ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CNSH VÀ CNTP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - - ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CNSH VÀ CNTP Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực Lớp Mssv : : : : TS Nguyễn Ngọc Hoàng Đỗ Thị Vân Anh KTTP04- K62 20174420 Hà Nội - 2021  LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan nguyên liệu 1.Giới thiệu nấm linh chi đỏ 2.Thành phần công dụng nấm linh chi đỏ Phân loại Chương : Tổng quan công nghệ thiết bị 12 2.1 Tổng quan công nghệ 2.1.1 Khái niệm sấy 2.1.2 Mục đích 2.1.3.Các phương pháp tách ẩm 2.1.4 Phân loại phương pháp sấy 2.1.5.Nguyên lí q trình sấy 2.1.6.Các loại tác nhân sấy 2.1.7 Ưu nhược điểm trình sấy 2.2 Tổng quan thiết bị 2.2.1.Buồng sấy 2.2.2 Hầm sấy 2.2.3.Sấy tháp 2.2.4 Sấy thùng quay 2.2.5 Sấy khí động 2.2.6 Thiết bị sấy tầng sôi 2.2.7 Thiết bị sấy phun 2.3 Công nghệ sấy nấm linh chi 2.4 Lựa chọn phương pháp sấy chế độ sấy Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống sấy buồng –Sấy nấm linh chi đỏ 20 3.1.Tính tốn thơng số vật liệu 3.2 Tính tốn q trình sấy lí thuyết 3.2.1 Trạng thái khơng khí bên ngồi.( điểm A) 3.2.2 Trạng thái khơng khí vào buồng sấy.( điểm B) 3.2.3 Trạng thái khơng khí khỏi buồng sấy.(điểm C) 3.2.4 Lượng khơng khí khơ lí thuyết 3.2.5 Nhiệt lượng tiêu hao 3.3 Xác định kích thước buồng sấy 3.3.1 Khay đựng vật liệu 3.3.2 Chọn kích thước xe goong 3.3.3 Kích thước buồng sấy 3.4.Tính tốn q trình sấy thực tế 3.4.1 Xác định tổn thất 3.4.2 Tính tốn q trình sấy thực tế 3.4.3 Tính tốn cân nhiệt Chương : Tính tốn thiết bị phụ trợ 33 4.1.Chọn Calorrifer 4.2 Chọn quạt cho buồng 4.2.1 Tính tốn trở lực 4.2.2 Chọn quạt Tài liệu tham khảo 41 LỜI MỞ ĐẦU Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều công nghệ sản xuất đời sống thực tế Đặc biệt, ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng,…kỹ thuật sấy đóng vai trị quan trọng dây chuyền sản xuất Sản phẩm sau sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản , vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Một q trình quan trọng cơng nghệ sản xuất sấy nấm linh chi Nấm linh chi có giá trị dinh dưỡng cao, tốt cho sức khỏe người bảo quản tươi dễ hỏng Gần nhiều ý kiến cho nấm linh chi đóng vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế toàn cầu kỷ 21 – có giá trị dinh dưỡng cao Một số giống nấm linh chi có chứa lượng vitamin, chất khoáng protein cao Để đáp ứng nhu cầu vấn đề đặt ta vận chuyển sao, với khối lượng nấm linh chi không Do phải địi hỏi góp mặt dây chuyền sản xuất cơng nghệ sấy giải pháp Sấy giúp cho công việc bảo quản vận chuyển đường thuận lợi, đồng thời hành thành phẩm bảo đảm chất lượng giá trị cảm quan Do tính chất thành phần nấm linh chi sấy phải giữ tính chất giá trị cảm quan giá trị dinh dưỡng nên sử dụng môt số loại thiết bị sấy tủ, sấy buồng, sấy thùng quay, sấy hầm…Tuy nhiên thông dụng sấy kiểu sấy buồng Đặc điểm hệ thống sấy buồng , tính chất cấu tạo , hệ thống sấy chu kì mẻ Do suất sấy khơng lớn Tuy nhiên , sấy nhiều dạng vật liệu sấy khác từ vật liệu dạng cục, hạt đến vật liệu dạng thanh, Trên sở kiến thức học hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Hoàng đồ án mơn học này, em xin trình bày đề tài “ Tính tốn thiết kế buồng sấy, sấy nấm linh chi với suất đầu 150kg/mẻ ” với nội dung bao gồm phần sau : Chương :Tổng quan nguyên liệu Chương 2: Tổng quan cơng nghệ thiết bị Chương 3: Tính tốn cơng nghệ sấy Chương 4: Tính tốn thiết bị phụ Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót q trình tính tốn , thiết kế đồ án này, mong thầy góp ý để làm em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Chương 1: Tổng quan nguyên liệu Giới thiệu nấm a, Tổng quan nấm Nấm linh chi, tên khoa học Ganoderma lucidum, loại nấm lỗ thuộc chi Ganoderma, họ Nấm lim (Ganodermataceae) Nấm linh chi có tên khác Tiên thảo, Nấm trường thọ, Vạn niên nhung Nấm Linh chi dược liệu mà người từ xa xưa biết dùng làm thuốc Trong Thần nông thảo nấm linh chi xếp vào loại siêu thượng phẩm nhân sâm, Bản thảo cương mục nấm linh chi coi loại thuốc quý, có tác dụng bảo can (bảo vệ gan), giải độc, cường tâm, kiện não (bổ óc), tiêu đờm, lợi niệu, ích vị (bổ dày); gần nhà khoa học Trung Quốc Nhật Bản phát nấm linh chi cịn có tác dụng phịng chống ung thư, chống lão hóa làm tăng tuổi thọ b, Tình hình phát triển nấm Việt Nam tiềm năng: Sự phát triển nghề trồng nấm có nhiều nguyên nhân, tiến khoa học kỹ thuật, bùng nổ công nghệ thông tin hình thành hiệp hội nấm Tuy nhiên vấn đề chủ yếu hiệu nấm trồng Một ngành nuôi trồng sử dụng ngun liệu phế liệu ngành nơng, cơng nghiệp bã mía, bơng thải, mạt cưa… bị cạnh tranh ngành khác, sản phẩm lại nguồn thực – dược phẩm q Ngành ni trồng nấm dễ phát triển lý sau:  Điều kiện thiên nhiên ưu đãi, tỉnh phía Nam Chênh lệch nhiệt độ tháng lạnh tháng nóng khơng nhiều lắm, nên trồng nấm quanh năm Điều kiện độ ẩm cao thuận lợi cho nấm phát triển Độ ẩm thấp trung bình thành phố Hồ Chí Minh không nhỏ 80%  Nguồn nguyên liệu dồi dào, năm khai thác khoảng 3,5 triệu m3, chế biến sản phẩm cung cấp lượng mạt cưa khổng lồ cho ngành trồng nấm, chưa kể phế liệu khác chiếm số lượng lớn cùi bắp (cùi ngơ), bã mía, bơng thải…  Lực lượng lao động nhàn rỗi đông, lĩnh vực nông nghiệp (chiếm 80% dân số nước), tham gia trồng nấm sản lượng lớn  Nhiều nơi có truyền thống trồng nấm lâu đời Bình Chánh (Tp HCM), Long An… phát triển nghề nấm Cần Thơ, Sóc Trăng, Long Khánh, Hóc Môn (Tp HCM)…bên cạnh đội ngũ kỹ thuật rèn luyện thực tế ngày nhiều, hạt nhân thúc đẩy phong trào trồng nấm lan rộng  Ngành chế biến xuất nấm bước đầu với lợi nhuận tương đối, khuyến khích người trồng nấm Tóm lại, phát triển ngành trồng nấm nước ta điều tất yếu Nó khơng giải vấn đề lao động mà đem lại cải cho xã hội Tuy nhiên để nghề trồng nấm nhanh chóng phát triển nước ta, bên cạnh vận động theo nhu cầu xã hội, cần có nhiều đầu tư mặt khoa học giống nấm, kỹ thuật nuôi trồng, vấn đề phịng bệnh, chế biến sản phẩm, cung cấp thơng tin huấn luyện kỹ thuật trồng nấm có sách ưu đãi cho người trồng nấm cho vay