(Tiểu luận) đề tài tính toán, thiết kế hệ thống lạnh sấy hồng ngoại sản phẩm bánh tráng, năng suất 400 kg sản phẩm mẻ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Đồ án : Mơn q trình thiết bị CNTP Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống lạnh sấy hồng ngoại sản phẩm bánh tráng, suất 400 kg sản phẩm/ mẻ GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng SVTH: Nguyễn Thị Thùy Quyên MSSV: 14116130 TPHCM, ngày 15/12/2017 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Quyên MSSV: 14116130 Ngành: Cơng nghệ thực phẩm Tên đồ án: Tính toán, thiết kế hệ thống sấy lạnh sấy hồng ngoại sản phẩm bánh tráng với suất 400 kg/mẻ Nhiệm vụ đồ án: Tổng quan trình sấy Phương pháp nghiên cứu tính tốn Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh sấy hồng ngoại sản phẩm bánh tráng suất 600kg/mẻ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2017 Họ tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Tấn Dũng Phần hướng dẫn: Toàn đồ án Tp Hồ Chí Minh, ngày , tháng , năm 2017 Trưởng môn Người hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) (ký ghi rõ họ tên) I h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………… Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) II h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………… ………………………………………………………………………………… Cán phản biện (Ký ghi rõ họ tên) III h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực đồ án mơn với đề tài “Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh sấy hồng ngoại sản phẩm bánh tráng với suất 400kg/mẻ”, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, thầy bạn bè giúp đỡ em Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình động viên ủng hộ em đường thực để đến thành công Em xin cảm ơn thầy cô, đặc biệt thầy Nguyễn Tấn Dũng – người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tận tình em gặp vấn đề khó khăn thực đồ án Em cảm ơn nhà trường tạo điều kiện cho em tham gia tìm hiểu tài liệu học tập liên quan đến trình thực hồn thành đồ án mơn học Bên cạnh em cảm ơn người bạn ln hỗ trợ, giúp đỡ em em gặp vấn đề khó khăn Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Sinh viên Nguyễn Thị Thùy Quyên IV h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i LỜI CẢM ƠN iv LỜI NÓI ĐẦU MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Sấy 1.1 Định nghĩa 1.2 Phân loại 1.3 Cơ sở khoa học .5 1.4 Động lực trình sấy 1.5 Cơ chế thoát ẩm khỏi vật liệu sấy 1.5.1 Quá trình khuếch tán ngoại 1.5.2 Quá trình khuếch tán nộh 1.5.3 Mối quan hệ trình khuếch tán ngoại trình khuếch tán nội .9 1.6 Các giai đoạn trình sấy 1.6.1 Giai đoạn nung nóng vật liệu 1.6.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc 10 1.6.3 Giai đoạn sấy giảm tốc 10 1.7 Vật liệu ẩm 11 1.7.1 Các dạng liên kết lượng liên kết ẩm 11 1.7.2 Các phương pháp tách nước khỏi vật liệu ẩm .11 1.8 Năng lượng trình sấy .12 V h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng 1.9 Tác nhân trình sấy 13 1.10 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy .14 Tình hình nghhên cứu hệ thống lạnh sấy hồng ngoại .15 2.1 Tình hình ngihên cứu nước hệ thống lạnh sấy hồng ngoại 15 2.2 Tình hình ngiên cứu ngồi nước hệ thống lạnh sấy hồng ngoại .15 Nguyên liệu bánh tráng .15 Hệ thống lạnh sấy hồng ngoại .17 4.1 Công nghệ sấy hồng ngoại 17 4.2 Công nghệ sấy lạnh .19 4.3 Cấu tạo hệ thống lạnh sấy hồng ngoại 20 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHHÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN 22 Quy hoạch mặt xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống lạnh sấy hồng ngoại 22 Đối tượng nghiên cứu tính tốn 23 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn .24 Phương pháp tính tốn thhết kế 25 4.1.Tính tốn cân vật chất lượng 25 4.3.Tính toán hệ thống bơm nhiệt 25 4.4.Tính tốn thiết bị phụ: quạt, máy nén, van tiết lưu, đèn hồng ngoại 25 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THHẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH SