NGOC TRANG SAY NGOC TRANG SAY

Phương tiện để thực hiện quá trình làm khô vật liệu gọi là thiết bị sấy.Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuếch tán, bao gồm quá trìnhkhuếch tán ẩm từ lớp bên trong ra lớp bề mặt

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Bộ môn Công nghệ thực phẩm NHIỆM VỤ NIÊN LUẬN KỸ THUẬT CƠ SỞ

Họ tên sinh viên: LÊ THỊ NGỌC TRANG

Lớp : Công nghệ thực phẩm khóa 29

Thời gian thực hiện: Từ 23/10/2006 đến 0.8/12/2006

TÊN NIÊN LUẬN

Tính toán thiết kế hệ thống sấy

Số liệu ban đầu

- Năng suất nhập liệu: 3 tấn/mẻ

- Thời gian sấy: 20 giờ

- Nhiệt độ nguyên liệu vào: 150C

- Nhiệt độ sản phẩm ra: 650C

- Loại nhiên liệu: hơi nước 230 kPa

- Kiểu thiết bị: phòng sấy, đối lưu, tuần hoàn khí thải

3 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH LÀM

KHÔ VẬT LIỆU TRONG THIẾT BỊ SẤY

II CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SẤY

1 SẤY TỰ NHIÊN

2 SẤY NHÂN TẠO

3 MỘT SỐ CÁCH PHÂN LOẠI THIẾT BỊ SẤY

4 SƠ LƯỢT CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG

SẤY ĐỐI LƯU

5 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ SẤY PHÒNG

III THUYẾT MINH QUI TRÌNH SẤY

C TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN

CỦA THIẾT BỊ CHÍNH

1 ĐỐI VƠI XE GOONG

2 ĐỐI VỚI PHÒNG SẤY

II LƯỢNG TÁC NHÂN SẤY TRUNG BÌNH TRONG MỘT GIỜ

III CÂN BẰNG VẬT CHẤT

IV TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY

1 NHIỆT LƯỢNG DO NƯỚC TRONG VẬT LIỆU MANG VÀO

2 NHIỆT TỔN THẤT ĐỂ ĐUN NÓNG VẬT LIỆU SẤY

3 NHIỆT TỔN THẤT ĐỂ ĐUN NÓNG BỘ PHẬN VẬN CHUYỂN

4 NHIỆT TỔN THẤT RA MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH

V BIỄU DIỀN QUÁ TRÌNH SẤY TRÊN ĐỒ THỊ I-X

1 NHIỆT TỔN THẤT CHUNG

2 NHIỆT BỔ XUNG THỰC TẾ

3 BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH SẤY TRÊN ĐỒ THỊ I-X

4 TÍNH LƯỢNG HƠI ĐỐT CẦN THIẾT ĐỂ GIA NHIỆT KHÔNG KHÍ TRONG MỘT GIỜ

D TÍNH THIẾT BỊ PHỤ

I TÍNH CALORIPHE SƯỞI

1.Đồ thị đặc trương cho quá trình truyền nhiệt

2.Hiệu số nhiệt độ trung bình

3.Tính hệ số truyền nhiệt K

4.Tính bề mặt truyền nhiệt

5.Tính số ống truyền nhiệt

6.Tính đường kính trong của thiết bị truyền nhiệt

II TÍNH VÀ CHỌN QUẠT

1.Tính năng suất của quạt

2.Tính tổn thất năng lượng trong hệ thống mạng ống của quạt

3.Áp suất toàn phần của quạt

4.Tính công suất của động cơ điện

5.Công suất thiết lập đối vơi động cơ điện

E TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

I ĐÁY VÀ NẮP CỦA THIẾT BỊ CALORIPHE

II THÂN HÌNH TRỤ CỦA CALORIPHE

III QUẠT

IV MẶT BÍCH

F BẢNG TỔNG KẾT

G NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

A GIỚI THIỆU VỀ ĐẦU CÁ

Ngày nay sản phẩm thực phẩm từ nguyên liệu cá basa và cá tra đã trở thànhmột trong những mặt hàng thủy sản chủ lực của nước ta, là sản phẩm thế mạnhtrong xuất khẩu.Ở nước ta nguồn cá chủ yếu từ các tỉnh An Giang, Đồng Tháp,Kiên Giang, Trà Vinh, Vĩnh Long,… Cá được nuôi bè nên nguyên liệu tập trung và

ổn định Tuy nhiên thị trường nước ngoài chỉ nhập khẩu cá đã qua chế biến nhưphillet Vì vậy, trong quá trình chế biến cá ở các nhà máy thừa ra một số lượng lớnphế phẩm như đầu, xương, Đối với các phế phẩm này thì các nhà máy chế biến xử

lí chủ yếu bằng cách bán cho bạn hàng để tiêu thụ trên các chợ để người dân sửdụng Tuy nhiên, do số lượng đơn đặt hàng cá phillet ngày càng nhiều làm cho sốlượng phế phẩm cũng tăng theo và chỉ tiêu thụ loại này bằng cách bán lẻ như vậythì không sao tiêu thụ hết Đó là lí do để người ta nghĩ tới một số phương pháp bảoquản loại này bằng cách sấy khô, ở đây ta chú ý đến phế phẩm đầu cá Sản phẩmđầu cá sấy khô sẽ được dùng làm thức ăn cho gia súc, các loài thủy sản, …

Đầu cá mang lại một số giá trị dinh dưỡng như protid, lipid, glucid, khángchất ngoài ra còn có một số nguyên tố vi lượng cần thiết

Thành phần cơ bản của đầu cá gồm:

Vật liệu cần tách ẩm ra để có độ khô theo yêu cầu gọi là vật liệu sấy Lưu thểcấp nhiệt cho vật liệu sấy và mang ẩm từ vật liệu ra môi trường xung quanh gọi làtác nhân sấy Phương tiện để thực hiện quá trình làm khô vật liệu gọi là thiết bị sấy.

Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuếch tán, bao gồm quá trìnhkhuếch tán ẩm từ lớp bên trong ra lớp bề mặt ngoài và quá trình khuếch tán ẩm từ

bề mặt vật liệu ra môi trường xung quanh Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩmcủa vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian Quá trình sấy làm giảm khốilượng của vật liệu, khía cạnh này có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế vì giảm khối lượngvận chuyển và giảm thể tích kho chứa Ngoài ra , sấy còn làm tăng độ bền và bảoquản sản phẩm được tốt hơn vì làm giảm độ họat động của nước, ngăn cản sự pháttriển của vi sinh vật và vô hoạt được một số enzyme và sấy cũng tạo ra sự đa dạngtrong sản phẩm Tuy nhiên quá trình sấy phải được tính toán kỹ lưỡng theo đúngyêu cầu kỹ thuật để tránh hư hỏng về mặt cảm quan cũng như giá trị dinh dưỡng

Trong vật liệu gồm có vật rắn chất lỏng và khí Vì khối lượng của chất khírất nhỏ có thể bỏ qua Nên vật liệu ẩm được xem như gồm hai thành phần là chấtrắn và chất lỏng thấm ướt (gọi là ẩm)

Những vật liệu đem sấy đều là những vật liệu ẩm có chứa một khối lượngchất lỏng đáng kể thường là nước Trong quá trình sấy, ẩm trong vật liệu bay hơi và

độ ẩm của vật liệu giảm Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm vànhiệt độ của nó Độ ẩm của vật liệu có thể biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối và độ ẩmtoàn phần,

Ga: khối lượng ẩm chứa trong vật liệu, kg

Gk: khối lượng vật khô tuyệt đối, kg

♦ Độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối là tỉ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khốilượng của vật ẩm Ký hiệu là w.

Độ ẩm cân bằng của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của môitrường xung quanh, đồng thời phụ thuộc vào phương thức đạt đến trạng thái cânbằng đó Trong quá trình sấy vật có thể đạt trạng thái cân bằng do hút ẩm, hoặc đạttrạng thái cân bằng do thải ẩm Nên độ ẩm cân bằng có ý nghĩa quan trọng trongviệc xác định giới hạn cho quá trình sấy và xác định độ ẩm bảo quản của mỗi vậtliệu trong những điều kiện môi trường khác nhau

b Phân loại vật liệu ẩm

Vật liệu ẩm có khả năng hấp thu nước do đó vật ẩm phải là những vật cócấu trúc xốp, mao dẫn Tuỳ theo cấu trúc của vật ẩm người ta chia thành 3 nhómchính:

* Nhóm 1 Vật keo đặc trương – vật liệu của nhóm này khi tách ẩm vẫn giữ

nguyên kích thước và tính đàn hồi dẻo

* Nhóm 2 Vật mao dẫn xốp – Vật liệu của nhóm này khi tách ẩm trở nên

dòn

* Nhóm 3 Vật keo mao dẫn xốp – vật liệu của nhóm này có thành mao dẫn

dẻo và đàn hồi, khi thấm nước thì trương nở vật keo mao dẫn xốp có tính chất tổnghợp của hai nhóm kia Trong thực tế hầu hết vật liệu ẩm đều thuộc nhóm này

c Các dạng liên kêt ẩm trong vật liệu

Ẩm được hút vào trong vật liệu và tạo thành mối liên kết của các trườnglực khác nhau Dựa vào bản chất của lực liên kết người ta xếp thành 3 nhóm liênkết chính như sau:

Thể hiện dưới dạng liên kết hấp phụ và liên kết thẩm thấu Lượng ẩm trong liên kết hóa lý không theo tỷ lệ nhất định nào Liên kết hấp phụ đặc trưng bởi sự hút ẩm của vật liệu kèm theo quá trình tỏa nhiệt Ẩm hấp phụ trong vật liệu có tính chất của vật rắn đàn hồi Trong quá trình sấy, thường chỉ tách một phần ẩm hấp phụ Còn lượng ẩm thẩm thấu hấp thu trong vật liệu gấp nhiều lần lượng ẩm hấp phụ Đặc biệt khi vật thu ẩm thẩm thấu không kèm theo sự tỏa nhiệt Tính chất của nước trong liên kết thẩm thấu không khác nước tự do.

LIỆU TRONG THIẾT BỊ SẤY

a Tốc độ sấy

Tốc độ sấy được xác định bằng lượng ẩm (hơi nước, kg) bay hơi trên 1m2 bề mặt vật liệu sấy trong 1 đơn vị thời gian (1 giờ) và được biểu thị ở dạng vi phân:

U = dX / Adt (kg/m2h)Trong đó:

X: lượng ẩm bay hơi trong thời gian sấy, kg/hF: diện tích bề mặt của vật liệu sấy, m2

t: thời gian sấy, hTốc độ sấy phụ thuộc vào các yếu tố: tác nhân sấy, tính chất của vật liệu vàkiểu thiết kế của thiết bị sấy

b Thời gian sấy

Là khoảng thời gian mà thiết bị dùng để làm khô vật liệu sấy đến độ ẩm theoyêu cầu Việc tính thời gian sấy đối với mỗi vật liệu sấy là rất phức tạp vì thế có thểdựa vào thực tế của một số thiết bị sấy công nghiệp đang hoạt động trong nhữngđiều kiện tương tự để tính thời gian sấy sao cho phù hợp

II CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SẤY

Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt người ta phân chia thiết bị sấy ra: sấyđối lưu , sấy tuần hoàn, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, v.v

Sấy là quá trình phức tạp, về nguyên tắc có thể phân thành hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

Sấy tự nhiên (phơi nắng) được tiến hành ở ngoài trời, không có quá trình đốtnóng nhân tạo Sấy tự nhiên thì thời gian sấy rất dài, không điều khiển được quátrình sấy, sản phẩm sau sấy có độ ẩm khá cao nhất là điều kiện ở khí hậu nhiệt đới

Nhược điểm của quá trình sấy tự nhiên là phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết,

độ ẩm sau khi sấy còn cao, thời gian sấy lâu Nhung nó có ưu điểm là tiện lợikhông tốn nhiên liệu, yêu cầu kỹ thuật đơn giản

Quá trình sấy cần cung cấp năng lượng nghĩa là dùng tác nhân sấy như:không khí nóng, khói lò, hỗn hợp không khí nóng và khói lò để làm khô vật liệusấy Đây là quá trình phổ biến vì chủ động được trong mọi điều kiện thời tiết, sấynhanh và tiện lợi hơn so với sấy tự nhiên Quá trình sấy nhân tạo tiếp diễn theo 3giai đoạn: đốt nóng nguyên liệu, sấy với tốc độ không đổi, sấy với tốc độ sấy giảmdần

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểuthiết bị sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy

Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng

khói lò, ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thănghoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần

Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất

thường

Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục hay gián đoạn.

Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp

xúc, hoặc thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ…

Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy

thùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi…

Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều,

nghịch chiều và giao chiều

LƯU

Trong hệ thống sấy đối lưu có thể có các thiết bị sau đây:

a Caloriphe

Nhiệm vụ của caloriphe là đốt nóng không khí đến một nhiệt độ theo yêu cầu

để cung cấp nhiệt lượng cho vật liệu sấy đồng thời giảm độ ẩm tương đối để tăngkhả năng thu nhận ẩm của nó Tuỳ vào nguồn cung cấp nhiệt lượng mà chúng ta có:caloriphe điện, caloriphe hơi nước, caloriphe khí – khói,

d Cyclon

Dùng để thu hồi sản phẩm sấy bay theo tác nhân sấy Trong hệ thống sấy dốilưu bình thường như buồng sấy, hầm sấy, phòng sấy thì không có cyclon

8 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PHÒNG SẤY

Phòng sấy thường làm việc theo nguyên tắc gián đoạn, ở áp suất khí quyển.Thiết bị thường gồm một hoặc vài phòng sấy Vật liệu sấy được xếp trên các khaycủa xe goòng được đưa vào và lấy ra cửa phòng bằng tay hoặc bằng tời động cơ

Phòng sấy có dạng khối hộp chữ nhật nằm ngang Thành của phòng sấyđược làm bằng vật liệu cách nhiệt và cách ẩm, có cửa để nạp và lấy sản phẩm ra

Bộ phận gia nhiệt cho tác nhân sấy được đặt ngoài phòng sấy, đó là thiết bị truyềnnhiệt loại ống chùm Tác nhân sấy được đối lưu nhờ quạt Phương thức sấy củaphòng sấy có thể có hay không có tuần hoàn khí thải.Quá trình sấy được thực hiệngián tiếp theo chu kỳ

Phòng sấy được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến các nông,lâm, thuỷ hải sản và chế biến thực phẩm, dược phẩm, thức ăn chăn nuôi Nó có thểsấy các vật sấy ở bất kể dạng nào và có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt, dễvận hành, vốn đầu tư ít

III THUYÊT MINH QUI TRÍNH SẤY

SƠ ĐỒ BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH SẤY

Hệ thống sấy đối lưu bằng không khí nóng có tuần hoàn một phần tác nhânsấy được thể hiện ở hình trên

Chọn thiết bị phòng sấy để sấy đầu cá với năng suất nhập liệu 3 tấn/ mẻtrong chu kỳ 20 giờ Tác nhân (không khí nóng) được tuần hoàn nhờ hệ thống quạt

Quá trình hoạt động của hệ thống như sau: Không khí ngoài trời (trạng thái 1trên sơ đồ) có nhiệt độ t1 = 270C, Rh1 = 83%, x1 = 17 g/kgk3, i1 = 69.33 kj/kg.Không khí này có độ ẩm tương đối cao nếu ta đưa trực tiếp vào phòng sấy để sấy

sẽ mất rất nhiều thời gian mới thực hiện xong quá trình sấy, hiệu suất sấy rất kém

Vì thế ta sẽ nâng nhiệt độ của không khí lên nhờ quạt hút vào caloriphe để gia nhiệtđến trạng thái 2 Caloriphe sử dụng nhiên liệu là hơi nước ở áp suất p = 230KPa Ởtrạng thái 2 được một phần tác nhân sấy sau khi ra khỏi phòng sấy (trạng thái 4 trên

sơ đồ) hồi lưu và hòa trộn với không khí mới ở trạng thái 1 Lúc này, trạng thái 2gọi là điểm phối trộn có nhiệt độ t2 = 500C, Rh2 = 24%, x2 = 20 g/kgk3, i2 = 100.73kj/kg Trạng thái 2 sau khi vào caloriphe không khí sẽ được gia nhiệt đến trạng thái

P =230KPa

Hơi nước vào

Hơi nước ra Không

khí vào

Không khí ra

Phương tiện

đi vào

Phương tiện

3 có nhiệt độ t3 = 700C, Rh3 = 10%, x3 = 22 g/kgk3, i3 = 121.50 kj/kg rồi đẩy vàophòng sấy Vật ẩm đi vào phòng sấy có năng suất nhập liệu là G1=117.61 kg/h vàsản phẩm sấy thu được là G2=33.39 kg/h Tác nhân sấy đi qua phòng sấy đã nhậnhơi nước bay hơi từ vật sấy đồng thời mất nhiệt và được đẩy ra ngoài, nên trạngthái của nó là điểm 4 có nhiệt độ t4 = 650C, Rh4 = 14%, x4 = 22 g/kgk3, i4 = 121.50kj/kg Quá trình sấy chạy từ 3 đến 4 Lượng tác nhân được hồi lưu chạy từ 4 đến 2.Cần chú ý nhiệt độ cuối của không khí không được thấp hơn nhiệt độ điểm sương

để tránh hiện tượng nước ngưng tụ lại trên bề mặt đầu cá Bốn trạng thái không khítrong quá trính sấy được tóm tắc như sau:

Trạng thái Nhiệt độ 0C Rh % x g/kg Entanpi kj/kg

+ Giai đoạn nung nóng đầu cá từ nhiệt độ ban đầu lên đến nhiệt độ bay hơicủa nước trong đầu cá (hay còn gọi là nhiệt độ bầu ướt) Nhiệt lượng cung cấptrong giai đoạn này chỉ để nâng nhiệt độ đầu cá chứ không làm ẩm trong đầu cá bốchơi Xét về mặt nhiệt lượng thì phần năng lương cung cấp trong giai đoạn này lànăng lượng tiêu hao

+ Giai đoạn sấy đẳng tốc : nhiệt lượng cung cấp cho đầu cá trong giai đoạnnày giúp ẩm trong đầu cá khuếch tán ra môi trường không khí Trong giai đoạn nàythì tốc độ sấy không phụ thuộc vào hệ số khuếch tán của ẩm từ trong thịt ra bênngoài bề mặt đầu cá mà chỉ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán từ bề mặt đầu cá rangoài không khí

+ Giai đoạn sấy với tốc độ sấy giảm dần: trong giai đoạn này lượng ẩm trên

bề mặt đầu cá không đủ để bốc hơi ra ngoài không khí Tốc độ sấy trong giai đoạnnày phụ thuộc nhiều vào hệ số khuếch tán ẩm từ trong thịt ra bề mặt của đầu cá.Nhưng như đã nói ở trên thì ta xem như giai đọan này không ảnh hưởng do thờigian sấy tương đối dài

Lưu lượng không khí được quạt hút vào caloriphe có thể tính thông qua hàm

ẩm của không khí lúc trước và sau khi ra khỏi caloriphe Dựa vào lưu lượng củakhông khí ta có thể tính toán và chọn quạt, công suất động cơ cho phù hợp

C TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

THIẾT BỊ CHÍNH

Thiết bị xe goong dùng để chứa vật liệu sấy Các xe goong được bố trí thànhtừng dãy thích hợp trong phong sấy

* khối lượng riêng:  = 7850 Kg/m3

b Kích thước cơ bản của xe goong

* Chiều cao xe: Hx = 1.3 m (chưa kể chiều cao của bánh xe)

* Chiều dài xe: Lx = 0.9 m

* Chiều rộng xe: Rx = 0.7 m

Số lượng xe goong

Để tính toán số lượng xe goong đối với thiết bị phòng sấy, ta dựa vào nhữngyếu tố như năng suất nhập liệu trong một chu kỳ sấy; hình dạng, tính chất vật liệu;cách bố trí vật liệu trên khay Dựa vào các yếu đó ta sẽ tính toán số lượng xe saocho phù hợp

Đối với nguyên liệu là đầu cá thì được xếp thành từng lớp một trên khay vàvật liệu nằm yên trong suốt quá trình sấy nên cần số lượng xe goong đủ chứa hếtvật liệu Đầu cá có khối lượng trung bình 6 đầu/kg, diện tích một đầu khoảng0.0091 m2; năng suất nhập liệu là 3 tấn/mẻ

Từ số liệu trên ta chọn:

* Số lượng xe goong: 30 xe (100kg nguyên liệu/ xe)

* Số tầng khay trên 1 xe goong: 10 khay

* Kích thước của khay:

- Dài: Lk = 0.85 m

- Rộng: Rk= 0.68 m

- Khoảng cách giữa hai khay: hk = 0.12 m

c Xác định thể tích và khối lượng của khung xe goong

Cấu tạo khung xe gồm :

- Bốn thanh thép xếp thành chiều dài xe

- Bốn thanh thép xếp thành chiều rộng xe

- Bốn thanh thép xếp thành chiều cao xe

- Bốn thanh thép xếp thành đường chéo đỡ khung (hai thanh trên và haithanh dưới)

- Bốn thanh thép xếp thành đường chéo đỡ khung (hai thanh mặt đứng trước

và hai thanh mặt đứng sau)

- Hai mươi thanh thép xếp đều ở hai bên khung để giữ mười tầng khay

♦ Bốn thanh thép rỗng có tiết diện hình vuông làm thành chiều cao của xe goong

- Bề dày: d = 0.003 m

- Bề rộng: rc = 0.03 m

- Chiều dài: Lc = 1.5 m Thể tích của 1 thanh:

♦ Hai thanh thép hình bản mỏng làm thành đường chéo

ở mặt đứng trước và mặt đứng sau xe goong

 Thể tích và khối lượng của bộ phận bánh xe

Cấu tạo bộ phận chuyển động của xe goong bao gồm:

* Bốn miếng thép hình tam giác cân để gắn bốn ổ bánh xe

 Thể tích của 4 miếng thép hình tam giác vuông cân để gắn bánh xe

Chọn vật liệu là thép không gỉ CT3

- Cạnh: a = 0.065 m

- Bề dày: dm = 0.005 mThể tích 1 miếng thép:

* Hình tam giác cân có kích thước:

Cạnh đáy: a’ = 0.08 m Chiều cao: h’ = 0.09 m Thể tích 1 đế đỡ:

V1bạc đạn = πx( R2

bạc đạn - r2

bạc đạn )x dbạc đạn = 3.14 x (0.052 - 0.0072) x 0.02 = 1.54x10 -4 m 3

+ 6.16x10-4) x 7850 ~ 8.92 kg

* Khối lượng của 4 miếng thép tam giác:

Mm = V4m x  = 4.24x10-4 x 7850 ~ 3.33 kg

* Khối lượng bộ phận di chuyển của xe goong:

m2 = M4ổ + Mm = 8.92 + 3.33 = 12.25 kg

d Thể tích và khối lượng của các khay chứa vật liệu

Chọn vật liệu làm khay là loại nhôm cứng có khối lượng riêng

ρ’ = 2700 kg/m3Cấu tao khay bao gồm:

* Khung khay (10 khung/xe)

* Lưới nhôm có kích thước lỗ 0.01m2

 Thể tích của khung khay chứa vật liệu:

Chọn thép làm khung, có kích thước:

- Bề dày: dkhung = 0.004 m

- Bề rộng: rkhung = 0.03 m

* Thể tích của 2 thanh nhôm làm thành chiều dài khung:

Chiều dài thanh nhôm: Lkd = 0.85 m Thể tích 1 thanh nhôm:

V1kd = 2 x Lkdx rkhungx dkhung

= 2 x 0.85 x 0.03 x 0.004 = 2.04x10 -4 m 3

Thể tích 2 thanh nhôm:

V2kd = 2 x 2.04x10-4 = 4.08x10 -4 m 3

* Thể tích của 2 thanh nhôm làm thành chiều rộng khung:

Chiều dài thanh nhôm: Lkr = 0.68 m Thể tích 1 thanh nhôm:

 Thể tích của lưới nhôm trên khay:

Xem như lưới được đan từ các sợi nhôm, có kích thước:

- Đường kính: dsợi nhôm = 0.001 m

- Lố lưới là những ô vuông có cạnh: alỗ = 0.01 m

* Thể tích các sợi nhôm xếp theo chiều dài khay:

Số sợi nhôm xếp theo chiều dài là nd

Thể tích của 62 sợi nhôm xếp theo chiều dài:

V62sd = nd x V1sd = 62 x 6.67x10-7 ~ 4.14x10 -5 m 3

* Thể tích các sợi nhôm xếp theo chiều rộng khung:

Số sợi nhôm xếp theo chiều rộng là nr

Khối lượng tổng cộng xe goong khi chưa có khay:

a Cách sắp xếp của các xe goong trong phòng sấy

Số lượng xe goong tương đối nhiều nên cần bố trí sao cho không khí có thểđối lưu, tiếp xúc dễ dàng và hoàn toàn với VLS, mặt khác cần bố trí xe goong saocho phòng cân xứng và gọn gàng

Cách sắp xếp:

Các xe goong được xếp thành 5 hàng, mỗi hàng 6 chiếc

* Khoảng cách giữa hai xe goong trong 1 hàng là: 0.62 m

* Khoảng cách giữa hai hàng là: 0.5 m

* Khoảng cách giữa xe goong và tường bên là: 0.25 m

* Khoảng cách giữa hai đầu tường với xe goong là: 0.9 m

* Khoảng cách từ xe đến trần phòng là: 0.35 m

b Kích thước cơ bản của phòng sấy

Từ kích thước của xe goong và số lượng xe goong trong phòng ta xácđịnh kích thước của phóng sấy như sau:

(Hbánh xe: chiều cao của bánh xe)

Chiều dài của phòng:

Lphòng = 6 x Lx + 5 x 0.3 + 2 x 0.5

= 6 x 0.9 + 5 x 0.62 + 2 x 0.9 = 10.3 m

c Cấu tạo tường của phòng sấy

Tường được cấu tạo bởi 3 lớp: 2 lớp vữa ở hai bên, và lớp gạch ở giữa:

- Chiều dày của hai lớp vôi vữa: δ1 = δ3 = 0.02m

- Chiều dày của lớp gạch: δ2 = 0.3m

δ1 δ2 δ3

d Cửa của phòng sấy

Phòng sấy được bố trí 2 cửa (1 cửa nhập liệu và 1 cửa tháo liệu)

Cấu tạo cửa gồm 3 lớp:

* Lớp thứ I và lờp thứ III làm bằng thép CT3 có bề dày δ1 = δ3 =0.003 m, có hệ số dẫn nhiệt: λ1= 50 w/m độ (tập 2 - 313)

* Lớp giữa làm bằng gỗ thông có bề dày δ2 = 0.2 m, hệ số dẫnnhiệt λ2 = 0.35 w/m.độ

Kích thước của cửa:

- Chiều cao: Hcửa = 1.7 m

- Chiều rộng: Rcửa = 1.2 m

Trên đồ thị i-x của không khí ẩm,ta lấy thông số không khí ở các điểmnhư sau:

* Điểm 1: Lấy thông số không khí trung bình ở Cần Thơ

T1= 270C

Rh1 = 83 %

Từ hai số liệu trên tra đồ thị i-x của không khí ẩm, ta được:

X1 = 17 g/ kg kkk

i1 = 16.56 kcal/ kg kkk = 69.33 kj/ kg kkk

* Điểm 2: Trạng thái không khí ở điểm phối trộn giữa một phần không khí

hoàn lưu và không khí điểm A

Quá trình sấy lý thuyết được biểu diễn bởi các điểm trên đồ thị

* Tính lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy:

Thiết bị làm việc theo chu kì 20 giờ, với các số liệu như sau:

- Năng suất nhập liệu theo một chu kì: F = 3000 kg/ 20 giờ

Ẩm của vật liệu vào: w1 = 81 %

Ẩm của vật liệu ra: w2 = 12 %

Năng suất nhập liệu trong 1 giờ: G1 = F/ 20= 3000/ 20

12 100

81 100 150

* Tính lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm là:

Từ số liệu trên ta tính được:

500 20 22

1000 1000

2 4

Ẩm của vật liệu vào: w1 = 81 %

Ẩm của vật liệu ra: w2 = 12 %

Chọn căn bản tính là 1 giờ (F = 150 kg/h) Cân bằng vật chất và năng lượng cho thiết bị sấy:

F = P + W (1)0.81F = 0.12P + W (2)Giải hệ hệ 2 phương trình trên, ta được:

P = 32.39 kg/ h

W = 117.61 kg/ h

IV TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY

Mục đích của việc tính toán nhiệt thiết bị sấy là xác định lượng nhiệt cầnthiết cung cấp cho hệ thống sấy

Gọi:

Q: nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy, W

Qs: nhiệt lượng dùng để gia nhiệt không khí nóng, W

Qm: nhiệt tổn thất ra môi trường sung quanh, W Khi đó:

q = Q/W : nhiệt lượng tiêu hao riêng cho máy sấy, j/kg ẩm

qs = Qs/W : nhiệt lượng tiêu hao riêng cho hệ thống gia nhiệt bổsung, j/kg ẩm

qm = Qm/W: nhiệt tổn thất riêng ra môi trường sung quanh, j/kg ẩm

Ta có sơ đồ sau:

Dựa vào sơ đồ trên ta thấy:

● Dòng nhiệt đưa vào thiết bị bao gồm:

* Do không khí mang vào: LI1

* Do caloriphe cung cấp: Qs = L(I3 - I1)

* Do vật liệu mang vào: C1G1θ1

* Do bộ phận vận chuyển mang vào:C’1G’1 θ’1

● Dòng nhiệt mang ra khỏi thiết bị bao gồm:

* Do không khí màng ra: LI4

* Do mất mát ra môi truờng xung quanh:Qm

* Do vật liệu mang ra khỏi thiết bị sấy:C2 G2 θ2

* Do bộ phận vận chuyển mang ra:C’2 G’2 θ’2

Cân bằng nhiệt lượng trong quá trình sấy:

Nhiệt lượng mang vào = Nhiệt lượng mang ra Phương trình cân bằng nhiệt lượng được viết như sau:

LI1 + Qs + G1C1θ1 + C’1G’1θ’1 = LI4 + Qm + G2C2θ2 + C’2G’2θ’2

Trong đó:

G1,G2: khối lượng của vật liệu vào và ra khỏi thiết bị sấy, kg

G = G’1 = G’2: khối lượng của bộ phận vận chuyển vật liệu, kg

C’1,C’2: nhiệt dung riêng của vật liệu làm bộ phận vận chuyển, j/kg.độ

θ1, θ2 : nhiệt độ của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy, 0C

θ’1, θ’2: nhiệt độ vật liệu làm bộ phận vận chuyển vào và ra khỏi thiết bịsấy, 0C

q = qs =

1 4

1 4

x x

I I

−

−

+ qm + q1 + q2- cnθ1 Đặt: Σq = q1 + q2 +qm: gọi là nhiệt tổn thất chung

Δ = cnθ1 -Σq : gọi là nhiệt bổ sung thực tế

Với:

q1: nhiệt tổn thất để đun nóng vật liệu, j/kg

q2: nhiệt tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển, j/kg

qm: nhiệt tổn thất riêng ra môi trường xung quanh, j/kg

Khi đó:

qs =

1 4

1 4

x x

I I

−

−

- Δ = l(I4-I1) -Δ Lượng không khí tiêu tốn riêng (lượng không khí mới được bổ sung):

1 4

1

x x

200

017 0 022 0

1

x x

Thay số vào ta tính được:

K = 500 / 200 = 2.5Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy:

Lh = Wxlh = 117.61 x 500 = 58805 kg/hLượng không khí vào máy sấy:

L L

Như vậy muốn tính được qs ta phải biết được Δ , khi biết được Δ ta biểu diễnquá trính sấy trên đồ thị I-x tìm các thông số cần thiết, ta sẽ tính được qs

Như vậy các quá trình nhiệt cần phải tính:

* Nhiệt lượng do nước trong vật liệu mang vào cnθ1.

* Nhiệt tổn thất để đun nóng vật liệu sấy q1.

* Nhiệt tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển q2

* Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh qm

1 NHIỆT LƯỢNG DO NƯỚC TRONG VẬT LIỆU MANG VÀO

Vật liệu ẩm luôn có chứa một lượng ẩm nhất định (thường là nước) Nhiệtlượng do 1 kg ẩm mang vào trong phòng sấy là

2 NHIỆT TỔN THẤT ĐỂ ĐUN NÓNG VẬT LIỆU SẤY

( )

W

1 2

2 × × θ − θ

vl

C G

q (VI - 68)

Với:

G2: năng suất tính theo sản phẩm của VLS, kg/h

Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu, j/kgđộ

θ1,θ2: nhiệt độ vào và ra của VLS, 0C

W: lượng ẩm thoát ra từ VLS trong 1 giờ, kg/h

) 15 65 ( 126 3 39 32 W

1 2

vl

C G

3 NHIỆT TỔN THẤT ĐỂ ĐUN NÓNG BỘ PHẬN VẬN CHUYỂN

Phương tiện vận chuyển gồm xe goong làm bằng thép CT3 và khay làmbằng nhôm cứng (bỏ qua nhiệt do bộ phận di chuyển của xe mang vào)

a Nhiệt tổn thất để đun nóng xe goong

i i vc

t N c g

=

W )

nh nh t t vc

t N c g c g

20 61 117

38 30 92 0 1 22 5 0 75

×

=

vc

4 NHIỆT TỔN THẤT RA MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH

Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bao gồm:

* Nhiệt tổn thất qua tường: qt

* Nhiệt tổn thất qua trần phòng sấy: qtr

* Nhiệt tổn thất qua cửa: qc

* Nhiệt tổn thất qua nền:qn

* Nhiệt tổn thất động học: qđh Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh được tính:

Qmt = qt + qtr + qc + qn + qđh

a Nhiệt tổn thất qua tường của phòng sấy

Chu vi của tường phòng được cấu tạo bởi bốn mặt tường Như đã mô tả ởphần trước , tường được cấu tạo gồm 3 lớp:

♦ Vận tốc của tác nhân sấy

ωTNS =

td F

L

(V-170)

Trong đó:

L: lưu lượng không khí cần thiết để bốc ẩm trong 1 giây, m3/s

Ftd: tiết diện tự do của phòng sấy, m2

* Tính lưu lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy:

3600

.

v l W

L = , m3/sPhần trước ta đã tính được lượng không khí cần thiết để bốc hơi ẩm trong1giờ là:

( Food Books.VCD/Software/Trạng thái không khí ẩm )

Vậy lưu lượng của không khí khô cần là:

L = (58805x1.003)/3600 ~ 16.38 m3/s

* Tính tiết diện tự do của phòng sấy:

Tiết diện tự do của hầm sấy được tính là phần tiết diện các khoảng trốnggiữa các khay chứa vật liệu với các thanh dàn và khoảng trống giữa xe goong vớivách và trần phòng

Để đơn giãn ta bỏ qua tiết diện các bánh xe

Ftd = Fphòng – (Fkhay + Fkhung xe) = Rphòng.Hphòng – 5[nHkkhayLkr + 2ndkhungrkhung + 2(Lcrc + Lrrr)]

Với:

Rphòng= 6m

Hphòng= 1.8m

Lkr = 0.68m

Hkkhay = dkhungx2 + dsợi lưới + dđầu cá = 0.004x2 + 0.001 + 0.06 = 0.069m (dđầu cá: chiều dày của đầu cá)

* Tính hệ số cấp nhiệt từ TNS đến tường trong của phòng sấy

Do không khí nóng được vận chuyển bằng quạt nên hệ số cấp nhiệt baogồm ảnh hưởng của đối lưu cưỡng bức và đối lưu tự nhiên dọc theo tường củabuồng sấy

F

.t

q

.tT2.tkk

α1’: hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy chuyển động cưỡng bức, w/m2độ.

α1’’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên., w/m2 độ

+Tính hệ số cấp nhiệt của TNS chuyển động cưỡng bức

Ta có:

p

T L

Nu λ

α ' 1'.

Trong đó:

λt: hệ số dẫn nhiệt của không khí,w/m độ λT = 0,0293 ,w/m.độ

Lp: là chiều dài của phòng sấy, ( Lp = 10.3m)

µ

ρ

ϖ

H B d

p p

p p

8 1 6

) 8 , 1 6 (

2

2

≈ +

×

= +

=

Bp,Hp: chiều rộng và chiều cao của phòng sấy, m

Thay các số liều trên vào ta tính được chuẩn số reynold là:

53 295394 Re

10 48 20

04 1 1 2 77 2

µ

ρ ϖ

Ta có:

Re > 4x104 Chọn c = 0.032, n = 0.8

Nu’

1 = c Ren = 0,032 × 295394.530.8 ~ 761.15Vậy:

2 17

3 10

0293 0 15 761

' 1 '

h

T L

Nu λ

+Tính hệ số cấp nhiệt của TNS chuyển động tự nhiên

p

'' 1 1

T p r

T

T H g G

.

2

2 3

ρT , µT : Khối lượng riêng và độ nhớt của TNS tra theo nhiệt độmàng

2

1

T tb m

t t

2 3

2

2 3

10 2014 1 5 340 )

10 416 20 (

0404 1 35 275 8

1 81 9

.

T p r

T

T H g G

µ ρ

Chuẩn số Pran:

Pr= 0,6945 tra theo nhiệt độ trung bình của TNS = 67.5 0C Tích số: Gr × Pr = 1.2014x1011 × 0.6945 ≈ 8.344× 1010>107

Chọn ε = 0.135 và m = 1/3.

→ Nu’’

1 = ε ( Gr Pr) m = 0.135.(8.344x1010 )1/3 ≈ 589.92 Vậy:

8.1

0293.092.589H

.Nu

h

'' 1 1

α’2: hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên, w/ m2.độ

α”2: số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ mặt tường ngoài của phòng sấy ramôi trường xung quanh, W/ m2.độ

+ Hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên

α2’ = 1,98.4

2

t

∆ W/ m2.0C Trong đó:

∆t2 :Hiệu số bề mặt tường và không khí xunh quanh, 0C ∆t2 = tT2 – t2 , 0C

tT2 = tT1 - Δ t: là nhiệt độ của tường phòng sấy phía tiếp xúc vời khôngkhí ngoài trời

t2 : là nhiệt độ không khí bên ngoài, t2 = 27 0C

Δ t =q1 × δ/λδ/λ : nhiệt trở thành thiết bị, m2 độ/w

δ1 = δ3 = 0.05 m: là bề dài của 2 lớp vôi vữa

λ1 = λ3 = 0.778 W/m0C: là hệ số dẫn nhiệt của lờp vôi vữa

05 0 28 0

25 0 778 0

05 0

3

3 2

2 1

=

λ

δ λ

δ λ

δ λ

2 2

4 2

4 2 2 1

"

2

100 100

α

t t

t t

tT2: Nhiệt độ tường hầm sấy phía tiếp xúc với không khí bên ngoài, K

tt: nhiệt độ của tường nhà phân xưởng ,K

(Nhiệt độ này ta lấy bằng nhiệt độ không khí bên ngoài 270C = 300 K)

t2 : Nhiệt độ không khí bên ngoài ( t2 = 270C = 300 K )

Thay các số liệu tên ta tính được:

69 4 300

67 303

100

300 100

67 303 25 4 α

4 4

% 56 2

% 100 2

33

35 32 2 33

% 100 1

2

q

q q

Kết quả này có thể chấp nhận được

- Hệ số truyền nhiệt tính theo công thức:

2 1

1

1 1

1 α λ

54 7

1 02 1 1276 14 1

≈ +

+

=

-Tính nhiệt tổn thất qua tường

t F K

t t

tc t

38 43 ln

t t

tc t

3600 45 40 6 123 82 0 W

b Nhiệt tổn thất qua trần của phòng sấy

Quá trình truyền nhiệt qua trần tính toán giống như cấp nhiệt qua tườngnhưng lại là tường nằm ngang

Trần được cấu tạo bởi 3 lớp:

- Lớp ở giữa làm bằng vật liệu cách nhiệt bêtông có:

α = 2.17 , W/m2 độ

- Tính hệ số cấp nhiệt khi đối lưu tự nhiên, ta cần chú ý giảm đi 30%

so với giá trị tính theo công thức đã dùng ở trên, nghĩa là: