Đồ án thiết kế Hầm sấy mực

4: Thông số không khí sau khi ra khỏi hầm sấy Bảng 4... Mục đích quá trình sấy: Tăng khả năng bảo quản của mực: mực có độ ẳm khoảng 80%, khi mực chếtvới độ ẩm cao như vậy sẽ là điều kiện

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN 1

1.1 Nguồn lợi 1

1.2 Cấu tạo và giá trị dinh dưỡng 2

1.3 Yêu cầu sản phẩm 2

2 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2

2.1 Phương pháp sấy 3

2.2 Chọn quy trình công nghệ 3

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ 5

3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 7

3.1 Các thông số ban đầu 7

3.2 Tính thời gian sấy 9

3.3 Tính thiết bị chính 10

4 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 13

4.1 Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi: 14

4.2 Nhiệt tổn thất do thiết bị vận chuyển: 14

4.3 Nhiệt tổn thất ra môi trường qm: 15

4.4 Tính toán quá trình sấy thực 28

5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 31

5.1 Tính toán caloriphe 31

5.2 Tính và chọn quạt 35

5.3 Tính và chọn động cơ kéo tời 42

6 TÍNH KINH TẾ 42

7 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

Danh mục bả

Bảng 1 1: Nguồn lợi mực ở vùng biển Việt Nam (đơn vị: tấn) 1Bảng 1 2: Thành phần khối lượng của mực 2YBảng 2 1: Thông số không khí huyện Cần Giờ

Bảng 3 1: Thông số mực sấy 7Bảng 3 2: Thông số không khí trước khi vào caloriphe 7Bảng 3 3: Thông số không khí trước khi vào hầm sấy 8Bảng 3 4: Thông số không khí sau khi ra khỏi hầm sấy

Bảng 4 1: Sử dụng nhiệt trong quá trình sấy 3

Bảng 5 1: Lưu lượng không khí 3

Bảng 6 1: Chi phí cố định 47

Danh mục hì

Hình 1 1: Hình mực ống 2YHình 2 1: Sơ đồ qui trình công nghệ

Hình 4 1: Đồ thị quá trình sấy thực 28

1 TỔNG QUAN

1.1 Nguồn lợi

Nước ta ở phía đông Thái Bình Dương có bờ biển dài trên 3200 km, nguồnnguyên liệu thủy sản rất đa dạng và có cả trong bốn mùa Ngoài nguồn nguyênliệu cá thì nguồn nguyên liệu nhuyễn thể vớiø sản lượng của nó được xếp hạngthứ hai Mực phân bố không đều ở vùng biển nước ta thường tập trung ở nơigặp nhau giữa hai vùng nước nóng và lạnh Hiện nay người ta đã tìm thấy hơn

100 loài mực, trong đó có khoảng 30 loài là đối tượng khai thác Riêng ở ViệtNam loài mực ống có trữ lượng khá dồi dào, giá trị kinh tế cao và tiềm năngkhai thác có thể đẩy mạnh Mực được khai thác quanh năm nhưng cũng có 2 vụchính: vụ Bắc (tháng 12-4) vụ Nam (tháng 6-9)

Bảng 1.1: Nguồn lợi mực ở vùng biển Việt Nam (đơn vị: tấn)

Bộ

BiểnTrung Bộ

Biển ĐôngNam Bộ

Biển TâyNam Bộ

Khả năngkhai thác

Hình thức khai thác: các loại nghề khai thác mực ống kết hợp với ánh sángnhư: nghề câu mực, nghề vó, chụp mực Lợi dụng tính hướng quang của mựcống, đưa nguồn sáng mạnh xuống dưới nước, mực tập trung rất đông theo luồngsáng đó, người ta nhữ mực vào lưới vây để bắt

Sản phẩm: Mực ăn ngon bổ, có thể chế biến đông lạnh tươi, chế biến khô đáp

1.2 Cấu tạo và giá trị dinh dưỡng

Mực là loài hải sản không xương sống thân mềm Cơ thểmực chia thành ba phần rõ rệt: đầu, thân và râu Mựcống có chiều dài gấp 6 lần chiều rộng, đuôi nhọn, chiềudài trung bình 180-380 mm khối lượng từ 90-750gam/con

Mực có nhiều thịt tổ chức cơ mực rấtchặt chẽ Mực có tỷ lệ ăn được rấtcao, trên 70% có khi đến 80% tổngkhối lượng cơ thể Mực có chứanhiều thành phần rất cần thiết cho cơthể như protein, lipit, gluxit, muối khoáng và vitamin

Bảng 1.2: Thành phần khối lượng của mực

1.3 Yêu cầu sản phẩm

Màu sắc: trắng đều, không có lốm đốm, nâu đen trên bề mặt

Độ ẩm không quá 14%, sản phẩm thẳng, nguyên vẹn không bị cong…

2 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

 Đầu đề đồ án:

Tính toán thiết kế máy sấy để sấy mực với năng suất 1 tấn/mẻ

Độ ẩm ban đầu:35% (kg ẩm/kg vật liệu ướt)

Độ ẩm cuối: 14% ((kg ẩm/kg vật liệu ướt)

Hình 1.1: Hình mực ống

Máy sấy loại hầm sấy

2.1 Phương pháp sấy

2.1.1 Mục đích quá trình sấy:

Tăng khả năng bảo quản của mực: mực có độ ẳm khoảng 80%, khi mực chếtvới độ ẩm cao như vậy sẽ là điều kiện thuận lợi để vi sinh vật phát triển gâyhiện tượng thối rửa Nếu ta làm giảm độ ẩm xuống 20 – 35% thì sẽ ngăn cảnđược một số loại vi khuẩn, nếu độ ẩm giảm xuống 10 – 20% thì hầu như vikhuẩn không phát triển được

Chế biến tăng giá trị cảm quan của mực

Có lợi về mặt vận chuyển: do khối lượng mực đã giảm đáng kể

2.1.2 Sơ lược về phương pháp sấy:

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu Đây là quá trình quan trọngtrong công nghiệp hoá học, thực phẩm giúp làm giảm khối lượng vật liệu, tăngđộ bền và tăng thời gian bảo quản vật liệu Có nhiều cách để cung cấp nhiệtcho vật liệu: bằng dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, bức xạ hoặc bằng năng lượng điệntrường có tần số cao Đây cũng là phương pháp rất thông dụng trongcôngnghiệp sấy Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng hệ thống gồm nhiềuthiết bị chính và thiết bị phụ Có nhiều loại thiết bị chính: buồng sấy, hầm sấy,tháp ấy, thùng quay, …

2.2 Chọn quy trình công nghệ

2.2.1 Chọn phương pháp sấy

2.2.2 Chọn thiết bị sấy

Trong đồ án này, ta sử dụng các loại thiết bị sau:

Thiết bị sấy đơn giản, năng suất khá cao, phù hợp với vật liệu đơn chiếc

2.2.3 Chọn tác nhân sấy:

Ta sấy mực là thực phẩm, để tránh nhiễm khói nên ta chọn tác nhân sấy làkhông khí nóng

Vị trí xây dựng hầm sấy tại huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh nên ta cóthông số đầu vào của tác nhân sấy

Bảng 2.1: Thông số không khí huyện Cần Giờ

Thông số không khí (trung bình)

2.2.4 Chế độ sấy:

Vật liệu sấy ở đây là mực chứa nhiều protein Nhiệt độ biến tính protein làkhoảng 80 oC, nếu nhiệt độ sấy cao quá sẽ làm biến tính protein là mực bị sậmmàu nên ta chọn nhiệt độ sấy là 70 oC và chế độ sấy ngược chiều (tăng hiệu

quả sấy), thải bỏ hoàn toàn tác nhân sấy (đơn giản) Phương thức nhập tác nhânsấy: từ trên xuống.

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ

Nguyên liệu mực sau khi được xử lý sơ bộ được xếp lên các khay Các khaynày lần lượt được xếp vào xe goòng Vì có bộ phận tời kéo nên việc vậnchuyển xe goòng vào hầm sẽ thuận tiện và dễ dàng hơn Sau khi các xe goòngvào trong hầm sấy, cửa hầm được đóng lại, tác nhân sấy được đưa vào hầm vàquá trình sấy bắt đầu Sau mỗi 25 phút, mở cửa vào và cửa ra của hầm sấy,dùng tời kéo kéo một xe goòng ra khỏi hầm đồng thời đẩy một xe goòng mớivào hầm Cứ như vậy sau 5 tiếng ta sấy xong 13 xe với năng suất 1 tấnmực/mẻ

 Tác nhân sấy:

Tác nhân sấy sử dụng ở đây là không khí Không khí bên ngoài được đưa vàocaloriphe nhờ quạt đẩy Tại caloriphe, không khí đi ngoài ống, khói lò (đốt dầuDO) đi trong ống đốt nóng không khí c đến nhiệt độ cần thiết Sau đó khôngkhí được dẫn vào hầm sấy Nhiệt độ không khí tại đầu hầm sấy phải đượcø chọnsao cho phù hợp với vât liệu đem sấy (phải nhỏ hơn nhiệt độ cao nhất mà vậtliệu có thể chịu được) Trong hầm sấy, không khí nóng đi xuyên qua các lỗ lướicủa khay đựng vật liệu và tiếp xúc đều với vật liệu sấy Aåm của vật liệu sẽ bốchơi nhờ nhiệt của dòng khí nóng trên Quạt hút được đặt cuối hầm sấy để húttác nhân sấy ra khỏi hầm và đưa ra ngoài

Hình 2.1: Sơ đồ qui trình công nghệ

3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Các thông số ban đầu

3.1.1 Vật liệu sấy:

Bảng 3.1: Thông số mực sấy

3.1.2 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là không khí Các thông số ứng với các trạng thái của không khí

(Tra trên đồ thị không khí ẩm ta có) trong quá trình sấy là:

Bảng 3.2: Thông số không khí trước khi vào caloriphe

Trạng thái A

Thể tích riêng vo = 0,877 (m3/kg)

Bảng 3.3: Thông số không khí trước khi vào hầm sấy

Trạng thái B

Bảng 3.4: Thông số không khí sau khi ra khỏi hầm sấy

Trạng thái C

3.2 Tính thời gian sấy

Chọn vận tốc tác nhân sấy wk = 2,2 m/s

Hệ số trao đổi ẩm [1]: α P = 6,15 + 4,17wk = 6,15 + 4,17.2 = 15,324 (W/m2.K)

Mật độ dòng nhiệt [2]:

1b p( 1 u) 15,324.(70 36,7) 510,3

Cường độ bay hơi ẩm [2]:

1 2

510,3

0,7572426,9

J J r

v o

J N

Với o: Khối lượng riêng của mực, o=1200 (kg/m3)

Rv: bề mặt riêng của mực,

30,0363

6,89.10/ 0,3 /1200

muc muc v

' '

35

53,85

o o

o

U U

U

Độ ẩm cân bằng của mực ([3], Bảng 1): U*= 5,5 (%)

Độ ẩm tới hạn [3]:

* 53,85

5,5 24,94

o th

3.3.1 Cân bằng vật chất

Năng suất nguyên liệu tính trong 1h:

' 1 1

1000

200( / )5

Lượng ẩm bốc hơi [4]: W G1 G2 200 151 49  (kg ẩm/h)

Lượng không khí khô cần bốc hơi 1kg ẩm vật liệu [4]:

Chọn kích thước xe goòng

 Chiều cao toàn bộ của xe: hx =1 m Chiều cao làm việc: h1 =0,85 m

 Chiều dài xe: lx = 1,4 m

 Chiều rộng xe: bx = 0,6 m.

Tính số khay trong mỗi xe goòng:

1 2

0,85

70,114

h n h

(tầng khay)

Số con mực trên 1 khay: q=19 con Mỗi khay chứa gv= m.q=0,3.19=5,7 kg

Số xe goòng cần cho 1 mẻ sấy:

'

13 5, 7.2.7 77

x v

G n

g p n

(xe)Tính khối lượng xe goòng:

thanh dọc 1,4 m Các thanh làm bằng thép vuông CT3 có kích thước

30x30x1,5mm

Tiết diện cắt ngang của 1 thanh: (0,03.0,03) – (0,0285.0,0285) = 8,775.10-5 (m2)

Thể tích thép CT3 cần dùng làm khung xe:

8,775.10-5.(6.1 + 4.0,6 + 4.1,4) = 0,00123 (m3)

Khối lượng riêng thép CT3: CT3  7,85.103 kg/m3)

 Khối lượng bánh xe goòng: Bánh xe goòng có đường kính 100 mm, nặng

2kg/bánh

Mỗi bánh cần 2 ổ bi (0,5kg/ổ) và 1 miếng cao su chịu va đập (0,02kg/miếng)

Khối lượng bánh xe goòng: 2 + 2 0,5 + 0,02 = 3,02 (kg)

16x16x1,4mm Khung có 2 thanh dài 0,7 m; 2 thanh ngang 0,6 m

Tiết diện ngang khung khay: (0,014.0,014) – (0,014 – 0,0014) = 3,72.10-5 (m2)

Thể tích thép CT3 cần cho 1 khay: 3,72.10-5.(2.0,7 + 2.0,6) = 9,68.10-5 (m3)

Khối lượng thép cho 1 khay: 8,775.10-5.9,68.10-5 = 0,76 (kg)

Mỗi khay có tấm lưới ở đáy, kích thước lỗ 20x20mm, làm bằng thép không gỉ,

kích thước tấm lưới 0,6 x 0,7m, khối lượng 0,5 kg/tấm

Khối lượng 1 khay: Gk = 0,76 + 0,5 = 1,26 (kg)

Tổng khối lượng khay trên 1 xe: Gk s = 1,26.14 = 17,64 (kg)

Khối lượng 1 xe goòng chưa chở mực: Gx = 9,64 + 17,64 + 3,02 = 30,3 (kg)

Khối lượng xe goòng có chở mực: Gx +g p n v . = 30,3 + 77 = 107,3 (kg)

 Hầm sấy:

 Chiều rộng hầm sấy [5]: Bh = bx + 2.0,05 = 0,6 + 2.0,05 = 0,7 (m) (3.11)

Hầm sấy được xây bằng gạch đỏ có chiều dày 1 = 0,2 m, 2 lớp hồ vữa mỗi lớp

dày 2 3 = 0,025 m phủ 2 bên lớp gạch đỏ

Chiều rộng phủ bì của hầm [5]:

B = Bh + 2 (12 )2 = 0,7 + 2.(0,2 + 2.0,025) = 1,2 (m) (3.12)

 Chiều cao hầm sấy [5]: Hh = hx + 0,05 = 1 + 0,05 = 1,05 (m)

Trần hầm sấy có lớp bê tông thường dày 0,1m Lớp cách nhiệt bằng

bông thủy tinh dày 0,07m

Chiều cao phủ bì của hầm [5]:

 Chiều dài hầm sấy [5]: L n l x x L1L2 13.1, 4 2.1 20, 2  (m) (3.14)

với L1, L2 là khoảng trống ở 2 đầu hầm, thường lấy L1 = L2 = 1 m

4 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Cân bằng nhiệt cho toàn thiết bị [5]:

L H Q G C  WC  G C t q L H G C  G C t Q (4.1)

Với Qcalo : Nhiệt cung cấp bởi caloriphe, (J)

GVL, GVC : Khối lượng vật liệu sấy và khối lượng thiết bị chuyền tải

CVL, CVC : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy và của thiết bị chuyền tải

(J/kg.độ)

1, Nhiệt độ vật liệu sấy trước và sau khi sấy, (oC)

qb : Nhiệt lượng cung cấp thêm tại hầm sấy, (J)

Qm : Nhiệt tổn thất ra môi trường, (J).

CH2O : Nhiệt dung riêng của nước, (J/kg.độ)

Xét trên 1kg ẩm [5]: q Calo l H( 2 H o)q VL q VCq m C H O2 1 q b (4.2)

Do sấy thải không tuần hoàn khí thải, không bổ sung nhiệt cho hầm sấy, tức là

qb= 0 → q Calo l H( 2 H o)q VL q VC q m C H O2 1

∆ : lượng nhiệt bổ sung thực tế, bằng hiệu số của lượng nhiệt bổ sung do nước

mang vào (C H O2 1) và lượng nhiệt tổn thất chung (q q VLq VC q m)

151.1,841.(35 27)

45,592 49

VL

(kJ/kg ẩm)

4.2 Nhiệt tổn thất do thiết bị vận chuyển:

Xe goòng làm bằng thép CT3, khối lượng 1 xe Gx = 30,3 kg, nhiệt dung riêng

của thép CCT3 = 0,5 kJ/kg.độ

Nhiệt độ của xe khi vào hầm sấy: tx1 = 27oC

Nhiệt độ của xe khi ra khỏi hầm sấy: tx2 = 35oC

Nhiệt tổn thất do xe goòng mang đi [5]:

3 ( 2 1 ) 30,3.0,5.(35 27).13

6, 453 49.5

x CT x x x x

3.1.1 Nhiệt tổn thất do khay sấy

Khối lượng mỗi khay : Gk = 6,852kg, nhiệt dung riêng Ck = 0,5kJ/kg.độ

Nhiệt độ của khay lúc vào hầm sấy: tk1 = 27oC

Nhiệt độ của khay khi ra khỏi hầm sấy: tk2 = 45oC

Nhiệt tổn thất do khay sấy [5]:

2 1 ( ) 13.14.1, 26.0,5.(35 27)

3, 744 49.5

x k k k k k

n sG C t t q

qVC = qx + qk = 6,453 + 3,744 = 10,2 (kJ/kg ẩm) (4.8)

4.3 Nhiệt tổn thất ra môi trường q m :

Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bao gồm:

 Nhiệt tổn thất qua tường: qt

 Nhiệt tổn thất qua trần hầm sấy: qtr

 Nhiệt tổn thất qua nền: qn

 Nhiệt tổn thất qua cửa: qc

 Nhiệt tổn thất do mở cửa: qmc

 Nhiệt tổn thất động học: qđh

4.3.1 Tính nhiệt tổn thất qua tường:

Giả thiết nhiệt độ của tác nhân sấy thay đổi theo không gian, không thay đổi

theo thời gian, tức là truyền nhiệt biến nhiệt ổn định

Hệ số truyền nhiệt Kt [5] :

hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài tường hầm sấy ra môi trường (W/

m2.độ)

1, 2 : bề dày lớp gạch và lớp hồ vữa (m)

1, 2 : hệ số dẫn nhiệt của gạch, lớp vữa trát tường

1 = 0,7 W/mK, 2 = 0,78 W/mK

Với A : hệ số phụ thuộc chế độ chuển động của không khí Khi chế độ chảy

xoáy và tường nhám thì A = 1,2 1,3; chọn A = 1,2

’1 : hệ số cấp nhiệt của không khí nóng chuyển động cưỡng bức (W/



 

(4.12)Với T : hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở ttb = (t1 + t2)/2 = (70+35)/2 =

52,5 oC là T = 0,0285 W/m.độ

Lh : chiều dài hầm sấy, Lh = 20,2 m

Nu’1 : chuẩn số Nusselt

Với C, n là hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của tác nhân sấy

0,840,7 1,05

h h td

B H d

Nu L



(W/m2.độ)

'' ''

h

Nu H

Gr

Với g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

tw1: nhiệt độ bề mặt tường phía tiếp xúc với tác nhân sấy, chọn tw1 = 44oC

∆T : hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy với nhiệt độ

bề mặt tường phía tiếp xúc với tác nhân sấy (K)

t t

β: hệ số giãn nở thể tích của tác nhân sấy ở tm, β = 0,0037

Tđộ nhớt động học của tác nhân sấy tra ở tm,T

h T

Chuẩn số Prandtl theo tm của tác nhân sấy: Pr = 0,698

→ Nu’’ 1 = 0,135.( 1,09109.0,698)1/3 = 123,22

→

'' ''

1

123, 22.0,0285

2,8781,05

T h

Nu H



(W/m2.độ)

Với tuong =gach = 0,7 (W/m2.độ): hệ số dẫn nhiệt của tường

 Tính hệ số cấp nhiệt  :

Hệ số cấp nhiệt của không khí do đối lưu tự nhiên [5]:

Với C1-2: hệ số bức xạ chung, thường có giá trị trong khoảng 4,15 4,25 W/

m2K4, C1-2 = 4,2 W/m2K4

Tw2: nhiệt độ tường hầm sấy phía tiếp xúc với không khí bên ngoài, Tw2 =

31 + 273 = 304 K

Tt : nhiệt độ tường nhà phân xưởng, Tt = 27 + 273 = 300 K

To = Txq: nhiệt độ không khí bên ngoài, To = 27 + 273 = 300 K

 Kiểm tra lại giả thiết về nhiệt độ

Tính nhiệt độ bề mặt tường phía tiếp xúc với tác nhân sấy [7]:

' 2

.3600

t t tb t

K F t q

W





Với Kt : hệ số truyền nhiệt, W/m2độ

W : lượng ẩm bốc hơi trong hầm sấy, kg ẩm/h

Ft : bề mặt 2 tường hầm sấy, m2

Ft = 2.Lh.Hh = 2.20,2.1,05 = 42,42 (m2)

∆ttb: hiệu số nhiệt độ trung bình [5]:

43 8

20,8143

ln( )ln( )

8

tb

d c

t

t t

t t tb t

K F t q

 Tính hệ số cấp nhiệt 1 : như trên [5]:  = A.( ’+ ’’ (4.23)

'

1

 = 0, 452 (W/m2.độ), giống trong trường hợp tính toán với tường

Tính 1''cần giảm đi 30% so với trường hợp tính tóan với tường [5]

'' ''

1 0,7 T

h

Nu B

h T

Với tw1: nhiệt độ bề mặt trần phía tiếp xúc với tác nhân sấy, chọn tw1 = 46oC

∆T : hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy với nhiệt

độ bề mặt trần phía tiếp xúc với tác nhân sấy (K)

 độ nhớt động học của tác nhân sấy tra ở tm,Tm2/s:

Hh : chiều cao hầm, Hh = 1,05 m

h T

Chuẩn số Prandtl theo tm của tác nhân sấy: Pr = 0,698

→ Nu’’ 1 = 0,135.( 8,24.108.0,698)1/3 = 123,22

→

'' ''

Nu B

Với tuong = 1,28 (W/m2.độ): hệ số dẫn nhiệt của bêtông

gach = 0,06 (W/m2.độ): hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh

 Tính hệ số cấp nhiệt  [5]:  2' 2,5.4t2.1,3 3, 25. 4t2 (W/m2.độ)(4.24)

Với ∆t2 : hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt ngoài trần và không khí xung quanh

∆t2 = tw2 – txq = 29,15 – 27 = 2,15 oC = 2,15 K

Hệ số cấp nhiệt do bức xạ[5]:

2

1 2 '' 2

Ttr : nhiệt độ trần nhà phân xưởng, Tt = 27 + 273 = 300 K

To = Txq: nhiệt độ không khí bên ngoài, To = 27 + 273 = 300 K

 Kiểm tra lại giả thiết về nhiệt độ

Tính nhiệt độ bề mặt trần phía tiếp xúc với tác nhân sấy