Đồ án thiết kệ hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại trình bày nghiên cứu về thanh long ( VLS), các công nghệ sử dụng để sấy hoa quả hiện có, từ đó chọn lựa công nghệ, chế độ sấy phù hợp. Xây dựng quy trình công nghệ sấy, tính toán và thiết kế một hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại hoàn chỉnh để sấy thanh long, cho ra kết quả sấy năng suất cao, hiệu quả, chất lượng cao.
Đồ án thiết kế hệ thống sấy MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 THANH LONG 1.1.1 Khái niệm phân loại 1.1.2 Vai trò Thanh Long 1.1.3 Xác định thông số nhiệt vật lý Thanh Long 1.1.4 Tình hình sản xuất, chế biến Thanh Long 1.2 CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SẤY THANH LONG 11 1.2.1 Công nghệ sấy 12 1.2.2 Công nghệ sấy Thanh Long phổ biến 13 1.3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ CHẾ ĐỘ SẤY 20 1.3.1 Lựa chọn thiết bị sấy 20 1.3.2 Lựa chọn, xác định chế độ sấy 22 CHƯƠNG TÍNH Q TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 23 2.1 TÍNH LƯỢNG ẨM BAY HƠI 23 2.2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẤY THANH LONG 23 2.2.1 Giai đoạn 1: Chuẩn bị vật liệu sấy 23 2.2.2 Giai đoạn 2: Thực trình sấy 24 2.2.3 Giai đoạn 3: Lấy vật liệu sấy đóng gói 25 2.3 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY 25 2.3.1 Xác định thông số điểm nút 25 2.3.2 Quá trình sấy lý thuyết 27 2.4 TÍNH LƯỢNG KHƠNG KHÍ, LƯỢNG NHIỆT CẦN CẤP CHO Q TRÌNH SẤY 28 2.4.1.Tiêu hao khơng khí lý thuyết 28 2.4.2 Tiêu hao nhiệt lý thuyết 28 CHƯƠNG TÍNH Q TRÌNH SẤY THỰC 29 3.1 TÍNH KÍCH THƯỚC VÀ KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ 29 3.2 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO THIẾT BỊ SẤY 31 Page |1 Đồ án thiết kế hệ thống sấy 3.2.1 Cân nhiệt cho trình sấy 31 3.2.2 Tính tốn tổn thất nhiệt 32 3.3 TÍNH Q TRÌNH SẤY THỰC 35 3.4 THIẾT LẬP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG VÀ TÍNH HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA HỆ THỐNG 36 CHƯƠNG TÍNH THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 38 4.1 BỐ TRÍ HỆ THỐNG SẤY 38 4.1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống sấy 38 4.1.2 Bố trí mặt hệ thống sấy 39 4.1.3 Bố trí thiết bị sấy 39 4.2 TÍNH THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN HỆ THỐNG BƠM NHIỆT 40 4.2.1 Các thành phần bơm nhiệt 40 4.2.2 Các thông số nhiệt môi chất 40 4.2.3 Xác định chu trình 41 4.2.4 Tính thiết kế, tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt 43 4.3 TÍNH THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG CẤP TÁC NHÂN SẤY 57 4.4 TÍNH TRỞ LỰC HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG, TÍNH CHỌN QUẠT 57 4.5 TÍNH CHỌN ĐÈN HỒNG NGOẠI 60 KẾT LUẬN 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Page |2 Đồ án thiết kế hệ thống sấy LỜI MỞ ĐẦU Với đề tài “Thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại để sấy long thái lát” đồ án em xin phép trình bày tổng quan vật liệu sấy Thanh long tình hình thu hoạch, sản xuất , chế biến nước ta Lựa chọn phương pháp phù hợp để sấy long thái lát, áp dụng kiến thức học tiến hành tính tốn q trình sấy lý thuyết q trình sấy thực Thơng qua kết tính tốn tiến hành thiết kế, lựa chọn thiết bị hệ thống sấy Đưa đánh giá sơ hiệu tính kinh tế hệ thống Thơng qua q trình thực đồ án này, em có hội vận dụng kiến thức học vào tính tốn, thiết kế thiết bị thực tế Đây trải nghiệm vơ q giá giúp em có thêm kiến thức thực tiễn tự tin rời khỏi ghế giảng đường đại học Do kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, em kính mong đánh giá, góp ý q thầy Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS XXX- giảng viên Viện YYY, trường ZZZ, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình thực đồ án Em xin gửi lời cảm ơn thầy giáo trường YYY nói chung, thầy Viện XXX nói riêng dạy dỗ, truyền đạt cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có kiến thức vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối em xin gửi lời cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập thực đồ án Page |3 Đồ án thiết kế hệ thống sấy CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 THANH LONG 1.1.1 Khái niệm phân loại a Khái niệm Thanh Long [1] (tên tiếng Anh Pitahaya, Pitaya hay Dragon fruit), thuộc họ xương rồng (nên gọi Cactus pear), có nguồn gốc từ Mehico Colombia Thanh Long người Pháp đem vào Việt Nam 100 năm đến cuối thập kỉ XX phát triển mạnh Trong nước ta, Thanh Long trồng nhiều có sản lượng đứng đầu, tập trung nhiều ba tỉnh Bình Thuận, Tiền Giang Long An Ở phía Bắc, có khí hậu lạnh đưa vào trồng số nơi Lạng Sơn, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Quảng Ninh, Thanh Hóa Hà Nội b Phân loại Theo [1], [2], Thanh Long Việt Nam có loại phổ biến với đặc điểm sau: Thanh Long ruột màu trắng với vỏ hồng hay đỏ: loại trồng phổ biến tỉnh Nam Bộ thương hiệu tiếng Bình Thuận Loại sinh trưởng phát triển tốt nơi có cường độ ánh sáng cao toàn phần, trồng nhiều loại đất khác Hình ảnh loại Thanh Long mơ tả hình 1.1 Hình 1.1 Thanh Long ruột trắng vỏ hồng đỏ Thanh Long ruột đỏ với vỏ hồng hay đỏ: Giống có nguồn gốc từ Đài Loan, đưa vào trồng khảo nghiệm, bước đầu đánh giá cho kết Loại Thanh Long ưa ánh sáng, rễ bàng ưa cạn nên thích hợp trồng nơi thơng thống, khơng bị che 30% diện tích chiếu sáng, tránh ngập úng mưa lũ, nước không bị nhiễm mặn phèn Dưới phát triển khoa học kỹ thuật người ta trồng Thanh Long ruột đỏ cho quanh năm Quả Thanh Long sai, trung bình nặng 300-700gram, kích thước 15-25cm, ruột đỏ, ăn ngọt, mát, cùi thịt dày chứa nhiều nước, mùi thơm thoang thoảng, Page |4 Đồ án thiết kế hệ thống sấy có hàm lượng dinh dưỡng cao, giàu vitamin chất khống… Hình ảnh loại Thanh Long hình 1.2 Hình 1.2 Thanh Long ruột đỏ vỏ hồng hay đỏ Thanh Long ruột trắng với vỏ vàng: Là loại giống có giá trị kinh tế cao thời điểm tại, thuộc họ xương rồng, có gai nhỏ, rễ có khả bám vào cây, tường rào Loại Thanh Long có tuổi thọ cao, sau năm trồng hom Hình 1.3 loại Thanh Long ruột trắng vỏ vàng Hình 1.3 Thanh Long ruột trắng vỏ vàng Loại Thanh Long ruột trắng vỏ vàng sinh trưởng tương đối, thân mảnh khác biệt so với loại Thanh Long khác Giống chịu hạn, mặn, phèn nên thường lựa chọn trồng vùng đất hạn chế điều kiện trồng Quả nhỏ, trung bình 1kg có khoảng đến quả, tùy theo điều kiện trồng Về hình dáng vỏ vàng, ruột trắng có nhiều hạt, tai có gai, vị hẳn so với Thanh Long vỏ đỏ ruột trắng Page |5 Đồ án thiết kế hệ thống sấy Thanh Long ruột tím với vỏ đỏ hay hồng: Thanh Long ruột tím trồng nơi có điều kiện sống khắc nghiệt, kể nơi đất bị khơ hạn, nhiễm mặn, phèn, sâu bệnh Hoa trắng nở quanh năm liên tục Quả trung bình nặng 300 đến 400 gram, điều kiện chăm sóc thuận lợi cho đạt tới trọng lượng 800 đến 1000 gram Vỏ có màu đỏ hồng, tai xanh, phần ruột màu tím hồng Vì có nơi gọi Thanh Long ruột hồng, có nơi gọi Thanh Long ruột tím Hình ảnh Thanh Long ruột tím hình 1.4 Hình 1.4 Thanh Long ruột tím vỏ đỏ hồng 1.1.2 Vai trị Thanh Long Thanh Long loại trái phổ biến nước nhiệt đới, có chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho thể Từ việc hỗ trợ giảm cân, giảm dấu hiệu lão hóa, mang lại da trẻ trung, khỏe mạnh việc tăng cường hệ miễn dịch bạn, chống lại tế bào ung thư Theo [3], loại trái mang lại nhiều giá trị sức khỏe: Vitamin C: Từ lâu xem “thần dược” cải thiện vấn đề lão hóa Các nghiên cứu tìm thấy mối tương quan tăng lượng vitamin C giảm nguy ung thư Betalains: Có thể chống lại tượng oxy hóa có khả ức chế tế bào ung thư Betalains nhóm sắc tố màu đỏ, thường tìm thấy loại trái cây, tạo màu đỏ ruột Thanh Long Ngồi ra, cịn xuất để quét gốc peroxynitrate (ONOO-) có khả làm hư hỏng DNA bạn Carotenoids: Beta-carotene lycopene sắc tố thực vật mang lại cho Thanh Long màu sắc rực rỡ Chế độ ăn giàu carotenoids có liên quan đến việc giảm nguy ung thư tim mạch Thanh Long giàu chất xơ: Là carbohydrate khơng tiêu hóa, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe, đóng vai trị bảo vệ, chống lại bệnh tim, kiểm soát bệnh tiểu đường trì trọng lượng thể cân đối Hàm lượng chất xơ cao Thanh Long giúp bạn đáp ứng đề xuất chất xơ cần thiết hàng ngày Page |6 Đồ án thiết kế hệ thống sấy Bảo vệ sức khỏe đường ruột: Ruột nơi cư trú khoảng 100 nghìn vi sinh vật đa dạng, bao gồm 400 loài vi khuẩn Cộng đồng vi sinh vật ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe bạn Các nghiên cứu cho Thanh Long có chứa prebiotic, có khả cải thiện cân vi khuẩn đường ruột Thanh Long chủ yếu thúc đẩy phát triển hai họ lợi khuẩn là: vi khuẩn axit lactic bifidobacterial Tiêu thụ thường xuyên prebiotic, bạn giảm nguy nhiễm trùng đường tiêu hóa tiêu chảy Tăng cường hệ thống miễn dịch bạn: Khả chống nhiễm trùng thể bạn xác định số yếu tố khác bao gồm chế độ ăn uống bạn Vitamin C carotenoids Thanh Long tăng cường hệ thống miễn dịch ngăn ngừa nhiễm trùng cách bảo vệ tế bào bạch cầu bạn khỏi bị hư hại Là chất oxy hóa mạnh, vitamin C carotenoids Thanh Long vơ hiệu hóa gốc tự bảo vệ tế bào bạch cầu bạn khỏe mạnh Giảm thiếu máu mang thai: Thanh Long số trái tưới có chứa sắt Theo nghiên cứu cơng bố tạp chí điều dưỡng Belitung, Thanh Long làm tăng nồng độ hemoglobin hồng cầu phụ nữ mang thai bị thiếu máu thiếu sắt Vì nhà nghiên cứu tin loại sử dụng phương pháp điều trị thay cho bệnh nhân thiếu máu, thiếu sắt mang thai Giảm dấu hiệu lão hóa: Với vitamin C chất chống oxy hóa, Thanh Long bảo vê axit béo mang tế bảo khỏi gốc tự Vitamin C biết chất tái tạo alpha-tocopherol (Vitamin E) – chất chống oxy hóa Điều giúp chống lại dấu hiệu lão hóa sớm da độ đàn hồi nếp nhăn Đặc biệt, vitamin C đóg vai trị quan trọng thúc đẩy sản xuất Collagen, protein định độ đàn hồi săn chắc, tưới trẻ da, mang ý nghĩa quan trọng với nhan sắc phụ nữ Thanh Long giúp tăng cường kiểm soát đường huyết: Thanh Long có khả kích thích phát triển tế bào tụy sản xuất insulin Các tác giả kết luận tác dụng Thanh Long lên đường huyết lúc đói người bị tiền tiểu đường đáng kể Họ tiến hành nhiều nghiên cứu kiểm soát đường huyết với việc tiêu thụ Thanh Long Dù lợi ích việc sử dụng Thanh Long bệnh nhân tiểu đường công nhận Tốt cho sức khỏe tim mạch: Các hạt nhỏ Thanh Long có thêm giá trị dinh dưỡng đăng kể Theo nghiên cứu tren tạp chí Khoa học Dược phẩm giới (WJPPS), hạt có chưa axit béo, bao gồm omega-3 omega-9 nhiều loại dầu tự nhiên khác, tất có lợi cho sức khỏe bạn Chất chống oxy hóa Thanh Long giúp ngăn chặn q trình oxy hóa Cholesterol- mối đe dọa mạch máu khỏe mạnh dẫn đến tình trạng đột quỵ 1.1.3 Xác định thơng số nhiệt vật lý Thanh Long Thanh Long chứa nhiều thành phần gồm Vitamin khoáng chất tốt cho sức khỏe Chúng nguồn cung cấp tuyệt vời vitamin A, vitamin C, sắt, canxi, chất xơ maPage |7 Đồ án thiết kế hệ thống sấy giê Một số loại có 60 calo chứa đến 2,9g chất xơ Do đó, trở thành loại trái hồn hảo hay gọi “siêu trái cây” – “super fruit” Ngoài chất dinh dưỡng thiết yếu, Thanh Long cịn cung cấp hợp chất thực vật có lợi polyphenol, carotenoids betacyanin Theo [4], thành phần dinh dưỡng 100gr Thanh Long ruột trắng vỏ đỏ loại thống kê bảng 1.1: Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có Thanh Long STT Thành phần Giá trị Đơn vị Protein 1,3 g Chất béo 0,4 g Carbonhydrate 10,2 g Chất xơ 0,8 g Tro 0,6 g Ẩm 86,7 g Thơng số nhiệt vật lý tính theo thành phần dinh dưỡng có Thanh Long có cơng thức liệt kê bảng 1.2 Bảng 1.2 Công thức tính thơng số nhiệt vật lý số thành phần Thông số Thành phần Công thức Nhiệt dung riêng Cp (J/kg.K) Protein Chất béo Carbohydrates Chất xơ Tro Ẩm Protein Chất béo Khối lượng riêng ρ Carbohydrates (kg/m3) Chất xơ Tro Ẩm Protein Chất béo Hệ số truyền nhiệt k Carbohydrates (W/m.K) Chất xơ Tro Ẩm Cp = 2,0082.103+ 1,2089.t - 1,3129.10-3.t2 Cp = 1,9842.103 + 1,4733.t - 4,8008.10-3.t2 Cp = 1,5488.103 + 1,9625.t - 5,9399.10-3.t2 Cp = 1,8459.103 + 1,8306.t - 4,6509.10-3.t2 Cp = 1,0926.103 + 1,8896.t - 3,6817.10-3.t2 Cp = 4,1289.103 - 9,0864.10-2.t + 5,4731.103 t ρ = 1,3299.103 - 5,1840.10-1.t ρ = 9,2559.102 - 4,1757.10-1.t ρ = 1,5991.103 - 3,1046.10-1.t ρ = 1,3115.103 - 3,6589.10-1.t ρ = 2,4238.103 - 2,8063.10-1.t ρ = 9,9718.102 - 3,1439.10-3.t - 3,7574.10-3.t2 k=1,7881.10-1+1,1958.10-3.t - 2,7178.10-6.t2 k=1,8071.10-1+2,7604.10-3.t – 1,7749.10-6.t2 k=2,0141.10-1+1,3874.10-3.t – 4,3312.10-6.t2 k=1,8331.10-1+1,2497.10-3.t – 3,1683.10-6.t2 k=3,2962.10-1+1,4011.10-3.t - 2,9069.10-6.t2 k=5,7109.10-1+1,7625.10-3.t – 6,7036.10-6.t2 Page |8 Đồ án thiết kế hệ thống sấy Với nhiệt độ Thanh Long ban đầu chọn t = 26oC, ta thu kết thông số vật lý sau: Hệ số truyền nhiệt k = 0,56 W/m.K; Khối lượng riêng ρ = 1070 kg/m3 ; Nhiệt dung riêng Cp = 3800 J/kg.K 1.1.4 Tình hình sản xuất, chế biến Thanh Long a Tình hình sản xuất chế biến Thanh Long giới Theo [5], thị trường giới có loại Thanh Long Thanh Long vỏ đỏ, ruột trắng chủ yếu đến từ Việt Nam Thái Lan; Thanh Long vỏ đỏ, ruột đỏ đến chủ yếu từ Israel Maylaysia; Thanh Long vỏ đỏ, ruột tím đến từ Guatemala, Nicaragua, Ecuador Israel; Thanh Long vỏ vàng, ruột trắng đến từ Colombia Ecuador Các nước xuất Thanh Long lớn giới gồm: Châu Á: Việt Nam, Thái Lan, Đài Loan, Srilanka… Trung Đông: Israel Châu Mỹ: Mexico, Colombia, Ecuador, Guatemala Vùng Trung Mỹ, Nicaragua sản xuất Thanh Long ruột đỏ xuất sang Mỹ, Canada, châu Âu Nhật Guatemala, El Salvador, Honduras, Costa Rica sản xuất Thanh Long quy mô nhỏ, sân vườn Colombia sản xuất hàng đầu loại Thanh Long vàng Ecuador sản xuất hai loại Thanh Long vàng loại ruột đỏ Israel xem nơi sản xuất Thanh Long để xuất sang nước châu Âu Hình 1.5 cho thấy phân bố sản xuất Thanh Long Thế giới, nơi có gắn cờ đỏ nơi trồng Thanh Long tập trung lớn giới Hình Phân bố sản xuất Thanh Long giới Sản phẩm từ Thanh Long đa dạng, ngồi mục đích sử dụng trực tiếp, Thanh Long nguyên liệu sử dụng rộng rãi sản xuất thực phẩm nước Thanh Long làm từ puree Thanh Long, mứt Thanh Long sản xuất từ Thanh Long có độ chín độ cao nhất, Thanh Long sấy, nước Thanh Long lên men, nước ép Thanh Page |9 Đồ án thiết kế hệ thống sấy Long đặc Ngồi Thanh Long sử dụng để sản xuất kem, kẹo, yagurt Dưới hình ảnh số sản phẩm chế biến từ Thanh Long (hình 1.6) Hình 1.6 Sản phẩm từ Thanh Long b Tình hình sản xuất chế biến Thanh Long Việt Nam Việt Nam nước có diện tích sản lượng Thanh Long lớn Châu Á nước xuất Thanh Long hàng đầu giới Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn cho biết, có nhiều tỉnh thành trồng Thanh Long với tổng diện tích sản lượng tăng nhanh Tính đến năm 2018 nước có gần 54.000 trồng Thanh Long, sản lượng đạt triệu Thanh Long phát triển mạnh mẽ vùng chuyên canh quy mơ lớn tập trung tỉnh Bình Thuận (29.000ha), Long An (11.000ha) Tiền Giang (8.000ha) chiếm 93,6% diện tích 95,5% sản lượng nước Phần diện tích cịn lại phân bố số tỉnh miền Nam Vĩnh Long, Trà Vinh, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu số tỉnh miền Bắc Lạng Sơn, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Quảng Ninh, Thanh Hóa Hà Nội Bình Thuận thủ phủ Thanh Long với diện tích 29.000 ha, tổng sản lượng khoảng 400.000 tấn, chiếm 65,1% diện tích 70% sản lượng nước Bình Thuận địa phương đẩy mạnh sản xuất Thanh Long theo tiêu chuẩn VietGAP, GlobalGAP với diện tích đạt gần 7.300 Tiếp theo Long An (chiếm 16,6% diện tích 12,8% sản lượng) đứng thứ ba Tiền Giang (chiếm 11,4% diện tích 12,2% sản lượng) Các địa phương có diện tích trồng Thanh Long lớn thực nhiều giải pháp xây dựng, phát triển Thanh Long vùng Thanh Long bền vững, theo hướng sản xuất nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, cung cấp theo đơn hàng quanh năm, phát triển nhiều giống Thanh Long sản phẩm chế biến từ Thanh Long, tiêu thụ Thanh Long trái, sản phẩm từ Thanh Long nghiên cứu chế biến, sản xuất đưa thị trường Tuy nhiên, thời gian gần Thanh Long Việt Nam chịu nhiều áp lực cạnh tranh nhiều thị trường khu vực Mặc dù khó khăn chồng chất, song Thanh Long Việt Nam nhiều hy vọng nhu cầu tiêu thụ thị trường nước ngồi có xu P a g e | 10 Đồ án thiết kế hệ thống sấy b Xác định hệ số truyền nhiệt k Ta thấy d2/d1 = 1,2 < 1,4 nên hệ số truyền nhiệt k tính theo cơng thức với vách phẳng: 𝑊 [ ] 𝑘= 𝛿 𝑚 𝐾 + + 𝛼1 𝜆 𝛼2 𝜀𝑐 Trong đó: 𝛼1 , 𝛼2 - Hệ số trao đổi nhiệt bên bên ống, W/m2K; 𝜆 - Hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống, W/mK; Tra bảng thông số vật lý kim loại ta có: λCu = 389 W/mK 𝛿 - Chiều dày vách, chiều dày vách trụ tính theo cơng thức: δ = 0,5 (d2 – d1) = 0,5 (0,02 – 0,016) = 0,002 (m) Hệ số làm cánh tính theo cơng thức: nc (dc − d2 ) 𝜀𝑐 = + d1 l Với nc số cánh ống l = = 858 [𝑐á𝑛ℎ] sc 0,0035 858 (0,0342 − 0,022 ) => 𝜀𝑐 = + = 7,76 2.0,016.3 Đường kính tương đương: 𝑛𝑐 = 𝐹𝑐 √ 𝐹0 𝑑2 + 𝐹𝑐 𝑛𝑐 𝑑𝑡đ = 𝐹01 + 𝐹𝑐 Trong • Diện tích phần không cánh ống: F01 = π d2 nc sc = π 0,02 858 0,0035 = 0,19 [m2 ] • Diện tích phần có cánh ống: dc − d2 0.0342 − 0.022 Fc = 2π nc = 2π 858 = 1,02 [m2 ] 4 Ta có đường kính tương đương: 0,19 0,02 + 1,02 √ dtđ = 0,19 + 1,02 1,02 858 = 0,024 [m] Tốc độ khe hẹp: ω0 ωmax = d2 h δc + ) s1 s1 sc Với h chiều cao cánh 1−( = m = 2,45[ ] −3 0,02 2.0,007.0,3 10 s 1−( + ) 0,034 0,034.0,0035 P a g e | 49 Đồ án thiết kế hệ thống sấy dc − d2 0,034 − 0,02 = = 0,007 [m] 2 Tính hệ số trao đổi nhiệt bên ngồi 𝛼2 h= Nhiệt độ trung bình TNS: 𝑡𝑡𝑏 = 10+50 = 30 [℃] Tra thông số vật lý khơng khí nhiệt độ ttb ta có: ρ2 = 1,165 kg/m3, Cp = 1,005 kJ/kgK, ν = 16.10-6 m2/s, Pr = 0,701, λ = 2,675 10-2 W/mK Tiêu chuẩn Re: 𝜔𝑚𝑎𝑥 𝑑𝑡đ 2,45.0,024 𝑅𝑒 = = = 3675 𝜈 16 10−6 Khi hệ số Nu tính theo cơng thức với ống xếp song song: 𝑁𝑢 = 0,138 𝑅𝑒 0,63 = 0,149 36750,65 = 30,95 Hệ số tỏa nhiệt cánh: Nu λk 30,95.2,675 10−2 𝑊 𝛼𝑐 = = = 34,49 [ ] dtđ 0,024 𝑚 𝐾 Hệ số tỏa nhiệt tương đương phía ống có cánh: 𝐹𝑐 𝑊 𝛼2 = 𝛼𝑐 (η 𝑐 + 𝜒 ) [ ] 𝑚 𝐾 𝐹2 Với: 𝜒= 𝐹01 𝐹𝑐1 = 0,19 1,02 = 0,186 𝐹21 = 𝐹01 + 𝐹𝑐 = 0,19 + 1,02 = 1,21 [𝑚2 ] η𝑐 - Hiệu suất cánh, η𝑐 = 0,95 1,02 𝑊 => 𝛼2 = 34,49 (0,95 + 0,186) = 33,03 [ ] 1,21 𝑚 𝐾 Tính hệ số tỏa nhiệt 𝛼1 Với R134 ngưng ống nằm ngang, ta có 𝛼1 = 1,2 𝛼𝑁 [ 𝑊 𝑚2 𝐾 ] λ3 ρ2 g r 0,25 𝛼𝑁 = 0,728 ( ) μ Δt d2 Trong đó: Hệ số dẫn nhiệt mơi chất λ = 0,0746 W/mK; Khối lượng riêng thể tích mơi chất ρ = 1109,8 kg/m3; Độ nhớt động lực học mơi chất μ = 2,145.104 Ns/m2; Nhiệt ẩn hóa môi chất r = 143 kJ/kg; Δt = tk – tw = 0,8 với tw = 54,2 ℃ nhiệt độ vách tính theo phương pháp lặp Thay vào cơng thức ta có: 7463 1109,82 9,81 143 0,25 𝑊 𝛼1 = 1,2.0,728 ( ) = 5906,82 [ ] 21450 (55 − 54,2) 0,02 𝑚 𝐾 Hệ số truyền nhiệt: 𝑊 𝑘= = 250,49 [ ] 0,002 𝑚 𝐾 + + 5906,82 746 33,03 7,76 P a g e | 50 Đồ án thiết kế hệ thống sấy Khi đó: q = k.Δttb = 249,71.18,21 = 4547,22 [W/m2] q' = α1 Δt = 5735 1,2 = 4725,45 [W/m2] So sánh q q’ với sai số cho phép không 5%, ta có: |q − q′| 𝜀= = 0,039 = 3,9% < 5% q Diện tích trao đổi nhiệt: 𝑄𝑘𝑝 1250,79 103 𝐹1 = = = 275,66 (𝑚2 ) 𝑘 ∆𝑡𝑡𝑏 249,71 18,21 Tính thơng số cụ thể dàn ngưng: Số ống dàn: 𝐹1 275,66 𝑛= = = 1317,36 (ố𝑛𝑔) 𝜋 𝑑1 𝑙 𝜋 0,016 Chọn số hàng ống dàn ngưng 40 hàng ống, hàng có 35 ống Vậy: Chiều dài dàn l = m Chiều cao dàn H = 0,034 40 = 1,36 m Chiều sâu dàn W = 0,034 35 = 1,19 m c Tính thiết kế dàn bay * Cơng dụng Dàn bay có tác dụng nhận nhiệt khơng khí chuyển động bên ngồi làm nhiệt độ khơng khí giảm xuống nhiệt độ đọng sương để tách phần ẩm khơng khí trước vào dàn bay hơi, đơng thời hóa mơi chất chuyển động bên dàn lạnh từ trạng thái lỏng đến trạng thái bão hòa * Thiết kế dàn bay Chọn loại dàn bay hơi: dàn bay có tác dụng làm lạnh khơng khí nên ta chọn loại dàn bay làm lạnh khơng khí đối lưu cưỡng Do làm lạnh khơng khí đến điểm sương nên dàn bay có hứng nước ngưng Chọn ống cho dàn bay hơi: để phù hợp với mơi chất R314a, ta chọn ống đồng cánh nhóm hình cng làm ống dẫn mơi chất dàn Thơng số ống chọn bảng 4.2 Bảng 4.2 Thơng số ống cho dàn bay Đường kính 𝑑1 = 16 𝑚𝑚 Ống Cánh Đường kính ngồi 𝑑2 = 20 𝑚𝑚 Bước ống 𝑠1 = 𝑠2 = 𝑠 = 36 𝑚𝑚 Chiều dài đoạn ống L=3m Chiều dày 𝛿𝑐 = 0,35 𝑚𝑚 P a g e | 51 Bước cánh Đồ án thiết kế hệ thống sấy 𝑠𝑐 = 3,5 𝑚𝑚 Chiều dài cánh 𝑙𝑐 = 34 𝑚𝑚 Đường kính tương đương cánh 𝑑𝑐 = 𝑙𝑐 𝜋 = 43,3 𝑚𝑚 * Thông số cho trước: - Công suất dàn: Q0 = 1507 kW; - Nhiệt độ khơng khí vào dàn bay hơi: 𝑡𝑘′ = 26℃; - Nhiệt độ khơng khí khỏi dàn: 𝑡𝑘′′ = 10℃; - Nhiệt độ bay môi chất dàn: 𝑡0 = 0℃; - Lưu lượng khối lượng môi chất dàn lạnh: G = 11,04 kg/s; - Lưu lượng khơng khí qua dàn lạnh: 𝐺𝑘 = 3,85 𝑘𝑔/𝑠; - Tốc độ khơng khí đầu vào dàn lạnh: 𝜔0 = 𝑚/𝑠 Tính diện tích trao đổi nhiệt 𝑄0 𝑄0 [𝑚 ] 𝐹= = 𝑘 ∆𝑡0 𝑞0𝑓 Trong đó: Q0: phụ tải nhiệt yêu cầu thiết bị bay hơi, W; k: hệ số truyền nhiệt, W/m2K; Δt0: độ chênh nhiệt độ logarit trung bình, K; 𝑞0𝑓 : mật độ dịng nhiệt, W/m2 * Tính độ chênh nhiệt độ trung bình Độ chênh nhiệt độ logarit trung bình xác định theo công thức: ∆𝑚𝑎𝑥 − ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 ∆𝑡𝑡𝑏 = ∆𝑡 𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 Trong đó: Δtmax = tk’ – t0 = 26 – = 26 oC; Δtmin = tk’’ – t0 = 10 – = 10 oC Thay vào cơng thức, tính ∆𝑡𝑡𝑏 = 16,74𝐾 Xác định hệ số truyền nhiệt k Do ống có chiều dày mỏng (d2/d1= 1,2