vốn ưu đãi, miễn giảm thuế… Thành phần công dụng nấm linh chi Chất Tỷ lệ Lượng nước 12% – 13% Xenlulozo 54% – 56% Lignin 13% – 14% Hợp chất Nito 1.6% – 2.1% Chất béo (kể dạng xà phòng hóa) 1.9% – 2% Hợp chất Sterol tồn phần 0.11% – 0.16% Alcaloide Glucoside tổng số 1.82% – 3.06% Nấm linh chi chứa hợp chất đa đường ( 45% số lượng ): arabinogalactane, beta-Dglucane; ganoderane A,B et C - Nấm linh chi chứa Triterpene : acide ganoderic A,B,C,D,F,H, K,M,R,S, Y - Nấm linh chi chứa Ganodermadiol phân sinh loại acide lanostaoic - Nấm linh chi chứa Esteroides: Ganodosterone - Nấm linh chi chứa Acide béo chưa bảo hòa - Nấm linh chi chứa Chất đạm protide: Ling Zhi-8, glycoproteine (lactine ) - Nấm linh chi chứa khoáng chất : calcium, germanium, K, Mg, Fe, Mn, Zn, Ca, Be, Cu, Ag, Al, Na, v….v… - Nấm linh chi chứa chất khác như: manitole, adenine, trechalose, uracine, lysine, acide stearic, tất nhiều acide amine - Những chất hợp chất đa đường có trọng lượng phân tử cao nấm linh chi, làm tăng đề kháng thể, chống chứng ung thư; cụ thể làm tăng chất cytocine đại thực bào ( macrophages ) hạch dịch bào ( lymphocytes ) làm tăng lượng interleucine ( IL ) beta, IL-6, IL-2, yếu tố làm hủy hoại tế bào ung thư alpha phát tiết tế bào interpheron gamma - Chất interpheron alpha gamma chất chống chống siêu vi trùng, chống độc nhiễm giảm đường máu, chúng có tác dụng giảm phản ứng phụ chất thuốc khác - Về thành phần hóa học chất triterpene nấm linh chi có tác dụng chống viêm sưng, giảm lượng mở thừa máu, hạ huyết áp bảo vệ tốt cho gan Tác dụng chất ganodosterone củng cố Theo chuyên gia y tế nấm linh chi có dụng chống bệnh sơ gan, làm giảm chất collagène gan, điều hòa lại hoạt động tế bào gan Lingzhi-8 Lingzhi-8 chứng minh tác nhân chống dị ứng phổ rộng điều hòa miễn dịch hữu hiệu, đồng thời có khả trì tạo kháng thể chống kháng nguyên viêm gan B -Là dược chất quý hiếm, có hiệu cao nhờ chế kìm hãm phát triển tế bào ung thư Qua đó, khối u ung thư bị hạn chế mặt kích thước tốc độ phát triển, ngăn cản di Lingzhi-8 giúp tăng cường hệ miễn dịch thể nhằm tiêu diệt virus, vi khuẩn xâm nhập gây bệnh -có tác dụng kích thích phát triển tế bào gai, đảm bảo hoạt động Bạch cầu, chống lại chất độc hại có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Lingzhi-8 ngăn ngừa hình thành phát triển yếu tố gây bệnh tim mạch Adenosine dẫn xuất Adenosine loại “Nucleoside nội sinh” có tất tế bào thể, điều tiết nhiều q trình sinh lý bao gồm: “giãn mạch, bảo vệ tim, viêm chức tiểu cầu“ Một vai trò quan trọng Adenosine giúp hình thành hợp chất khác, bao gồm: “Adenosine Monophosphate (AMP), thành phần DNA/RNA Adenosine Triphosphate (ATP) hoạt động nguồn nhiên liệu tế bào“ Dẫn xuất Adenosine bật nhóm Ganoderma Lucidum G Capense với tác dụng thư giản giảm đau ức chế kết dính tiểu cầu Adenosine liên kết với thụ thể Purinergic tế bào, tạo số đáp ứng sinh lý có lợi Hoạt động Adenosine não, cơ, tim quan khác bao gồm: Giãn mạch tăng tuần hoàn máu  Điều chế giải phóng chất dẫn truyền thần kinh  Hỗ trợ hoạt động