Đang tải... (xem toàn văn)
NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) Giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) Giảng viên phản biện TÓM TẮT Tên đề tài “Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa công suất 1000kgmẻ sấ.
NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) Giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) Giảng viên phản biện TÓM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa công suất 1000kg/mẻ - sấy sầu riêng” Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tuấn Số thẻ SV: 104170135 Lớp: 17N2 Nội dung đồ án Mở đầu Đặt vấn đề sấy nông sản, nêu mục tiêu, ý nghĩa nghiên cứu nghiên cứu Đồ án Chương 1: Tổng quan Sầu riêng Giới thiệu sơ lược Sầu riêng, thành phần dinh dưỡng công dụng chúng, nêu trạng trồng trọt chế biến sầu riêng nước giới Giới thiệu phương pháp sấy sầu riêng nay, phân tích ưu nhược điểm từ đưa phương pháp sấy phù hợp Chương 2: Công nghệ Sấy Thăng hoa Giới thiệu khái quát hệ thống sấy (cấu tạo, nguyên lý hoạt động) Nghiên cứu công nghệ Sấy Thăng hoa công nghệ sấy thăng hoa Chọn công suất hệ thống Chọn môi chất gia nhiệt, mơi chất làm lạnh Chương 3: Tính nhiệt Q trình Sấy Tính tốn q trình sấy lý thuyết q trình sấy thực dựa xác định lượng ẩm cần tách ra, lượng nhiệt cần cung cấp Chương 4: Tính tốn thiết bị hệ thống sấy thăng hoa Dựa lượng nhiệt cần cung cấp cho q trình sấy, tính tốn tính chọn kích thước buồng sấy thăng hoa bình ngưng đóng băng Chương 5: Tính chọn thiết bị phụ Dựa thơng số tính tốn Tiến hành tính tốn chọn thiết bị phụ hệ thống ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT-ĐIỆN LẠNH NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Văn Tuấn Lớp: 17N2 Số thẻ sinh viên: 104170135 Khoa: Công nghệ Nhiệt-Điện Lạnh Ngành: Nhiệt- Điện Lạnh Tên đề tài đồ án: Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa công suất 1000kg/mẻ - sấy sầu riêng Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Sản lượng sầu riêng sau sấy đạt khối lượng 1000kg cho mẻ Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan Sầu riêng Chương 2: Công nghệ Sấy Thăng hoa Chương 3: Tính nhiệt Q trình Sấy Chương 4: Tính tốn thiết bị hệ thống sấy thăng hoa Chương 5: Tính chọn thiết bị phụ Các vẽ, đồ thị: Bản vẽ sơ đồ nhiệt chi tiết hệ thống Bản vẽ thiết kế buồng sấy thăng hoa Bản vẽ mặt bố trí hệ thống sấy thăng hoa Bản vẽ thiết bị bình ngưng đóng băng Họ tên người hướng dẫn: GVC.TS Huỳnh Ngọc Hùng Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …… /……./202… Ngày hoàn thành đồ án: …… /……./202… Đà Nẵng, ngày Trưởng Bộ môn …………………… tháng năm 2022 Người hướng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Với đề tài “Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa sầu riêng suất 1000 Kg/mẻ” Sau tìm hiểu tiến hành làm đồ án, với hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn em tích lũy kiến thức bổ ích tổng hợp lại kiến thức học để phục vụ cho công việc sau Bằng lượng kiến thức khiêm tốn với nổ lực thân hướng dẫn tận tình thầy TS HUỲNH NGỌC HÙNG Thầy (Cô) khác khoa số anh chị sinh viên khóa trước, đến đồ án em hoàn thành Mặc dù em cố gắng tìm tịi học hỏi kinh nghiệm, kiến thức hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình làm đồ án Em mong nhận giúp đỡ thầy cô bạn để em hồn thiện kiến thức chun mơn Em xin chân thành cảm ơn thầy TS HUỲNH NGỌC HÙNG tận tình hướng dẫn em thời gian tìm hiểu thực đề tài tốt nghiệp Sự hướng dẫn, góp ý thầy giúp em khắc phục thiếu sót hồn thành đề tài Và em cảm ơn quý Thầy (Cô) khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh số anh chị sinh viên khóa trước giúp đỡ em nhiều trình học tập thực đề tài Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy (Cơ) Khoa Công nghệ Nhiệt Điện Lạnh thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án em tự tính tốn thiết kế nghiên cứu dựa sở thực tế, chia sẻ từ người có kính nghiệm hướng dẫn thầy TS HUỲNH NGỌC HÙNG Để hoàn thành đồ án em chỉ sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, với kiến thức em học hỏi tích lũy suốt trình học tập Nếu sai em xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Sinh Viên Thực Hiện Trần Văn Tuấn ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU I LỜI CAM ĐOAN II MỤC LỤC III PHỤ LỤC ẢNH V PHỤ LỤC BẢNG V DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 NGUYÊN LIỆU SẦU RIÊNG 1.1.1 Giới thiệu chung sầu riêng 1.1.1 Thành phần dinh dưỡng sầu riêng 1.1.2 Lợi ích sức khỏe kinh tế Sầu riêng 1.1.3 Tình hình trồng phát triển sầu riêng giới nước 1.1.4 Các loại Sầu riêng trồng Việt Nam nay: 1.1.5 Các sản phẩm từ Sầu riêng CÁC CÔNG NGHỆ SẤY SẦU RIÊNG 11 2.1 Công nghệ sấy lạnh Bơm nhiệt 11 2.2 Công nghệ sấy thăng hoa 12 2.3 Các chỉ tiêu sấy Phân tích lựa chọn 14 CHƯƠNG CƠNG NGHỆ SẤY THĂNG HOA 17 2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH SẤY THĂNG HOA 17 2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC SẤY THĂNG HOA 18 2.2.1 Các trình chuyển pha nước 18 2.2.2 Quá trình tách ẩm phương pháp sấy thăng hoa 18 2.2.3 Bản chất trình sấy Đồ thị động học trình sấy thăng hoa 19 2.2.4 Phân loại hệ thống sấy thăng hoa 20 2.2.4 Các thiết bị hệ thống lạnh sấy thăng hoa 20 2.3 ỨNG DỤNG 23 2.3.1 Ứng dụng kỹ thuật sấy thăng hoa nông nghiệp 23 2.3.2 Ứng dụng kỹ thuật sấy thăng hoa y tế 24 2.3.3 Kết luận 26 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 27 iii 3.1 Những thơng số ban đầu cần thiết cho tính tốn 27 3.1.1 Diện tích cần thiết chứa vật liệu sấy F2: 29 3.1.2 Tính tốn lượng ẩm cần bốc cho giai đoạn làm lạnh giờ: 30 3.1.3 Tính tốn lượng ẩm cần bốc cho giai đoạn thăng hoa: 31 3.1.4 Tính tốn lượng ẩm cần bốc cho giai đoạn bốc ẩm dư: 31 3.2 TÍNH TỐN NHIỆT CHO Q TRÌNH SẤY: 32 3.2.1 Tính tốn nhiệt bình thăng hoa: 32 3.2.2 Nhiệt lượng làm nóng sản phẩm khay 32 3.2.3 Nhiệt lượng cần thiết giai đoạn thăng hoa: 33 3.2.4 Nhiệt lượng cần thiết gi đoạn bay ẩm dư 34 3.2.5 Tổng nhiệt lượng cần thiết cho q trình sấy: 34 3.3 TÍNH TỐN NHIỆT TOẢ RA Ở BÌNH NGƯNG ĐĨNG BĂNG : 35 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CHO HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA 36 4.1 TÍNH TỐN BÌNH THĂNG HOA: 36 4.1.1 Hệ số xạ quy dẫn: 36 4.1.2 Hằng số xạ vật đen tuyệt đối là: 37 4.1.3 Diện tích trao đổi nhiệt bình thăng hoa F1: 37 4.1.4 Tính thiết kế kích thước buồng sấy thăng hoa 38 4.2 TÍNH TỐN HỆ THỐNG BỊ NGƯNG TỤ - ĐĨNG BĂNG ẤM: 40 4.2.1 Tính tốn Thiết bị Ngưng tụ - đóng băng 40 4.2.2 Tính chọn máy nén 46 4.2.3 Thiết bị Ngưng tụ Freon hệ thống ngưng tụ đóng bay: 49 4.2.4 Xác định thời gian xả băng 50 CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN HỆ THỐNG CẤP ĐƠNG VÀ THIẾT BỊ PHỤ 52 5.1 TÍNH TỐN HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG NHANH SẢN PHẨM 52 5.1.1 Thể tích kho lạnh: 52 5.1.2 Diện tích chất tải: 52 5.1.3 Thể tích buồng cấp đơng là: 52 5.1.4 Năng suất xác định theo công thức: 52 5.2 HỆ THỐNG CẤP NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH SẤY: 60 5.2.2 Lưu lượng mơi chất tải nhiệt q trình sấy thăng hoa: 61 5.3 TÍNH TỐN HỆ BƠM CHÂN KHƠNG 62 5.3.1 Năng suất lưu lượng bơm chân không 62 5.3.2 Công suất bơm chân không 63 iv PHỤ LỤC ẢNH Hình 1-1 Sầu riêng Hình 1-2 Bột Sầu riêng Hình 1-3 Paste Sầu riêng 10 Hình 1-4 Hệ thống sấy bơm nhiệt thực tế 11 Hình 1-5 Sơ đồ nguyên lý đồ thị làm việc 11 Hình 1-6 Hệ thống sấy Thăng hoa thực tế 12 Hình 1-7 Đồ thị làm việc hệ thống sấy Thăng hoa 13 Hình 1-8 So sánh tổng số thay đổi màu sắc cho xoài phương pháp sấy khác 15 Hình 1-9 So sánh tổng số thay đổi màu sắc cho xoài phương pháp sấy khác 16 Hình 2-2 Đồ thị làm việc hệ thống sấy Thăng hoa 19 Hình 2- Sơ đồ nhiệt hệ thống sấy thăng hoa 21 Hình 2-4 Tơm sú sấy thăng hoa 23 Hình 2-5 Sấy thăng hoa Nơng sản 24 Hình 4-1 Kích thước buồng sấy 39 Hình 4-2 Đồ thị làm việc hệ thống lạnh chạy cho thiết bị ngưng tụ đóng băng 47 Hình 5-1 Đồ thị làm việc hệ thống lạnh 59 PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1-1 Thành phần dinh dưỡng cơm sầu riêng Bảng 1-2 Bảng sản lượng Sầu riêng bước giới Bảng 2-1 So sánh hệ thống sấy thăng hoa 20 Bảng 3-1 Thành phần hoá học sầu riêng nguyên liệu 27 Bảng 4-1 Các thông số trạng thái chu trình làm việc hệ thống lạnh chạy cho thiết bị ngưng tụ - đóng băng 47 Hình 5-2 Thông số trạng thái hệ thống lạnh 60 v DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Giải thích Đơn vị h Entanpi kJ/kgkkk d Dung ẩm g/kgkkk t Nhiệt độ môi chất w Độ ẩm môi chất % Áp xuất bảo hịa mơi chất bar G Lưu lượng môi chất kg/h W Lưu lượng ẩm kg/h L Chiều dài thiết bị m D Đường kính m Q,q Nhiệt lượng kJ/kg v Tốc độ môi chất m/s K Hệ số truyền nhiệt W/m2k Hệ số dẫn nhiệt W/mk F Diện tích trao đổi nhiệt m2 s Bước ống m n Tổng số ống trao đổi nhiệt ống m Số cánh ống cánh t Nhiệt độ trung bình logarit p Tổn thất áp suất mmH20 η Hiệu suất thiêt bị % k Hệ số dự phịng Re Tiêu chuẩn Reynolds Fe Tiêu chuẩn Phêđơrov Pr Tiêu chuẩn Prandtl Nu Tiêu chuẩn Nuselt ν Độ nhớt động học mơi chất m2/s V Thể tích riêng môi chất m3/kg ρ Khối lượng riêng mối chất kg/m3 Cp Nhiệt dung riêng môi chất kJ/kgk δ Bề dày vật liệu m ph vi THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CÔNG SUẤT 1000KG/H KTP-25 với thơng sơ: • Diện tích trao đổi nhiệt: Ftdn = 30 m2 • Đường kính ống vỏ 404 mm • Chiều dài ống 1,5 m • Số ống N = 135 ống • Nhiệt trao đổi tối đa: Qtd = 105 KW 4.2.4 Xác định thời gian xả băng Thời gian xả hết băng bám bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ đóngbăng mẻ xác định theo phương trình sau đây: xb = Qxb K F t [s/mẻ] (4.42) - Qxb (kJ): lượng nhiệt cung cấp để làm tan lớp băng bám bề mặt chùm ốngtrao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ — đóng băng, lượng nhiệt xác định theo phương trình sau: Qxb = Wb.rnc [ kJ/mẻ] (4.43) Với: Wb (kg/mẻ) khối lượng băng bám bề mặt chùm ống trao đối nhiệt, ta biết tổng khối lượng ẩm tách từ vật liệu sấy trình thăng hoa chân không mẻ Wthm = 1457 kg/mẻ, theo lý thuyết lượng ẩm ngưng tụ - đóng băng đạt 100%, thí nghiệm cho thấy lượng ẩm ngưng tụ - đóng băng đạt cao 98% nhiệt độ ẩm sâu, lượng ẩm ngưng tụ - đóng băng rơi xuống thành phía thân thiết bị 2% Như vậy, khối lượng băng xác định: Wb = 0,98 Wthm = 0,98.1457 = 1427,86 [kg/mẻ] Với: rnc (kJ/kg) ẩn nhiệt nóng chảy nước đá, nhiệt độ 0ºC, Pkq = 1at = 0,98 bar rnc = 79,8 kCal/kg = 334,04 kJ/kg, ý: Vào thời điểm xả băng, áp suất thiết bị ngưng tụ - đóng băng áp suất khí thời điểm kết thúc q trình sấy Từ ta xác định dòng nhiệt cần cung cấp để xả hết lớp băng bám bề mặt thiết bị ngưng tụ - đóng băng: SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 50 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CÔNG SUẤT 1000KG/H Qxb = Wb.rnc = 1427.334,04 = 476 905 [kJ/mẻ] - Fng: diện tích trao đổi nhiệt bề mặt thiết bị ngưng tụ - đóng băng, xác định theo phương trình sau: Fng =𝜋.dng.L = 3,14.0,035.43,3 = 4,75 [m2] (4.44) - Ở hệ thống sấy dùng phương pháp xả đá gas nóng, nhiệt độ R22 vào xả đá lấy trung bình tv = t2 = 78,5ºC, nhiệt độ R22 lấy trung bình tr = tk +(6 ÷10) =38 + = 45ºC, nhiệt độ xả băng trì khoảng (0 ÷1) Chọn nhiệt độ xả băng txb = 1ºC tv − tr ∆ttb = ln tv − txb dr − txb = 78, − 46 ln 78, − = 59, 78 [0C] (4.45) 46 − - K (W/(m2K) - hệ số truyền nhiệt quy đổi phía mặt ngồi bám tuyết thiết bị ngưng tụ - đóng băng, hệ số tính trực tiếp chọn dao động khoảng (80÷ 200)W/(m2K) Như thời gian xả băng xác định: xb = SVTH: TRẦN VĂN TUẤN Qxb K F t = 476905.10 200.34.59, 78 = 1173 s/mẻ = 0,33 h/ mẻ GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 51 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN HỆ THỐNG CẤP ĐƠNG VÀ THIẾT BỊ PHỤ 5.1 TÍNH TỐN HỆ THỐNG CẤP ĐƠNG NHANH SẢN PHẨM 5.1.1 Thể tích kho lạnh: Theo tính tốn chương 3, hệ thống khay đựng sản phẩm có chiều cao H=2 m, Chiều dài L = m chiều rộng B = 2,2 m Thể tích Hệ thống khay đựng là: Vk = 𝐻 𝐵 𝐿 = 2.6.2,2 = 26,3 [m3] (5.1) 5.1.2 Diện tích chất tải: Ta chọn kích thước buồng lạnh nhanh là: Chiều dài buồng lạnh Abl = m Chiều rộng buồng lạnh Bbl = B +2.0.4 = 2,2+0,8 =3 m Chiều cao Buồng lạnh: Hbl = m Diện tích tường buồng cấp đơng: Fbl = (Bbl.Abl + Bbl Hbl + Abl Hbl) =2(3.7+3.3+7.3) =60 [m2] (5.2) 5.1.3 Thể tích buồng cấp đơng là: Vbl = Bbl Hbl Abl = 3.7.3 = 63 [m3] (5.3) 5.1.4 Năng suất xác định theo công thức: Q Qsp Qk Qkk Q mt Q mt [kW] (5.4) Với: Qsp (kJ) chi phí lạnh q trình cấp đơng; Qk (kJ) nhiệt lượng lấy từ khuôn khay; Qkk (kJ) Nhiệt lượng lấy làm lạnh khơng khí; SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 52 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H • Q mt (kW) – dịng nhiệt từ mơi trường xâm nhập qua vách buồng đơng sấythăng hoa; • Q mt (kW) – dịng nhiệt mơi trường xâm nhập đường ống làm nhiệt máy nén; • τ (s) – thời gian mẻ làm đơng; • β - hệ số tải an toàn, β = 1,15 5.1.5 Chi phí lạnh của q trình làm lạnh đơng sản phẩm Lượng nhiệt cần tải trình cấp đơng tính theo cơng thức sau: Qsp = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, [kJ] (5.5) • Q1 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đóng băng nước sản phẩm • Q2 (kJ) – nhiệt lượng lấy để làm tồn nước sản phẩm đóng băng • Q3 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ băng đến nhiệt độ cuối trình làm đơng • Q4 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ thành nước không đóng băng sản phẩm • Q5 (kJ) – lượng nhiệt lấy để làm giảm nhiệt độ thành phần chất khơ • τ (s) – thời gian mẻ làm đơng;β - hệ số tải an tồn Ta có: • Nhiệt độ ban đầu sầu riêng t1 (thường lấy nhiệt phịng) t1 = 250C • Nhiệt độ sầu riêng cuối q trình lạnh đơng để làm nước kết tinh hồn tồn • t2 = tth = -190C SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 53 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H • Nhiệt độ bắt đầu kết tinh nước tkt = -1,060C a Tính Q1 Được xác định theo công thức: Q1 = C1 G ( t1 − tkt) [KJ] (5.6) Ta có C1 = cn Wdb+ cck.( – Wdb) [ Kj/kg.K] (5.7) Trong • Cn nhiệt dung riêng trung bình nước từ t1 đến nhiệt đọ kết tinh tkt Cn= 4,167 kJ/(kg.K) • Và cck = 1471,6 J/(kg.K), Wdb = 0,85 G1 = 2714 kg/mẻ Ta vào tính C1 = 4,167.0,85 + 1,472.(1 – 0.85) = 3,762 [kJ/(kg.K)] Như Q1 = 3,762.2714.(25 – (–1,06)) = 266074 [kJ] b Tính Q2 Được xác định theo cơng thức: Q2 = L G Wj ω, [kJ] (5.8) Ta có: L= Tkt T2 Tkt (333601,5 1054.10 –3.T 21.10–6.T )dT TFopt L = 333591.28J/kg = 333,591 [kJ/kg] G = 2714 kg/mẻ Wdb = 0,85, = 1,0 (lượng nước đóng băng sầu riêng xem hồn tồn) Như ta tính Q2: Q2 = 333,591.2714.0,85.1 = 769560,72 kJ SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 54 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H c Tính Q3 Được xác định theo công thức: Q3 = C3 G Wj ω ( tkt − t2), [kJ] (5.9) Ta có: C3 = 2003,38 J/(kg.K) = 2,003 kJ/(kg.K) G = 2715 kg/mẻ Wa = 0,85, = 1,0 Thế vào ta Q3: Q3 = 2,003.2715.0,85.1,0.(–1,06 – (–18,33)) = 79799,8 [kJ] d Tính Q4 Được xác định thao cơng thức: Q4 = C4 G Wa ( – Wdb).( tkt − t2) , [kJ] (5.10) Ta có: = 1,0 nên Q4 = e Tính Q5 Được xác định theo cơng thức: Q5 = Cck G ( – Wdb) ( tkt − t2) , [kJ] (5.11) Với Cck = 1471,6 J/(kg.K) = 1,471 kJ/( kg.K), G = 2714 kg/mẻ Wa = 0,85 Ta tính được: Q5 = 1,471.2714.(1 – 0,85).(–1,06 – (–18,33)) = 10342,31 kJ Như cho phí lạnh đông sản phẩm là: Qsp = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 266074 + 769560 + 79799,8 + + 17236,32 = 1132669,12 kJ f Tính tốn Tổn thất nhiệt lấy từ khn Số lượng khay chứa 2714kg sản phẩm Nsk = 120 khay khối lượng tổng số khay thủy tinh chứa sản phẩm là: Gk = 2250 kg Ta xét khoảng nhiệt độ khơng khí vào t1k = 25oC nhiệt độ khay cuối buồng lạnh t2k = tf2 = -35 oC SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 55 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CÔNG SUẤT 1000KG/H Nhiệt dung riêng khay thủy tinh là: Ck = 480 J/(kg.K) = 0,48 kJ/(kg.K)Như nhiệt lấy từ khay tính là: Qk = Gk.Ck.(t1k – tf2) = 2250.0,48.(25 – (– 35)) = 64800 kJ (5.12) Như chi phí q trình lạnh đơng Qk = 64800 kJ g Lượng nhiệt lấy để làm lạnh không khí buồng sấy Qkk = Gkk (h1 – h2) [kJ] (5.13) Trong • Gkk lượng khơng khí khơ vào ứng với lượng khơng khí buồng lạnh đơng (kg) • H1 (kJ/kg) entalpy khơng khí lúc bắt đầu q trình làm lạnh • H2 (kJ/kg) entalpy khơng khí lúc kết thúc q trình làm lạnh đơng Entalpy khơng khí trước lạnh đơng: h1 = t1 + (2500,77 + 1,84t1).d1 [kJ/kg] (5.14) Tra bảng đồ thị h–d với t1 = 25oC φ = 85% ta thu d1 = 0,017 (kJ/kg KKK) Thế vào ta h1 = 25 + (2500,77 + 1,84.25).0,017 = 68,30 kJ/kg Khối lượng khơng khí buồng thăng hóa Gkk = P Pn Vkk [kg] Rkk Tkk (5.15) Trong đó: P = 9,81.104 N/m2 áp suất khí R = 8314/29 = 287 J/(kg.K) Tkk = (25 + 276) = 298 Vkk(m3) thể tích buồng sấy Pn (N/m2) áp suất riêng phần của nước tra bảng h–d với t = 25oC φ = 85% ta Pn = 2,61.103 [N/m2] SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 56 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H Trong thực nghiệm thường chọn Vkk = 2/3VT, [m3] (5.16) Trong VT (m3) thể tích buồng sấy thăng hoa: Thể tích khơng khí buồng thăng hoa là: Vkk = 2/3.VT = 2/3.63 = 42 [m3] (5.17) Như khối lượng không khí là: Gkk = 9,81.10.4 2, 61.103 42 = 46,9 [kg] 287.298 Entalpy khơng khí cuối q trình lạnh: h2 = t2 + (2500,77 + 1,84.t2).d2 ,[kJ/kg] (5.18) Với t2 = -40,460C φ = 100% ta thu d2max = 0,000123 kg/kgKKK h2 = -40,46 + (2500,77 – 1,84.40,46).0,00123 = -40,16 kJ/kg Cuối chi phí lạnh đông: Qkk = 46,9.[68,35 – (-35)] = 4846,4 kJ e Lượng nhiệt môi trường xâm nhập vào vách cửa buồng cấp đông QMT = Kv.Fv.∆t [KJ] (5.19) Trong đó: • Kbl (W/m2.K) – hệ số truyền nhiệt qua vách buồng cấp đơng • Fbl (m2) – diện tích vách buồng cấp đơng • ∆t (oC) – độ chênh lệch nhiệt độ môi trường làm lạnh khơng khíbên ngồi Tính ∆t ∆t = 25 – (-40,46) = 65,46 oC SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 57 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H Tính Kv Độ dày lớp inox là: δ1 = 0,008m Độ dày lớp polymethan δpoly = 0,1 m Độ dày lớp inox cùng: δ2 = 0,0015m Hệ số dẫn nhiệt inox λinox = 64 W/(m.K) Hệ số dẫn nhiệt polymethane λpolymethane = 0,047 W/(m.K) Hệ số tỏa nhiệt của khơng khí mơi trường bên α1 = 11,6 W/(m.K) Hệ số tỏa nhiệt của khơng khí mơi trường bên α = 8,2 W/(m.K) Biết Ks = 2,86 W/(m.K) (25oC, φ = 58%) Hệ số truyền nhiệt qua vách buồng sấy xác định thông qua công thức sau: Kv = Kv = 1 inox poly poly 2 inox [W/mk] (5.20) = 0,43 [W/mk] 0, 0015 0,15 0, 008 11, 64 0, 047 64 8, Ta có Kv = 0,43 W/(m.K) < Ks thỏa điều kiện đọng sương: QMT = Kv.Fv.∆t = 0,43.42.65,46 = 1198,56 W = 1,2 [kW] (5.21) h Lượng nhiệt xâm nhập từ môi trường qua đường ống làm nhiệt môi chất lạnh hút máy nén Qqn = m1’ (h1’ – h1), [kW] (5.22) Trong đó: • m1’ (kg/s) – lưu lượng thực tế mơi chất lạnh tuần hồn qua máy nén • h1’ (kJ/kg) – enthalpy mơi chất lạnh trước khỏi thiết bị bay • h1 (kJ/kg) – enthalpy môi chất lạnh trước vào máy nén SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 58 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H Ta tính được: Q0b Qsp Qk Qkk Qmt 1132699 64800 3.3600 4846 1, = 110,68 [kW] Ta có: tk = 400C t0 = -500C ttg = -130C tqn = t1’ = th = -350C Pk = 15,315 bar P0 = 0,6459 bar Ptg = 3,145 bar tql = t7 = -80C 1(P0, x = 1), 1’ (P0, tqn), 2(s1’ = s2, Ptg), 3(Ptg, x = 1), 4(s3 = s4, Pk), 4’(x = 1, Pk), 5(x =1, Pk), 6(h5 = h6, Ptg), 7(Pk, tql), 8(h7 = h8, P0) Hình 5-1 Đồ thị làm việc hệ thống lạnh SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 59 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H Bảng 5-1 Thơng số trang thái hệ thống lạnh Trạng thái H(kJ/kg) V(m3/kg) S(kJ/ (kg K) P(bar) T(oC) 383,56 0,2452 - 0,6459 -50 1’ 392,48 0,3192 1,888 0,6459 -35 436,44 - 1,888 3,145 39,64 400,2 0,0725 1,772 3,145 -13 446,53 - 1,772 15,315 74 4’ 417,43 0,0154 - 15,315 40 249,99 - - 15,315 40 249,99 - - 3,145 191,27 - - 15,315 -8 191,27 - - 0,6459 -50 -13 Vậy m1 Q0b (h1 h8 ) 110, 383,56 191, 27 0,55 [kg] (5.23) Qqn = m1.(h1’– h1) = 0,55.(392,48 – 383,56) = 4,9 kW Năng suất lạnh hệ thống lạnh cần thiết kế, chế tạo chạy cho buồng lạnh đông sản phẩm xác định: Q [ Qsp Qk Qkk Qmt Qqn ]. Q0b - Qqn =(106,6 + 4,9) =111,5 [kW] 5.2 HỆ THỐNG CẤP NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH SẤY: 5.2.1 Lưu lượng mơi chất tải nhiệt q trình sấy thăng hoa Nhiệt lượng mà chất tải nhiệt hay nhiệt trở cung cấp cho trình sấy thăng hoa Q = 53,5 kW Q = CtnGtn (tv – tr) = P, kW (5.24) Trong đó: • Cnt (kJ/(kgK)), Gtn (kg/s) nhiệt dung riêng lưu lượng chất tải nhiệt • P (kW) cơng suất nhiệt trở (nếu cấp nhiệt điện trở); tv, tr (°C) nhiệt độ vào chất tải nhiệt; SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 60 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CÔNG SUẤT 1000KG/H Ta cấp nhiệt nước nóng lưu lượng cẩn thiết cấp cho trình sấy thăng hoa xác định sau: Nhiệt độ nước vào tv = 50°C; Nhiệt độ nước tr = 42°C; Nhiệt dung riêng trung bình nước từ nhiệt độ 42°C đến 50°C xác định: Cn Tv Tr Tv (4184, 1, 74.T ).DT Tr Cn = 4,265 [kJ/(kg K)] Như lưu lượng nước nóng cần cung cấp đề gia nhiệt qth Cn (Tv Tr ) G = Gn 53,5 1, 26 kg / s 4, 265.(50 40) (5.25) Lưu lượng qua truyền nhiệt là: Gnt Gn N stn 1, 26 30 (5.26) 0, 042 kg / s 5.2.2 Lưu lượng môi chất tải nhiệt trình sấy thăng hoa: Nhiệt lượng mà chất tải nhiệt hay nhiệt trở cung cấp cho trình sấy thăng hoa Q = 35 kW Lưu lượng nước nóng cần cung cấp cho trình sấy chân khơng là: qck Cn (Tv Tr ) G = Gn 35 4, 265.(50 40) 0,83 kg / s (5.27) Lưu lượng qua truyền nhiệt là: Gnt SVTH: TRẦN VĂN TUẤN Gn N stn 0,83 0, 028 kg / s 30 GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG (5.28) 61 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H 5.3 TÍNH TỐN HỆ BƠM CHÂN KHÔNG 5.3.1 Năng suất lưu lượng của bơm chân khơng Để tính tốn chọn bơm chân khơng cho phù hợp với xuất buồng thănghoa thể tích buồng thăng hoa ta có phương trình tính tốn (5.29) Qb (m3/h) : suất thể tích hút bơm chân khơng; V(m3) Thể tích buồng thăng hoa xác định: Qb = 1. 2.Vbth d ln( B − Pgh Pth − Pgh ) [m3/h] (5.30) • Thể tích buồng thăng hoa: Vbth= 43,1 m3 • τd (h): thời gian đuổi hết khí bình thăng hoa Thực tế thời gian đuổi hết khí bình thăng hoa (0,5÷ 5) phút, chọn τd= 360 s = 1/10 h • B = 760 mmHg : áp suất khí • Pgh = 0,001 mmHg: áp suất giới hạn mà bơm chân khơng tạo • Pth = 0,411 mmHg : áp suất lm vic ca bung thng hoa ã = (1,2ữ 1,5): hệ số rị rỉ buồng thăng hoa • β2 = (1,12÷ 1,15): hệ số an tồn bơm chân khơng Như vậy, tốc độ đuổi khí bơm chân không xác định: Qb = SVTH: TRẦN VĂN TUẤN 1, 2.1,15.43,1 / 10 ln( 760 − 0, 001 0, 411 − 0, 001 ) = 4474 [m3/h] GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 62 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CƠNG SUẤT 1000KG/H 5.3.2 Cơng suất bơm chân không Công suất bơm chân không xác định: Qb = Pb.Qb [kw] 1000. h. v. ck (5.31) Với ∆Pb = 0,24.105 N/m2 áp suất máy hút chân không tạo ra; ηH = (0,97 ÷ 0,98) = 0,97: hiệu suất thủy lực ηv= (0,95÷ 0,99) = 0,95: hiệu suất thể tích; ηck= (0,95 ÷ 1) = 0,98 hiệu suất khí máy hút chân không; = 1,15 hệ số an tồn máy hút chân khơng; Như sở tính tốn ta chọn bơm chân không cho phù hợp vớihệ thống sấy sau: Qb = Pb.Qb 1000. h. v. ck = 0, 24.10 4474 3600.1000.0, 97.0, 95.0, 98 = 55,1 kW Công suất: Ndcbck = 56 kW Ta chọn Bơm chân khơng vịng nước cấp Travaini TRSK 2004/B/F Thơng số kỹ thuật • Lưu lượng Max: 4530m3/h • Áp suất chân khơng max: 200 mbar • Kích cỡ cổng hút, xả: DN200 Vật liệu: • Thân bơm: Gang đúc • Cánh Bơm: Gang đúc • Động yêu cầu: 60KW/3pha/380V/640RPM SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 63 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CÔNG SUẤT 1000KG/H TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Trần Văn Phú Tính tốn thiết kế hệ thống sấy Nhà xuất giáo dục 2001 [2].Nguyễn Đức Lợi Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1999 [3].Bùi Hải, Trần Thế Sơn Bài tập nhiệt động truyền nhiệt kỹ thuật lạnh Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1997 [4] Lê Bá Chính Tổng luận phương pháp bảo quản thực phẩm Hà nội 1990 SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 64 ... Khơng khí sấy qua buồng sấy mang ẩm từ vật liệu sấy nên tỉ lệ ẩm tăng lên nhiệt độ giảm xuống Khi sấy với nhiệt độ thấp SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 11 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG... thống Sấy Cho nên em định lựa chọn thực nghiên cứu đề tài” Thiết kế Hệ thống sấy thăng hoa công suất 1000kg/mẻ - sấy sầu riêng” SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY... thống sấy Thăng hoa SVTH: TRẦN VĂN TUẤN GVHD: TS HUỲNH NGỌC HÙNG 19 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA SẦU RIÊNG CÔNG SUẤT 1000KG/H 2.2.4 Phân loại hệ thống sấy thăng hoa Bảng 2-1 So sánh hệ thống sấy
