Say tom NGOC TRANG SAY

Khi tính toán các quá trình và thiết bị sấy, cũng cần thiết biết về các tínhchất nhiệt tính chất vật lý của vật liệu như: nhiệt dung riêng C, hệ số dẫn nhiệtλ; và hệ số dẫn nhiệt độ a..

 

Hiện nay ngành nuôi trồng thuỷ - hải sản ở nước ta đặc biệt là khu vựcĐồng Bằng Sông Cửu Long phát triển rất cao, sản lượng thu được ngày càngnhiều Trong các mặt hàng thuỷ - hải sản phục vụ trong nước và xuất khẩu ranước ngoài thì Tôm là một trong những mặt hàng quan trọng vì nó đem lại lợinhuận cao, làm tăng thu nhập cho nền kinh tế đất nước Để mặt hàng xuất khẩungày càng trở nên phong phú thì ngoài tôm đông lạnh xuất khẩu, ta còn có sảnphẩm tôm sấy Đây cũng là một hình thức bảo quản tôm được trong thời gian dài

Tôm được sấy với nhiều thiết bị khác nhau: hầm sấy, phòng sấy ; vớinhiều phương thức sấy khác nhau: tuần hoàn khí thải, sấy không có tuần hoàn…

Ở đây ta tính toán thiết kế thiết bị phòng sấy với phương thức sấy tuần hoàn khíthải, nhiên liệu sử dụng là hơi nước bảo hòa

Trong quyển Đồ Án này nội dung bao gồm bốn phần:

- Phần A: Những Khái Niệm Chung

- Phần B: Thuyết minh quy trình công nghệ

- Phần C: Tính toán cho thiết bị chính

- Phần D: Tính toán cho thiết bị phụ

MỤC LỤC

 

A GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU: 3

B LÝ THUYẾT VỀ SẤY: 4

I Một số khái niệm: 4

II.Các quá trình và thiết bị sấy: 7

1.Sấy tự nhiên: 7

9

III.THIẾT MINH QUI TRÌNH SẤY: 9

C TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH: 11

I.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ CHÍNH 11

II.LƯỢNG TÁC NHÂN SẤY TRUNG BÌNH TRONG MỘT GIỜ: 17

III.CÂN BẰNG VẬT CHẤT: 19

IV.TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY: 20

Thành phần Hàm lượng 22

V.BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH SẤY TRÊN ĐỒ THỊ I-X: 28

D TÍNH THIẾT BỊ PHỤ: 30

I.TÍNH CALORIPHE SƯỞI: 30

II.TÍNH VÀ CHỌN QUẠT: 35

E.TÍNH TOÁN CƠ KHÍ: 47

I ĐÁY VÀ NẮP CỦA THIẾT BỊ CALORIPHE: 47

II.THÂN HÌNH TRỤ CỦA CALORIPHE: 48

III MẶT BÍCH 48

F.BẢNG TỔNG KẾT 49 49

A GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU:

Tôm sú có tên khoa học là: Penaeus monodon Fabricius Là loài tôm có

kích thước lớn, có chiều dài khai thác từ 150- 200 mm với khối lượng 50-150 g.Tôm sú thích nghi ở giới hạn độ mặn từ 0.2-70‰ Độ mặn thích hợp nhất là 10-15‰ Nhiệt độ thích hợp nhất để tôm thích nghi và sinh trưởng là 20-300C

Thành phần hóa học của tôm có ý nghĩa rất lớn về mặt dinh dưỡng, quyếtđịnh giá trị thực phẩm của tôm Thành phần của tôm nguyên liệu phụ thuộc vàocác yếu tố: giống, loài, giới tính, độ tuổi, thành phần thức ăn, điều kiện môitrường sống và những biến đổi sinh lý của tôm Sự khác nhau về thành phần hóahọc của tôm và sự biến đổi của chúng ảnh hưởng đến mùi vị, giá trị dinh dưỡngcủa sản phẩm, đến việc bảo quản nguyên liệu tươi và quá trình chế biến

Thành phần hóa học của tôm sú:

(1) Quá trình truyền nhiệt để cung cấp ẩn nhiệt cần thiết cho quátrình bốc hơi.

(2) Sự duy chuyển nước hoặc hơi nước thông qua nguyên liệu thựcphẩm và sau đó được loại ra khỏi thực phẩm, kéo theo lượng nước trong thựcphẩm Đây chính là quá trình truyền khối trong thực phẩm

Phân loại các phương pháp sấy dựa vào việc cung cấp năng lượng nhiệtcho quá trình sấy:

Cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu

Cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc

Cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ

Ngoài ra còn các phương pháp sấy đặc biệt khác: sấy bằng dòng điện caotầng, sấy trong trường sấy siêu âm, sấy thăng hoa

a Mối liên kết ẩm trong vật liệu sấy:

Có 3 dạng liên kết ẩm trong VLS: liên kết cơ học, liên kết cơ lý vàliên kết hóa học Quá trình sấy chỉ tách được ẩm liên kết cơ học và liên kết cơ lý,còn ẩm liên kết hóa học không tách được

b Các tính chất cơ lý của vật liệu ẩm:

• Hàm ẩm:

Là khối lượng nước tính bằng kg chứa trong 1 kg của vật liệu khô tuyệtđối:

kg kg G

G U

o

a, /

=

Ga – Khối lượng nước chứa trong vật liệu, kg

Go – Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg

G

G a

=ωKhi so với khối lượng vật liệu khô tuyệt đối:

,%

.1000

G

G

G – Khối lượng vật liệu ẩm, kg: G = Ga + Go, kg

Từ các định nghĩa trên, ta rút ra mối quan hệ:

,%

100

;/,100,%;

100

100,%;

100

w kg kg w u

• Khối lượng riêng của vật liệu:

Đối với vật liệu khô tuyệt đối, khối lượng riêng chất khô:

3/,kg m V

G

o

o

o =ρĐối với vật liệu ẩm:

3/,kg m V

G

=ρ

Vo – thể tích chiếm chỗ của vật liệu có khối lượng Go, m3

V – thể tích chiếm chỗ của vật liệu có khối lượng G, m3

• Khối lượng riêng thể tích và độ xốp của vật liệu ẩm:

Tỉ số giữa khối lượng vật liệu và thể tích của khối hạt đó chiếm chỗ, đượcgọi là khối lượng riêng thể tích, ký hiệu ρvkg/m3

3/,kg m V

G

G

v =ρ

VG – thể tích chiếm chỗ của khối vật liệu có khối lượng G

• Bề mặt riêng của vật liệu:

Khả năng thải và hút ẩm của vật liệu còn phụ thuộc vào hình dạng và kíchthước của chúng Nếu có Go kg vật liệu khô tuyệt đối, trong đó Fo là tổng diệntích các bề mặt của chúng, thì ta có tỉ số:

kg m G

F f

Khi tính toán các quá trình và thiết bị sấy, cũng cần thiết biết về các tínhchất nhiệt (tính chất vật lý) của vật liệu như: nhiệt dung riêng C, hệ số dẫn nhiệt

λ; và hệ số dẫn nhiệt độ a Các tính chất này phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độcủa vật liệu; giá trị của chúng có thể tra trong sổ tay

c Trạng thái cân bằng ẩm của vật liệu:

Vật liệu ẩm đặt trong môi trường không khí ẩm sẽ xảy ra quá trình traođổi nhiệt ẩm cho đến khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt động lực Trạng thái cânbằng đó có liên quan chặt chẽ đến các mối liên kết ẩm trong vật liệu

Trong trạng thái cân bằng phân tử, nhiệt độ của vật bằng nhiệt độ của môitrường không khí xung quanh, còn áp suất của hơi nước trong vật liệu bằng ápsuất hơi nước riêng phần trong không khí Hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị khôngđổi được gọi là hàm ẩm cân bằng

Như vậy độ ẩm cân bằng của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm củamôi trường xung quanh, đồng thời phụ thuộc vào phương thức đạt đến trạng tháicân bằng đó Vật thể có thể đạt đến trạng thái cân bằng đó do hút ẩm, hoặc đạtđến trạng thái cân bằng do thải ẩm (sấy) Đường biểu diễn độ ẩm cân bằng củavật liệu phụ thuộc vào độ ẩm của không khí trong điều kiện nhiệt độ không đổigọi là đường đẳng nhiệt

Thực nghiệm đã chứng minh rằng, trong trạng thái cân bằng hàm ẩm củavật phân bố đều theo thể tích, lúc đó hàm ẩm ở mọi điểm của vật liệu có giá trịnhư nhau và gọi là hàm ẩm trung bình

3 Đặc trưng cơ bản của quá trình làm khô vật liệu trong thiết

bị sấy:

Đặc trưng cơ bản của quá trình làm khô vật liệu trong thiết bị sấy là tốc độsấy, thời gian sấy và chế độ sấy

_ Tốc độ sấy là lượng kg ẩm bay hơi trên một mét vuông bề mặt VLS

trong một đơn vị thời gian (kg/m2.h) Tốc độ sấy phụ thuộc vào các yếu tố:

•Vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm,hình dạng, kích thước, bề mặt, trạng thái (tĩnh, động, phân tán), độ ẩm đầu vàhàm ẩm tới hạn của VLS

•Tác nhân sấy: độ ẩm, nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối, vận tốc, loạitác nhân sấy (không khí nóng hay khói lò ), đặc trưng điều kiện tiếp xúc (trựctiếp hay gián tiếp) giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy

•Cấu tạo máy sấy, phương thức và chế độ sấy…

_ Thời gian sấy:

Khoảng thời gian mà thiết bị dùng để làm khô VLS đến độ ẩm theo yêucầu gọi là thời gian sấy

_ Việc tính toán thời gian sấy đối với mỗi loại vật liệu là rất phức tạp Vìvậy có thể dựa vào thực tế mà các thiết bị sấy công nghiệp đang hoạt động trongnhững điều kiện đồng dạng (về VLS, TNS, thiết bị sấy và kỹ thuật ) Ta có thểdựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc tính toán theo công thứcthực nghiệm

_ Chế độ sấy:

Chế độ sấy là điều kiện kỹ thuật của TNS ảnh hưởng đến chất lượng sảnphẩm, năng lượng tiêu hao và kích thước thiết bị Các thông số cơ bản của chế độsấy bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, và tốc độ của tác nhân sấy.

•Nhiệt độ sấy:

Khi chọn nhiệt độ sấy cần dựa vào nhiệt độ cho phép của vật liệu sấy Mỗiloại vật liệu đều có nhiệt độ cho phép riêng Nhiệt độ sấy là nhiệt độ của tác nhânsấy khi bắt đầu vào thiết bị sấy và nó giảm dần từ đầu quá trình đến cuối quátrình Nhiệt độ sấy thể hiện mức độ đốt nóng vật liệu, có ảnh hưởng đến tính chấtdẫn ẩm trong vật liệu và các tính chất cơ lý, hóa lý của vật liệu sấy Nhiệt độ sấycàng cao thì quá trình sấy càng nhanh Nhưng nhiệt độ sấy cao có thể làm thayđổi tính chất của vật liệu, hư hỏng sản phẩm Trong nhiều trường hợp tốc độ sấyquá lớn dẫn đến việc tạo thành lớp vỏ cứng trên bề mặt vật liệu, hạn chế khảnăng bốc ẩm ở giai đoạn sau, cũng như làm nứt nẻ, biến đổi hình dạng của vậtliệu sấy

•Độ ẩm của tác nhân sấy:

Độ ẩm tương đối, hàm ẩm và nhiệt độ bầu ướt có liên quan với nhau; nóthể hiện khả năng thải ẩm của vật liệu vào môi trường Nếu tác nhân sấy là khôngkhí nóng thì độ ẩm của nó bằng độ ẩm của không khí, nếu tác nhân sấy là khói lòthì độ ẩm của nó bổ sung thêm lượng ẩm của nhiên liệu cháy Khi cần làm mềmchế độ sấy, có thể phun thêm hơi nước để tạo độ ẩm thích hợp Ngược lại có thểlàm khô bớt TNS bằng cách làm lạnh hay dùng vật hút ẩm

•Tốc độ tác nhân sấy:

Có tốc độ thích hợp thì nhiệt độ sẽ được phân bố đều trong thiết bị, đảmbảo sự thoát ẩm đồng đều trong thể tích VLA và ẩm được đưa hết ra khỏi thiết bịsấy Nếu tốc độ tác nhân sấy quá nhỏ thì thời gian sấy sẽ dài, tốc độ sấy nhỏ,TNS dễ bị phân tầng và vật liệu sấy khô không đều Nếu tốc độ tác nhân sấy quálớn có thể làm mất mát VLS, tốn kém nhiều năng lượng…Vì vậy, khi chọn tốc độTNS cần chú ý đến kích thước, hình dạng, tính chất của VLS, khả năng sử dụngnhiệt lượng cho quá trình sấy và đặc trưng của thiết bị sấy

II.Các quá trình và thiết bị sấy:

1.Sấy tự nhiên:

Phơi nắng là biện pháp sấy tự nhiên rất đơn giản được áp dụng lâu đờitrong dân gian Tuy nhiên phơi nắng cũng bị hạn chế do diện tích sân phơi cầnphải lớn, vả lại còn phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa Vìvậy trong lãnh vực sản xuất của nền kinh tế xã hội người ta phải áp dụng biệnpháp sấy nhân tạo

2.Sấy nhân tạo:

Khắc phục được các khuyết điểm của sấy tự nhiên: tiết kiệm được diệntích mặt bằng, rút ngắn thời gian sấy, sấy với số lượng nguyên liệu lớn, chủ độngtrong mọi thời tiết Người ta sử dụng các thiết bị sấy nhân tạo dùng không khínóng, khói lò, … làm tác nhân sấy

3.Một số cách phân loại thiết bị sấy:

Vật liệu đem sấy có thể ở nhiều trạng thái khác nhau và nhiều dạng khácnhau Do vậy cần tổ chức quá trình sấy cho phù hợp Người ta thường có cáccách tổ chức quá trình sấy như sau:

- Sấy lớp vật liệu trong trạng thái tĩnh

- Sấy lớp vật liệu tĩnh có chuyển động tương đối

- Sấy vật liệu trong trạng thái xáo trộn

- Sấy vật liệu trong trạng thái lơ lửng

- Sấy vật liệu trong trạng thái phân tán

Theo các phương thức tổ chức này, người ta chế tạo ra các dạng thiết bịsấy khác nhau và được phân loại như sau:

- Phân loại theo chế độ làm việc Thiết bị sấy gián đoạn, thiết bị sấy bánliên tục, thiết bị sấy liên tục

-Phân loại theo áp suất làm việc trong buồng sấy: thiết bị sấy áp suất cao,thiết bị sấy áp suất khí quyển (áp suất thường), thiết bị sấy áp suất thấp (sấy chânkhông), thiết bị sấy áp suất rất thấp (áp suất đạt trạng thái điểm 3 của nước) gọi làsấy thăng hoa

-Phân loại theo kết cấu thiết bị: phòng sấy, tủ sấy, hầm sấy; tháp sấy, sấythùng quay; sấy băng tải, sấy đĩa; sấy tầng sôi; sấy khí động; sấy phun

Về phương diện kết cấu thiết bị sấy rất đa dạng và phong phú về chủngloại Các thiết bị sấy hiện đại có kết cấu gọn nhẹ, hình thức đẹp, trình độ cơ giớihóa và tự động hóa cao Tuy nhiên về nguyên tắc tổ chức quá trình sấy vẫn theocác cách đã nêu trên đây

4 Sơ lược các thiết bị trong hệ thống sấy đối lưu:

Các thiết bị trong hệ thống sấy đối lưu được phân chia như sau:

a Các thiết bị sấy lớp vật liệu tĩnh:

- Các thiết bị sấy thông dụng thường gặp là: tủ sấy, phòng sấy, và hầm sấy.Trong các thiết bị này có thể áp dụng sấy đối lưu cưỡng bức hoặc đối lưu tựnhiên, cũng có thể áp dụng áp suất thường hoặc áp suất chân không

- Các thiết bị sấy này có thể cho dòng tác nhân thổi song song bề mặt vậtliệu; hay cho dòng tác nhân thổi vuông góc với bề mặt vật liệu

b Các thiết bị sấy lớp vật liệu tĩnh có chuyển động tương đối:

- Đặc điểm của phương pháp tổ chức quá trình sấy này là ở chỗ, trạng tháitác nhân tiếp xúc với vật liệu luôn luôn thay đổi Đây là thiết bị sấy liên tục, có 3hình thức tổ chức quá trình sấy:

• Sấy xuôi chiều:

Lớp vật liệu và dòng tác nhân chuyển động cùng chiều

• Sấy ngược chiều:

Lớp vật liệu và dòng tác nhân chuyển động ngược chiều

- Vận chuyển vật liệu thực hiện bằng các cơ cấu cơ khí thông dụng như:băng tải, xích tải, vít tải xe goong tới kéo…Người ta hay gọi các thiết bị sấy theochức năng của bộ phận vận chuyển Các thiết bị sấy thường dùng bao gồm: thiết

bị sấy băng tải, thiết bị sấy tunnen, thiết bị sấy đĩa, thiết bị sấy tháp

Thiết bị sấy tunnen: giống như thiết bị sấy đường hầm chỉ khác các xegoong duy chuyển liên tục, nghĩa là có sự chuyển động tương đối so với dòng tácnhân sấ Trong tunnen có thể tổ chức sấy xuôi chiều hoặc sấy ngược chiều.

Thiết bị sấy băng tải: bộ phận đặc biệt của thiết bị này là băng tảivận chuyển vật liệu

c Sấy vật liệu trong trạng thái xáo trộn:

Tăng cường khả năng trao đổi nhiệt ẩm trong quá trình sấy bằng cách làmcho vật liệu thay đổi vị trí liên tục và phân bố đều trong dòng chảy của tác nhân.Biện pháp này áp dụng trong thiết bị sấy thùng quay

d Sấy vật liệu trong trạng thái lơ lửng:

Các thiết bị sấy đối với hình thức sấy này là: thiết bị sấy tầng sôi, thiết bịsấy tấng sôi rung, thiết bị sấy khí thổi

e Sấy phun:

Sấy phun dùng để sấy các dạng dung dịch và huyền phù trong trạng tháiphân tán Thiết bị sấy được kết cấu tương đối phức tạp, trong đó quá trình sấydiễn ra rất mãnh liệt, quá trình sấy thực hiện đối với từng giọt lỏng phun ra, dovậy sản phẩm của sấy phun là một dạng bột mịn

5.Giới thiệu thiết bị phòng sấy:

Trong phòng sấy bao gồm các bộ phận cơ bản sau: phòng sấy, xe goong,caloriphe, van, quạt

Phòng sấy thường làm việc theo nguyên tắc gián đoạn, ở áp suất khíquyển Thiết bị thường gồm từ một hoặc vài phòng sấy Vật liệu sấy được đặttrên các xe goong, xe goong được đưa vào và lấy ra ở cửa phòng bằng tay hoặcbằng tời kéo động cơ

Phòng sấy có các ưu điểm là thiết bị đơn giản và được sử dụng rất phổbiến

Ngoài ra thiết bị phòng sấy còn có các khuyết điểm cơ bản là vật liệu sấykhông được xáo trộn trong quá trình sấy nên thời gian sấy dài, nạp vật liệu vào vàtháo vật liệu ra, tổn thất nhiệt lớn vì phải mở cửa phòng; điều kiện làm việc nặngnhọc, không đảm bảo vệ sinh, khó kiểm tra quá trình, tổn thất nhiệt lớn vì nhiệtlượng của tác nhân sấy không được sử dụng triệt để (đặc biệt là giai đoạn cuốiquá trình sấy)

III.THIẾT MINH QUI TRÌNH SẤY:

Cá vào

P =250KPa

Hơi nước vào

Không khí ra

Phương tiện

đi vào

F =125 kg/h

tvlđ = 10 0 C W1= 77%

SƠ ĐỒ BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH SẤY

Hệ thống sấy ta thiết kế ở đây là hầm sấy, với phương thức sấy đối lưu cótuần hoàn một phần khí thải VLS của chúng ta ở đây là Tôm sú , còn TNS làkhông khí nóng

Ban đầu không khí ngoài trời có nhiệt độ t1 = 270C, RH1 = 83%, x1 = 19g/kg, I1 = 75 kj/kg (ứng với trạng thái 1) nhờ quạt hút vào được phối trộn vớikhông khí nóng hoàn lưu, không khí hỗn hợp này có nhiệt độ t2= 320C, x2 = 20g/kg, I2 = 82 kj/kg, RH2 = 60% (ứng với trạng thái 2) được đưa vào caloriphesưởi nhằm làm tăng nhiệt độ, làm giảm độ ẩm tương đối của không khí đến khithích hợp cho quá trình sấy Ở đây ta chọn không khí sau khi gia nhiệt có nhiệt

độ là t3=750C, x3 = 20 g/kg, I3 = 128 kj/kg, RH3 = 8% (ứng với trạng thái 3) đượcđưa vào phòng sấy nhờ quạt Trong phòng sấy vật liệu sấy là tôm được đặt trêncác khay, các khay này được trên các xe goong, không khí nóng được thổi baotrùm lên vật liệu, do sự chênh lệch ẩm nên ẩm từ trong vật liệu sẽ khếch tán vàotrong không khí đi ra ngoài Không khí nóng trong phòng sấy có nhiệt độ giảmdần và hàm ẩm tăng dần, nhiệt độ và độ ẩm của không khí đi ra khỏi phòng sấyphụ thuộc vào hàm ẩm cuối của sản phẩm sấy Ta thường chọn nhiệt độ và ẩm độcuối của không khí ra khỏi phòng sấy ở trên điểm cân bằng với hàm ẩm cuối củavật liệu sấy để sản phẩm sấy đạt yêu cầu đưa ra và lớn hơn nhiệt độ điểm sươngtránh hiện tượng ngưng tụ ẩm trên bề mặt Ở đây yêu cầu nhiệt độ cuối của sảnphẩm sấy là 600C, ta chọn nhiệt độ của không khí ra khỏi phòng là t4 = 630C, x4 =

25 g/kg, i3 = 128 kj/kg, RH4 = 17.5% (ứng với trạng thái 4) Đây là quá trình sấy

lý thuyết

Thiết bị caloriphe dùng để nâng nhiệt độ không khí là thiết bị trao đổinhiệt ống chùm, nhiên liệu là hơi nước ở áp suất p = 250KPa Tại thiết bị ốngchùm hơi đốt được đi bên ngoài ống còn không khí đi bên trong ống truyền nhiệt.Căn cứ vào nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ vào, ra của không khí ta có thể tínhđược diên tích truyền nhiệt và số ống truyền nhiệt trong thiết bị ống chùm.Lượng hơi đốt tiêu tốn để đun nóng không khí có thể tính được thông qua lượngnhiệt tiêu tốn cho hệ thống sấy và

ẩn nhiệt hoá hơi của nó

Dựa vào giản đồ không khí ẩm ta được bảng trạng thái không khí ẩm nhưsau:

Hơi nước ra

Không khí nóng

t2 = 320C t3= 750C

Gvc

tđ = 60 0 C

Từ đây ta xác định được tỉ số hoàn lưu của hệ thống sấy: lượng không khíhoàn lưu chiếm 18%, lượng không khí ngoài trời chiếm 82%.

Trong quá trình sấy thì ẩm trong sẽ khuếch tán ra bên ngoài không khí.Ởđây một chu kỳ sấy là 10 giờ, thời gian sấy tương đối dài nên ta có thể xem tốc

độ sấy chỉ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán ẩm từ bề mặt ra môi trương xungquanh và xem quá trình khếch tán ẩm từ bên trong ra bề mặt là không thay đổi và

đủ để bốc hơi Khi đó các giai đoạn sấy được thực hiện như sau:

+ Giai đoạn nung nóng từ nhiệt độ ban đầu lên đến nhiệt độ bayhơi của nước (hay còn gọi là nhiệt độ bầu ướt) Nhiệt lượng cung cấp trong giaiđoạn này chỉ để nâng nhiệt độ chứ không làm ẩm bốc hơi Xét về mặt nhiệt lượngthì

đoạn này là năng lượng tiêu hao

+ Giai đoạn sấy đẳng tốc : nhiệt lượng cung cấp trong giai đoạnnày giúp ẩm khuếch tán ra môi trường không khí Trong giai đoạn này thì tốc độsấy không phụ thuộc vào hệ số khuếch tán của ẩm từ trong thịt ra bên ngoài bềmặt mà chỉ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán từ bề mặt ra ngoài không khí

+ Giai đoạn sấy với tốc độ sấy giảm dần: trong giai đoạn nàylượng ẩm trên bề mặt không đủ để bốc hơi ra ngoài không khí tốc độ sấy tronggiai đoạn này phụ thuộc nhiều vào hệ số khuếch tán ẩm từ trong thịt ra bề mặt.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 caloripphe có thể tính thông quahàm ẩm của không khí lúc trước và sau khi ra kỏi caloriphe Dựa vào lưu lượngcủa không khí ta có thể tính toán và chọn quạt, công suất động cơ cho phù hợp

C TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH:

I.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ CHÍNH

1 Đối với xe goong:

a Kích thước cơ bản của khung xe goong:

Chiều cao: Hgoong= 1.4 m

Chiều dài: Lgoong= 1.2 m

Trạng thái không khí Điểm A Điểm B Điểm C Điểm D

Nhiệt lượng riêng (kj/kg) 75 82 128 128

Chiều rộng: Rgoong= 1m

Vật liệu làm xe goong: chọn vật liệu làm xe goong là thép không

rỉ CT3 có khối lượng riêng ρ= 7850 kg/m3

Số lượng xe goong:

Số lượng xe goong phụ thuộc vào các yếu tố:

Năng suất nhập liệu

Diện tích của các khay

Cách sắp xếp vật liệu trên khay

Với năng suất nhập liệu là 1250 kg/mẻ và kích thước xe gooong đã chọn

ta chọn:

Số lượng xe goong: 16 xe goong (tương ứng 78.125 kg/1xe goong)

Số tầng khay trên xe goong: 14 khay (~ 6 kg/1 khay)

Kích thước khay:

Rkhay= 1.12 m

Lkhay= 1.3 mKhoảng cách giữ hai khay: h2khay= 0.1 m

b Xác định thể tích và khối lượng của xe goong:

Khung xe goong bao gồm:

 Bốn thanh thép hình chữ L làm thành chiều cao của xe:

Bề dày: δ = 0.002 m

Bề rộng: Rc= 0.03 mChiều dài: Lc= 1.4 mThể tích của một thanh:

V1c= 2.δ Rc.Lc= 2*0.002*0.03*1.4= 1.68.10-4 m3

Thể tích của 4 thanh: V4c= 4.V1thanh= 6.72.10-4 m3

 Bốn thanh thép hình chữ L làm thành chiều dài của xe:

Bề dày: δ = 0.002 m

Bề rộng: Rd= 0.03 mChiều dài: Ld= 1.2 mThể tích của một thanh:

V1ch=δ *Rch*Lch=0.002*0.03*1.562=9.372.10-5 m3

Thể tích của hai thanh: V2ch.đ = 2.V1ch.đ= 2.064.10-4 m3

 Thể tích của 28 thanh thép làm thành giá đỡ của các khay:

Bề dày: δ = 0.002 m

Bề rộng: Rđ= 0.03 mChiều dài: Lđ= 1.2- 2*0.002= 1.196 mThể tích của một thanh:

 Thể tích và khối lượng của bộ phận bánh xe:

Toàn bộ vật liệu làm nên bánh xe là thép không rỉ CT3

Các bộ phận bao gồm:

- Hai thanh trục để gắn hai bánh xe

- Bốn ổ bánh xe

•Thể tích của trục gắn hai bánh xe:

Trục làm bằng thép hình chữ nhật có kích thước như sau:

Chọn:

Bề dày: δ =3.10-3 mChiều rộng của tiết diện trục: Rt= 2.10-2 mChiều dài của tiết diện trục: Dt= 4.10-2 mChiều dài của trục: Ht= 1m

Thể tích của một trục:

4 3

2 2

oThể tích của một bánh xe:

Bánh xe hình trụ tròn có khoét lỗ nhỏ ở giữa để gắn trục vào.

Bán kính ngoài của bánh xe: R= 0.05 mBán kính trong của bánh xe: r = 0.005 m

Bề dày của bánh xe: δ = 0.03 mThể tích của một bánh xe:

4 2

2 2

Chiều rộng: Rđế = 4.10-2 mChiều dài: Dđế = 8.10-2 mHình tam giác cân có kích thước:

Cạnh đáy: a = 8.10-2 mChiều cao: h = 9.10-2 mThể tích của đế đỡ:

Vđế = VHCN + 2.Vtg = Rđế * Dđế *δ + 1/2 * a* h*δ = 4.10-2 * 8.10-2 *5.10-3 +1/2 *8.10-2 * 9.10-2 * 5.10-3 =3.4.10-5 m3

oThể tích của đế chêm:

Đế chêm dùng để gắn vào đế đỡ của bánh xe

Kích thước cơ bản của đế chêm:

Bề dày: δ = 5.10-3 mChiều dài: L = 8.10-2 mChiều rộng: R = 4.10-2 mThể tích của đế chêm:

Vchêm = δ *L*R= 5.10-3 * 8.10-2 * 4.10-2 = 1.6.10-5 m3

Ngoài ra còn có trục gắn đế chêm vào đế đỡ có thể tích không đáng kể

oThể tích của trục gắn bánh xe vào đế đỡ:

Kích thước trục:

Đường kính: dtrục = 0.01 mChiều dài: Ltrục = 0.07 mThể tích của trục:

c Thể tích và khối lượng của các khay chứa vật liệu:

Vật liệu làm khay đựng vật liệu sấy: chọn loại nhôm cứng có khối lượngriêng 2700 kg/m3

Số lượng khay trên một xe goong: 14 khay

Kích thước khay:

Rkhay = 1.12 m

Lkhay = 1.3 m

Diện tích bề mặt của khay:

Skhay = Lkhay * Rkhay = 1.12*1.3 = 1.456 m2

Cấu tạo của một khay bao gồm:

Khung khay

Lưới có đục lỗ

o Thể tích của khung khay:

Hai thanh nhôm làm thành chiều dài của khay:

Chiều rộng lưới: Rlưới = 1.12 m

Chiều dài lưới: Llưới = 1.3 m

Kích thước của lưới nhôm có đục lỗ:

R’

lưới = 1.12 – 2*0.03 = 1.06 m

L’

lưới = 1.3 – 2*0.03 = 1.24 m

Số lỗ theo chiều rộng:

151002.0005.0

06.12

1

+

=+

′

=

d d

24.12

1

+

=+

′

=

d d

d Thể tích và khối lượng của đường ray:

Ngoài xe goong trong phòng sấy còn có các đường ray để giúp xe vậnchuyển, vì thế ta cần phải tính khối lượng và thể tích của ray để tính nhiệt tổnthất để đun nóng đường ray

Đường ray làm bằng thép CT3

Cấu tạo của đường ray: đường ray có dạng hình chữ U

Bề dày: δ = 0.002 m

Rộng: b = 0.03 m (3 cạnh bằng nhau)

Chiều dài tương đương 4 đường: dtđ = 4*13.35 = 53.4 m

Thể tích của đường ray:

Vray = 3*δ *b*dtđ = 3*0.002*0.03*53.4 = 9.612.10-3 m3

Khối lượng của đường ray:

mray = Vray*7850 = 75.454 kg

2 Đối với phòng sấy:

a Cách sắp xếp xe goong trong phòng sấy:

Các xe goong được sắp xếp thành hai hang, mỗi hang 8 chiếc

Khoảng cách của hai xe goong trong một hang: 0.25 m

Khoảng cách giữa hai hàng: 0.5 m

Khoảng cách giữa xe goong và tường bên: 0.25 m

Khoảng cách giữa hai đầu tường với xe goong: 1 m

b Kích thước cơ bản của phòng sấy:

Chiều rộng của phòng:

Rphong = 2*Rxegoong + 2*0.25 + 0.5 = 3 m

Chiều cao của phòng:

Hphong = Hxegoong + Hbanhxe + 0.15 = 1.4 + 0.15 + 0.15 = 1.7 m

Chiều dài của phòng:

Lphong = 8* Lxegoong + 7*0.25 + 1*2 = 13.35 m

c Cấu tạo tường của phòng sấy

Tường được cấu tạo bởi 3 lớp: 2 lớp vôi vữa ở hai bên, và lớp gạch ở giữavới độ dày như sau:

○ Chiều dày của hai lớp vôi vữa: δ1 = δ3 = 0.05m

○ Chiều dày của lớp gạch: δ2 = 0.2m

δ1 δ2 δ3

d Cửa của phòng sấy

Dùng để đưa xe vật liệu vào và lấy vật liệu ra khi sấy xong

Cấu tạo của cửa:

* Lớp thứ I và lờp thứ III làm bằng thép CT3 có bề dày δ1 = δ3 =0.003m

* Lớp giữa làm bằng gỗ thông có bề dày δ2 = 0.2m

Kích thước của cửa:

Chiều cao của cửa: Hcửa = 1.7m

Chiều rộng của cửa: Bcửa = 1.4m

II.LƯỢNG TÁC NHÂN SẤY TRUNG BÌNH TRONG MỘT GIỜ:

Các thông số của không khí ngoài trời: gọi đây là điểm A

Ta chọn trạng thái không khí nóng vào phòng sấy là:

t3 = 750C

x3 = 20 g/kg

h3 = 128 kj/kg

ϕ3 = 8%

Gọi đây là điểm C

Ta chọn trạng thái không khí ra khỏi phòng sấy: xem như đây là quá trìnhsấy lý thuyết đẳng entanpi

Trên giản đồ không khí ẩm, ta biểu diễn 3 điểm trạng thái ở trên, từ điểmtrạng thái không khí vào phòng sấy (điểm C) ta kẻ đường thẳng đẳng x cắt đườngthẳng nối hai điểm A & D tại B, điểm B chính là điểm phối trộn giữa không khíngoài trời và không khí hoàn lưu.

Dựa vào giản đồ không khí ta có được trạng thái không khí tại điểm B:

10001000

3 4

Trong thực tế lượng không khí là không khí ẩm nên lượng không khí cầndung lớn hơn so với lý thuyết, giả sử lượng không khí khô trong không khí ẩmđạt 65% thì:

l’ = l/0.65=307.692 kgK3/kg

Vậy lượng không khí cần thiết để bốc hơi nước trong 1 giây:

Lkk = W*l’ = 92.7*307.692 = 7.923 kgK3/s

Trạng thái không khí Điểm A Điểm B Điểm C Điểm D

Nhiệt độ bầu khô t

III.CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

Thiết bị làm việc gián đoạn với chu kì 10h/mẻ, với các số liệu sau:

Năng suất nhập liệu: 1250 kg/h

Năng suất nhập liệu trong một giờ: F = 1250/10 = 125 kg/h

Cân bằng vật chất cho toàn hệ thống : F = w + P = 125 (1)Cân bằng vật chất cho cấu tử chất khô: (1-W1).125 = (1-W2).P

 0.89P = 28.75 (2)Giải phương trình (1),(2) ta được: P = 32.3 kg/h

W = 92.7 kg/hLượng nước bốc hơi trong toàn chu kỳ

W = 10.w = 927 kg

wSấy

F=125kg/h

2=11%

P

IV.TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY:

Mục đích của việc tính toán nhiệt thiết bị sấy là ta tính toàn bộ quá trinhnhiệt trong đó có nhiệt tổn thất và nhiệt bổ xung trong phòng sấy, từ đó tính đượclượng nhiệt cần cung cấp cho hệ thống sấy

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: LI2

* Do caloriphe cung cấp: Qs = L(I3 – I2)

* Do vật liệu mang vào: C1G1tvlđ

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

● Dòng nhiệt mang ra khỏi thiết bị bao gồm:

* Do không khí mang ra: LI4

* Do mất mát ra môi truờng xung quanh:Qm

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

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

Khi đó phương trình cân bằng vật chất được viết:

LI2 + Qs + G1C1tvlđ + C’1G’1tđ = LI4 + Qm + G2C2tvlc + C’2G’2tc

Trong đó:

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

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

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

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

tđ, tc: nhiệt độ vật liệu làm bộ phận vận chuyển vào và ra khỏi thiết bị sấy, 0C

L(I2 – I4)+Qs = Qm + G2C2tvlc - (G2C2tvlđ +WCntvlđ)+C’2 G’2 tc - C’1G’1 tđ → L(I2 – I4)+Qs = Qm+G2C2(tvlc-tvlđ)+Gvc(tc – tđ)-WCntvlđ

Chia phương trên cho lượng ẩm bay hơi trong một giờ W ta được:

l(i2-i4) +qs = qm+q1+q2- cntvlđ

Vậy nhiệt lượng tiêu hao riêng cho thiết bị sấy:

q = qs = (i2-i4) +q1+q2+qm-cntvlđ

đặt: Σq = q1 + q2 +qm: gọi là nhiệt tổn thất chung

Δ = cntvlđ -Σq : gọi là nhiệt bổ xung thực tế

Với:

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

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

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

Khi đó:

qs = l(i2-i4) -Δ

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 từ đó xác định các giá trị x2, x3, i2,i3 và từ đó tínhđược qs

Như vậy các quá trình nhiệt cần phải tính:

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

* 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

3 Nhiệt lượng do nước trong vật liệu mang vào:

Vật liệu ẩm luôn có chưa một lượng ẩm nhất định, nhiệt lượng do 1 kg ẩmmang vào trong phòng sấy:

(VI - 68) Với:

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

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

tvlđ,tvlc: nhiệt độ vào và ra của VLS, 0C

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

) 10 60 (

* 764 3

* 2

32

5 Nhiệt tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển:

a. Nhiệt tổn thất để đun nóng xe goong

i n

i i vc

t N

c g

+

=

W )

nh nh t

t vc

t N c g c g

27 10 10

95 0 836 45 10

5 0 608

b. Nhiệt tổn thất để đun nóng đường ray

Công thức tính tương tự như công thức tính tổn thất nhiệt để đun nóng xegoong

i n

i i

t N

c g

33 10 5 0 545

4 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh:

Nhiệt được truyền từ phòng sấy ra ngoài môi trường xung quanh qua 3hình thức: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, bức xạ nhiệt Trong đó tổn thất nhiệt do đốilưu và do bức xạ là không đáng kể, nên đây ta chỉ xét đến tổn thất nhiệt do dẫnnhiệt

a Nhiệt tổn thất qua tường của phòng sấy:

Tường bao gồm hai tường bên và tường ở hai đầu, tường có cấu tạo gồm 3lớp:

Lớp trong cùng và lớp ngoài cùng: hai lớp hồ vữa

Nhiệt lượng tổn thất qua tường được tính theo công thức:

3600

w

t F K

qtuong = ∆

, j/kg (V-176)Trong đó:

K: hệ số truyền nhiệt, w/m2.độ

F: diện tích bề mặt tường, m2

t

∆ : hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C δ 1 δ 2 δ 3

w: lượng ẩm bốc hơi trong phòng sấy, kg/h

Ta có:

Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:

3

3 2

2 1 2

1

λ

δ λ

δ λ

05.028.0

2.0778.0

05.0

++

c đ

t t

t t t

C t

t t

C t

t t

kk c

kk đ

0 4

0 3

362763

482775

* 7

92

713 41

* 21 53

* 1865 1

=

=

tuong

b Nhiệt tổn thất qua trần của phòng sấy:

Cấu tạo của trần phòng sấy gồm 3 lớp: lớp bêtông ở giữa, hai lớp ngoàibao quanh là hai lớp vôi vữa

Nhiệt tổn thất qua trần của phòng sấy được tính theo công thức:

3600

w

t F K

∆ : hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C

w: lượng ẩm bốc hơi trong phòng sấy, kg/h

Ta có:

Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:

3

3 2

2 1 2

1

λ

δ λ

δ λ

025 0 922 0

15 0 778 0

025 0

+ +

c đ

t t

t t t

C t

t t

C t

t t

kk c

kk đ

0 4

0 3

362763

482775

* 7

92

713 41

* 05 40

* 425 4

=

=

tran

c. Nhiệt tổn thất qua cửa của phòng sấy:

Cấu tạo của cửa:

Chiều rộng: Rcửa = 1.4 m

Chiều cao: Hcửa = 1.7 m

Nhiệt tổn thất qua cửa được tính theo công thức:

3600

w

t F K

∆ : hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C

w: lượng ẩm bốc hơi trong phòng sấy, kg/h

Ta có:

Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:

3

3 2

2 1 2

1

λ

δ λ

δ λ

003 0 35 0

2 0 50

003 0

1

= +

c đ

t t

t t t

C t

t t

C t

t t

kk c

kk đ

0 4

0 3

362763

482775

* 7

92

713 41

* 38 2

* 7496 1

d Tổn thất qua nền của phòng sấy:

Cấu tạo nền của phòng sấy: nền cấu tạo gồm 3 lớp