khớp  Bảo vệ thần kinh để ứng phó với cân oxy hóa  Chống triệu chứng co giật  Điều tiết tăng sinh tế bào T sản xuất Cytokine  Ức chế Lipolysis  Kích thích co thắt phế quản  Giúp thích nghi với luyện tập thể dục, qua cải thiện độ bền, tăng sức mạnh Tóm lại, Adenosine mang lại nhiều tác dụng tốt cho thể:        Giúp giảm triệu chứng liên quan đến ung thư Cung cấp lượng, hỗ trợ trao đổi chất tốt Lợi ích tốt tim mạch Hỗ trợ giấc ngủ ngon Giúp da khỏe mạnh Tăng cường hiệu suất phục hồi thể chơi thể thao Cyclooctasulfur Hoạt chất Cyclooctasulfur tìm thấy nhiều tự nhiên như: “ở nước, suối khoáng, muối Epsom, số loại nấm đặc biệt có Nấm Linh Chi“ Được sử dụng nhiều sản xuất số loại thuốc mỡ điều trị da như: “thuốc trị ghẻ, thuốc trị nấm,…“ Là thành phần số loại thuốc giúp chống viêm nhiễm, đẩy nhanh tiến độ chữa lành vết thương Các nghiên cứu Nấm Linh Chi cho thấy có chứa chất Cyclooctasulfur có lợi cho sức khỏe người sử dụng như: “tác dụng việc làm đẹp, giúp nhuận tràng, giải độc thể“ 10 Trong : + ∆𝐵 khoảng cách từ tường đến xe + ∆𝑥 khoảng cách xe  Chiều cao buồng : 𝐻𝑏 = 𝐻𝑥 + ∆𝐻 + 𝑑 + 𝑑 ′ = 1300 + 80 + 100 + 30 = 1510𝑚𝑚 Với:+ d =100mm đường kính bánh xe + d’=30mm khoảng cách mặt đáy xe phần bánh xe + ∆𝐻 khoảng cách vật liệu khay xe với trần buồng Kích thước phủ bì buồng :  Chiều dài phủ bì buồng : 𝐿 = 𝐿𝑏 + 2𝛿1 + 2𝛿2 + 2𝛿𝑝 = 3030 + 2.5 + 2.10 + 2.75 = 3210𝑚𝑚  Chiều rộng phủ bì buồng : 𝐵 = 𝐵𝑏 + 𝛿1 + 2𝛿2 + 2𝛿𝑝 = 1790 + 2.5 + 2.10 + 2.75 = 1970𝑚𝑚  Chiều cao phủ bì buồng : 𝐻 = 𝐻𝑏 + 𝛿𝑔 + 𝛿1 + 𝛿2 + 𝛿𝑝 = 1510 + 90 + + 10 + 75 = 1690𝑚𝑚 ( Với 𝛿1 =5mm chiều dày lớp thép bao bên ngoài, δ2=10mm chiều dày lớp thép bên tường buồng sấy, 𝛿𝑝 = 75𝑚𝑚 lớp thủy tinh cách nhiệt,δg chiều dày lớp gạch nền) Vậy :         Buồng (L, B, H )(mm)=(3210; 1970; 1690) Xe (L, B, H )(mm)=(990; 790; 1300 ) Khay (L, B, H )(mm)=(930; 730; 30 ) Số lượng xe :4 xe Khối lượng vật liệu xe :8,5.13=110,5 kg Số lượng khay : 4.13=52 khay Khối lượng xe goong : 90kg Khối lượng xe chất vật liệu : m=110,5+90=200,5kg 27 3.4.Tính tốn q trình sấy thực tế B φ1 φ2 I1=I2 φ2' I 2’ C t2 ’ 𝜑0 t0 d (kg ẩm/kg KK) d0 = d1 d2’ d2 3.4.1 Xác định tổn thất 3.4.1.1 Tổn thất vật liệu mang Để tính tổn thất vật liệu sấy mang trước hết ta phải biết nhiệt độ vật liệu sấy khỏi buồng sấy , thường thấp nhiệt độ tác nhân sấy 510℃ , ta chọn chênh lệch 5℃ Vậy nhiệt độ vật liệu khỏi thiết bị sấy 65oC 𝑄𝑚 = 𝐺𝑚 𝐶𝑚 (𝑡𝑚2 − 𝑡𝑚1 ) Trong : + Gm : Lượng vật liệu khỏi thiết bị + Cm : Nhiệt dung riêng vật lieu khỏi thiết bị + tm1, tm2, nhiệt độ vào vật liệu sấy + Cn : Nhệt dung riêng nước + W2: độ ẩm tuyệt đối vật liệu khỏi thiết bị + Ck : Nhiệt dung riêng vật khô tuyệt đối ( Ck=1,88kJ/kgK)  Nhiệt dung riêng vật liệu tra khỏi thiết bị : 𝐶𝑚 = 𝐶𝑘 (1 − 𝑊2 ) + 𝐶𝑛 𝑊2 = 1,88 (1 − 0,12) + 4,18.0,12 = 2,16 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔𝐾  Tổn thất vật liệu sấy mang : 𝑄𝑚 = 𝐺𝑚 𝐶𝑚 (𝑡𝑚2 − 𝑡𝑚1 ) = 150.2,16 (65 − 25) = 12960 𝑘𝐽 28 𝑞𝑚 = 𝑄𝑚 12960 𝑘𝐽 = = 44,69 ( ) 𝑊 290 𝑘𝑔 ẩ𝑚 3.4.1.2 Tổn thất thiết bị vận chuyển  Khối lượng xe goong , chọn mxe=90kg Xe làm thép CT3 có nhiệt dung riêng C=0,5 kJ/kgK  Vì xe làm thép nên nhiệt độ xe goong khỏi buồng lấy nhiệt độ tác nhân sấy buồng : tx2=70℃  𝐺𝑥 = 4.90 = 360𝑘𝑔  𝑄𝑥 = 𝐺𝑥 𝐶 (𝑡𝑥2 − 𝑡𝑥1) = 360.0,5 (70 − 25) = 8100 (𝑘𝐽)  𝑞𝑥 = 𝑄𝑥 𝑊 = 8100 290 = 27,9 ( 𝑘𝐽 𝑘𝑔.