Đồ án thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây

Để thực hiện quá trình sấy người ta có thể sử dụng một số loại thiết bị như:sấy thùng quay, hầm sấy , sấy sàn rung ,tháp sấy , buồng sấy … có thể là thiết bịđốt nóng tác nhân hoặc thiết

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN I.TỔNG QUAN 4

1 Nghiên cứu tính chất của vật liệu sấy ……… 4

2 Khái niệm chung về sấy 6

2.1 Định nghĩa 6

2.2 Phân loại 4

2.3 Nguyên lý của quá trình sấy 7

2.4 Tác nhân sấy 7

2.5 Thiết bị sấy 8

3 Giới thiệu về hệ thống buồng sấy 9

PHẦN II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY 11

Chương I.Tính toán các thông số của vật liệu……… ……….12

Chương II Tính toán quá trình sấy lý thuyết……… ……….13

1 Giai đoạn I ……….………13

2 Giai đoạn II …….……… 16

3 Giai đoạn III ……… ………19

Chương III Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị ……… 22

Chương IV Tính toán quá trình sấy thực tế ………24

1 Giai đoạn I ……… ……….24

2 Giai đoạn II ……….………28

3 Giai đoạn III ………32

Chương V Tính toán chọn Calorife ………36

1 Công suất nhiệt của Calorife……… ………36

2 Tiêu hao hơi nước ở Calorife ……….37

3 Xác định bề mặt truyền nhiệt của Calorife ………37

Chương VI Tính toán khí động , chọn quạt gió ……….………….42

LỜI KẾT ……… 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 44

LỜI MỞ ĐẦU

Với lợi thế tài nguyên thiên nhiên lớn , Việt Nam là một trong những quốc giaphát triển nhanh nhất bắt đầu từ nông nghiệp Trong những năm gần đây nền nôngnghiệp nước ta đã đạt được những thành tựu to lớn Ngoài việc đáp ứng nhu cầutiêu dùng nội địa , nước ta đã bắt đầu xuất khẩu nông sản cùng với các chế phẩmcủa chúng Do đó việc ứng dụng các công nghệ mới đóng một vai trò hết sức quantrọng Trong đó , công nghệ sấy là khâu quan trọng sau quá trình thu hoạch , chếbiến bảo quản nông sản

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong quá trình sản xuất và đờisống thực tế Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏivật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấyvật liệu phải đảm bảo chất lượng cao , tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hànhthấp Để thực hiện quá trình sấy người ta có thể sử dụng một số loại thiết bị như:sấy thùng quay, hầm sấy , sấy sàn rung ,tháp sấy , buồng sấy … có thể là thiết bịđốt nóng tác nhân hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân Chúng ta gọi hệthống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy Buồng sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng nhất Hệ thống sấybuồng là hệ thống sấy từng mẻ ,năng suất không lớn và có thể tổ chức cho tác nhânsấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức

Sấy nông sản là quy trình công nghệ phức tạp Nó có thể thực hiện trên nhữngthiết bị sấy khác nhau Ứng với mỗi loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thíchhợp nhằm đạt năng suất cao , chất lượng sản phẩm sấy tốt và tiết kiệm năng lượng Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy dùng cho việcsấy sản phẩm là khoai tây Với nhiệm vụ đó , em lựa chọn công nghệ sấy buồngvới tác nhân là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào Đây là lần đầu tiêntiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành , dokiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi những saisót trong quá trình thiết kế Em rất mong được thầy cô góp ý , chỉ bảo để em cóthể bổ sung , củng cố kiến thực cho bản thân

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của T.S Phạm NgọcHưng để em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Hà Nội, tháng 3 năm 2020Sinh viên thực hiệnPhạm Thanh Loan

PHẦN I TỔNG QUAN

1.Nghiên cứu tính chất vật liệu sấy

Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột Là loại

củ mọc trên rễ, có nguồn gốc ở Nam Mỹ và được đưa đến châu Âu trong thế kỷ 16sau đó đã được trồng rộng rãi trên thế giới Là loại cây trồng phổ biến thứ tư vềmặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô

Khoai tây ở Việt Nam chủ yếu trồng vào vụ đông, một số nơi có khí hậu lạnh,như Lâm Đồng, Lào Cai được trồng vụ thu, hoặc vụ xuân hè Tổng diện tích trồngkhoai tây hàng năm của cả nước khoảng từ 25.000 - 30.000 ha, tập trung ở các tỉnhđồng bằng và một số tỉnh miền núi phía Bắc, nhất là các tỉnh Thái Bình, HảiDương, Nam Định và Ninh Bình

Khoai tây là một trong những loại thực phẩm nhiều chất dinh dưỡng Có thể nóikhoai tây giàu kali hơn tất cả các loại thực phẩm khác , giàu vitamin C , B6 , chúng tốtcho huyết áp , tốt cho tim mạch , giảm nguy cơ tăng huyết áp , giảm nguy cơ đột quỵ ,

… Chúng có ít năng lượng hơn bưởi , cung cấp nhiều sắt hơn các loại rau củ khác Khoai tây còn giàu chất xơ và khoáng chất như đồng , mangan,

Tuy nhiên khoai tây là củ có thời gian thu hoạch tương đối ngắn , bảo quản tươilại rất khó khăn , chính vì vậy sản phẩm khoai tây sấy ra đời nhằm kéo dài thời hạn sửdụng và tăng giá trị sản phẩm Khoai tây sấy có trọng lượng nhẹ và không cần giữlạnh Khoai tây sấy là sản phẩm đa dinh dưỡng , thêm một giải pháp cho việc hỗ trợlương thực cứu trợ Khoai tây sấy gọn nhẹ , dễ vận chuyển và bảo quản

Hiện nay, quy trình chế biến khoai tây sấy gồm các công đoạn như sau :

Đối với củ tươi, ngay sau khi thái, ở bề mặt thường có "nhựa" chảy ra làm chokhoai tây rất chóng bị sẫm màu do bị oxy hóa Để tránh hiện tượng này, sau khithái, khoai tây được ngâm ngay trong nước sạch hoặc trong dung dịch xử lý.Khoai tây ngâm trong dung dịch natri sunfit (Na2SO3) hoặc natri bisunfit(NaHSO3) tỷ lệ 1‰ so với khối lượng củ tươi Thời gian ngâm 30 phút Tất cả cáclát sau khi ngâm xử lý được vớt lên rổ, rá hoặc những mặt thoáng nhằm làm thoátbớt nước Sau khi xử lý đưa khoai tây đi sấy Để giảm bớt thời gian sấy, khoai tâynên được hong gió trước để làm se lớp bề mặt

2.Khái niệm chung về sấy

2.1 Định nghĩa

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng Qúatrình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng , tăng độ bền nhiệt của vật liệu , bảoquản tốt vật liệu trong một thời gian dài , nhất là đối với các sản phẩm nông sản ,lương thực ; thực phẩm , giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vậtliệu hoặc để đảm bảo các thông số kỹ thuật cho các quá trình gia công vật liệu tiếptheo

2.2 Phân loại

Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức :

• Sấy tự nhiên : là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên nhưnăng lượng mặt trời , năng lượng gió , … để làm bay hơi nước Phươngpháp này đơn giản , không tốn năng lượng , rẻ tiền tuy nhiên không điềuchỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp , phụ thuộcvào thời tiết , cần diện tích bề mặt lớn , không đảm bảo được các chỉ tiêu vệsinh an toàn thực phẩm , … Do đó phương pháp này được áp dụng cho sảnxuất quy mô nhỏ lẻ , hộ gia đình

• Sấy nhân tạo : là phương pháp sấy sử dụng các nguồn năng lượng do conngười tạo ra , thường được tiến hành trong các thiết bị sấy , cung cấp nhiệtcho các vật liệu ẩm

Sấy nhân tạo có , tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy

có thể chia thành các dạng :

• Sấy đối lưu : là phương pháp sấy cho tiếp xúc vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò , …( gọi là tác nhân sấy )

• Sấy tiếp xúc : là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt

độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt gián tiếp cho vật liệu sấy qua một váchngăn

• Sấy bằng tia hồng ngoại : là phương thức sấy dùng năng lượng của tia hồngngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy

• Sấy bằng dòng điện cao tần : là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu

• Sấy thăng hoa : là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rấtcao , nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từtrạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng

2.3 Nguyên lí của quá trình sấy

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phứctạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắnđồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa là quátrình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách phahơi ra khỏi vật liệu ban đầu Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ởtrong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Qúa trình khuếch tán chuyển phanày chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phầncủa hơi nước trong môi trường không khí xung quanh Vận tốc của toàn bộ quátrình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất Ngoài ra tùy theo phươngpháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển từ trongvật liệu sấy ra ngoài bề mặt vật liệu sấy

Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rấtlớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số cơbản của quá trình sấy

2.4 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệusấy.Trong quá trình sấy , môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vậtliệu sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấyđược tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môitrường trong buồng sấy , quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại

Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :

• Gia nhiệt cho vật liệu sấy

• Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường

• Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiều các nhiệm vụ trên

Các loại tác nhân sấy :

• Không khí ẩm : là loại tác nhân sấy thông dụng nhất , có thể dùng cho hầuhết các loại sản phẩm Dùng không khí ẩm sẽ có nhiều ưu điểm : không khí

có sẵn trong tự nhiên , không độc , không làm sản phẩm sau khi sấy ônhiễm và thay đổi mùi vị Tuy nhiên , dùng không khí ẩm làm tác nhân sấycần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí ( caloripher khí – hơi bay khí –khói ) , nhiệt độ sấy không quá cao Thường nhỏ hơn 500°C vì nếu nhiệt độcao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm

sứ thì chi phí cao hơn

• Khói lò : khói lò dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên 1000°C

mà không cần thiết bị gia nhiệt , tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm do bụi và các chất có hại như 2 , 2 , …

• Hơi quá nhiệt : tác nhân sấy này dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ

và có khả năng chịu được nhiệt độ cao

• Hỗn hợp không khí và hơi nước : tác nhân sấy này chỉ dùng khi độ ẩm tương đối cao

2.5 Thiết bị sấy

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểuthiết bị sấy khác nhau để phù hợp với các loại vật liệu sấy riêng biệt Có nhiềucách phân loại thiết bị sấy :

• Dựa vào tác nhân sấy : thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy bằngkhói lò , ngoài ra còn có nhiều thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt nhưsấy thăng hoa , sấy bằng tia hồng ngoại , sấy bằng dòng điện cao tần ,….

• Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp suấtthường

• Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy : Thiết bị sấy tiếp xúc , thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ ,…

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

• Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy : cùng chiều hay ngược chiều

➢ Chọn thiết bị , tác nhân và phương pháp sấy :

• Chọn thiết bị sấy : Căn cứ vào ưu nhược điểm của các loại thiết bị sấy và đặc điểm của vật liệu sấy , ở đây là khoai tây với thiết bị sấy là hệ thống

buồng sấy Buồng sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụngnhất Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy từng mẻ ,năng suất không lớn và

có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức

• Chọn tác nhân sấy : Khoai tây sấy thành phẩm có thể ăn trực tiếp không qua

chế biến vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch , không bị ô nhiễm , bám bụiMặt khác sấy khoai tây không sấy ở nhiệt độ cao nên ta chọn tác nhân sấy làkhông khí nóng

3.Giới thiệu hệ thống sấy buồng

Hệ thống sấy đối lưu phổ biến và được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế là

hệ thống sấy buồng Bộ phận chính của hệ thống sấy buồng là buồng sấy Hệthống sấy buồng là hệ thống sấy gián đoạn Do đó , so với hệ thống sấy hầm năngsuất hệ thống sấy buồng thường nhỏ hơn Tuy nhiên nó đặc biệt thích hợp khi cầnsấy nhiều loại vật liệu với năng suất không lớn và không cần sản xuất liên tục Hệthống sấy buồng gồm hai loại là hệ thống sấy buồng đối lưu tự nhiên và hệ thốngsấy buồng đối lưu cưỡng bức

Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu Đây là bộ phậnquan trọng nhất của hệ thống sấy Tùy theo phương pháp sấy , loại thiết bị sấy màbuồng sấy có dạng khác nhau Đối với thiết bị sấy buồng , bộ phận buồng sấy cóthể như một cái tủ , có thể lớn như một căn phòng Trong thiết bị sấy hầm , buồngsấy là một buồng có chiều dài lớn như một đường hầm ( tuynen ) Trong thiết bịsấy phun , buồng sấy là một buồng hình trụ đứng hay nằm ngang Trong thiết bịsấy khí động , buồng sấy là một ống hình trụ để đứng , có chiều cao lớn

PHẦN II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY

Thông số :

• Năng suất : G2 = 100 kg/mẻ

• Độ ẩm ban đầu của khoai tây : ω1 = 80%

• Độ ẩm sau khi sấy của khoai tây : ω2= 8%

• Chất tải nhiệt là hơi nước có áp suất 5 bar

• Tác nhân sấy là không khí

• Thời gian sấy = 10ℎ ứng với các điều kiện sau :

Chế độ sấy có 3 giai đoạn :

Nhiệt độ môi chất sấy vào t 11 = 80℃

Vật liệu có độ ẩm vào 11 = 80%

Vật liệu có độ ẩm ra 21 = 62,3%

Vật liệu sấy có độ ẩm vào 12 = 62,3%

Vật liệu sấy có độ ẩm ra 22 = 32,4%

Vật liệu sấy có độ ẩm vào 13 = 32,4%

Vật liệu sấy có độ ẩm ra là 23 = 8%

Tốc độ môi chất sấy cả ba giai đoạn là v = 2 m/s

Chương I Tính toán các thông số của vật liệu

G22h = 22 = 136 = 45,33 kg/h

• Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 là :

Giai đoạn này năng suất bốc hơi ẩm lớn nhất , ẩm bốc hơi nhiều nên nhiệt độ

môi chất ra khỏi buồng sấy thấp vì vậy không cần hồi lưu

-Trạng thái không khí bên ngoài t 0 = 25 ℃ , 0 = 85% :

0

= exp (12 − 4026,42 ) = exp (12 − 4026,42 ) = 0,03154

235,5 + 0

235,5 + 25+ Lượng chứa ẩm :

0 = 662 0 0 = 662 0,85 0,03154 = 18,4 /

− 0

0

0,99333 − 0,85.0,03154+ Entanpi là :

+ Khối lượng riêng của không khí trong giai đoạn I :

-Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy :

Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy không đổi , nhiệt độ vật liệu không đổi

Nhiệt độ và độ ẩm không khí vào trong buồng là t 11 = 80℃ , 11= 6,07% Chọn nhiệt độ khi ra khỏi buồng sấy là t 21 = 40℃ , 2= 0,0732 bar.

+ Độ ẩm tương đối :

(622 + 34,47)0,0732 ( 622 + 21 ) 2

+ Khối lượng riêng của không khí :

-Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn I :

+ Nhiệt đưa vào :

Q0 = G0L0 = L01I0 = 6750 72 = 486000 kJ/h = 972000 kJ

+ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :

QR = Q1 + Q’2+ Q1 là nhiệt hữu ích :

∆ % =

∆

100%

=23272

Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió , ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượngkhông khí ở cả ba giai đoạn như nhau , tức là L1 = L2 = L3 hay W1l1 = W2l2 = W3l3

-Xác định các thông số môi chất ra khỏi buồng sấy :

Trong đó : Q02 là nhiệt đưa vào buồng sấy

Q0 là nhiệt do không khí mới đưa vào

′ 2 = 2 + 0 ( + ℎ 2 ) = 44,03 + 0,0184(2500 + 1,9.44,03)

= 91,57 / ′ 2ℎ = ′ 2 0 = 91,57.1593 = 145871 /ℎ

3 Giai đoạn III

Xác định các thông số vào buồng sấy

=

23

=26,8.0,99333

= 0,225 =22,5%

+ Khối lượng riêng :

-Tiêu hao nhiệt lý thuyết :

q03 = l03(I13 – IH3) = 375(128,23 – 110) = 6836,25

kJ/kgẩm Q03 = q03.W3 = 6836,25.36 = 246105 kJ = 49221

kJ/h -Cân bằng nhiệt lý thuyết của hệ thống :

+ Nhiệt đưa vào :

QV = Q03 + Q0 ( ở đây Q0 là nhiệt do không khí đưa vào )

Chương III Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị

- Tiết diện thông gió của buồng là :

Vmax là lưu lượng khí lớn nhất qua buồng

Giai đoạn I có lưu lượng khí lớn nhất nên Vmax = V1tb = 6655,8 m3/h

6655,8

ℎ = 2.3600= 0,9 2

- Chọn chiều dài chất vật liệu trên xe là L = 1,5 m

- Chiều cao thông gió là :

- Chiều cao chất vật liệu là :

buồng

22