cá, tạo ñiều kiện cho quá trình

ép tách dầu, tách nước triệt ñể dễ dàng, nguyên lý làm việc của thiết bị hấp dạng

vít xoán làm việc liên tục, chế ñộ làm việc của thiết bị ñược thiết kế ñảm bảo

nguyên liệu sau khi qua máy ñược làm chín triệt ñể trong thời gian ngắn nhất 6 –

10 phút, nhiệt ñộ hấp 100 1250C, thiết bị ñược bảo ôn tránh làm tổn thất nhiệt

trong quá tình sản xuất

Tiếp ñó nguyên liệu từ bộ phận hấp ñược chuyển ñến máy ép ñể tách dầu và

nước ra khỏi thịt cá Thiết bị ép ñược thiết kế theo nguyên lý ép dễ dàng, chất

lượng máy ép ñảm bảo tách phần lớn nước và chất dầu cá ( ñộ ẩm cá sau khi ép

50 53% lượng dầu 0,2 0,5%)

Tiếp theo sản phẩm cá sau khi ép ñược vận chuyển bằng trực tiếp ñến máy

sấy Quá trình sấy cá ñược sấy liên tục trên máy sấy dạng trống quay Máy sấy

ñược thiết kê sử dụng nguồn nhiệt ở nồi hơi qua hệ thống trao ñổi nhiệt

caloriphe, nhiệt ñộ sấy ñược duy trì tự ñộng ở nhiệt ñộ thích hợp 70 80 0C

ñảm bảo chất lượng cá tốt, không làm biến chất prôtít, ñộ ẩm bột cá sau khi sấy

không vượt quá 10 11%

Nước và dầu cá sau khi ra từ máy ép qua máy sàng ñể loại bỏ tạp chất,

ñược dẫn vào thiết bị phân ly lỏng rắn, ở ñây phần rắn ñược giữ lại phía dưới,

còn chất lỏng sạch ñược lấy phía trên Chất lỏng ñược ñua vào hệ thiết bị tách

dầu bằn nhiệt, nhờ nhiệt ñun nóng chất lỏng nên dầu nổi lên phía trên, dầu ñược

lấy ra và ñược tinh chế Chất lỏng ñược tháo xuống bằng van xả ñáy xuống bể

chứa, nước ở bể chưa ñược máy bơm bơm vào hệ thống tháp cô ñặc trao ñổi

nhiệt bằng ống chùm phía trong là hơi nước

Nước cá sau khi cô ñặc thì ñược băng tải ñưa trở lại vít tải ñể vào máy sấy

tiếp tục quá trình

Hơi nước sau khi bốc hơi do ñộ chân không nên khí ñược hút vào thiết bị

ngưng tụ barômét, tai ñây nước lạnh ñược bơm tù trên xuống làm nhưng tụ hơi

nước Khí hơi còn lại ñược thải ra ngoài môi trường

1.vÝt t¶i v©n chuyÓn liÖu ; 2.m¸y sÊy; 3.vÝt t¶i vËn chuyÓn bét c¸

4.m¸y sµng; 5.thiÕt bÞ nhng tô bar«mÐt; 6.b¬m ch©n kh«ng

Do quá trình sản xuất thực tế không cung cấp ñủ nhiệt cũng như khả năng

thu hồi bột cá từ nước ép cá là không lớn Nên nhà máy ñã ñơn giản hoá công

ñoạn quá trình như sau:

Cá sau khi ñược ñưa về nhà máy, vít tải vận chuyển cá trực tiếp vào máy

sấy bỏ qua công ñoạn hầm và ép

Như vậy công nghệ sản xuất từ ép cá tách nước và dầu chuyển sang công

nghệ không tách nước và dầu

Thiết bị chính của dây chuyền là máy sấy dạng ñĩa, dùng tác nhân dầu ở

nhiệt ñộ 200 2500C, hiệu quả sử dụngcao, an toàn( do áp suất thấp hơn dùng

nồi hơi), nhưng giãn nở nhiệt rất lớn nên ñòi hỏi vật liệu chế tạo, ñặc biệt công

nghệ gia công phức tạp

Hơi nước sau khi bốc hơi do ñộ chân không nên khí ñược hút vào thiết bị

ngưng tụ barômét, tai ñây nước lạnh ñược bơm tù trên xuống làm nhưng tụ hơi

nước Khí hơi còn lại ñược thải ra ngoài môi trường

Ngoài ra còn có thêm thiết bị thu hồi bột cá là xyclon, khi hơi nước ñã bay

hơi hết thì bột cá sẽ bị hút lên cùng, vì vậy xyclon thu hồi một phần bột cá rồi

ñưa xuống vít tải quay lại máy sấy

Bột cá ra khỏi máy sấy ñược vít tải vận chuyển vào máy sàng ñể phân loại

và ñóng bao

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY

I Giới thiệu quá trình sấy và thiết bị sấy

1.1 Giới thiệu về quá trình sấy:

Sấy là một quá trình công nghệ quan trọng ñược sử dụng rất nhiều trong

nghành công nghiệp hoá chất cũng như nghành thực phẩm

Quá trình sấy nhằm loại ñộ ẩm ra khỏi vật liêu ñể bảo quản làm tăng chất

lượng và vận chuyển vật liêu ñược ñễ dàng hơn Trong công nghiệp dùng phổ

biến nhất là các phương pháp sấy ñối lưu và sấy tiếp xúc Khi sấy ñối lưu, nhiệt

ñươc truyền trực tiếp từ chất tải nhiệt ñến vật liệu sấy.Các chất tải nhiệt thường

là không khí, khói lò và hơi quá nhiệt Khi sấy tiếp xúc thì nhiệt ñược truyền từ

bề mặt ñốt nóng ñến vật liêu ñem sấy tiếp xúc với bề mặt ñốt nóng ñó

Điều kiện cơ bản ñể thực hiện quá trình sấy là phải có chênh lệch áp suất

hơi riêng phần trên bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh (pxm > pxh) Ẩm

liên kết với vật liệu bằng các lực cơ học và lý hoá khi sấy sẽ bị loại ra ñược, bởi

vì nó có thể làm thay ñổi tính chất hoá lý và phân huỷ vật liệu

Trong quá trình sấy, ñộ ẩm di chuyển ñược nhờ có sự khuyếch tán từ trung

tâm vật liệu ñến bề mặt, từ bề mặt ñó ẩm ñược bay hơi vào không khí, có bao

nhiêu lượng ẩm ở bề mặt bay hơi thì cung có bấy nhiêu lượng ẩm cần phải

chuyển từ lớp bên trong ñến bề mặt vật liệu Nếu quan hệ ñó bị phá vỡ thì bề

mặt vật liệu bị khô, bị nứt nẻ, bị biến dạng và kết quả chất lượng kém

Trong trường hợp áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí lớn hơn

áp suất hơi riêng phần trên bề mặt vật liệu ñem sấy thì quá trình sẽ ngược lại –

sự hút ẩm của vật liệu tiến hành cho ñến khi ñạt trạng thái cân bằng giữa áp suất

hơi trên bề mặt vật liệu và áp suất hơi trong không khí Độ ẩm khi ấy trong vật

liệu gọi là ñộ ẩm cân bằng cb Quá trình sấy ñược tiến hành ñến ñộ ẩm không

ñược bé hơn cb nếu làm khác ñi thì sau khi sấy ñộ ẩn sẽ tăng lên là do có quá

trình hút ẩm

1.2 Các giai ñoạn trong quá trình sấy:

Quá trình sấy một vật liệu ẩm ñược chia thành 3 giai ñoạn như sau :

- Giai ñoạn nâng nhiệt ñộ vật liệu ( giai ñoạn I ):

Giai ñoạn này thường rất ngắn: Nó tương ứng với việc nâng nhiệt ñộ của

vật liệu tới khi ñạt ñược nhiệt ñộ sấy (khi ñó năng lượng chỉ dùng ñể bay hơi

nước ) Nhiệt ñộ ñó không ñạt ñược ngay lập tức vì rằng lúc ñầu vật liệu có nhiệt

ñộ khá thấp so với nhiệt ñộ của tác nhân sấy và bản thân nó lại thường là một

chất có ñộ dẫn nhiệt kém ở giai ñoạn này tốc ñộ sấy tăng nhanh

Đồ thị mô tả các giai ñoạn sấy

- Giai ñoạn tốc ñộ sấy không ñổi (giai ñoạn II, giai ñoạn ñẳng tốc ):

Giai ñoạn II tương ứng với việc bay hơi ẩm tự do trên bề mặt vật liệu

Trong giai ñoạn này tốc ñộ di chuyển ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc

ñộ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường Nhiệt lượng mà vật nhận ñược chỉ

dùng ñể bay hơi ẩm, nên nhiệt ñộ bề mặt vật liệu sấy không ñổi

Trong giai ñoạn này, tốc ñộ sấy không ñổi một khi các thông số của tác

nhân sấy không ñổi

- Giai ñoạn tốc ñộ sấy giảm dần (giai ñoạn III, giai ñoạn giảm tốc):

Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần

ở ñó sẽ giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc ñộ sấy cũng giảm xuống nhanh chóng

Trong giai ñoạn này tốc ñộ di chuyển ẩm từ các lớp trong ra bề mặt vật liệu nhỏ

hơn tốc ñộ bay hơi từ bề mặt vào môi trường

Trong giai ñoạn này nhiệt ñộ của vật liệu sấy dần dần tăng lên và cuối cùng

bằng nhiệt ñộ tác nhân sấy Nếu ta tiếp tục sấy cho ñến khi không còn khả năng

thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật liệu ñạt ñược ñộ ẩm cân bằng thì nhiệt ñộ

của vật liệu sẽ bằng nhiệt ñộ của môi trường xung quanh (nhiệt ñộ của tác nhân

sấy) và do ñó có thể vượt quá nhiệt ñộ cho phép của vật liệu

Thực tế trong giai ñoạn này người ta thường duy trì nhiệt ñộ tác nhân sấy

thấp hơn so với nhiệt ñộ cho phép của vật liệu ñể ñảm bảo chất lượng của sản

phẩm

Về lý thuyết, ñể tăng cường ñộ quá trình trong giai ñoạn giảm tốc ta chỉ có

thể thay ñổi những yếu tố bên trong vật liệu sấy

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến tốc ñộ sấy:

Tốc ñộ sấy là tốc ñộ khuyếch tán của nước từ trong vật liệu ra ngoài không

khí, ñược quy ước biểu thị bằng lượng hơi nước bốc hơi từ một ñơn vị bề mặt

trong một ñơn vị thời gian [ kg ẩm/m2.h ]

Ngoài ra, trong thực tế sản xuất, tốc ñộ sấy còn ñược biểu diễn qua lượng

hơi nước bốc hơi từ một ñơn vị khối lượng vật liệu sấy trong một ñơn vị thời

gian [kg ẩm/kg hạt.h ], hoặc là phần trăm ẩm của vật liệu sấy giảm trong một

ñơn vị thời gian [% ẩm/h ]

Tốc ñộ sấy chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố phức tạp Trong giai ñoạn

ñẳng tốc, tốc ñộ sấy ñược quyết ñịnh bởi tốc ñộ bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu

sấy vào trong không khí Theo Danton tốc ñộ bay hơi từ bề mặt phụ thuộc vào

sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy và trong không khí Như

vậy muốn sấy ñược nhanh phải tăng áp suất hơi trên bề mặt vật liệu sấy, hoặc

giảm áp suất hơi trong không khí

áp suất hơi bề mặt vật liệu sấy tăng và giảm theo sự tăng giảm ñộ ẩm và

nhiệt ñộ của nó Do ñó, tốc ñộ sấy cũng tăng, giảm phụ thuộc vào ñộ ẩm và

nhiệt ñộ của vật liệu sấy tăng, giảm Lúc ñầu quá trình sấy, ñộ ẩm trong vật liệu

sấy cao nên có tốc ñộ lớn , càng về cuối, ñộ ẩm của hạt càng giảm nên tốc ñộ

sây giảm

Mặt khác, nước trong vật liệu sấy khi bốc hơi kèm theo sự thu nhiệt, nếu

không có sự ñốt nóng, cung cấp từ ngoài vào lượng nhiệt tương ứng thì nhiệt ñộ

của vật liệu sấy bị giảm dần, làm giảm tốc ñộ sấy Do vậy, muốn tăng tốc ñộ sấy

cần phải cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy

Trong thực tế, thường dùng không khí nóng hay hỗn hợp không khí với

khói lò ñể làm chất ñốt nóng vật liệu sấy ñồng thời là chất mang ẩm gọi là tác

nhân sấy Tốc ñộ bay hơi nước phụ thuộc vào tốc ñộ cung cấp nhiệt từ ngoài vào

và do ñó tốc ñộ sấy phụ thuộc vào nhiệt ñộ của tác nhân sấy Như vậy, tăng

nhiệt ñộ của tác nhân sấy là biện pháp tăng tốc ñộ sấy

Tốc ñộ không khí ñi trên bề mặt vật liệu sấy cũng có ảnh hưởng lớn ñến tốc

ñộ sấy Vì tốc ñộ không khí càng lớn thì tốc ñộ truyền nhiệt từ ngoài vào vật liệu

sấy vật liệu sấy hạt càng tăng và do ñó tốc ñộ khuyếch tán hơi nước trên mặt vật

liệu sấy vào không khí càng lớn

Theo các tài liệu thì tốc ñộ sấy trong giai ñoạn ñẳng tốc là do tốc ñộ truyền

nhiệt qua lớp biên bao quanh vật liệu sấy quyết ñịnh Tốc ñộ có thể ñược tăng

lên bằng cách tăng nhiệt ñộ và lưu lượng tác nhân sấy

Tóm lại: trong giai ñoạn ñẳng tốc, tốc ñộ sấy phụ thuộc chủ yếu vào các

thông số của tác nhân sấy như: nhiệt ñộ, ñộ ẩm và tốc ñộ của không khí, hướng

và chiều chuyển ñộng của không khí bao quanh vật liệu sấy …

Trong giai ñoạn giảm tốc , tốc ñộ sấy phụ thuộc chủ yếu vào tốc ñộ

khuyếch tán ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu sấy: vì trong giai ñoạn này, tốc ñộ

khuyếch tán ẩm bên trong hạt nhỏ hơn tốc ñộ bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy

vào môi trường Do ñó tốc ñộ sấy của giai ñoạn này phụ thuộc chủ yếu vào các

thông số bên trong của vật liệu như : dạng liên kết ẩm, cấu trúc, hình dạng và

kích thước của vật liệu sấy …

Ngoài ra, tốc ñộ sấy còn phụ thuộc vào hướng và chiều của gradien nhiệt

ñộ Nếu gradien nhiệt ñộ cùng chiều với gradien ẩm thì quá trình sấy sẽ ñược

tăng cường Ngược lại sẽ kìm hãm quá trình Trên thực tế, với các quá trình sấy

thông thường thì gradien nhiệt ñộ là ngược chiều với gradien ẩm Để khắc phục

nhược ñiểm ñó các nhà khoa học Xô-viết ñã ñề ra phương pháp sấy hồi lưu ñẳng

nhiệt, tức là thực hiện quá trình sấy trong ñiều kiện ñẳng nhiệt ñể loại trừ tác

ñộng ngược của gradien nhiệt ñộ

1.4 Nguyên lý hoạt ñộng và cấu tạo của máy sấy cá:

Máy sấy cá là một thiết bị dùng ñể nấu cá ñồng thời làm bốc hơi phần lớn

lượng nước chứa trong nó Máy sấy cá( nấu cá ) có dạng hình trụ nằm ngang,

bên ngoài vỏ có một lớp bao hơi dể cấp nhiệt Bên trong có một trục rỗng ñược

ñun nóng băng hơi nước, các cánh ñĩa ñược gắn vào trục rỗng, trên cánh ñĩa có

ñường gân trao ñổi nhiệt Trục rỗng ñươc gắn với ñộng cơ có thể chuyển ñộng

ñược theo tốc ñộ yêu cầu

Nguyên lý hoạt ñộng của máy sấy cá như sau : cá sau khi ñánh bắt ñược ñưa về

kho chứa, cá ñược vít tải vận chuyển lên cao và ñược cho vào cửa phía

1 2 3 4 5

6 7 8 9

Hình vẽ máy sấy:

1- vỏ máy; 2 - cửa thoát hơi nước; 3 - cửa nạp liệu; 4 - gối ñỡ trục

5- ñường hơi nước vào; 6 - ñường hơi nước ra; 7 - cửa tháo liệu

8 - bệ ñỡ thùng sấy; 9 - Bộ truyền ñộng ñai

trên của máy sấy cá, sau khi vào máy sấy cá ñược lưu lại một thời gian Hơi

nước sinh ra từ nồi hơi ñược cấp vào bao hơi và ñược ñưa vào trong trục rỗng,

hơi nước sẽ vào trong các rãnh xoắn ốc Tại ñây quá trình trao ñổi nhiệt xảy ra,

nước ngưng sau khi trao ñổi nhiệt sẽ theo trục rỗng chảy về phía cuối và quay về

nồi hơi Cá ñược ñun nóng ñến nhiệt ñộ tối cao, sau ñó ñược giữ ở một nhiệt ñộ

nhất ñịnh, hơi nước ñược ñun nóng bốc hơi lên và ñược hút qua một ống ở phái

trên Cá ñược giữ lại cho ñến khi ñạt ñộ ẩm yêu cầu thì ra khỏi thiết bị

* Ưu ñiểm và nhược ñiểm của máy sấy cá:

Máy sấy cá là một thiết bị sấy loại tiếp xúc, vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp

với bề mặt ñốt nóng và thường cùng chuyển ñộng với các bề mặt này.Do làm

việtc ở áp suất chân không nên ñộng lực gây ra hiện tượng dịch chuyển ẩm

không chỉ là ñộ chênh nhiệt ñộ do vật liệu sấy ñốt nóng mà chủ yếu do ñộ chênh

phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và không gian bao quanh luôn luôn ñược

duy rì ñộ chân không nào ñố trong suât quá trình sấy nhờ máy bơm chân không

Do ñó máy sấy loại này chỉ dùng ñể sấy các vật liệu sấy không chịu ñược nhiệt

ñộ cao Hơn nữa do kết cấu phức tạp ñể tạo chân không và duy trì nó trong suốt

quá trình sấy nên chi phí năng lượng rất lớn

Khi sấy vật liệu ở trạng thái tĩnh thì dễ xảy ra quá nhiệt bộ phận hơn là khi

có khuấy trộn, vì thế người ta thường sấy các loại vật liệu không chịu ñược nhiệt

ñộ cao trong các máy sấy chân không có cánh khuấy

Ưu ñiểm của máy sấy chân không co cánh khuấy là: do có khuất trộn nên

quá trình sấy tăng nhanh, dễ thao tác, có thể thu ñược vật liệu ở dạng bột

Quá trình sấy cá xảy ra theo ba giai ñoạn khác nhau, giai ñoạn thứ nhất là

cá ñược ñun nóng từ nhiệt ñộ ban ñầu ñến nhiệt ñộ sôi, giai ñoạn này phải cấp

thêm nhiệt ñể ñun nóng thiết bị sấy Giai ñoạn thứ hai cung cấp nhiệt ñể làm bốc

hơi nước, giai ñoạn này nhiệt ñộ không thay ñổi Giai ñoạn thứ ba xảy ra quá

trình sấy cá, ñộ ẩm bên trong của cá sẽ bốc hơi ñể ñạt ñược yêu cầu

2.1.1 Các thông số công nghệ:

- Năng suất của máy sấy là G1 = 8000 kg / mẻ

máy làm việc gián ñoạn theo từng mẻ

- Nhiệt ñộ cá vào : tv = 200C

- Nhiệt ñộ sôi cá : ts = 1010C

- Hơi nước bão hoà : 7 at

2.1.2 Lượng nhiệt ñể ñun sôi cá:

Lượng nhiệt cần cấp cho giai ñoạn thứ nhất dùng ñể ñun cá lên nhiệt ñộ sôi

và ñun nóng thiết bị sấy

- Nhiệt ñể ñun cá lên nhiệt ñộ sôi:

* Lượng nhiệt này ñược cấp bởi hơi nước bão hoà 7 at, theo bảng I.249 {I}

ta có nhiệt ñộ của hơi nước là: th = 1640C

Sau khi thực hiện quá trình trao ñổi nhiệt nước sẽ ngưng tụ, nhiệt ngưng

tụ nước bằng nhiệt ban ñầu

Theo bảng I.251{I} ta có:

nhiệt lượng riêng của hơi nước ở p = 7at, t = 1640C là: i’= 2769 kJ/kg

nhiệt lượng riêng của nước ngưng i” = 673,4 kJ/kg

Lượng hơi nước cần cung cấp :

D1 = ' 1"

i i

Q

− =

4 , 673 2769

2.1.3 Lượng nhiệt ñể bốc hơi:

Quá trình bốc hơi xảy ra sau khi quá trình ñun nóng cá ñến nhiệt ñộ tối cao,

trong suốt quá trình nhiệt ñộ không thay ñổi

- Lượng nước cần bốc hơi là : W = 75% G1 =

Q

− =

4 , 673 2769 13560000

Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t2 = 120 phút, vậy lưu lượng hơi

cần cấp trong thời gian này là :

- Quá trình sấy cá với ñộ ẩm còn lại là w1= 30% xuống w2 = 10%

Lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình sấy là:

W3 = G1

1

2 1

100 w

w w

−

− = 2000

10 100

20 30

Q

− =

4 , 673 2769

1005700

− = 480 kg

- Thời gian ñể thực hiện giai ñoạn này lớn hơn hai giai ñoạn trước, ñược tính

theo công thức VII.53-{II}:

t =

)]

( 200 [

) (

120

2 1

2 1

w w A

w w

trong ñó : hê số chứa của thùng là tỉ số diện tích chúa ñầy vật liệu của

thùng với diện tích tiết diện ngang của thùng, lấy = 0,15

: khối lượng riêng của vật liệu = 1500 kg/m3

A: cường ñộ bốc hơi là lượng ẩm ñược lấy ñi từ 1m3 thể tích thùng

trong 1 giờ, A = 40 kg/m3h

ta có t =

)]

10 30 ( 200 [

40

) 10 30 ( 1500 15 , 0 120

+

−

− = 75 phút

Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t3 = 75 phút, vậy lưu lượng

hơi cần cấp trong thời gian này là :

Đồ thị biểu diễn ba giai ñoạn sấy

Máy làm việc gián ñoạn theo từng mẻ do ñó tổng thời gian làm việc bao

gồm thời gian phụ ñể chuẩn bị , thời gian cho quá trình sấy

T = t1 + t2 + t3 + tp

Trong ñó: t1 là thời gian ñun nóng ñến nhiệt ñộ sôi

t2 là thời gian bốc hơi

t3 là thời gian sấy

tp là thời gian phụ

ta có T = 40 + 120 + 75 + 25 =260 phút

2.1.6 Bảng thống kê

Khi tính toán thiết bị sấy cần phải biết cường ñộ của thùng theo dộ ẩm ( lượng

ẩm ñược lấy ñi từ 1m3 thể tích thùng trong 1giờ) A kg/m3 và ñường kính thùng

Dt Theo tiêu chuẩn chọn ñường kính thùng Dt = 2000 mm

D

L = 3 Thể tích thùng xác ñịnh theo giá trị của cường ñộ A

t D

V

m Tuy nhiên máy sấy làm việc gián ñoạn, ñồng thời lượng hơi ẩm thoát ra ñược

hút ra ngoài bằng bơm chân không

Vậy chọn ñường kính thiết bị D = 2 m

chiều dài thiết bị L = 6 m

- Đường kính trục rỗng d = 0,2 m

- Rãnh xoắn là hình bán trụ ñược gắn vào cánh dĩa, với dr = 80 mm

- Bước xoắn của rãnh xoắn là b = 300 m m

- Bán kính của cánh ñĩa Rc = 860 m m

2.2.2 Diện tích bề mặt trao ñổi nhiệt:

Dựa vào kích thước của thiết bị ñã xác ñịnh ở trên, tính bề mặt trao ñổi

nhiệt của thiết bị giữa hơi nước bão hoà và vật liệu cá Việc tính toán bề mặt trao

ñổi nhiệt là rất quan trọng, là yếu tố ảnh hưởng ñến toàn bộ quá trình sấy Bề

măt trao ñổi nhiệt ảnh hưởng ñến lượng hơi nước cần cấp, ảnh hưởng ñến thời

gian quá trình sấy Nếu bề mặt trao ñổi nhiệt lớn thì lượng nhiệt cấp cho cá sẽ

tăng lên, ñồng thời lượng nhiệt tổn thất cũng tăng lên

Với máy sấy cá, bề mặt trao ñổi nhiệt ñược thiết kế chủ yếu là những bề

mặt của rãnh xoắn ốc ñược hàn lên các cánh ñĩa Bề mặt này tiếp xúc với vật

liệu thay ñổi liên tục nhờ trục rỗng quay với tốc ñộ nhất ñịnh nên làm tăng quá

trình tiếp xúc với vật liệu cũng như tăng quá trình trao ñổi nhiệt Với thiết kế bề

mặt trao ñổi nhiệt như thế cần phải bố trí nhiều cánh ñĩa gần nhau, như vậy mới

ñảm bảo cho quá trình cấp nhiệt.Tuy nhiên sẽ làm cho không gian thùng sấy sẽ

rất nhỏ, lượng vật liệu chưa trong thùng sấy it hơn, làm giảm năng suất

Để hợp lý hơn cho quá trình sấy, ta tăng bề mặt trao ñổi nhiệt lên bằng cách

dùng bao hơi trao ñổi nhiệt ở phía ngoài, bao hơi phủ lên bên ngoài 2/3 vỏ thùng

sấy, còn 1/3 vỏ thùng phía trên vẫn ñể nguyên Như thế bề mặt truyền nhiệt tăng

lên do ñó có thể giảm số cánh ñĩa xuống, ñồng thời không gian chứa vật liêu sẽ

tăng lên ñảm bảo năng suất nhưng kích thước của thiết bị không tăng lên

Diện tích bề mặt trao ñổi nhiệt ñược xác ñịnh:

F = F vỏ + Ftruc + Franh

- Diện tích rãnh xoắn:

Xem rãnh xoắn ốc ở bên một mặt cánh ñĩa là một hình bán trụ cuốn thành

hình xoắn ốc có ñường kính là: dr = 80 m m

Đường xoắn ốc có 2 tâm là O, hai ñiểm O1 O2 là tâm các ñường tròn kế tiếp

của rãnh xoắn ốc như trên hình vẽ

1/2 vòng xoắn ñầu có tâm là O1, bán kính r1 = 150 mm, ñộ dài của vòng xoắn

ñược tính: l1 = r1

1/2 vòng xoắn ốc thứ 2 có tâm O2, bán kính r2 = 300 mm, ñộ dài của vòng

xoắn ñược tính: l2 = r2

).l = (

2

r d

) .(r1 + r2 + r3 + r4 +160)

= (3,14

2

80).3,14.( 150 + 300 + 450 + 600 +160) = 654677 mm2 = 0,655 m2

Một cánh ñĩa có hai mặt là ñường xoắn ốc, vậy bề mặt trao ñổi nhiệt là:

S1 = 2.0,655 = 1,3 m2

Chọn số cánh ñĩa trên trục là : n = 30 ñĩa

Vậy tổng diện tích bề mặt trao ñổi nhiệt trên cánh ñĩa:

Sranh = 1,3.30 = 39 m2

- Diên tích phần vỏ: là phần diện tích 2/3 bề mặt ngoài của vỏ hình trụ nằm

ngang không tính phần ñáy

Vỏ trụ có ñường kính là D = 2m, chiều dài L = 6 m

ta có

Fvo = D ) L

2 2 (

π ) L trong ñó d là ñường kính trục rỗng d = 0,2 m

ta có Ftruc = 3,12.0,2.6 = 3.768 m2

Vậy tổng diện tích bề mặt trao ñổi nhiệt:

F = F vỏ + Ftruc + Franh = 39 + 25,12 + 3,768 = 67.88 m2

2.2.3.Tính số vòng quay của trục rỗng:

Số vòng quay của trục máy sấy phụ thuộc vào chiều dài, góc nghiêng ñặt

thùng, thời gian vật liêu lưu lại trong thiết bị sấy, ñược xác ñịnh theo công thức

t thời gian sấy t = 253 phút

d ñường kính của trục d = 0,2m

m là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo trục có gắn thêm cánh ñĩa, m = 1

120

1320

chọn k = 0,7 sấy xuôi chiều

Thay số vào ta ñược:

n =

α

tg d t

L k m

.

. =

035 , 0 2 , 0 253

6 7 , 0

1 = 2,4 vòng /phút

2.2.4 Công suất cần thiết ñể làm quay trục:

Theo công thức (VI.54)-{II}:

2.3 Xác ñịnh hệ số trao ñổi nhiệt:

2.3.1 Xác ñịnh hiệu nhiệt ñộ trung bình:

Khi tính chế ñộ nhiệt ñộ của thiết bị trao ñổi nhiệt, trước hết cần xác ñịnh

ñặc tính biến ñổi nhiệt ñộ của chất tải nhiệt.Chọn sơ ñồ chuyển ñộng biểu diễn

các ñặc tính biến ñổi nhiệt ñộ của các môi trường

làmviệc:

+ Giai ñoạn thứ nhất: thể hiện trên hình vẽ,là quá trình ñun nóng lên nhiệt ñộ

sôi Các thông số nhiệt ñộ:

- nhiệt ñộ hơi bão hào cấp: t1’ = 1640C

- nhiệt ñộ hơi nước ngưng tụ: t1’ = 1640C

N L tb

t t

t t t

63

144 lg 3 , 2

N L t t

t t t

104

63 lg 3 , 2

2.3.2 Xác ñịnh hệ số cấp nhiệt từ hơi ngưng tụ ñến thành thiết bị 1 :

Cường ñộ cấp nhiệt trong trường hợp này phụ thuộc vào tinh chất của hơi

ngưng tụ, nhiệt lưu riêng của bề mặt ngưng tụ q hay chênh lệch nhiệt ñộ t = ts

– tw, vị trí, hình dáng và cách bố trí bề mặt trao ñổi nhiệt

Trên cơ sơ những quyết ñịnh có tính chất lý thuyết về quá trình và công

trình nghiên cứu thực nghiệm về quá trình ngưng tụ ñã chứng minh rằng, hệ số

cấp nhiệt phụ thuộc vào chế ñộ chảy qua lớp màng ngưng tụ và xác ñịnh bằng

Ở nhiệt ñộ này các thông số vật lý và số Pơran của chất ngưng tụ chọn theo

cá bảng số liệu theo bảng I.129 -{I}

164 5 , 0 150 5

, 0

5 ,

3

Pr

.

t c

r b

18 , 4 2 , 495 17 , 1 ) 10 186 , 0 (

3 , 0 81 , 9

2 6

68 − 2

= 1392

2.3.3 Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ñến vật liệu 2 :

Ta biết vật liệu sấy là cá với ñộ ẩm rất cao, sau khi vào máy sấy cá vừa

ñược cấp nhiệt vừa ñược cánh ñĩa khuấy trộn nên tạo thành một hỗn hợp lỏng, ta

xem hỗn hợp lỏng này có tính chất như là nước

Các tính chất của vật liệu sấy ñược xác ñịnh thông qua nhiệt ñộ trung bình

của vật liêu sấy

tc = t1’ - ttb = 164 – 80 = 840C

Thông số vật lý của nước ở nhiệt ñộ tc = 800C theo bảng I.129 -{I}

Cp = 5,02 kJ/kg0C ; = 0,665 Ư/m0C

= 0,416.10 -6 m2/s ; Pr = 2,66

trong ñó ta lấy nhiệt ñộ trung bình của chất vật liệu sấy và vận tốc khuấy trộn

làm các ñại lượng cần xác ñịnh Chuẩn số Re và Nu có dạng sau:

4 , 2 72 , 1

− = 3,64.106 Vậy Nu2 = 0,36 Re2/3.Pr1/3 = 0,36 (3,64.106)2/3.2,661/3 = 3639

Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ñến vật liệu sấy:

0 = 1210

2.3.4 Hệ số truyền nhiệt:

Bài toán truyền nhiệt giữa một bên là trao ñổi nhiệt ñối lưu do hơi nước bão

hoà ngưng tụ và một bên là trao ñổi nhiệt giữa vật liệu sấy bốc hơi ẩm, có thể

xem là bài toán truyền nhiệt qua tường phẳng Nếu xem 1 là hệ số trao ñổi

nhiệt khi ngưng và 2 là hệ số trao ñổi nhiệt từ thành thiết bị sang vật liệu sấy

thì hệ số truyền nhiệt K ñược xác ñịnh:

2 1

1

α λ

δ

α + +

=

trong ñó: chiều dày vỏ thiết bị = 10 mm

hệ số truyền nhiệt vật liệu làm thiết bị , chon vật liệu thép CT3, ở

nhiệt ñộ ttb = 800C ta có = 50,2 W/m0C

thay số vào

α λ

01 , 0 1392 1

1 + +

= 573 W/m2 0C

Do có nhiều chất cặn bẩn bám vào thành thiết bị nên lấy hệ số sử dụng bề mặt

trao ñổi nhiệt là: = 0,85

Vậy hệ số truyền nhiệt : K = K0 = 0,85.573 = 487 W/m2 0C

2.3.5 Quá trình truyền nhiêt:

Phương trình cơ sở ñối với sự tính toán quá trình trao ñổi nhiệt là:

Q = k.F ttb.t

trong ñó - Q : nhiệt lượng cần cấp W.h

- F : diện tích bề mặt trao ñổi nhiệt, m2

- ttb : hiệu nhiệt ñộ trung bình, 0C

- K : hệ số trao ñổi nhiệt, W/m2 0C

- t : thời gian quá trình sấy , h

Do quá trình cấp nhiệt diễn ra theo từng giai ñoạn khác nhau, vì vậy cần áp dụng

phương trình cho từng giai ñoạn Trong ba giai ñoạn thì giai ñoạn cấp nhiệt cho

quá trình bốc hơi là lớn nhất, ñồng thời thời gian cấp nhiệt theo yêu cầu là nhỏ

nhất Vậy ta kiểm tra với lượng nhiệt cần cấp như thế có ñảm bảo thời gian cho

.F t tb k

Q t

∆

88 , 67 63 487

3766667 = 1,8 h = 108 phút Mặt khác theo lý thuyết giai ñoạn cấp nhiệt cho quá trìng bốc hơi cần thời gian

lá 120 phút, vậy thời gian cấp nhiệt thực tế là ít hơn Để ñảm bảo lượng nhiệt

cung cấp ta giảm áp suất hơi bão hoà của hơi nước xuống thấp hơn 7at, khi ñó

nhiệt ñộ của hơi nước và nước ngưng sẽ thấp hơn

Do thiết bị sấy cần bảo ñảm ñộ chân không trong quá trình sấy do ñó hai

bích phía hai ñầu thùng sấy phải ñảm bảo tiêu chuẩn Dựa vào ñường kính của

thiết bị ta xác ñịnh ñược kích thước của bích:

Đường kính trong của thiết bị: Dt = 2000 mm

Đường kính ngoài của thiết bị: D0 = 2015 mm

Dt - ñường kính trong của thiết bị, Dt = 2000 mm

p - áp suất môi trường trong thiết bị, p = 0,1 N/mm2

Dtb - ñường kính trung bình của ñệm Các loại ñệm bít kín chọn vật liệu ñệm là

thép không rỉ với nhiệt ñộ lớn nhất của môi trường là 2000C Dtb = 2040 mm

b0 – bề rộng tính toán của ñệm

b0 = ( 0,5 ÷ 0,8 ) b

b – bề rộng thực của ñệm, b = 10 mm -> b0 = 50 mm

m – hệ số áp suất riêng, phụ thuộc vào vật liệu và loại ñệm

q0 - áp suất riêng cần thiết ñể làm biến dạng dẻo ñệm

Giá trị ñại lượng q0 với thép m = 5,5 : q0 =120 ( N/ mm2 )

nên lực ép chiều trục sinh ra do xiết chặt bu lông:

(N)10.9,41,0.5,5.50 20401

,0.2000

4

6 2

với z: số bu lông ñã chọn là z = 44 chiếc

Đường kính chân ren của bu lông xác ñịnh theo công thức:

4,29280

1,9.101,13

}{

với [σ]- ứng suất cho phép của vật liệu làm bu lông Tra bảng {II} ứng suất cho

phép của vật liệu làm bu lông [σ] phụ thuộc vào nhiệt ñộ {σ}=280 N/mm2 với

thép 25X2MΦA

- ứng suất tác dụng lên bu lông ñược xác ñịnh theo công thức {II}:

][ )(N/mm236

324

1,9.104

2 2

5 2

π π

Chọn ñộng cơ ñiện ñể dẫn ñộng máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai

ñoạn ñầu tiên trong qúa trình tính toán thiết kế máy Trong trường hợp dùng hộp

giảm tốc và ñộng cơ thì việc chọn ñúng loại ñộng cơ ảnh hưởng rất nhiều ñến

việc lựa chọn hộp giảm tốc cũng như bộ truyền ngoài hộp Muốn chọn ñúng

ñộng cơ cần hiểu rõ ñặc tính và phạm vi hoạt ñộng của từng loại

Với thiết bị này ta chọn ñộng cơ ñiện xoay chiều ba pha không ñồng bộ rô

to ngắn mạch với ưu ñiểm: kết cấu ñơn giản, giá thành tương ñối hạ, dễ bảo

quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới ñiện ba pha không cần biến

ñổi dòng ñiện Nhược ñiểm là: hiệu suất và công suất thấp (so với ñộng cơ ba

pha ñồng bộ), không ñiều chỉnh ñược vận tốc ( so với ñộng cơ một chiều và

ñộng cơ ba pha không ñồng bộ rôto dây cuốn) Nhờ có nhiều ưu ñiểm cơ bản,

ñộng cơ xoay chiều ba pha không ñồng bộ rôto ngắn mạch ñược sử dụng rất phổ

biến trong các nghành công nghiệp Để dẫn ñộng các thiết bị vận chuyển, băng

tải, xích tải, thùng trộn

Công suất ñộng cơ:

) (

.

w N

k

N

hd td

+ k = 2: hệ số quá tải khi khởi ñộng

+ ηtd : hiệu suất truyền ñộng:

ηnt= 0,95: hiệu suất nối trục

ηx = 0,96: hiệu suất bộ truyền xích

ηd =0,95: hiệu suất bộ truyền ñai

⇒ ηtd =0,97 0,998 0,95.0.96.0,95 = 0,775

+ ηhd = 0,9 : hiệu suất hộp ñệm

Do ñó công suất ñộng cơ:

)(66,109,0.775

Ta có công suất ñộng cơ Nñc = 9,34 (KW) và số vòng quay của trục khuấy là n

= 2,4 vòng/phút Do ñó, theo trang 238 bảng phụ lục (P1.3 - VI) Các thông số

kỹ thuật của ñộng cơ 4A chọn kiểu ñộng cơ: 4A- 132M4Y3 với các thông số:

Trong các hệ dẫn ñộng cơ khí thường sử dụng các bộ truyền bánh răng hoặc trục

vít dưới dạng một tổ hợp biệt lập, ñược gọi là hộp giảm tốc Hộp giảm tốc là cơ

cấu truyền ñộng bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không ñổi và ñược dùng

ñể giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp

giảm tốc, người ta phân ra hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp Tuỳ

theo loại truyền ñộng trong hộp giảm tốc phân ra: hộp giảm tốc bánh răng trụ,

hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn – trụ, hộp giảm tốc trục vít, trục vít – bánh

răng hoặc bánh răng – trục vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc

bánh răng vòng và ñộng cơ - hộp giảm tốc Hộp giảm tốc ñược sử dụng rộng rãi

trong các nghành cơ khí, luyện kim hoá chất,…

3.2.2.1 Xác ñịnh tỷ số truyền của hệ dẫn ñộng

6074

,2

nñ/c – số vòng quay của ñộng cơ ñã chọn, vòng/phút

nlv – số vòng quay của trục máy công tác, vòng/phút

Phân tỷ số truyền của hệ dẫn ñộng: chọn kết cấu truyền ñộng giữa ñộng cơ và

hộp giảm tốc, do ñó tỉ số truyền của hộp giảm tốc là: Uh = 24 Với tỉ số truyền

này ta chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp

3.2.2.2 Phân tỷ số truyền của hệ dẫn ñộng:

ut = un uh

un – tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc ( un có thể là tỉ số

truyền của bộ truyền ñai uñ, bộ truyền xích ux, của bộ truyền bánh răng u br … )

là tích của các tỉ số truyền của các bộ truyền này

uh – tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Chọn bộ truyền của hộp giảm tốc là truyền ñộng bánh răng trụ hai cấp, tỷ số

truyền là : uh = 24

Chọn bộ truyền ngoài hộp giảm tốc gồm :

- Truyền ñộng xích từ ñộng cơ ñến hộp giảm tốc, tỷ số truyền ux = 5

- Truyền ñộng ñai từ hộp giảm tốc ñến trục, tỷ số truyền uñ =

Sơ ñồ truyền ñộng cho trục

1- Động cơ ñiện ; 2 – Truyền ñộng xích: 3 – Hộp giảm tốc

4 – truyền ñộng ñai: 5: Khớp nối

3.2.2.3 Xác ñịnh sơ bộ các bộ truyền ñộng:

2.3.1 Bộ truyền xích:

Đĩa nhỏ có số vòng quay cùng trục ñộng cơ : n = 1458 vòng/phút

Với tỷ số truyền là: ux = 5, ta có số vòng quay của ñĩa lớn

Số răng của ñĩa nhỏ: z1 = 22; Số răng của ñĩa lớn: z2 = ux.z1 = 5.22 = 110

Chọn bộ truyền xích một dây có bước xích : p = 25,4 mm

khoảng cách trục: a = 40.p = 40 25,4 = 1016 mm

Đường kính ñĩa xích:

) sin(

1

1

z

p d

π

) 22

14 , 3 sin(

4 ,

) 2 sin(

2

z

p d

π

) 110

14 , 3 sin(

4 ,

2.3.2 Bộ truyền hộp giảm tốc:

Với tỷ số truyền uh = 24, chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, Chọn

hộp giảm tốc 2 cấp phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc uh cho các cấp

theo bảng 3.1-Trang 43-{VI}:

nn

nn

=

=

h

x u

n

vòng/phút Chọn ñường kính ñai nhỏ: d1 = 300 mm

ñường kính ña lớn: d2 = ud.d1(1- ) = 4.300.(1-0,02)= 1200 mm

Khoảng cách trục : a = 1,5.( d1 + d2 ) = 1,5.( 1200+300) = 2250 mm

3.3 Tính kiểm tra bền cho hệ thống:

3.3.1.Kiểm tra bền cho vỏ thiết bị sấy:

Thiết bị vỏ mỏng khi chụi áp suất ngoài hoặc áp suất chân không vượt qua

giá trị tới hạn, sẽ mất tính ổn ñịnh Tức là mất hình dạng ban ñầu và bị bẹp thành

nhiều múi, mặc dầu ưng suất nến trong vỏ ñang thấp hơn ứng suất cho phét rất

nhiều

Thiết bị sấy là loại vỏ trụ ngắn có thể bẹp thành nhiều múi cho nên có

nhiều giá trị áp suất tới hạn tuỳ theo số múi