ẩ𝑚 ) 3.4.1.3 Tổn thất tỏa nhiệt vào mơi trường  Tính 𝛼1 theo cơng thức kinh nghiệm Chọn v=2m/s, Do v≤ nên : 𝛼1 = 6,15 + 4,17 𝑣 = 6,15 + 4,17.2 = 14,49𝑊 /m2K ( trang 215-[ ] ) Gọi tw1 , tw2, nhiệt độ mặt bên bên thành tường tf1 nhiệt độ trung bình bên buồng : 𝑡𝑓1 = 70+35 = 52,50 𝐶 tf2 nhiệt độ bên buồng 𝛿 : độ dày tường Hệ số dẫn nhiệt tường : λ=0,058(W/m.độ) Chọn tw1=51,540C.Chọn chế độ khơng khí bên ngồi chảy rối  Mật độ dòng nhiệt trao dổi nhiệt tác nhân sấy mặt : 𝑞1 = 𝛼1(𝑡𝑓1 − 𝑡𝑤1 ) = 14,49(52,5 − 51,54) = 13,9 (  Nhiệt độ tw2 : 𝑡𝑤2 = 𝑡𝑤1 − 0,333  𝛼2 = 1,715(𝑡𝑤2 − 𝑡𝑓2) 𝑞1 𝛿 λ = 51,54 − 13,9.0,09 0,058 𝑊 ) 𝑚2 = 29,970 𝐶 = 1,715(29,97 − 25)0.333 = 2,9 ( 𝑊 𝑚2 𝐾 )  Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt ngồi tường với mơi trường bên : 𝑞2 = 𝛼2 (𝑡𝑤2 − 𝑡𝑓2 ) = 2,9 (29,97 − 25) = 14,4 ( 𝑊 ) 𝑚2 29 - Sai số: 𝑞1 − 𝑞2 13,9 − 14,4 = = −3,6%( 𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛) 𝑞1 13,9 Vậy :  𝑡𝑤1 = 51,54; 𝑡𝑤2 = 29,97  𝑞1 = 13,9; 𝑞2 = 14,4  𝛼1 = 14,49; 𝛼2 = 2,9 Hệ số truyền nhiệt tác nhân sấy buồng tường : 1 = = 0,015 0,075 1 𝛿 1 𝛿12 𝛿𝑝 + + + + + 𝛼1 λ 𝛼2 𝛼1 + 𝜆1 + 𝜆2 + 𝛼2 14,49 0,16 0,058 2,9 𝑊 = 0,56( ) 𝑚 𝐾 𝐾=  Tổn thất qua tường bao quanh : 𝑄𝑥𝑞 = 3,6 𝐾 𝐹𝑥𝑞 ∆𝑡 Với Fxq=Lb.Hb+2.Bb.Hb=3,03.1,51+2.1,79.1,51=9,98m2 ∆𝑡=52,5-25=27,50C 𝑄𝑥𝑞 = 3,6.0,56.9,98.(52,5-25)=553,3(kJ/h)  Tổn thất qua trần : Hệ số cấp nhiệt : 1,3.𝛼2 =1,3.2,9=3,77(W/m2K) 𝐾𝑡𝑟 = 1 0,015 0,075 + + + 14,49 0,16 0,058 3,77 = 0,58 ( 𝑊 ) 𝑚2𝐾 Qtr=Qn=3,6.Ktr.Ftr.∆𝑡 Với Ftr=L.B=3,03.1,79=5,4(m2) Qtr=3,6.0,58.5,4(52,5-25)=310,1(kJ/h) Qtr=310,1(kJ/h) 30  Tổn thất qua Mật độ dòng nhiệt tổn thát qua lấy theo kinh nghiệm qn=57(W/m2) Qn=3,6.Fn.qn Với Fn=Bb.Lb=1,79.3,03=5,4(m2) Qn=3,6.Fn.qn= Qn=3,6.5,4.57=1108,1(kJ/h)  Tổn thất qua cửa Cửa hầm sấy làm hầm thép: 12 = 0,015m , 1 = 0,16 W/m.K, có lớp cách nhiệt thủy tinh dày δp= 0,0075m , 2 = 0,058 W/m.K 𝐾= 1 𝛿12 𝛿𝑝 + + + 𝛼 𝜆1 𝜆2 𝛼 = 1 0,015 0,075 + + + 14,49 0,16 2,9 0,058 = 0,56( 𝑊 𝑚2 𝐾 ) Fc=Lb.Hb=3,03.1,51=4,58m2 Qc=3,6.K.Fc.Δt=3,6.0,56.4,58.(52,5-25)=253,9(kJ/h)  Tổng tổn thất vào môi trường : Qmtr=Qxq+Qtr+Qn +Qc=553,3+310,1+1108,1+253,9=2225,4(kJ/h) 𝑞𝑚𝑡𝑟 = 𝑄𝑚𝑡𝑟 2225,4 𝑘𝐽 = = 7,67 ( ) 𝑊 290 𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑞𝑥 + 𝑞𝑚 + 𝑞𝑚𝑡𝑟 = 27,9 + 41,34 + 7,67 = 76,91 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚 3.4.2 Tính tốn q trình sấy thực tế  Lượng chứa ẩm 𝑑2 = 𝐶𝑝𝑘 (𝑡1 − 𝑡2 ) + 𝑑1(𝑖1 − ∆) 𝑖2 − ∆ Với : + i2 : entanpy nước + Cph : Nhiệt dung riêng nước Cph=1,842 kJ/kgK + Cpk : Nhiệt dung riêng khơng khí khơ.Cpk=1,004 kJ/kgK + r=2500 KJ/Kg nhiệt ẩm hóa nước 31 ∆= 𝐶𝑎 𝑡0 − 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 4,18.25 − 76,91 = 27,59 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑖′1 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡1 = 2500 + 1,842.70 = 2628,94 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 𝑖′2 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡2 = 2500 + 1,842.35 = 2564,47 ( 𝑑2′ = 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 1,004 (70 − 35) + 0,0173 (2628,94 − 27,59) 𝑘𝑔 = 0,032 ( ) 2564,47 − 27,59 𝑘𝑔𝑘𝑘 Entanpy I’2: I’2=I1–Δ.(d’2–d1) = 115,8–27,59.(0,032-0,0173)=115,39 KJ/Kgkkk  Độ ẩm tương đối : 𝜑’2 = 𝑑2 𝑝 32.0,99333 = = 87% (622 + 𝑑2) 𝑝𝑠2 (622 + 32) 0,056  Khối lượng riêng : 𝜌𝑘2 𝑝 − 𝜑’2 𝑝𝑠2 99333 − 0,87.0,056.105 𝑘𝑔 = = = 1,07 ( ) 287(273 + 𝑡2) 287 (273 + 35) 𝑚  Lượng khơng khó khơ cần thiết bốc 1kg ẩm vật liệu sấy : 𝑙0 = 𝑑2′ 1 𝑘𝑔 = = 68,0 ( ) − 𝑑1 0,032 − 0,0173 𝑘𝑔 ẩ𝑚  Lượng khơng khí khô bốc : 𝐿 = 𝑙0 𝑊1ℎ = 68,0.36,3 = 2468,4 ( 𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 ) ℎ 3.4.3 Tính tốn cân nhiệt  Nhiệt lượng tiêu hao q: 𝑞 = 𝑙0 (𝐼1 − 𝐼0 ) = 68,0 (115,8 − 69,1) = 3175,6 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚 32  Nhiệt lượng có ích q1 : 𝑞1 = 𝑖2 − 𝐶𝑎 𝑡𝑚1 = 2564,47 − 4,18.25 = 2459,97 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚  Tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang : 𝑞2 = 𝑙0 𝐶𝑝𝑘 (𝑡2 − 𝑡0) = 68,0 (35 − 25) = 680 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚  Tổng lượng nhiệt có ích tổn thất : 𝑞′ = 𝑞1 + 𝑞2 + 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 2459,97 + 680 + 76,91 = 3216,88 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚  Sai số tuyệt đối: ∆𝑞 = |𝑞′ − 𝑞| = |3216,88 − 3175,6| = 41,28 ( 𝑘𝐽 ) 𝑘𝑔 ẩ𝑚 Sai số =∆𝑞/q=41,28/3175,6=0,013=1,3% thỏa mãn điều kiện sai số Hiệu suất thiết bị sấy : H= 𝑞1 𝑞 = 2459,97 3175,6 100 = 77,5% Tại C có: t2 = 35C, 2 = 87%  Thể tích khơng khí chứa kg khơng khí khơ bằng: vC = 0,872 m3/kgkkk Lưu lượng thể tích nhân sấy trước vào buồng : VB = L.vB = 2468,4.0,972 = 2399,3 m3/h Lưu lượng thể tích tác nhân sấy sau khỏi buồng: Vc = L.vc= 2468,4 0,872= 2152,4m3/h Lưu lượng thể tích trung bình tác nhân sấy vào buồng: V= 𝑉𝐵 +𝑉𝐶 = 2399,3+2152,4 = 2275,85 m3/h Khối lượng riêng tác nhân sấy trình thực 𝜌𝑡𝑏 = L ′ 𝑉𝑡𝑏 = 2468,4 2275,85 = 1,08 kg/𝑚3 33 Chương : Tính tốn thiết bị phụ trợ 4.1.Chọn Calorrifer Calorifer khí –  Nhiệt lượng mà calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là: Q= L ×(𝐼1 - 𝐼0) kJ/h Trong đó: L0: lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy thực tế, kg/h 𝐼0, 𝐼1: Entanpy tác nhân sấy trước sau khỏi calorifer, kJ/kgkk Vậy Q =2468,4 ×(115,8 – 69,1)=115274,3 kJ/h = 32,02 kW  Công suất nhiệt calorifer: 𝑄𝑐𝑎𝑙 = 𝑄 𝑛𝑐𝑎𝑙 , kJ/h Trong đó: Q: nhiệt lượng đưa vào buồng sấy, kW hay kJ/h 𝑛𝑐𝑎𝑙 : hiệu suất nhiệt calorifer, 0,95 ÷ 0,97 Chọn 𝑛𝑐𝑎𝑙 = 0,95 𝑄𝑐𝑎𝑙 = 32,02 0,95 =33,7kW  Tiêu hao nước Calorifer Do nhiệt độ tác nhân sấy không cao nên ta chọn lị có áp suất bão hịa bar Tiêu hao nước calorifer D= 𝑄𝑐𝑎𝑙 𝑖ℎ − 𝑖 ′ Trong đó: 𝑖ℎ − entanpi vào calorifer Đây bão hịa khơ bar Vậy ih=2749 kJ/kg 𝑖 ′ − entanpi nước bão hòa, D= 𝑄𝑐𝑎𝑙 𝑖ℎ − 𝑖′ = 33,7 2749−640 𝑖 ′ =640 kJ/kg = 0,0160 kg/s = 57,6 kg/h  Bề mặt truyền nhiệt calorifer F tính theo cơng thức: F= 𝑄𝑐𝑎𝑙 × 𝑛𝑐𝑎𝑙 𝑘 × ∆𝑡𝑡𝑏 , m2 , cơng thức trang 138– [1] Trong đó: F: diện tích trao đổi nhiệt, bề mặt phía có cánh, 𝑚2 ∆𝑡𝑡𝑏 : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình khơng khí, ℃ 34 𝑘: hệ số truyền nhiệt thiết bị, W/𝑚2.K Tra bảng 4, hệ số truyền nhiệt trở lực thủy lực thiết kế K∅ phía khơng khí – trang 181 – [1], chọn k = 20,8W/𝑚2.k với lưu tốc không khí kg/𝑚2.s trở lực phía khơng khí 3,0mmHg  Tính chênh lệch nhiệt độ trug bình ∆𝑡𝑡𝑏 : ∆𝑡𝑡𝑏 = ∆𝑡1 − ∆𝑡2 ln ∆𝑡1 ∆𝑡2 Trong đó: Δt1= 𝑡𝑠 - 𝑡𝑘1 ∆𝑡2= 𝑡𝑠 - 𝑡𝑘2 Với 𝑡𝑠 nhiệt độ bão hòa nước, tra bảng nước nước bão hòa theo áp suất bar ta có: Nhiệt độ bão hịa nước: 𝑡𝑠 = 152℃ ∆𝑡1 = 152 – 25 = 1270C ∆𝑡2 = 152 – 70 = 820 𝐶 Vậy ∆𝑡𝑡𝑏 = 127−82 127 ln 82 =102,86 0C  Bề mặt truyền nhiệt calorifer: F= 33,,7×103 ×0,95 20,8 ×102,86 = 14,96m2 Dựa vào phụ lục I - bảng – trang 182 - [1], ta chọn caloriferK∅3- Kiểu II Diện tích Diện tích Diện tích Kích thước(mm) diện BMTĐN(𝑚2) tiết diện khí tiết qua(𝑚 ) môi chất Dài Dài Dày qua(𝑚2) A B C 16,9 0,154 0,008 780 532 240 Đường kính ống mơi chất vào(dm) Tiết diện thơng khí calorifer 𝑓𝑘 = 0,154 𝑚2 35 4.2 Chọn quạt cho buồng Trong hệ thống sấy, quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp suất cho dịng khí qua thiết bị: calorifer, máy sấy, đường ống, cyclone Nói cách khác nhiệm vụ hệ thống quạt tạo dòng chảy tác nhân sấy qua thùng sấy có lưu lượng q trình sấy yêu cầu Năng suất quạt đặc trưng thể tích khí vào hay thiết bị sấy Trong thiết bị sấy, thường dùng hai loại quạt quạt ly tâm quạt hướng trục Chọn loại quạt nào, số hiệu phụ thuộc vào đặc trưng hệ thống sấy, trợ lực mà quạt phải khắc phục ∆p, suất mà quạt phải tải V nhiệt độ độ ẩm tác nhân sấy Khi chọn quạt, giá trị cần xác định hiệu suất quạt 4.2.1 Tính tốn trở lực  - Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorifer Chọn đường ống dẫn làm tôn sơn đỏ có độ nhám 𝜀 = 10−4𝑚 Chọn chiều dài ống 𝑙1 = 0,25𝑚 Chọn đường kính ống 𝑑1 = 0,2 𝑚 Vận tốc đường ống là: 𝜔1 = 𝑉1 𝐹1 Trong đó: VB=L.vB= 0,844.2468,4 = 2083,3𝑚3 /h = 0,579𝑚3 /s VB= 0,844 𝑚3/kgkk thể tích khơng khí trước vào calorifer (ở 𝑡0 = 25℃, 𝜑0 = 85% ) 𝐹1 = 𝜋.𝑑2 = 3,14.0,22 = 0,0314𝑚2 →𝜔1 = 0,579/0,0314 = 18,4 (𝑚/𝑠) - Tại t = 25℃: 𝜌1 = 1,185 𝑘𝑔/ 𝑚3 𝑣1 = 15,53 10−6 𝑚/𝑠 - Chuẩn số Re : Re = 𝜔1 𝑑1 𝑣1 = 18,4 0,2 15,53.10−6 = 236960,7 > 4000 36 → Khơng khí ống theo chế độ chảy xốy Giá trị hệ số ma sát tính theo công thức : 𝜆1 = 0,1 (1,46 𝜆1 = 0,1 (1,46 𝜀 𝑑1 + 10−4 0,2 100 0,25 ) 𝑅𝑒 + 100 )0,25 = 0,0184 236960,7 → Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer : ∆𝑝1 = λ1  - 𝑙1 𝑑1 𝜌1 𝜔12 = 0,0184 0,25 0,2 1,185 15,532 = 3.29 N/𝑚2 Trở lực đoạn ống thẳng từ calorifer đến cút cong : Chọn chiều dài ống 𝑙2 = 0,5 𝑚 Chọn đường kính ống 𝑑2 = 0,2𝑚 Vận tốc đường ống là: 𝜔2 = 𝑉2 𝐹2 Trong đó: VC=L.vC= 0,972.2468,4 = 2399,3 𝑚3 h = 0,67 m3 s vC = 0,972 𝑚3/kgkk thể tích khơng khí sau qua calorifer (ở 𝑡1= 70℃, 𝜑1 =4,3% ) 𝐹2 = →𝜔2 = 𝜋.𝑑2 0,67 0,0314 3,14.0,22 = = 0,0314 𝑚2 = 21,3(𝑚/𝑠) - Tại t = 70℃: 𝜌2 = 1,029 𝑘𝑔/ 𝑚3 𝑣2 = 20,02 10−6 𝑚/𝑠 - Chuẩn số Re : Re = 𝜔2 𝑑2 𝑣2 = 21,3 0,2 20,02.10−6 = 212787,2 > 4000 → Khơng khí ống theo chế độ chảy xốy Giá trị hệ số ma sát tính theo công thức : 𝜆2 = 0,1 (1,46 𝜆2 = 0,1 (1,46 𝜀 𝑑2 + 10−4 0,2 100 0,25 ) 𝑅𝑒 + 100 )0,25 = 0,0186 212787,2 37 → Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer : ∆𝑝2 = λ 𝑙2 𝑑2 𝜌2 𝜔22 = 0,0186 0,5 0,2 1,029 21,32 = 10,85N/𝑚2  Trở lực cút cong - Chọn đường kính ống 𝑑3 = 0,2𝑚 - Ta có: 𝜔2 ∆𝑝3 = 𝜉 .𝛾 𝑔 Trong đó: 𝜉 = 0,18 − trở lực cục 𝛾 − trọng lượng riêng khơng khí: 𝛾 = 𝑔 𝜌 = 9,81 1,029 = 10,09 N/𝑚3 𝑔 = 9,81 𝑚/𝑠 – gia tốc trọng trường 𝜌 = 1,029 𝑘𝑔/ 𝑚3 – khối lượng riêng khơng khí 70℃ 𝜔 = 21,3 𝑚/𝑠 – vận tốc khơng khí ống Suy ra: ∆𝑝3 = 0,18 21.32 2.9,81 10,09 = 42,0 (N/𝑚2)  Trở lực đoạn ống từ cút cong vào buồng sấy: Chọn chiều dài ống 𝑙 = 0,3 𝑚 Trở lực: ∆𝑝4 = λ 𝑙 𝑑2 𝜌2 𝜔22 = 0,0186 0,3 0,2 1,029 21,32 = 6,51 N/𝑚2  Trở lực calorifer Chọn theo kinh nghiệm ∆𝑝5 = 70 N/𝑚2  Trở lực đoạn ống kiểu vát vào buồng sấy: Chọn theo kinh nghiệm ∆𝑝6 = 20 N/𝑚2  Trở lực buồng sấy: - Buồng sấy có khay sấy xe gng song song nhau, khay xe cách 100 mm, Lk = 0,93m, khoảng thơng khí khay dk=70 mm 38 Chọn độ nhám khay: 𝜀𝑘 =10-6 Vận tốc đường ống là: ωB=2 m/s - Tại t = 70℃ : 𝜌2 = 1,029 𝑘𝑔/𝑚3 𝑣2 = 20,02 10−6𝑚/𝑠 - Trở lực cục xe vào : 𝜔𝐵 ∆𝑝𝑣 = 𝜉𝑣 𝜌2 =0,18 1,029 22 =0,37N/m2 Với 𝜉𝑣 =0,18 trở lực cục xe vào  Trở lực ma sát xe : ∆𝑝𝑥𝑒 = λ 𝐿𝑘 𝑑𝑘 𝜌2 𝜔𝐵 - Chuẩn số Re : Re = 𝜔𝐵 𝑑𝑘 𝑣2 = 2.0,07 20,02.10−6 =6993,0 >4000 → Khơng khí ống theo chế độ chảy rối Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức : 𝜆2 = 0,1 (1,46 𝜆2 = 0,1 (1,46 𝜀𝑘 𝑑2 100 0,25 ) 𝑅𝑒 + 10−6 0,2 + 100 )0,25 = 0,0346 6993,0 → Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer : ∆𝑝𝑥𝑒 = λ 𝐿𝑘 𝑑𝑘 𝜌2 𝜔𝐵 𝑛 = 0,0346 0,93 0,07 1,029 22  Trở lực cục xe ra: ∆𝑝𝑟 = 𝜉𝑟 𝜌2 = 3,78 N/𝑚2 𝜔𝐵 =0,25.1,029 22 =0,51N/m2 Với 𝜉𝑟 =0,25 trở lực cục xe Vậy : ∆𝑝7 =∆𝑝𝑣 +∆𝑝𝑥𝑒 +∆𝑝𝑟 =0,37+3,78+0,51=4,66 N/m2  Ap suất động khí thoát 𝜔𝑟𝑎 𝑝đ = 𝜌𝐶 Tại t=35℃ có: 𝜌𝐶 =1,147 𝑘𝑔/𝑚3 Chọn tốc độ thải khí : 𝜔𝑟𝑎 = m/s Suy : 𝑝đ = 𝜌𝐶 𝜔𝑟𝑎 52 = 1,147 =14,3 N/m2 39 Tổng trở lực hệ thống : ∆𝑝=∆𝑝1 +∆𝑝2 +∆𝑝3 +∆𝑝4 +∆𝑝5 +∆𝑝6 + ∆𝑝7+𝑝đ = 3,29+10,85+42,0+6,51+70+20+4,66+14,3=171,61N/m2 4.2.2 Chọn quạt Kết ta tổng tổn thất áp suất thực tế : ∆𝑝 = 171,61N/m2 𝑝𝑡𝑐 = ∆𝑝.𝑝𝑡𝑐 0,5.(𝑝𝑘31 +𝑝𝑘32 ) = 171,61.1,2 0,5.(0.886+0,868) = 234,81 N/m2 Với lưu lượng V=2775,85 m3 /h 𝑝𝑡𝑐 =234,81 N/m2 ta chọn quạt ly tâm II/4/70 N0 hiệu suất ƞ =0,6 ; 𝝎 =72 rad/s=687,5 vòng/phút (phụ lục - Thiết kế hệ thống thiết bị sấy-NXB Khoa học kĩ thuật năm 2006) Công suất quạt là: 𝑉 ∆𝑝 10−3 2275,85.171,61.10−3 𝑁𝑐 = = = 0,18 𝑘𝑊 ƞ 0,6.3600 Công suất động chạy quạt : 𝑁𝑑𝑐 = 𝑁𝑐 ƞ𝑡𝑑 𝜑= 0,18 1,3 = 0,234 𝑘𝑊 = 234 𝑊 Ở dây quạt nối trực tiếp với động ƞ𝑡𝑑 = 1, hệ số dự phòng 𝜑 = 1,3 40 Tài liệu tham khảo : PGS TS Hoàng Văn Chước -Thiết kế hệ thống thiết bị sấy- nhà xuất khoa học kỹ thuật-2006 PGS TS Hoàng Văn Chước - kỹ thuật sấy – nhà xuất khoa học kỹ thuật2004 Tập 1,2 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất sổ tay- Nhà xuất khoa học kỹ thuật 41