THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CÁ

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp khác nhau

 Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY

Họ và tên: Đặng Hồng Chuyên.

Khóa: K50.

Đề tài đồ án: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CÁ

I Những số liệu ban đầu:

• Năng suất: G1 = 3 tấn/ngày

• Địa điểm xây lắp: Tỉnh Thanh Hóa

• Nguồn năng lượng cung cấp: Hơi nước bão hòa

II Nội dung thiết kế:

1 Tìm hiểu và thiết kế công nghệ.

2 Tính toán nhiệt, ẩm của hệ thống sấy(HTS).

3 Thiết kế chi tiết HTS.

III Bản vẽ:

1 Bản vẽ tổng thể hệ thống sấy.

2 Các bản vẽ chi tiết.

IV Thời gian thiết kế:

Ngày giao đầu bài: 01/09/2009

Ngày hoàn thành: 30/10/2009

V Cán bộ hướng dẫn: TS Đặng Trần Thọ

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp khác nhau Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch Trong công nghiệp cũng như nông nghiệp chế biến nông- hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy cũng đóng một vai trò quan trọng trong dây truyền sản xuất

Thực tế cho thấy quá trình truyền nhiệt nói chung và quá trình sấy nói riêng là những quá trình công nghệ phức tạp Để thực hiện tốt quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống bao gồm các thiết bị như: Thiết bị sấy(Hầm, buồng sấy…), Calorifer, Quạt và một số thiết bị khác…

Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là cá tươi với năng suất sản lượng đầu vào là3tấn/ngày Hệ thống được lắp đặt tại tỉnh Thanh Hóa với nhiệt độ không khí

và độ ẩm trung bình trong năm là t = 230 C; ϕ=83% [1] Với nhiệm vụ đó emlựa chọn công nghệ sấy hầm với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào

Với sự hướng dẫn của TS Đặng Trần Thọ đến nay em đã hoàn thành đồ

án này Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu tham khảo không đầy đủ, quá trình tính toán có sai số nên không tránh khỏi các sai sót Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn đọc quan

tâm

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày… tháng… năm 2009.

Sinh viên thực hiện:

Đặng Hồng Chuyên.

CHƯƠNG I

TÌM HIỂU TÍNH CHẤT VÀ TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

SẤY CÁ

1.1 Tính chất của Cá

Nguyên liệu đầu vào của Hệ Thống Sấy là Cá Thu

• Cấu Trúc: Cá là một hệ keo đặc được tạo nên từ các màng ngăn, các sợi và nội mạc

• Đặc điểm hóa học của Cá: Thành phần hóa học của Cá phụ thuộc vào từng vùng đánh bắt, thời gian đánh bắt trong năm và kích cỡ lớn nhỏ củaCá

+ Nước: Trung bình chiếm từ 55-85% đóng vai trò, chức

năng quan trọng trong đời sống và chất lượng cá

+ Protein: Chia làm 3 nhóm cơ bản gồm: Nhóm hòa tan

trong nước, nhóm hòa tan trong dịch muối và cuối cùng là nhóm hòa tan trong

Nếu ta làm giảm độ ẩm xuống còn 35-40% thì sẽ ngăn cản được một

số loại vi khuẩn Nếu độ ẩm chỉ còn 10-12% thì hầu như các loại vi khuẩn không còn phát triển được nữa Ngoài các yếu tố trên thì nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình thối rữa và phân hủy của Cá

Cá Thu là loại Cá có ít mỡ, tra bảng ra ta được nhiệt dung riêng của

Cá Thu là C = 3, 62 kJ/kg Thực tế khi sấy thì do lượng âm trong Cá luôn thayđổi và giảm vì vậy giá trị nhiệt dung riêng ở trên cũng không phải là luôn không đổi, tuy nhiên giá trị này chỉ để phục vụ mục đích tính toán tổn thất nhiệt do VLS mang đi nên ta có thể chấp nhận giả thiết coi nhiệt dung riêng

của Cá là không đổi và luôn bằng giá trị lớn nhất.

