TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY MÍT BẰNG HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU VÀ HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  THỰC TẬP SẤY CHỦ ĐỀ TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY MÍT BẰNG HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU VÀ HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG Mà MÔN HỌC: 213DRYP322932 GVHD: TS Nguyễn Lê Hồng Sơn Thực hiện: Nhóm TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2022 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triển từ năm 50 đến 60 Viện trường đại học giới chủ yếu giải vấn đề kỹ thuật sấy vật liệu cho công nghiệp nông nghiệp Trong năm 70 trở lại người ta đưa kỹ nghệ sấy nông sản thành sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm như: trái cây, gỗ, mùn cưa, cà phê, sữa, bột, thịt cá Đối với nước ta nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm lượng, nghiên cứu công nghệ sấy thiết bị sấy phù hợp với loại nguyên vật liệu để đạt chất lượng cao Đặc biệt sấy mít để tạo loại thực phẩm thơm ngon, kéo dài thời gian bảo quản, an toàn vệ sinh đạt giá trị kinh tế cao Đây lần nhóm tiếp xúc với hệ thống sấy thực tế Do kiến thức tài liệu tham khảo hạn chế nên nhóm khơng thể tránh khỏi sai sót q trình tính tốn Nhóm xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy TS Nguyễn Lê Hồng Sơn để nhóm hồn thành tốt báo cáo tính tốn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2022 Sinh viên thực Nhóm MỤC LỤC CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU .1 1.1 Khái niệm sấy đối lưu 1.2 Đặc điểm sấy đối lưu 1.3 Ưu điểm nhược điểm máy sấy đối lưu .1 1.4 Chọn thời gian sấy τ .5 1.5 Tính tốn q trình sấy .5 1.5.1 Thơng số q trình sấy đường cong sấy 1.5.2 Cân ẩm cho trình 1.5.3 Tính tốn trạng thái khơng khí bên .8 1.2.4 Tính tốn trạng thái khơng khí khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (calorife) 1.2.5 Xác định nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thùng sấy 1.2.6 Cân vật liệu cho tác nhân sấy .10 1.2.7 Tính tốn lượng tiêu hao tác nhân sấy 11 1.2.8 Tính tốn lượng nhiệt cung cấp cho q trình sấy lý thuyết .11 CHƯƠNG HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG 12 2.1 Khái niệm sấy chân không 12 2.2 Đặc điểm sấy chân không 12 2.3 Ưu điểm nhược điểm máy sấy chân không 12 2.4 Tính tốn q trình sấy .14 2.4.1 Thông số trình sấy đường cong sấy .17 2.4.2 Cân ẩm cho trình 17 2.4.3 Tính tốn trạng thái khơng khí bên ngồi 17 2.4.4 Tính tốn trạng thái khơng khí khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (calorife) 18 2.4.5 Xác định nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thùng sấy .19 2.4.6 Cân vật liệu cho tác nhân sấy .20 2.4.7 Tính tốn lượng tiêu hao tác nhân sấy 21 2.4.8 Tính tốn lượng nhiệt cung cấp cho trình sấy lý thuyết .21 CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU 1.1 Khái niệm sấy đối lưu Hệ thống sấy đối lưu (sấy buồng) hệ thống sấy đối lưu phổ biến dùng để sấy loại vật liệu sấy khác Các dạng vật liệu thường sử dụng cho sấy đối lưu vật liệu dạng thái lát loại rau, củ, quả,… Hệ thống sấy đối lưu tổ chức trao đổi nhiệt ẩm đối lưu tự nhiên cưỡng Đây thiết bị sấy đối lưu sử dụng rộng rãi thực tế 1.2 Đặc điểm sấy đối lưu - Quá trình sấy diễn phức tạp, đặc trưng cho tính khơng ổn định khơng thuận nghịch gồm q trình diễn đồng thời: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm lòng vật liệu, chuyển pha tách ẩm vào môi trường xung quanh - Thiết bị làm việc theo chu kì - Vật liệu đưa vào buồng sấy theo mẻ - Nhiệt độ độ ẩm thay đổi theo thời gian sấy - TNS chuyển động tự nhiên hay cưỡng - VLS để khay, giá băng tải 1.3 Ưu điểm nhược điểm máy sấy đối lưu Ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư thấp - Sấy đa dạng sản phẩm Nhược điểm: - Thời gian sấy kéo dài vật liệu nằm yên - Sấy khơng đều, sản phẩm có chỗ khơ chỗ ướt, dễ bị nứt nẻ - Mất nhiều lượng nhiệt tháo nạp liệu qua cửa không tận dụng hết nhiệt tác nhân sấy - Điều kiện làm việc khơng tự động, cần phải có nhân công, không đảm bảo vệ sinh - Cấu tạo đơn giản khó kiểm tra q trình * Một số hình ảnh hệ thống sấy đối lưu trình sấy Hình Bảng điều khiển Hình Calorife Hình Buồng sấy đối lưu Hình Quạt Hình Khoai tây trước sấy Hình Khoai tây sau sấy 1.4 Chọn thời gian sấy τ Việc xác định thời gan sấy đóng vai trị quan trọng tính tốn thiết kế vận hành thiết bị sấy Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy phụ thuộc vào loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học vật liệu, độ ẩm đầu độ ẩm cuối vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cung cấp nhiệt, chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm tương đối tốc độ tác nhân sấy) Phương pháp xác định thời gian sấy giải tích khó thực có độ xác thấp Thực tế thường chọn theo thực nghiệm mít thiết bị sấy đối lưu ta chọn thời gian sấy τ =4 1.5 Tính tốn q trình sấy Q trình sấy lý thuyết khơng có hồi lưu biểu diễn đồ thị I-d ( hình vẽ) 1.5.1 Thơng số q trình sấy đường cong sấy Bảng Thơng số q trình sấy Thời gian (giờ) 0.5 Độ ẩm (%) 36.5 25 24 1.5 22 21 2.5 17 15 3.5 13 11.5 Đường cong sấy 40 35 Độ ẩm (%) 30 25 20 15 10 0 Thời gian (giờ) 1.5.2 Cân ẩm cho trình Lượng ẩm bốc trình sấy: W =G ω1−ω ω −ω2 36.5−11.5 =G =2,4 =0,945 kg /h 100−ω 100−ω1 100−36.5 Khối lượng vật liệu đưa vào thùng sấy: G1=G2 +W =2,4+0,945=3,345 kg /h Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối: Gk =G1 100−ω1 100−36,5 =3,345 ≈ 2,124 kg /h 100 100 1.5.3 Tính tốn trạng thái khơng khí bên ngồi Vì khơng khí bên ngồi lấy vào thiết bị sấy khơng khí phân xưởng nên thường cao ổn định so với trạng thái khơng khí bên ngồi Trạng thái khơng khí ban đầu có t0 = 270C φ 0=81 % Từ ta có: Áp suất bão hòa nước theo nhiệt độ t0: Tại t0 = 270C => p0=0,03596 ¯¿ ( tra bảng nước nước bão hịa) Lượng ẩm khơng khí: d =622 φ0 p b h 0 , 81 , 03596 =622 =19,1 g /kgKKK p−φ0 pb h 0,98−0 , 81 ,03596 với p= p kq=1 at=0,98 ¯¿ - Enthalpy không khí ban đầu: I 0=t +0,001 d ( 2500+1,97 t ) ¿ 27+0 ,001 17,6 ( 2500+1,97 27 ) ¿ 71,94 kJ /kgKKK Thể tích riêng khơng khí ẩm: v 0= ¿ 287.T ( p−φ p0 ) ( 1+ 0.001 d ) 287 ( 27+273 ) ( 0,98 10 −0,81 0,03596 ) ( 1+0,001 19,1 ) ¿ 0,86 m /kgKKK 1.2.4 Tính tốn trạng thái khơng khí khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (calorife) Trạng thái không khí khỏi calorife có t 1=70o C ; d 1=d 0=19,1 g /kgKKK Áp suất bão hòa nước theo nhiệt độ t1: Tại t 1=70o C => p1=0,3117 ¯¿ ( tra bảng nước nước bão hịa) Enthapy khơng khí trạng thái 1: I 1=t +0,001 d ( 2500+ 1,97.t )=70+0 , 001 19,1 (2500+1,97 70) ¿ 120,38 (kJ/kgkkk) Độ ẩm khơng khí sau thiết bị calorife: φ 1= d1 p 19,1.0,98 = =0,0936=9,36 % (622+d 1) p ( 622+19,1 ) 0,3117 Thể tích riêng khơng khí ẩm: v1 = ¿ 287 T ( p−φ1 p 1) ( 1+0.001 d ) 287.(70+273) ( 0,98 10 −0,0936 0,3117 ) (1+0,001.19,1) ¿ 0,986m3 /kgKKK 1.2.5 Xác định nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thùng sấy Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm khơng thay đổi: I 1=I =120,38 kJ /kgKKK Nhiệt độ đốt nóng cho phép th: t h=2,218−4,343 ln ( τ ) + 23,5 0,37+0,63 ωtb Trong đó: t h nhiệt độ đốt nóng cho phép τ thời gian sấy ω tb độ ẩm trung bình trước sau sấy: ω tb =0,5 (36,5+11,5 )=24 % Vậy t h=2,218−4,343 ln ( )+ 23,5 o =41,28 ≈ 42 C 0,37 +0,63 0,24 Nhiệt độ TNS khỏi buồng sấy t2 = t h+ 10=52o C Áp suất bão hòa nước theo nhiệt độ t2: Tại t2 = 52oC => p2 = 0,13697 bar ( tra bảng nước nước bão hịa) Lượng ẩm khơng khí: I 1=I =t +0,001 d ( 2500+1,97 t 2) =120,38 kJ /kgKKK ¿> d 2= I 2−t 120,38−52 = 0,001.( 2500+ 1,97 t ) 0,001.(2500+1,97 52) ¿ 26,27 g/kgKKK Độ ẩm tương đối khơng khí sau thùng sấy: φ 2= d2 p 26,27 0,98 = =0,29=29 % (622+d ) p ( 622+26,27 ) 0,13697 Thể tích riêng khơng khí ẩm: v 2= ¿ 287 T ( p−φ2 p ) ( 1+0.001 d ) 287.(52+273) ( 0,98 10 −0,29 0,13697 ) (1+0,001.26,27) ¿ 0,93 m /kgKKK 1.2.6 Cân vật liệu cho tác nhân sấy Khơng khí khơ qua máy sấy xem khơng thay đổi q trình sấy Lượng khơng khí khơ tiêu tốn q trình sấy: L Lượng ẩm mà khơng khí sấy mang theo: L.d1 Lượng ẩm mà khơng khí mang khỏi thùng sấy: L.d2 Lượng ẩm bốc từ VLS: W Lưu lượng khơng khí khơ tiêu tốn q trình sấy là: L= W 0,945 1000 = =131,8 kgKKK /h d 2−d1 26,27−19,1 Lưu lượng thể tích TNS vào thùng sấy: V 1=v L=0,986 131,8=129,95m /h Lưu lượng thể tích TNS khỏi thùng sấy: V 2=v L=0,93 131,8=122,574 m /h 10 Lưu lượng thể tích trung bình: V tb = V 1+ V 129,95+122,574 3 = =126,262m /h=0,035 m / s 2 1.2.7 Tính tốn lượng tiêu hao tác nhân sấy Tiêu hao khơng khí lý thuyết : l 0= 1000 1000 = =139,47 kgKK /kg ẩm d 2−d1 26,27−19,1 Lượng khơng khí cần thiết sử dụng trình sấy: L0=l W =139,47 0,945=131,8(kgKK /h) 1.2.8 Tính tốn lượng nhiệt cung cấp cho trình sấy lý thuyết Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay kg ẩm bão hoà: q=l ( I −I )=139,47.(120,38−71,91)=6760,11kJ /kg ẩm Lượng nhiệt tiêu tốn cho trình sấy: Q=q W =6760,11 0,945=6388,3 kJ /h=1,77 kW 11 CHƯƠNG HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHƠNG 2.1 Khái niệm sấy chân khơng Sấy chân không phương pháp sấy môi trường gần chân không Vật sấy đưa vào buồng kín, sau sử dụng máy bơm chân khơng để tạo mơi trường chân khơng Mơi trường có áp suất thấp, khoảng 50mmHg ( Áp suất khí 760mmHg) Ở môi trường áp suất thấp nước sôi nhiệt độ thấp khoảng 30-400C Khi nước sôi đồng nghĩa với bốc nước diễn nhanh làm cho vật sấy khô nhanh với sấy nhiệt thơng thường Sấy chân khơng có ưu điểm tốt sấy lạnh thời gian sấy nhanh Và sản phẩm đầu đẹp, giữ cấu trúc, có độ giịn, xốp mà sấy lạnh hay sấy thơng thường khơng có Các sản phẩm sấy thường dược liệu, sấy hoa quả, thực phẩm có giá trị cao đáp ứng nhiệt độ sấy thấp, giữ chất lượng sản phẩm tốt so với sấy thông thường 2.2 Đặc điểm sấy chân khơng - Q trình sấy diễn phức tạp, đặc trưng cho tính khơng ổn định khơng thuận nghịch gồm q trình diễn đồng thời: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm lịng vật liệu, chuyển pha tách ẩm vào mơi trường xung quanh - Thiết bị làm việc theo chu kì - Vật liệu đưa vào buồng sấy theo mẻ - Nhiệt độ độ ẩm thay đổi theo thời gian sấy - TNS chuyển động tự nhiên hay cưỡng - VLS để khay, giá băng tải 2.3 Ưu điểm nhược điểm máy sấy chân không Ưu điểm: 12 Sấy chân không làm cho nước sản phẩm sôi nhiệt độ thấp nên sấy nhanh phương pháp sấy thông thường, Sấy chân không nhiệt độ sấy thấp nên giữ nguyên màu sắc, hương vị chất dinh dưỡng tính chất đặc trưng sản phẩm Sấy chân khơng khơng làm biến đổi tính chất vật lý, hóa học vật sấy Sấy chân khơng giữ ngun cấu trúc vật sấy (khơng móp méo, sẹp sấy thông thường) Sản phẩm sấy chân khơng có độ ẩm thấp ~1-3% nên bảo quản lâu Bộ điều khiển tự động, tự hoạt động theo cài đặt người sử dụng giúp sử dụng dễ dàng, tiết kiệm thời gian công sức người sử dụng Máy sấy chân khơng có áp suất nhỏ nên thành máy làm dày hơn, cứng cách nhiệt tốt Nhược điểm: Do máy có thêm phận hút chân khơng nên kích thước máy lớn cồng kềnh máy sấy nhiệt thể tích sấy Máy sấy sử dụng phương pháp sấy chân khơng có giá thành cao so với máy sấy nhiệt nhiều Chi phí sản xuất lớn nên khơng phù hợp với hộ gia đình kinh doanh nhỏ 2.3 Nguyên lý hoạt động Trong buồng sấy, VLS gia nhiệt điện trở khay chứa VLS Khi gia nhiệt cần gia nhiệt nhiệt độ thấp 500 oC Tác nhân sấy sau khỏi buồng sấy mang ẩm từ vật liệu lúc tác nhân sấy vào hệ thống lạnh Hệ thống lạnh đóng vai trò tách ẩm TNS tước bơm chân khơng hút thải ngồi Bơm chân khơng đóng vai trị tạo mơi trường chân khơng giảm áp suất mơi trường xung quanh làm cho nhiệt độ sôi, nhiệt độ bay ẩm vật liệu giả xuống giúp cho q trình ẩm diễn nhanh Khi ta gạt công tắc xoay 13 máy nén sang vị trí on quạt dàn ngưng chạy, đèn báo sáng, sau khoảng thời gian cài đặt Timer máy nén hoạt động, đèn báo sáng Khi ta gạt cơng tắc xoay resister sang vị trí on điện trở khay có điện nóng lên, đèn báo sáng Khi tác nhân sấy đạt nhiệt độ cài đặt thermostat điện trở điện, nhiệt độ tác nhân sấy giảm xuống giá trị delta cài đặt điện trở hoạt động lại Khi có cố cao áp thấp áp hệ thống báo đèn cịi đồng thời máy nén ngừng hoạt động 2.4 Tính tốn trình sấy * Một số hình ảnh hệ thống sấy chân khơng q trình sấy Hình Mơ hình hệ thống sấy chân khơng xưởng Nhiệt 14 Hình Tủ điều khiển hệ thống sấy chân khơng Hình 10 Máy nén hệ thống sấy chân khơng 15 ... HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU 1.1 Khái niệm sấy đối lưu Hệ thống sấy đối lưu (sấy buồng) hệ thống sấy đối lưu phổ biến dùng để sấy loại vật liệu sấy khác Các dạng vật liệu thường sử dụng cho sấy đối lưu. .. 2.4 Tính tốn q trình sấy * Một số hình ảnh hệ thống sấy chân khơng q trình sấy Hình Mơ hình hệ thống sấy chân khơng xưởng Nhiệt 14 Hình Tủ điều khiển hệ thống sấy chân khơng Hình 10 Máy nén hệ thống. .. cho trình sấy: Q=q W =6760,11 0,945=6388,3 kJ /h=1,77 kW 11 CHƯƠNG HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG 2.1 Khái niệm sấy chân không Sấy chân không phương pháp sấy môi trường gần chân không Vật sấy đưa vào