Tính toán và thiết kế một buồng sấy tĩnh để sấy hạt đậu nành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH Y  Y BÀI TẬP KĨ THUẬT SẤY Soybean Process Dryer GVHD: LỚP: NHĨM : Đinh Thành Ngân 031131 VII TP HỒ CHÍ MINH – 4/2006 Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân DANH SÁCH NHÓM VÀ NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỀ BÀI: Tính tốn thiết kế buồng sấy tĩnh để sấy hạt đậu nành, suất tấn/mẻ, thời gian sấy 18h độ ẩm vật liệu ω1=30%, ω2=12% Biết to =30oC, ϕo=80%, t1=110oC, trình sấy có hồi lưu 30% khí thải BÀI LÀM: GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU SẤY: 1.1 Lợi ích đậu nành: 1.1.1 Giá trị dinh dưỡng: Đậu tương hay đậu nành (có tên khoa học Glycine Max Merrill) loại họ đậu (Fabaceae) giàu hàm lượng protein làm thức ăn cho người gia súc Cây đậu tương lương thực có hiệu kinh tế lại dễ trồng Sản phẩm từ đậu tương đựơc dùng đa dạng sử dụng trực tiếp hạt thô hay chế biến thành loại thực phẩm quen thuộc như: đậu phụ, ép thành dầu đậu nành, làm bánh kẹo, sữa đậu nành, nước giải khát, nước chấm… đáp ứng nhu cầu đạm phần ăn hàng ngày người gia súc Ngoài ra, đậu tương cịn có tác dụng cải tạo đất, tăng suất trồng khác Điều có nhờ hoạt động cố định đạm N2 loài vi khuẩn Rhizobium cộng sinh rễ họ đậu Trong hạt đậu nành có thành phần hố học sau: Chất đạm 40% Chất béo 20% Chất đường 7% Chất bột 5,6% Chất xơ 3,5% Hợp chất Pentosanh 4,4% Tro 4,6% Các chất khác 14,9% Như đậu nành có giá trị dinh dưỡng cao, hẳn loại đậu thông dụng tương đương, hay vượt thực phẩm có nguồn gốc từ động vật Ngoài thành phần chất đạm lớn, đậu nành chứa tỉ lệ chất béo cao, nhiều sinh tố muối khoáng cần thiết cho thể Nhóm VII Trang Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân - Đạm chất (protein): chất quan trọng thành phần hoá học hạt đậu nành Hàm lượng đạm đậu nành gấp đôi cá lóc, gấp 2,5 lần thịt heo mỡ, gấp lần trứng vịt Đạm chất đậu nành có đủ loại axid amin cần thiết cho như: arginin, histidin, lysin, tryptophan, phenyalanin, cystin, merhionin, glycin, valin, prolin, threanin, Bổ dưỡng tương đương đạm chất đậu nành có ưu điểm thịt khơng sinh độc tố cho thể Trong đậu nành chứa paranucleoalbuminoid, không tạo baz xanthic thịt nên không độc - Chất béo: đậu nành chứa tỷ lệ chất béo cao từ 16% đến 20% thua đậu phộng Với thành phần chất béo đậu nành là: Axid linoleic: 49-60% Axid oleic: 21-34% Axid palmictic: 6,5-12% Acid linoleic: 2-9% Acid stearia: 2-5% Các acid linoleic linoleic có vai trị chuyển hố cholesteron (một loại hợp chất làm cho người mau già xơ cứng động mạch, thường có mỡ động vật) thể, ngăn ngừa bệnh tim mạch, kéo đài tuổi thọ - Chất đường (Hydrat carbon): Đậu nành tương đối chứa bột so với loại đậu khác Đường đậu nành loại đường sacaroz lẫn với loại đường không kết tinh giống với với lactoz sữa - Các chất vô sinh tố: đậu nành chứa hầu hết chất vô cần thiết cho thể như: Ca, Na, K, Mg, P, S, Fe, Cu, Al Và Vitamin A, B1, B2, D, E, F , sinh tố K, loại sinh tố tương đối loài thực vật - Các phân tố hố: đậu nành có chứa cá phân tố hoá ureaz, lipoxitaz anti phân tố hoá antitrypsin 1.1.2 Sử dụng: Đậu nành loại nông phẩm có nhiều cơng dụng bậc nhất, phận đậu nành có lợi ích Hình 1- Rất nhiều giống đậu nành phục vụ cho nhiều mục đích khác - Sử dụng làm thực phẩm: Đậu nành từ ngàn xưa nguồn cung cấp chất đạm chủ yếu nhiều dân tộc châu Á Các thực phẩm thông dụng chế biến từ đậu nành có giá trị bổ dưỡng cao Tài liệu y tế sau cho thấy thành phần số thực phẩm chế biến từ đậu nành Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy Thức ăn Đậu hũ Tàu hũ ky Tương bột Sữa đậu nành Sữa bò tươi Calori Đạm (g) 114 442 137 28 66 11,5 24 16,5 3,5 3,7 Bột đường (g) Chất béo (g) Ca (mg) Fe (mg) Sinh tố A (mg) 2,7 43,3 3,3 2,5 5,1 6,4 19,2 6,2 0,5 3,5 106 176 136 24 123 8,3 23,9 6,6 2,1 0,1 88 _ _ _ 140 Bảng 1- Thành phần dinh dưỡng thực phẩm chất tạo từ đậu nành (so sánh với sữa bò) + Bột đậu nành: Khi thêm bột đậu nành (với tỷ lệ đạm 40%) vào để nâng tỉ lệ đạm lên đế 20%, ta có loại bột thích hợp với trẻ em độ tăng trưởng Bột đậu nành cịn dùng để làm bánh, chứa nhiều casein thực vật nên bột đậu nành dùng để thay phần trứng vào sữa việc nấu nướng làm bánh mứt + Sữa đậu nành: Có giá trị dinh dưỡng sữa bị , có ưu điểm tránh bệnh truyền nhiễm từ động vật có sữa lây sang Dùng tốt cho người già, người bị bệnh đái đường, phong thấp, táo bón nhờ số tính chất riêng sữa đậu nành + Đậu phụ: Đậu phụ thứ thông dụng Với giá trị dinh dưỡng bổ dưỡng cao tạo nhiều ăn ngon bổ dưỡng xứng đáng với danh hiệu “thịt không xương” Cách chế biến làm trầm đạm chất đậu nành từ sữa đậu nành, sau rút ép nước để tạo thành miếng đặc + Nước tương: Bằng công đoạn chế biến khác nhau, người ta chế biến thành nước chấm cho loại thức ăn ngày hay đặc sản + Tương bột: Là ăn phổ biến ưa thích nước châu Á châu Mỹ, châu Âu Là ăn bổ dưỡng, dự trữ đựơc lâu dài, tiện sử dụng dễ chế biến + Chao: Là ăn quen thuộc người Việt Nam, để dành lâu, lâu ngon - Sử dụng cơng nghiệp: Đậu nành cịn sử dụng kỹ nghệ làm keo đậu nành, sojalithe (một loại nhựa dẻo), tơ hoá học, chất tạo nhũ tương kỹ nghệ cao su xốp đặc biệt làm keo dán gỗ dùng để dán gỗ làm ván ép - Sử dụng làm thức ăn gia súc: Khơ dầu đậu nành cịn chứa tới 40-50% đạm, rang hay sấy cho chín xay thành bột Đây nguồn đạm quan trọng chăn nuôi Bã đậu nành sau nhồi lấy sữa chứa nhiều chất bổ dưỡng để nuôi gia súc tốt - Làm phân bón cải tạo đất: Thân ,rể, lá, vỏ trái khô dầu đậu nành chứa nhiều đạm, lân kali nguồn phân hữu khác Ở vùng có tập quán luân canh đậu nành với khác lúa, bắp, thuốc nông dân xác nhận trồng sau vụ đậu nành trúng mùa dù lượng phân đạm bón cho vụ sau so với ruộng không luân canh vụ trước với đậu nành hưởng đạm đậu nành cung cấp Điều nhờ hoạt động cố định N2 loài vi khuẩn Rhizobium cộng sinh rễ họ Đậu Đây biện pháp thâm canh nước tiến áp dụng ngày mở rộng Việt Nam Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy Các phận Thân Lá rụng Vỏ trái Rễ Hạt Cuống N% 0,70 2,13 0,96 1,86 7,06 0,69 P2O5% 1,07 0,66 0,47 0,32 0,89 0,62 K2O% Ca% Mg% 2,30 1,50 4,20 0,43 2,80 3,30 0,47 2,15 0,86 0,46 0,29 1,15 0,25 0,93 0,85 0,24 0,36 0,75 Bảng 2- Thành phần dinh dưỡng phận đậu nành 1.2 Cây đậu nành: 1.2.1 Nguồn gốc phát triển: Người ta cho đậu nành phát nguyên từ miền Đông Bắc Trung Hoa vào kỉ 11 trứơc Cơng ngun.Tiếp theo khu vực Mãn Châu Thuở ấy, đậu nành cịn mọc hoang dại có trái nhỏ, hạt nhỏ nên chưa thức ăn cho người gia súc Sau đậu nành du nhập vào Nhật Bản, Triều Tiên, Malayxia nước Đơng Dương có Việt Nam Ở Châu Âu đậu nành trồng vườn thực vật Pari vào năm 1793 Hiện nay, đậu nành trồng nhiều cho sản lượng cao nước Mỹ, Brasil, Trung Quốc, Ấn Độ, Indônexia Đặc biệt Mỹ, chiếm 55% sản lượng đậu tương giới: năm 2000 sản lượng 75 triệu tấn, có phần ba xuất Phần lớn sản lượng đậu tương nước để chăn nuôi gia súc xuất khẩu, dù tiêu thụ đậu tương người nước tăng lên Hình 2- Sự phân bố diện tích trồng đậu tương giới Nước ta có quan hệ giao lưu lâu đời với Trung Quốc mặt văn hoá xã hội nên có khả quen thuộc với đậu nành từ thời xa xưa Năm 1793 Lourirs đề cập đến canh tác đậu nành Việt Nam Mã Lai Nhóm VII Trang Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân Cây đậu nành dễ trồng dễ thích nghi với thời tiết, vùng đất đai ấm ướt vành đai nhiệt đới nước ta Khắp từ Bắc tới Nam nhiều vùng trồng đậu nành Trước ngày giải phóng, đậu nành trồng miền nam tập trung nơi như: Long Khánh, An Giang, Chấu Đốc, Kiến Phong, Bình Định Trong thập niên gần đây, tỉnh Đông Nam Bộ, tỉnh Tây Nguyên Gia Lai, Daklak tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long ngày mở rộng diện tích trồng đậu nành kết hợp xen canh với trồng khác Đáng lưu ý riêng tỉnh Đồng Nai, sản lượng đạt gần 50% nước Nhờ vào đất đai màu mỡ, thời tiết thuận lợi, việc áp dụng công nghệ sinh học tạo giống cao sản làm cho suất, sản lượng đậu nành nước ta ngày cao không đáp ứng nhu cầu nước mà cịn cho xuất Hình 3- Một cánh đồng trồng đậu nành huyện Long Khánh, tỉnh Đồng Nai 1.2.2 Hạt đậu nành: Cây đậu nành gieo trồng thuộc họ Leguminosae, có tên giống Glycine Giống gồm có lồi lưu niên giống phụ Hình 4- Quả, lá, thân đậu nành trồng Về hạt đậu nành, đa số giống đậu thương mại thường có dạng bầu dục hay gần trịn Hạt đậu nành nằm vỏ gọi chung đậu nành Quả thuộc loại giáp, gồm hai nửa úp vào nhau, dính theo hai đường dọc sóng trái Ngồi Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy vỏ có lơng bao phủ, chín chuyển sang màu vàng xám, trái có dạng hẹp hay trịn eo Mỗi thường có 1-4 hạt, thường hai hạt Tuỳ theo giống đậu, độ màu mỡ đất đai điền kiện canh tác mà hạt đậu nành có: + Chiều dài 4,8 mm + Chiều rộng 4-7 mm + Chiều dày 3,5-7 mm + Trọng lượng TB 120-180 mg (Mỹ) + Ở nước ta, trọng lượng hạt thương phẩm có trọng lượng trung bình 100-120 mg Có giống cho hạt nhỏ cọc chùm trồng Miền Bắc, Đen Tân Phú miền Đơng Nam Bộ có trọng lượng 60-80 mg Giống DHA vụ hè thu miền Đơng Nam Bộ đạt trọng lượng 210-220 mg Trong hạt đậu nành gồm hai phần chính: + Phần vỏ hạt: Vỏ hạt bao bọc bên thường có màu vàng, đen, nâu, cam để bảo vệ phần phơi bên Có giống vỏ hạt dày, có giống vỏ hạt mỏng Phần vỏ hạt chiếm khoảng 8% trọng lượng hạt + Phần phôi: Phần phôi bên chứa hai tử diệp: chất chứa đạm, chất chứa dầu Phần phôi chiếm 90% trọng lượng hạt Phần chứa hầu hết chất đạm chất béo có đậu nành 1.2.3 Nhu cầu bảo quản hạt đậu nành: - Hạt đậu nành phải 80% trái chuyển sang màu xám màu xám đen, hạt chín già, đa số giống, vàng rụng thu hoạch Thu hoạch ω=18-20% Làm khô sơ ω=15-17% Tách vỏ Làm khô bổ sung Phân loại ω 0 + HTS thăng hoa + HTS chân không 2.3 Hệ thống, thiết bị sấy phổ biến: Thông thường hệ thống sấy thường có thiết bị sau đây: calorifer, thiết bị sấy, quạt, xyclon, buồng đốt Phânloại HTS: - HTS tiếp xúc: + HTS lô: Chuyên dùng để sấy VLS dạng như: vải, giấy , carton + HTS tang: Chuyên dùng để sấy vật liệu dạng bột nhão - HTS xạ: Dùng để sấy vật liệu dạng mỏng vải, sơn chi tiết kim loại Thường có HTS xạ dùng đèn hồng ngoại, HTS dùng bề mặt xạ - HTS đối lưu: Là HTS đa dạng với nhiều loại sấy khác phân loại theo cấu tạo TBS Nhóm VII Trang Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân Hình 18 - Một nhà máy sấy buồng tĩnh sấy đậu nành thực tế Ống xả để rào lại bao phủ thép mạ kiềm nhằm trừ khử ảnh hưởng gió cột ống khói Khơng khí nóng sau sấy ngồi theo đường Những cột hình nón đuợc thiết kế cho điều kiện tốt việc làm khô ngũ cốc Các che bên mắt lưới sợi dây đan kết (được đục mạ kiềm phía ngồi có tác dụng lọc khơng khí lấy khơng khí vào) Cấu trúc mạ kiềm làm phù hợp với hệ thống sấy Hai mặt vào máy quạt ly tâm không tải cho hiệu suất khơng ồn hút khơng khí vào Điện tử điều khiển PLC cho người sử dụng mở điều khiển máy làm việc Hình 19- Máy sấy đậu nành Nhóm VII Trang Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ: 3.1 Chọn tác nhân sấy vật liệu sấy: - Chọn tác nhân sấy: Khi chọn tác nhân sấy dựa vào điều kiện sau: + Trường hợp vật sấy chịu nhiệt độ cao không sợ bị nhiễm bẩn tro, bụi nên dùng khói làm tác nhân dùng khói sấy nhiệt độ cao hơn, cường độ bay ẩm lớn hơn, đồng thời thiết bị sấy rẻ tiền khơng dùng calorifer + Trường hợp sản phẩm sấy cần tránh nhiễm bẩn khói nên chọn khơng khí nóng làm tác nhân sấy Để gia nhiệt cho khơng khí dùng calorifer hơi-khí, khói-khí hay calorifer điện Dùng kiểu calorifer tuỳ vào trường hợp cụ thể tính tốn kĩ thuật định + Hơi q nhiệt dùng trường hợp sấy vật liệu dễ cháy, dễ nổ Hơi nhiệt dùng có nhược điểm phải dùng lò để sản xuất nên giá thành thiết bị cao Việc chọn chất tải nhiệt lị nước hay khói tùy thuộc vào điều kiện cụ thể trải qua nghiên cứu tính toán nhiều phương án kinh tế kỹ thuật để chọn phương án hợp lý Về nguyên tắc sơ đánh giá theo yếu tố sau: Những nơi có nhiều hộ tiêu thụ nhiệt sấy nhiều hộ tiêu thụ công nghệ khác dùng nước việc dùng lị hợp lý dùng lị cho phép sản xuất nhiệt tập trung có hiệu suất cao so với sản xuất phân tán Những nơi có hộ tiêu thụ nhiệt sấy dùng calorifer khí-khói hay calorifer kiểu ống nhiệt hợp lý Ở đây, sấy đậu nành sử dụng sấy buồng bị nhiễm bẩn tro bụi nên khơng chọn TNS khói nóng, khơng dùng nhiệt giá thành thiết bị cao khơng kinh tế nên nhóm chọn khơng khí nóng làm TNS Q trình sấy đối lưu, khơng khí TNS, đóng hai vai trị: vừa làm chất tải ẩm vừa gia nhiệt - Chọn nguồn lượng sấy: + Đối với thiết bị sấy đối lưu : đốt nóng vật liệu mang ẩm vào mơi trường, thực nhờ khơng khí nóng hay khói lò + Đối với thiết bị sấy tiếp xúc: bề mặt đốt nóng hay dịch thể nóng làm nhiệm vụ cung cấp nhiệt cho vật liệu, cịn khơng khí lưu thơng qua thiết bị để thải ẩm ngồi + Đối với thiết bị sấy xạ, nguồn đốt nóng vật liệu tia xạ nhiệt cịn khơng khí lưu thơng qua thiết bị thải ẩm ngồi Nguồn lượng để gia nhiệt cho TNS nước, điện, dầu, củi, khí đốt, phế liệu nơng nghiệp, than đá, xạ mặt trời, gió, địa nhiệt Khi dùng khí đốt, dầu mỏ, than đá, củi hay phế liệu nông nghiệp cùi bắp, rơm rạ, bã mía ta phải thiết kế thêm buồng đốt hệ thống sấy Khi đó, dùng khói lị từ buồng đốt để gia nhiệt cho TNS calorifer khí-khói dùng khói lị làm chất vừa mang nhiệt vừa thải ẩm Với VL sấy sơ chế để bảo quản khơng địi hỏi cao mặt vệ sinh lúa, bắp, thức ăn gia súc dùng khói lị làm TNS để giảm vốn đầu tư cho calorifer khí- khói tổn thất nhiệt Đối với sấy đậu nành, nhóm chọn nguồn lượng sấy than bùn Vì nhiệt lượng than bùn mang lại cao, ổn định hợp túi tiền với người dân Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy 3.2 Hệ thống sấy để tính tốn thiết kế: Sơ đồ hệ thống sấy đậu nành: 1 C(ϕ2, t2,d2) Β( ϕ1,t1,d1) Kk vào A (ϕo,to,do) Μ (ϕM, tM, dM) Kk thải hồi lưu(ϕ2, t2,d2) Hình 20– Sơ đồ hệ thống sấy buồng tĩnh để sấy đậu nành có hồi lưu phần khí thải Quạt; Calorifer; Buồng sấy; Van xả khí 3.3 Tính tốn sơ thơng số kích thước bản: 3.3.1 Tính suất sấy: Gọi: Ιo(kj/kgkk), do(g/kgkk), ϕo(%), to(oC) Enthalpy, hàm ấm, độ ẩm, nhiệt độ khí trời Ι1(kJ/kgkk), d1(g/kgkk), ϕo(%), t1(oC) Enthalpy, hàm ẩm, độ ẩm tác nhân sấy trước vào buồng sấy Ι2 (kj/kgkk), d2(g/kgkk), ϕo(%), t2(oC) Enthalpy, hàm ẩm, độ ẩm tác nhân sấy sau khỏi buồng sấy G1(kg/h), T1(oC), ω1(%) suất VLS vào buồng sấy, nhiệt độ, độ ẩm VLS G2 (kg/h), T2 (oC), ω2(%) suất VLS sau khỏi buồng sấy, nhiệt độ, độ ẩm sản phẩm sấy Thông số ban đầu là: ω1=30%, ω2=12%, chọn thời gian sấy τ = 18h - Năng suất sấy: G2 = 2000 = 111,1(kg / h ) 18 G1 = G2 Nhóm VII 100 − ω2 100 − 12 = 111,1 = 139,7( kg / h) 100 − ω1 100 − 30 Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy - Lượng ẩm cần bốc 1h: W = G1 − G2 = 139,7 − 111,1 = 28,6( kg / h) - Lượng tác nhân sấy: Llt = W d2 − d1 - Biết nhiệt độ độ ẩm môi trường: to = 30oC, ϕo = 80% Tra đồ thị I-d ta có: = d1 = 0,0215 (kg ẩm/kgkk) Io = 82 (kJ/kgkk) - Nhiệt độ sấy cho là: t1 = 110oC Tra đồ thị I-d: d1 = = 0,0215 (kg ẩm/kgkk) I1 = 168,6 (kJ/kgkk) - Nhiệt độ khỏi thiết bị sấy: t2 = 43oC Tra đồ thị I-d ta có: I2 = I1 = 168,6 (kJ/kgkk) d 02 = 0,0505 (kg ẩm/kgkk) - Xác định độ ẩm tương đối: o B * d2 pb (0,621 + d ) o ϕ2 = Trong đó: 4026,42 ⎞ 4026,42 ⎞ ⎛ ⎛ ⎟ = exp ⎜12 − pb2 = exp⎜⎜ 12 − ⎟ = 0,0856(bar ) 235,5 + t2 ⎟⎠ 235,5+ 43 ⎠ ⎝ ⎝ ⇒ ⇒ 760 * 0,0505 750 ϕ2 = = 88,97% ≈ 89% 0,856(0,621 + 0,0505) Vậy nhiệt độ khỏi TBS hợp lý - Lượng tác nhân sấy lý thuyết: Vì trình sấy hồi lưu 30% khí thải ta có: n= lH lo = 30 = 0,43 70 + Lượng khơng khí là: Lo = lo = W d 2o − d = 28,6 = 986 (kJ / h ) 0,0505 − 0,0215 Lo 986,2 = = 34,48(kgkk / kgam) W 28,6 + Lượng khơng khí hồi lưu là: Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy LH = 0,43 * Lo = 0,43 * 986,2 = 424,066 (kJ / h ) ⇒ lH = LH 424,066 = = 14,83(kgkk / kgam ) W 28,6 + Lượng khơng khí khơ lưu chuyển TBS là: L = Lo + LH = 986,2 + 424,066 = 1410,27( kJ / h ) Các thông số điểm M là: dM = + nd 0,0215 + 0,43 * 0,0505 = = 0,03 (kgam / kgkk ) +n + 0,43 IM = Io + nI 82 + 0,43 *168,6 = = 108,04(kJ / kgkk ) 1+n + 0,43 Tra đồ thị I-d không khí ẩm ta được: tM = 35oC ϕM = 90% Điểm toC ϕ (%) I (kJ/kg) d (kg/kgkk) A 30 80 82,00 0,0215 B1 110 10 168,60 0,0300 M 35 90 108,04 0,0300 Co 43 89 168.60 0,0505 Bảng 4- Bảng thông số trạng thái lý thuyết I tB B B t1 t2 t0 = I C M A I d 0= d1 I ϕ=1 I dM M d2 d' Hình 21 - Biểu diển trình sấy hồi lưu đồ thị I-d Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy - Xác định kích thước sơ TBS: - Khối lượng thể tích hạt đậu nành: 800 (kg/m3) -Thể tích VLS chiếm chỗ: V = 2000 = 2,5(m3 ) 800 - Chọn chiều cao lớp VLS là: h = 0,4(m) - Diện tích sàn TBS: Fs = 2,5 = 6,25(m ) 0,4 - Chiều cao TBS: Thông thường người ta chọn chiều cao buồng sấy gấp lần chiều cao lớp VLS mà ta chọn chiều cao lớp VLS h=0,4 m nên chiều cao buồng sấy là: H = 0,4*4 = 1,6 (m) Chiều dài TBS thường chọn là: L = B nên dựa vào diện tích sàn TBS Fs vừa tính ta có: - Chiều rộng TBS: - Chiều dài TBS : B = 2,17(m ) 4 L = B = * 2,17 = 2,89(m) 3 0,6 m 0,4 m 0,6 Cửa tháo VL 2,89 m 2,17 m Hình 22- Kích thước buồng sấy tĩnh Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy - Tính tốn nhiệt lý thuyết: + Phương trình cân nhiệt: Q = Qs + Qvl + Qtn + Qxq – Qa + Nhiệt lượng tiêu hao chung cho TBS: Q = L * ( I − I ) = 1410,27 * (168,6 −82) =122129,38(kJ / h ) q= Q 122129,38 = = 4270,26 (kJ / kgam ) W 28,6 + Nhiệt lượng tổn thất VLS mang là: QVL = G2 * C v (w ) * (T2 − T1 ) Trong đó: C V nhiệt dung riêng VLA theo công thức: CV = C k + (C a − C k )* ϕ o = 1,32 + (4,18 − 1,32) * 0,8 = 3,608(kJ / kgK ) T = 0,9*t1 = 0,9*110 = 99oC T = to = 30oC Qvl = 111,1 * 3,608 * (99 − 30 ) = 27658,57(kJ / h ) ⇒ q vl = Qvl 27658,57 = = 967,08(kJ / kgam ) W 28,56 + Nhiệt lượng tổn thất TNS mang đi: Qtn = L * C k * (t2 − t o ) Trong đó: Ck nhiệt dung riêng khơng khí ẩm tính theo cơng thức: Ck = Ckk + 0,47*do = 1,004 + 0,47*0,0215 = 1,0141 ⇒ Qtn = 1410,27 *1,0141 * (43 − 30) = 18592( kJ / h) q tn = Qtn 18592 = = 650,07 (kJ / kgam ) W 28,6 + Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh: Qmtxq = Buồng sấy làm với lớp cách nhiệt : Lớp tôn: λ1 = 46 (W/mK); δ1 = 1,5 (mm) Lớp gỗ: λ2 = 0,15 (W/mK) ; δ2 = 10 (mm) Lớp tôn: λ3 = 46 (W/mK); δ3 = 1,5 (mm) α1 Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy λ1 tf1 α2 tw1 λ2 λ3 α1 tw2 tw3 tf2 δ1 δ2 δ3 Hình 23- Sơ đồ tính tốn hệ số truyền nhiệt - Nhiệt độ khơng khí ngồi buồng sấy: tf2 = to = 30oC - Nhiệt độ buồng sấy : t f = t1 = 110 o C - Mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu TNS mặt buồng sấy q1 : q1 = 1,715*(tf1 – tW1)1, 333 = 1,715*(110– tW1)1,333 - Mật độ dòng nhiệt dẫn nhiệt q2, q3,q4 bằng: q 2= λ1 * (t w − t w ) δ1 q 3= λ2 * (t w − t w ) δ2 q4 = λ3 * (t w − t w ) δ3 - Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt buồng với khơng khí xung quanh q5 bằng: q5 = 1,715*(tW4 – tf2)1,333 Giả thiết: ⇒ tW1 = 76,250C q1 = 1,715*(110 – 76,25)1,333 = 186,833 (W/m2) Vì phương trình truyền nhiệt ổn định, nên q1 = q2 = q3 = q4 = q5 Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy ⇒ tW2 = tW1 – q1* ⎛ 1,5 * 10− ⎞ δ1 ⎟ = 76,24oC = 76,25 – 186,833*⎜⎜ λ1 46 ⎠⎟ ⎝ tW3 = tW2 – q1* ⎛ 10 * 10 −3 ⎞ δ2 o = 76,24 – 186,833* ⎜⎜ ⎟⎟ = 63,788 C λ2 ⎝ 0,15 ⎠ t W4 = tW3 – q1* ⎛ 1,5 * 10− ⎞ δ3 ⎟ = 63,782oC = 63,788– 186,833* ⎜⎜ λ3 46 ⎠⎟ ⎝ q5 = 1,715*(63,782– 30) = 187,07(W/m2) - Do q1 phải q5 Nhưng tính tốn ta làm tròn nên q1 q5 có sai khác định Trong tính tốn nhiệt thiết bị sấy sai số ∆ q = q1 − q5 q1 ≤ 10% cho phép Có thể thấy cách tính tốn hợp lý Từ tW1, tW2 suy : α2 = α1 = ( q1 186,833 = = 5,535 W / m2 K t f − t w1 110 − 76,25 ( q5 187,07 = = 5,537 W / m2 K t w −t f 63,782 − 30 ) ) - Hệ số truyền nhiệt k bằng: k= λ λ + 2* + + α1 δ1 δ α = ( = 2,336 W / m K 1,5 *10− 10 *10− + 2* + + 5,535 46 0,15 5,537 ) - Diện tích mặt mặt đáy buồng sấy: ( ) F2 = * B * L = * 2,17 * 2,89 = 12,55 m2 - Diện tích bề mặt phía cửa tháo vật liệu (coi cửa làm lớp vật liệu bề mặt khác) bề mặt đối diện với nó: ( ) F3 = * H * B = *1,6 * 2,17 = 6,944 m - Diện tích hai bên cịn lại buồng sấy: ( ) F1 = * H * L = * 1,6 * 2,89 = 9,248 m Vậy nhiệt lượng tổn thất qua bề mặt là: Q1 = 3,6 * F1 * q5 = 3,6 * 9,248 *187,07 = 6228,08(kJ / h) Q2 = 3,6 * F2 * q5 = 3,6 *12,55 *187,07 = 8451,82(kJ / h) Q3 = 3,6 * F3 * q5 = 3,6 * 6,944 *187,07 = 4676,45(kJ / h ) ⇒ Qmtxq = Q1 + Q + Q = 6228,08 + 8451,82 + 4676,45 = 19356,35(kJ / h ) Nhóm VII Trang GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy q mtxq = Qmtxq W = 19356,35 = 676,79 (kJ/h) 28,6 + Nhiệt lượng có ích Q1: Q1 = W * (i2 − Ca * T1 ) = 28,6 * (2500 + 1,842 * 43 − 4,18 * 30) = 70178,85( kJ / h ) q1 = Q1 70178,85 = = 2453,806(kJ / kgam ) W 28,6 + Tổng nhiệt lượng tính tốn: Q’= Qa + Qvl + QTN + Qmtxq = 70178,85 + 27658,57 + 18529 + 19356,35 = 135722,77 (kJ/kg) TT Đại lượng Nhiệt lượng tiêu hao chung cho TBS 122129,38 4270,260 100 Nhiệt lượng VLS mang qvl 27658,57 967,080 20,4 Nhiệt lượng TNS mang qTn 18529,00 650,070 13,7 (kJ/kg) (kJ/kgẩm) % Tổn thất môi trường xq qmtxq 19356,35 676,790 14,3 Nhiệt lượng có ích qi 70178,85 2453,806 51,7 Tổng nhiệt lượng tính tốn q’ 135722,77 4745,550 100 Sai số ∆ q 13593,39 475,290 10 Bảng 5- Các đại lượng nhiệt lượng tính tốn lý thuyết - Tính tốn thực tế: ∆ = Ca t o − (q mtxq + q vl ) = 4,18 * 30 − (676,79 + 967,08) = − 1518,47 (kJ/kgam) - Các thơng số TNS sau q trình sấy thực tế: I tB B B t1 t2 t = I C M C1 A I d = d I ϕ=1 d M d2 d 20 d' Hình 24- Xây dựng trình sấy thực tế đồ thị I-d Nhóm VII Trang 10 GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy + Lượng chứa ẩm d2: i1 − ∆ = 2500 + 1,842 * 110 − (−1518,47 ) = 4221,09 (kJ / kg ) i2 − ∆ = 2500 +1,842 * 43 − (− 1518,47 ) = 4097,676 (kJ / kg ) C pk * (t1 − t ) d2 = d o * (i − ∆ ) 1,004 * (110 − 43) 0,0215 * 4221,09 + (1 + 0,43) * 4097,676 = 0,046(kg / kgkk ) (1 + n )* (i − ∆ ) = 4097,676 n * (i1 − ∆ ) 0,43 * 4221,09 1− 1− (1 + 0,43 )* 4097,676 (1 + n )* (i − ∆ ) i2 − ∆ + + Enthanpy I2 : Ι = Cpk*t2 +d2*i2 = 1,004*43 + 0,046*2579,206 = 161,81 (kJ/kgkk) + Độ ẩm tương đối ϕ2: 765 * 0,046 B *d2 750 ϕ2 = = = 81,64% p b2 (0,621 + d ) 0,0856 (0,621 + 0,046 ) + Lượng chứa ẩm dM: dM = + nd 0,0215 + 0,43 * 0,046 = 0,029( kg / kgkk) 1+n + 0,43 + Enthanpy IM: IM = I o + nI 82 + 0,43 * 161,81 = = 106 (kJ / kgkk ) 1+ n 1+ 0,43 + Nhiệt độ tM: C dx ( d o ) = C pk + C pa d o = 1,004 + 1,842 * 0,0215 = 1,0436 C dx (d ) = C pk + C pa d = 1,004 + 1,842 * 0,046 = 1,089 C dx (d M ) = C pk + C pa d M = 1,004 + 1,842 * 0,029 = 1,0574 tM = C dx ( d o )t o + nC dx ( d )t 1,0436 * 30 + 1,089 * 43 = = 34,02o C (1+ n )C dx (d M ) (1 + 0,43) *1,0574 + Độ ẩm tương đối ϕM: ⎛ 4026,42 pbM = exp⎜⎜ 12 − 235,5 + t M ⎝ ϕM Nhóm VII ⎞ 4026,42 ⎞ ⎛ ⎟ = exp⎜ 12 − ⎟ = 0,053 ⎟ 235,5 + 34,02 ⎠ ⎠ ⎝ 760 * 0,029 Bd M 750 = = = 85,3% p bM (0,621 + d M ) 0,053(0,621 + 0,029 ) Trang 11 GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy Điểm t (oC) I (kJ/kg) d (kg/kgkk) A 30 80,00 82,00 0,0215 B1 110 10,00 168,60 0,0290 M 34 85,30 106,00 0,0290 C1 43 81,64 161,81 0,0460 ϕ (%) Bảng 6- Bảng thông số trạng thái thực tế - Lượng TNS thực tế: + Lượng không khí khơ thực tế: Ltt = W 28,6 = = 1167,35(kgkk / h) d − d o 0,046 − 0,0215 llt = 28,6 = = 40,82 (kgkk / kgam ) d − d o 0,046 − 0,0215 + lượng khơng khí lưu chuyển TBS thực tế: L = Ltt + LH + lượng khơng khí khơ cần hồi lưu thực tế: Ta có TBS hồi lưu 30% khí thải: n= ⇒ lH = = 0,43 lo l H = 0,43 * 40,82 = 17,55( kgkk / kgam) ⎛ 1 LH = W ⎜⎜ − ⎝ d − d M d − dO ⎞ 1 ⎛ ⎞ ⎟ = 28,6⎜ − ⎟ = 515(kJ / h ) ⎟ ⎝ 0,046 − 0,029 0, 046 − 0,0215 ⎠ ⎠ + Lượng không khí lưu chuyển thiết bị sấy thực tế: L = Ltt + LH = 1167,35 + 515 = 1682,35( kJ / h) ` l = l tt + l H = 40,82 + 17,55 = 58,37( kgkk / kgam) - Tính tốn nhiệt q trình sấy thực tế: + Tổng nhiệt lượng tiêu hao: Q = L ( I1 − I o ) = 1682,37(168,6 − 82) = 145693,2( kJ / h ) q= Q W = 145693,2 = 5094,2 (kJ/kgam) 28,6 + Nhiệt lượng tổn thất TNS mang đi: Qtn = L * C k * (t2 − t o ) Nhóm VII Trang 12 GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy Trong đó: Ck nhiệt dung riêng khơng khí ẩm tính theo công thức: Ck = Ckk + 0,47*do = 1,004 + 0,47*0,0215 = 1,0141 QTN = 1682,37 * 1,0141* ( 43 − 30) = 22179,19( kJ / h) ⇒ QTN 22179,19 = = 775,49(kJ / kgam ) W 28,6 q TN = + Tổng nhiệt lượng tính tốn: Q’ = Qa + Qvl + QTN + Qmtxq = 70178,85 + 27658,57 + 22179,19 + 19356,35 = 139372,96 (kJ/kg) q= Q 139372,96 = = 4873,18 (kJ / kgam ) W 28,6 TT Đại lượng (kJ/kg) Nhiệt lượng tiêu hao chung cho TBS q 145693,20 4270,260 100,0 Nhiệt lượng VLS mang qvl 27658,57 967,080 20,4 Nhiệt lượng TNS mang qTn 22179,19 775,490 15,2 Tổn thất môi trường xq qmtxq 19356,35 676,790 14,3 Nhiệt lượng có ích qi 70178,85 2453,806 51,7 Tổng nhiệt lượng tính tốn q’ 139372,96 4873,180 100,0 Sai số ∆ q 6320,24 220,990 4,5 (kJ/kgẩm) % Bảng 7- Các đại lượng nhiệt lượng tính tốn thực tế - Tính nguồn nhiệt: Công suất nhiệt buồng đốt Q’ bằng: Với Q = 145693,2 nhiệt lượng tiê hao chung cho TBS Theo kinh nghiệm ηb = 0,8; ηo = 0,9; ηc = 0,7 Q' = Q 145693,2 = = 289073,81(kJ / h ) * * , * 0,9 * 0,7 η b ηo η c Diện tích ghi lị R Với nhiên liệu than bùn tya có nhiệt ghi Q' = (1881 ÷ 2926) *103 (kJ / h) Do đó, diện tích ghi lị bằng: R R= Nhóm VII Q' = 289073,81 (1881÷ 2926) * 103 (1881 ÷ 2926) *10 = (0,1÷ 0,153)m Trang 13 GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy Thể tích buồng đốt Vb Ta có nhiệt than bùn Q' = 1254 *10 (kJ / m3 * h ) Vb Từ thể tích buồng đốt bằng: Vb = Q' 289073,81 0,23(m3 ) = = 1254 * 10 1254 *10 - Chọn quạt: Lưu lượng thể tích khơng khí thực: V = L*v = 1682,37*1,325 = 2229,14(m3/h) Cột áp toàn phần mà quạt phải thực ∆ p = ∆ p c + ∆p o + ∆p s + ∆ p d ∆pc trở lực qua Calorifer ∆po trở lực qua đường ống dẫn TNS ∆ps trở lực qua TBS ∆pd áp suất động khí Calorifer ta sử dụng Calorifer khơng khí nên ∆pc = 20(mm H2O) Trở lực qua đường ống dẫn TNS: Ở nhiệt độ trung bình buồng sấy 70oC ta có: µ = 20,6 *10 −6 (Ns / m ) η = 1; ν = 20,02 *10 −6 (m / s) ρ = 1,029(kg / m ) ∆p o = (ξ + *ξ + ξ + *ξ + ξ ) * ρ * v2 2g ξ1 = ξ1' * µ *η :Hệ số tổn thất qua ống cong ξ1' = 0,15 ⇒ ξ1 = 0,15 * 20,6 * 10 − *1 = 3,09 *10 − ξ2 = ξ2' * µ * η :Hệ số tổn thất qua ống trịn vng gập ξ2' = 1,1 ⇒ ξ2 = 1,1* 20,6 *10 − * = 2,266 *10 − ξ = 0,5 :Hệ số tổn thất qua ống gập ξ4 = ξ4' * η :Hệ số tổn thất qua ống trịn vng thước thực ξ4' = 1,6 ⇒ ξ = 1,6 *1 = 1,6 ξ5 = ξ5' * η :Hệ số tổn thất qua ống trịn vng hình chữ U ξ5' = 1,9 ⇒ ξ = 1,9 * = 1,9 Nhóm VII Trang 14 GVHD: Đinh Thành Ngân Bài tập kĩ thuật sấy v: vận tốc ống Giả sử chọn ống có đường kính D = 250 (mm) 3,14 * D 3,14 * ( 250 *10− ) = = 0,05(m ) 4 Fo = ⇒v = 2229,14 V = = 12,62(m / s ) Fo 0,05 * 3600 ⇒ ∆p o = (3,09 *10 − + * 2, 266 *10 − + 0,5 + * 1,6 + 1,9)* 1, 029 * 12,62 = 46,78( mmH O) * 9,81 Trở lực qua thiết bị sấy, ta bỏ qua khơng đáng kể Cột áp động khí thoát ∆p d = ρ * v2 12,62 = 1, 029 * = 8,35(mmH O ) 2* g * 9,81 Vậy ∆ p = 20 + 46,78 + 8,35 = 75,13( mmH O) Với ∆p= 75,13(mmH2O); V= 2229,14(m3/h) Sử dụng đồ thị chọn quạt ta o được:N ÷ No4,5 thoả mãn Cột áp tĩnh : ∆p t = ∆ p − ∆p d = 75,13 − 8,35 = 66,78(mmH O ) Từ đồ thị A = 4500 ⇒ Số vòng quay quạt cần chọn: n= A 4500 = = 1125( v / ph) No Với hiệu suấtη = 0,57% TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1]: Đinh Thành Ngân, Bài giảng kỹ thuật sấy, Trường Đhspkt TPHCM 2006 [2]: PGS-TSKH Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, NXB giáo dục Hà Nội 2002 [3]: TS Trần Văn Chương, Công nghệ chế biến - bảo quản nông sản thực phẩm sau thu hoạch, NXB Văn Hoá dân tộc 2000 [4]: Hoàng Văn Chước, Kĩ thuật sấy, NXB Khoa học kĩ thuật 1999 www.takasago-inc.co.jp/ eg/dr2/dryer2.htm www.nationaldrying.com/ chemical/batch.html www.vijayrichtech.com/ seeds.htm www.donaldson.com/en/industrialair/applications/index.html# Nhóm VII Trang 15 ...Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân DANH SÁCH NHÓM VÀ NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỀ BÀI: Tính tốn thiết kế buồng sấy tĩnh để sấy hạt đậu nành, suất tấn/mẻ, thời gian sấy 18h độ ẩm vật liệu... khác Hình 17- Một máy sấy buồng tĩnh sấy vật liệu lợp nhà Nhóm VII Trang Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân Hình 18 - Một nhà máy sấy buồng tĩnh sấy đậu nành thực tế Ống xả để rào lại bao... 19- Máy sấy đậu nành Nhóm VII Trang Bài tập kĩ thuật sấy GVHD: Đinh Thành Ngân TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ: 3.1 Chọn tác nhân sấy vật liệu sấy: - Chọn tác nhân sấy: Khi chọn tác nhân sấy dựa vào điều