1.2 Tổng quan về công nghệ sấy Cá

1 2 1 T ì nh h ì nh s ấ y t hủy s ả n ở n ư ớ c t a h i ệ n n a y

Việt nam là nước có bờ biển dài và vùng ngư trường đánh bắt cá rất rộng Sản lượng tôm cá hàng năm rất lớn Cũng giống như các nước kém phát triển khác thì một phần sản lượng không nhỏ được chế biến dưới dạng khô, biện pháp chủ yếu vẫn là phơi nắng truyền thống, dùng làm thức ăn cho gia súc hoặc thực phẩm cho con người, phương pháp này rất bị động khi thời tiết biến động, chất lượng sản phẩm thấp và gây ô nhiễm môi trường Nhu cầu sấy

cá khô làm thực phẩm là cấp thiết ở nước ta hiện nay Cá đánh bắt được tiêuthụ trong nước không hết cần phải được sấy khô để xuất khẩu bán ra các nước khác Hiện nay có rất nhiều hãng lớn trên thế giới cũng đã tiếp xúc với thị trường máy nông nghiệp trong đó có máy sấy nông sản và cụ thể là máy sấy

cá, họ đem đến giới thiệu và chào hàng những dây chuyền hiện đại, năng suất lớn và hoàn toàn tự động chỉ phù hợp với quy mô công nghiệp Trong khi đó

ở Việt nam do đặc thù của nền kinh tế là sản xuất không tập trung, nhỏ lẻ vàphân tán và quan trọng là chi phí đầu tư cho những dây chuyền như vậy rấtđắt dẫn đến gây khó khăn cho nông dân hoặc các hộ kinh tế gia đình cá thểhay các doanh nghiệp vừa và nhỏ muốn đầu tư trang bị

Vì vậy cần phải nghiên cứu chế tạo ra những hệ thống sấy phù hợp với điều kiện của nước ta, nhưng vẫn phải đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, giá thành thấp nhằm giảm chi phí trong quá trình đầu tư, vận hành và bảo dưỡng

- Cá còn nguyên vẹn không bị tổn thương

- Cá không bị dịch bệnh hoặc có nguồn gốc xuất xứ từ những vùng mắc dịch bệnh

- Cá có mùi tanh tự nhiên

* Quá trình xử lý Cá:

- Tiến hành vệ sinh Cá bằng nước sạch

- Dùng dao mổ bụng cá nhằm loại bỏ những thành phần không cần thiết như nội tạng, bỏ vây…

- Cắt bỏ đầu , xương, vẩy…

- Rửa sạch Cá một lần nữa trước khi sấy Cá.

* Yêu cầu cảm quan về thành phẩm:

Trong quá trình sấy phải đảm bảo không làm mất chất tức là phải giữ được mùi vị của Cá

- Về màu sắc: Đảm bảo màu sắc tự nhiên của Cá, không bị dính cátsạn

- Về mùi, vị: Mùi thơm tanh tự nhiên của cá và không có mùi lạ, Cáphải có vị ngọt không mặn

- Về trạng thái: Cá khô, mình còn nguyên Hàm lượng từ 13-15%, có hàm lượng muối từ 1-2%

b) Công nghệ sấy Cá khô

Ta lựa chọn công ghệ sấy là công nghệ sấy hầm vì phù hợp với tính chất của vật liệu sấy và yêu cầu về năng suất không quá lớn nên lựa chọn công nghệ sấy hầm là hợp lý cả về yêu cầu công nghệ với hiệu quả kinh tế, với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt nhờ đi qua Calorifer dạng khí -

hơi không khí có nhiệt độ vào khoảng 80 − 950 C , được quạt thổi cưỡng bức vào hầm sấy Vận tốc của dòng không khí nóng phụ thuộc vào lượng ẩm thoát

ra trong một đơn vị thời gian

Để tiến hành sấy Cá làm cho độ ẩm của Cá giảm xuống còn khoảng10-12% thì nguyên liệu đầu vào là cá đã được làm sạch sẽ được xếp lên các khay sắt, các khay sắt được sắp xếp theo trật tự trên các xe goòng rồi đưa vào buồng sấy Lượng ẩm sau khi thoát ra được thải ra môi trường

Quy trình phân loại, lựa chọn và sấy Cá khô:

Hình 1.1: Quy trình công nghệ Sấy Cá khô

+ Do vậy năng suất sản phẩm(VLK) tính theo giờ là:

Do sản phẩm sấy là Cá tươi và được dùng làm thực phẩm cho

cả người nên để đảm bảo về yêu cầu vệ sinh Do đó ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khí làm tác nhân sấy Với yêu cầu về đặc tính của loại vật liệu sấy là Cá, và năng suất sấy không quá lớn chỉ dừng ở mức trung bình nên ta

lựa chọn công nghệ sấy hầm kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi

Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua Calorifer khí- hơi Khôngkhí được gia nhiệt lên đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổi vào buồng sấy Trong không gian buồng sấy không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt- ẩm với vật liệu sấy là Cá tươi làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài Không khí này sau đó được thải ra môi trường

2 1 3 C h ọ n c h ế độ s ấ y

Với hệ thống sấy buồng và vật liệu sấy là Cá Ta sẽ gia nhiệt cho

không khí lên đến nhiệt độ t = 700 C (lựa chọn theo yêu cầu công nghệ)

Nhiệt độ của không

khí ra khỏi buồng sấy ta lựa chọn là

t = 400 C (lựa chọn

không được quá thấp tránh hiện tượng đọng sương bên trong buồng sấy khikhông khí bị quá bão hòa).

Do yêu cầu nhiệt độ sấy không quá thấp(sấy nóng) nên ta sử dụng sơ đồsấy không có đốt nóng trung gian

Để tránh làm mất mát mùi vị nhiều của Cá ta sử dụng sơ đồ sấy hồi lưu một phần Ngoài lý do trên thì ta đã biết rằng do chất lượng yêu cầu của sản phẩm khá cao khi dùng làm thực phẩm cho con người do vậy không khí sử dụng làm tác nhân sấy cũng phải yêu cầu sạch, vì vậy tránh phải sử dụng lượng không khí tươi ngoài trời quá lớn vừa gây tăng chi phí vận hành

0 0

0

0

1 2

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CỦA HỆ THỐNG SẤY

A- QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT

3.1 Các thông số của không khí trong hệ thống

3 1 1 Thô ng s ố c ủa khô ng k hí ngoà i trờ i

Với các thông số của không khí ngoài trời đã cho là t = 230 C; ϕ=83%

ta xác định được các thông số còn lại của không khí như sau:

• Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t = 230 C là:

pbh 0= exp[12- 4026,42 ] = exp[12- 4026,42 ] = 0, 02798[Bar]

Với nhiệt độ của không khí khi được thổi vào buồng sấy là t = 700 C ,nhiệt độ của không khí khi đi ra khỏi buồng sấy là t = 400 C

Lượng không khí lưu chuyển trong thiết bị sấy(TBS) là: L = LH + L0 .Cân bằng ẩm cho toàn bộ hệ thống sấy có: L0 .d0 + G1.W1 = L0 .d2 + G 2 .W2

⇒ L0 .(d2 − d0 ) = G1.W-G 2 .W2 = W (Lượng ẩm cần lấy đi của vật liệu sấy)

⇒ L0 = W 1 .

(d 2 − d0 )

Cân bằng ẩm cho riêng thiết bị sấy có:

L.dM + G1.W1 = L.d2 + G 2 .W2

• Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t = 400 C là:

pbh 2= exp[12- 4026,42 ] = exp[12- 4026,42 ] = 0, 07317[Bar]

Không khí sau buồng hòa trộn là trạng thái điểm (M) có:

• Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộn là:

IM = 102,56[kJ / kg _ KKK].

• Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t = 700 C là:

pbh1= exp[12- 4026,42 ] = exp[12- 4026,42 ] = 0,30735[Bar]

3.2 Lưu Lượng không khí khô lý thuyết

3 2 1 Lượ ng k hô ng k hí k hô lý t huyế t lư u c huyể n t ro ng t hiế t b ị s ấ y là

llt

= d 1

0, 04051 − 0, 02765

Để xây dựng được đồ thị biểu diễn quá trình sấy thực ta cần tính toánđược các tổn thất của hệ thống sấy, muốn vậy ta cần tính toán thiết kế kết cấu của hầm sấy, các thiết bị đi kèm như khay sấy, xe goòng…

3.4 Xác định kích thước của thiết bị sấy(Khay sấy, xe goòng, Hầm sấy)

Để đáp ứng yêu cầu về năng suất Thiết bị sấy của ta lựa chọn là Hầm sấy.Vật liệu sấy là cá tươi được chất lên các khay và các khay được chất lên các xe goòng để đẩy vào hầm sấy Sau khi sấy xong thì mở cửa hầm và đưa

xe goòng ra ngoài

3 4 1 K í c h t h ư ớ c c ủ a k h a y s ấ y

Khay sấy dùng để xếp vật liệu sấy(Cá tươi cắt miếng dày khoảng40mm) Khay sấy được chế tạo từ nhôm, tạo hình bằng phương pháp dập nhôm tấm bản có

Do vậy với yêu cầu năng suất sấy là G1 = 3 tấn trên tổng thời gian làm việc là20h trên mỗi ngày nên số khay cần được chế tạo là:

N = 20h.10kg / khay8h.3000kg = 120khay.

(Chi tiết khay sấy được thể hiện trên bản vẽ KTS- No.01)

3 4 2 K í c h t h ư ớ c c ủ a x e g o ò ng

Xe goòng được chế tạo từ khung Inox không gỉ, các thanh Inox rỗng cótiết diện 25x25, dày 1,5mm được hàn lại với nhau Trên mỗi xe đặt 12 khay, mỗi khay chứa được 10kg vật liệu sấy, các khay được xếp trên mỗi tầng khayđặt cách nhau với khoảng cách là 100mm để đảm bảo lưu thông của tác nhânsấy(không khí nóng) được dễ dàng, dưới các chân của xe có bố trí các bánh xe

để có thể trượt được trên 2 thanh ray lắp bên trong hầm sấy

Xe goòng được chế tạo có kích thước:

LxWxH(Leng x W idth x H igh)=850x1250x1660mm Kích thước xe goòng như vậy là phù hợp với điều kiện gia công cũng như chế độ làm việc của công nhân Với kết cấu như vậy khối lượng của mỗi xe vào khoảng 28kg.Trên mỗi xe gòng cho phép đặt 12 khay sấy, mỗi khay chứa được 10kg

Do đó khối lượng VLS trên mỗi xe là: G X = 12.10 = 120 kgVLS / Xe

Với thời gian làm việc trên mỗi ngày là t = 20h , thời gian để sấy

No.02).

3 4 3 K í c h t h ư ớ c c ủ a H ầ m s ấ y

Hầm sấy được xây dựng theo kích thước đảm bảo thuận lợi việc

di chuyển của các Xe goòng, thuận tiện cho việc đẩy xe vào cũng như kéo xe

ra khỏi hầm sấy Hầm sấy được xây dựng theo các kích thước sơ bộ sau:

a) Chiều rộng của hầm sấy B h :

Chiều rộng của hầm phụ thuộc vào chiều rộng của xe goòng Ta lấy dư

ra 2 phía mép trái và mép phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theohầm sấy được dễ dàng: Bh = Bx + 2.100 = 1250 + 2.100 = 1450mm

b) Chiều cao của hầm sấy H h :

Chiều cao của hầm phụ thuộc vào chiều cao của xe goòng Ta lấy dư raphía mép trên của xe là 150mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễdàng: H h = Hx + 150 = 1650 + 150 = 1800mm

c) Chiều dài của hầm sấy L h :

Chiều dài của hầm phụ thuộc vào chiều dài và số lượng của xe goòng làm việc trong hầm Ta lấy dư ra phía cửa vào và cửa ra mỗi phía là 1000mm giúp cho việc đẩy xe goòng cũng như kéo ra khỏi hầm được thuận lợi:

Lh = N x .Lx + 2.1000 = 10.850 + 2.1000 = 10500mm

Trong hệ thống sấy của ta bố trí một kênh dẫn gió nóng(nhiệt độ 700C), một kênh dẫn gió thải và một kênh dẫn gió hồi Các kênh được xây dựng với chiều rộng hợp lý giúp cho việc lắp đặt thiết bị, vận hành và bảo dưỡng đượcthuận tiện Ta có được bản vẽ mặt bằng xây dựng hầm sấy như sau:

B Giã t¬i ngoµi trêi

Cöa Giã håi

bª t«ng trÇn b«ng thñy tinh c¸ch nhiÖt Cöa Giã th¶i ra ngoµi

Hình3.5: Mặt cắt đứng xây dựng của hầm sấy.

Với kết cấu xây dựng như trên, tốc độ

của tác nhân sấy nóng đi trong kênh

dẫn vào khoảng 2,5m/s Tốc độ này là

hợp lý để giảm tổn thất áp suất cho quạt

Trên nền của hầm có lắp 2 thanh ray để xe

goòng có thể di chuyển tự do dọc theo hầm

3.5 Tổng các tổn thất nhiệt trong hệ thống sấy

Khi vận hành làm việc hầm sấy thì tổn thất nhiệt của HTS bao gồm các tổn thất sau:

• Tổn thất do vật liệu sấy mang đi:

Ta lần lượt xác định các tổn thất này như sau:

3 5 1 Tổn t hấ t nhiệ t do vậ t liệ u s ấ y ma ng đ i qV [kJ / kg _ âm] :

Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống sấy với sản phẩm sấy là nông sản thực phẩm thì sản phẩm sấy(SPS) đi ra khỏi thiết bị sấy(TBS) có nhiệt độthấp hơn nhiệt độ của TNS đi vào từ 5 ÷ 100 C Do đó VLS sấy đi ra có nhiệt

độ là: t v

2

= 70 − 100 C = 600 C

Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường: t

3 5 2 Tổn t hấ t nhiệ t do t hiế t b ị tr uyề n tả i: qTBTT [kJ / kg _ âm] :

Ta có: QTBTT = QKh + QX Với QKh ; QX lần lượt là tổn thất do khay sấy

và xe goòng mang đi

Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độmôi trường là: tKh1 = tX1= t0 = 230 C

Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi hầm sấy lấy gần bằngnhiệt độ sấy: tKh 2 = tX 2= t1 = 700 C

Khay sấy và xe goòng có khối lượng lần lượt là:

G Kh = 3, 5kg; G X = 28kg

Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe và khay(Inox và Nhôm) là:

CKh = 0,86kJ / kg.K; CX = 0, 42kJ / kg.K

• Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi là:

Với số lượng khay là NKh = 120 khay; Thời gian sấy là τ= 8h Ta có:

=120.3,5.0,86.(70 − 23) ≈ 2125kJ / h

Kh

• Tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi là:

Với số lượng xe là NX = 10 Xe; Thời gian sấy làτ= 8h Ta có:

X

3 5 3 Tổn t hấ t nhiệ t q ua kế t c ấ u ba o c he : qMT [kJ / kg _ âm] :

Với kết cấu xây dựng của hầm sấy như đã thiết kế ta có:

Tiết diện tự do của TNS nóng đi trong hầm là: Ftd = FH − FX

Với: FX : là tiết diện của xe goòng(3 thanh thẳng đứng 25x1650, 12 thanhnằm ngang 25x1200), do đó F = 3.(0, 025x1, 65) + 12.(0, 025x1, 2) ≈ 0, 5m2

2

FH : là tiết diện của hầm sấy(1450x1800), do đóFH = 1, 45x1,8 ≈ 2, 6m

Vì vậy tiết diện tự do

là: Ftd= 2, 6 − 0,5 = 2,1m2

Sau khi tính toán quá

trình sấy lý thuyết ta đã xác định được lưu lượng TNS đi qua hầm là

Llt=7770m3/h =2,2m3/s , tuy nhiên trong quá trình sấy thực thì lượng TNS này phải lớn hơn đề bù lại các tổn thất Do đó tốc độ TNS tối thiểu đi trong hầm

L 2, 2m3 / ssấy là:ω = lt = ≈ 1,1m / s Ta giả thiết tốc độ của TNS trong

quált

trình sấy thực là ω= 1, 2m / s , ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này

Tổn thất qua kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy và bao gồm các thành phần sau:

• Tổn thất qua 2 tường bên: QT

t 0 : Nhiệt độ của môi trườngt 0 = 23 C

F: Diện tích của các bề mặt tính tổn thất tương ứng

k: Hệ số trao đổi nhiệt, tính qua biểu thức k =

Với α1 , α2 : lần lượt là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của TNS với bề mặttrong tường của hầm sấy và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài