(TIỂU LUẬN) báo cáo cung cấp nhiệt đề tài thiết kế máy sấy lạnh nguyên liệu chuối với năng suất 50 kg 1 mẽ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH - - Báo cáo Cung Cấp Nhiệt Đề tài: Thiết kế máy sấy lạnh nguyên liệu chuối với suất 50 kg/ mẽ Thành viên thực : Nguyễn Lê Tuấn Anh Diệp Thanh Bình Nguyễn Thế Dũng Lớp : ĐHNL12B Tp Hồ Chí Minh ,ngày 15 tháng năm 2019 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 2|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Lời nhận xét giáo viên 3|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triền từ năm 50 đến 60 kỷ XX Viện trường Đại học giới chủ yếu để giải vấn đề bảo quản vật liệu cho công nghiệp nông nghiệp Trong năm 70 trở lại người ta ứng dụng kỹ thuật để tạo sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm đa đạng thêm mặt hàng sản phẩm như: rau củ sấy, cá khô, tôm khô, sữa, cà phê,… Nước ta nằm vùng nhiệt đới ẩm gió mùa, việc nghiên cứu phát triển công nghệ sấy để sấy loại nguyên vật liệu mang ý nghĩa đặt biệt: Giảm trọng lượng, giảm chi phí chuyên chở, ngăn cản sống xót vi sinh vật thực phẩm, kết hợp phương pháp sấy để tiết kiệm lượng, nghiên cứu công nghệ sấy để phù hợp với loại vật liệu, có thời gian bảo quản chất lượng cao Trong nhiều loại trái cây, chuối loại ăn quan trọng giới Tuy nhiên, chuối ngắn ngày, thời gian thu hoạch nhanh (60-90 ngày) tạo áp lực tiêu thụ lớn đặc biệt vào đỉnh vụ, khối lượng sản phẩm lớn gây ứ đọng, dễ bị hư hỏng thời tiết nắng nóng, giá bán thấp gây thiệt hại nhiều cho nông dân Do để giảm tổn thất chuối sau thu hoạch, biện pháp hiệu áp dụng sấy khô để kéo dài thờ gian bảo quản, sau lựa chọn thời điểm thị trường thích hợp để tiêu thụ.Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy chuối phù hợp nhằm tạo sản phẩm sấy có chất lượng cao với giá thành chế tạo chi phí sấy thấp vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn nhu cầu cấp thiết để ổn định phát triển chuối giai đoạn Trong đồ án này, chúng em chọn thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm chuối chín Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành, kiến thức tài liệu tham khảo hạn chế nên khơng tránh khỏi sai xót Chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình giảng viên TS.Nguyễn Hiếu Nghĩa để chúng em hồn thành tốt đồ án TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2019 Người thiết kế 4|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Mục lục : Lời nhận xét giáo viên .3 LỜI NÓI ĐẦU 1.1 Nguyên liệu 1.1.1 Tình hình sản xuất chuối 1.1.2 Phân loại chuối giá trị dinh dưỡng chuối 10 1.1.3 Thành phần dinh dưỡng chuối 12 1.2 Các thông số ban đầu 12 1.3 Giới thiệu máy sấy lạnh 13 1.3.1 Cấu tạo 13 CHƯƠNG Cơ sở lý thuyết 14 2.1.1 Ưu điểm phương pháp sấy lạnh 15 2.1.2 Nhược điểm phương pháp sấy lạnh 15 2.1.3 Tủ sấy lạnh mini 15 2.1.4 Tủ sấy lạnh 16 2.2 Một số cơng thức tính tốn thiết bị sấy: 17 2.2.1 Quá trình sấy lý thuyết : 17 2.2.2 Tính tốn thông số điểm nút TNS 18 2.2.3 Thời gian sấy τ 20 2.2.4 Tính tốn nhiệt q trình 21 CHƯƠNG Thông số tác nhân sấy nguyên liệu sấy 23 3.1 Khơng khí ban đầu: 23 3.2 Khơng khí sau đốt nóng : 23 3.2.1 Bảng thông số điểm nút lý thuyết 24 3.3 Tốc độ sấy thời gian sấy 24 5|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 3.3.1 Tốc độ sấy 24 3.3.2 Thời gian đốt nóng vật liệu : 25 3.3.3 Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc τ 26 3.3.4 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc τ 26 3.4 Tính cân vật chất: 27 3.5 Tính cân lượng cho trình sấy lý thuyết 27 3.6 Tính tốn thiết bị 28 3.6.1 Diện tích buồng sấy 28 3.6.2 Xây dựng trình sấy thực tế đồ thị I-d 29 3.6.3 Tính tốn tổn thất nhiệt ∆ 30 3.6.4 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang qm 33 3.6.5 Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc 33 3.6.6 Nhiệt hữu ích ẩm mang vào q1 34 3.7 Quá trình sấy thực 35 3.7.1 Tính tốn q trình sấy thực tế 36 3.7.2 Tính tốn nhiệt q trình sấy thực tế 38 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT 40 4.1 Các thành phần bơm nhiệt (Cơ sở lý thuyết ) 40 4.1.1 Môi chất cặp môi chất 40 4.1.2 Máy nén lạnh 40 4.1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt 40 4.1.4 Thiết bị phụ bơm nhiệt 40 4.1.5 Thiết bị ngoại vi bơm nhiệt 41 4.2 Chọn môi chất nạp 41 4.2.1 Nhiệt độ ngưng tụ 42 4.2.2 Nhiệt độ bay 42 4.2.3 Nhiệt độ hút 42 4.3 Tính tốn chu trình bơm nhiệt máy lạnh 43 4.3.1 Chọn chu trình 43 6|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 4.3.2 Sơ đồ, nguyên lý làm việc 43 4.3.3 Xây dựng đồ thị lập bảng xác định giá trị điểm nút 44 4.3.4 Hệ số nhiệt bơm nhiệt: 48 4.3.5 Chọn máy nén 51 4.3.6 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt khơng khí) 53 4.3.7 Dàn bay (Thiết bị làm lạnh khơng khí) 54 4.4 Chọn Đường ống dẫn môi chất 55 4.4.1 Đường ống đẩy 55 4.4.2 Đường ống hút 56 4.5 TÍNH TỐN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT 56 4.5.1 Tính tốn đường ống dẫn tác nhân sấy 56 4.5.2 Tính toán trở lực hệ thống 58 4.5.3 Chọn quạt 60 CHƯƠNG Tính thời gian hồn vốn vẽ thiết kế 62 5.1 Thời gian hoàn vốn 62 5.2 Bản vẽ vẽ chi tiết 65 KẾT LUẬN 71 Tài liệu tham khảo 72 7|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu 1.1.1 Tình hình sản xuất chuối Chuối chiếm khoảng 15% tổng sản lượng trái toàn giới Khoảng 98% sản lượng chuối giới trồng nước phát triển suất sang nước phát triển Vào năm 2004 có tổng cộng 130 quốc gia suất chuối.Tuy nhiên việc sản suất chuối thường tập trung vào số nước định Mưới nước sản suất chiếm tới 37% sản lượng chuối giới vào năm 2004.Trong Ấn Độ, Braxin Trung Quốc chiếm nửa giới Điều ngày tăng lên cho thấy tập trung hóa phân phối chuối tồn giới.2 Bảng 1.1 Sản lượng chuối Brazil, India, China Thế Giới năm 2004 (Đơn vị: tấn)3 Năm Nước Ở nước ta chuối loại trái có diện tích trồng sản lượng cao Nó chiếm 19% tổng diện tích ăn trái Việt Nam hàng năm, cho sản lượng khoảng 1,4 triệu Tuy nhiên, diện tích trồng chuối lại không tập trung Do đặc điểm loại ngắn ngày, nhiều cơng dụng tốn diện tích nên chuối trồng nhiều nơi vườn ăn trái hộ gia đình Một số tỉnh miền Trung miền Nam có diện tích trồng chuối lớn (Thanh Hóa, Nghệ An, Khánh Hịa, Đồng Nai, Sóc Trăng, Cà Mau có diện tích từ 3.000 đến gần 8.000 ha) Trong tỉnh miền Bắc có diện tích trồng chuối lớn Hải Phòng, Nam Định, Phú Thọ…chưa đạt đến 3.000 8|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Bảng 1.2 Diện tích trồng chuối theo vùng qua năm (Đơn vị: ha)[3] D Đồ Bảng 1.3 Sản lượng chuối theo vùng qua năm (Đơn vị: tấn)[3] 9|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Trong năm 2017 vừa qua, Đơng Nam Bộ địa phương có diện tích trồng chuối lớn Tây Ninh, Đồng Nai người trồng chuối lỗ nặng, giá chuối mua vườn hạ xuống từ 2000 đến 3000 đồng/kg, chí có nơi cịn 500 đồng/kg Ngun nhân là nơi tập trung trồng chuối nhiều, có sản lượng lớn sức mua thấp Thương lái đến mua với giá rẻ mua chuối đẹp, Hợp đồng bán chuối với doanh nghiệp bị trì trệ Chuối mau chín, nhiều gia đình để chuối chin rụng ngồi vườn mà khơng thu hoạch nên gây ứ đọng Một số chủ vườn buộc phải để chuối chín vườn bỏ cho gia súc, gia cầm ăn gây lãng phí Từ biện pháp đề để xử lý lượng chuối tồn đọng sau thu hoạch sấy bảo quản 1.1.2 Phân loại chuối giá trị dinh dưỡng chuối Chuối loại nhiệt đới trồng 107 quốc gia 3… Việt Nam nước nhiệt đới xứ sở chuối Trải dài khắp đất nước, từ đồng đến miền núi mùa có mùa chuối Cây chuối Việt Nam xem rau, lương thực thực phẩm thiếu cho người vật nuôi Bảng1.4 Phân loại theo tên gọi thông thường [3] Tên gọi Chuối sứ Chuối cau 10 | P a g e 60 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Tổn thất cục tính theo cơng thức: Vậy tổng tổn thất đường ống gió: d) ΔP1 = b) = 2,75 + 87,7 = 90,46 mmH2O Tổn thất qua thiết bị hệ thống Tính ΔP2 : trở lực thiết bị lọc bụi, buồng xử lý khơng khí, buồng sấy Trở lực thiết bị lọc bụi tùy theo kiểu lọc bụi khác mà trở lực khác Trong hệ thống mật độ bụi không nhiều nên ta chọn thiết bị lọc bụi đơn giản lọc bụi kiểu lưới Theo mục 9.2.2.5 - Thiết bị lọc bụi kiểu lưới - trang 196/[25] trở lực lưới lọc nằm khoảng 30 ¿ 40 Pa Ta chọn trở lực lưới sử dụng hệ thống sấy 35 Pa = 3,57 mmH2O Trở lực buồng sấy phụ thuộc vào kiểu buồng sấy, cách bố trí sản phẩm sấy, mật độ sấy… mà trở lực buồng sấy lớn hay nhỏ người ta xác định trở lực theo kinh nghiệm Hệ thống sấy chọn trở lực buồng sấy mmH2O Trở lực qua buồng xử lý kh ΔP'=(30÷70) Với ω = m/s ta chọn trở lực qua buồng xử lý khơng khí 68 mmH2O Vậy mmH2O Như tổng tổn thất trở lực hệ thống là: ΔP = ΔP1 + ΔP2 = 90,46 + 76,57 = 298,3 mmH2O =2925,33 Pa 4.5.3 Chọn quạt [1] Theo Giáo trình Lý thuyết, tính tốn thết kế hệ thống sấy – Bùi Trung Thành, ta có suất quạt N là: 61 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Vρ0 ΔP N=k 3600 102 ρ η ;kW q Trong đó: V - lưu lượng nhiệt độ trung bình tác nhân sấy, m3/h ΔP - tổng cột áp quạt phải thực hiện, mmH2O k - hệ số dự phòng, k =(1,1 ¿ 1,2) Chọn k = 1,1 η q ρ - hiệu suất quạt, η =(0,4÷0,6 ) q Chọn η =0,6 q - khối lượng riêng khơng khí điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3 ρ0=1 ,293 kg/m ρ - khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ trung bình TNS, kg/m3 Thay số: ΔP Từ suất quạt N=11,52 (Kw), lưu lượng V cột áp theo https://ifan.com.vn/san-pham/quat-ly-tam-cao-ap-926a-96.html Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật quạt ly tâm cao áp 62 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Model : 5A Năng suất quạt: V =6349 m3/h Cột áp quạt: Công suất động : N = 15 kW Số vòng quay: n = 2930 Vg/ph 63 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt CHƯƠNG Tính thời gian hoàn vốn vẽ thiết kế 5.1 Thời gian hoàn vốn Thời gian hoàn vốn thiết bị phụ thuộc vào giá thành thiết bị, giá thành sản phẩm sấy, giá thành mua nguyên liệu, giá thành điện năng, thuê nhân công,… * Theo giá thành thị trường giá gói chuối sấy có khối lượng 250g dao động khoảng 43.500 VNđ ( tính đến đóng gói mặt hàng ) Nhóm em chọn giá chuối sấy loại 250g 43.500 VNđ, giá kg mít sấy là: Ts = 43.500.4 = 174.000 VNđ Tuy nhiên với giá bán nhà sản xuất, ta lấy Ts = 164.000 VNđ Như với sản lượng mẻ sấy 50 kg ta tính số tiền thu sau mẻ sấy là: 64 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Tmẻ = Ts.G2 = 164.000x50 = 8.200.000 VNđ Theo thực tế, để mua 1kg chuối tươi thị trường giá sàn 15.000 đồng/kg Năng suất buồng sấy 200 kg/mẻ Tuy nhiên, phần thịt ăn trái chiếm khoảng 90 – 95% trọng lượng [3] Ta xem phần thịt ăn chiếm 90% Như vậy, giá thành mua nguyên liệu để sấy mẻ là: TNL = 200 ¿ 15000 ¿ 100/90 = 3.333.333 VNđ/mẻ Khoản đầu tư ban đầu để xây dựng hầm sấy, mua quạt, máy nén, dàn ngưng chi phí cho bảo dưỡng sữa chữa trình sấy, tổng vốn đầu tư cho tồn buồng sấy ước tính đạt P = 300 triệu VNđ Bảng 5.1 : Số liệu vật tư cần cho máy sấy lạnh Sả G Dà D M Q Kh A Bảo Đ Máy đo n k N Ố D Thi c 65 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt * Tiền nhân công người là: 180 000 VNđ/1người Số công nhân phục vụ: người chia làm ca tối, ca tiếng Vậy chi phí cho nhân công là: 180 000 x = 360.000 VNđ/1mẻ * Chi phí điện gồm thiết bị: máy điều hịa, quạt, đèn chiếu sáng Giá điện cơng nghiệp: Bảng 5.2: Giá điện bán lẽ tập đoàn EVN Chí phí điện để sấy mẻ : ( chủ yếu vào ca tối từ 22 h đến h ) (Tổng điện tiêu thụ) x (Giá điện 1kWh) x (Thời gian sấy) = (294 x 970 x 6)+(294x1.536 x4,163)= 3.590.024 VNđ/mẻ Tổng chi phí cho mẻ sấy là: Tcp =3.333.333 + 3.590.024 + 360.000 = 7.283.357 VNđ/1mẻ * Lãi suất thu sau mổi mẻ sấy là: T = Tmẻ - Tcp = 8.200.000 – 7.283.357 = 916.643 VNđ Lãi suất năm mà hệ thống đem lại: Trên thực tế, Chuối thu hoạch quanh năm Nếu hệ thống dùng để sấy chuối khoảng thời gian hoạt động liên tục năm sấy Mít khoảng 365 ngày Mổi ngày sấy mẻ (thời gian sấy mẻ 11 tiếng) Do đó: A = T.365 =916.643x365 = 334.574.695 VNđ = 334 triệu VNđ Tuổi thọ hệ thống đạt N = 10 năm 66 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt * Khấu hao tài sản cố định hệ thống năm là: i = 10% Xem giá trị lại hệ thống VNđ (Các thiết bị hết giá trị sử dụng) thu nhập hàng năm Ta có cơng thức tính thời gian hoàn vốn: ( = -P + A(P/A, i%, Tp) = - P + A T 1+i) P−1 i (1+i)T P Ta rút ra: Vậy thời gian hồn vốn hệ thống làm việc khơng gặp trở ngại 0,97 năm 5.2 Bản vẽ vẽ chi tiết 67 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 68 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 69 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 70 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 71 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt 72 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt KẾT LUẬN *Trên sở phân tích, so sánh tính tốn thiết kế trên, ta rút kết luận sau: _Để sấy 200 kg chuối với độ ẩm vật liệu 80% cho ta sản phẩm đầu 50kg ,độ ẩm vật liệu 20% Thì ta cần 10,163 h sấy nhiệt độ buồng sấy cần đạt 400C _Thời gian hồi vốn nhanh 11 tháng hồi vốn , lãi suất năm thu cao 334 triệu VNđ _ Với hệ thống sấy Chuối thiết kế, ta dùng để sấy sản phẩm hoa khác tương tự như: Mít, Xồi, Chuối chưa đến mùa thu hoạch nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục để nâng cao hiệu kinh tế hệ thống đảm bảo nâng cao thu nhập cho người công _Đối với hệ thống sấy lạnh việc tính tốn, thiết kế dựa nhiều vào công thức lý thuyết, cho nhiều tài liệu khác Song việc tính tốn chưa nêu hết khía cạnh khác, nguyên liệu sấy chuối khơng có nhiều tài liệu tham khảo nhóm khơng có kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi sai số q trình thiết kế Để thiết kế xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra chọn chế độ làm việc tối ưu thời gian hạn hẹp nên nhóm khơng thể làm đầy đủ thực nghiệm 73 | P a g e Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Tài liệu tham khảo [1] PGS.TS Bùi Trung Thành (2011) GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ,TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY [2] PGS.TS Nguyễn Đức Lợi (2005).Bài giảng : HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH [3FAOSTAT, 'Prodstat Crops: Tổ Chức Lương Thực Thực Phẩm Thế Giới', (2005) [4] Võ Long Hải ,Bài giảng truyền nhiệt tính tốn q trình trao đổi nhiệt [5] https://www.evn.com.vn/c3/evn-va-khach-hang/Bieu-gia-ban-le-dien-9-79.aspx [6] https://ifan.com.vn/san-pham/quat-ly-tam-cao-ap-926a-96.html [7] http://vattulanh.vn/san-pham/dan-lanh-cong-nghiep-meluck/ 74 | P a g e ... R 21, R 113 , R 114 , R12B1, R142… 4 .1. 2 Máy nén lạnh Cũng máy nén lạnh, máy nén phận quan trọng bơm nhiệt Tất dạng máy nén máy lạnh ứng dụng bơm nhiệt Đặc biệt quan trọng máy nén piston trượt, máy. .. Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Ta có ? ?1'' = 10 0% d 1'' = d4’ = 0, 013 3 kg/ kgkkk Tra đồ thị I-d ta có t1’ = 18 oC Phân áp suất bão hịa nước Pbh1’ = Exp Entanpi khơng khí điểm số 1? ?? I1’ = 1, 0048.t1’ + d1’( 2500 ... 65 KẾT LUẬN 71 Tài liệu tham khảo 72 7|Page Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt TỔNG QUAN 1. 1 Nguyên liệu 1. 1 .1 Tình hình sản xuất chuối Chuối chiếm khoảng 15 %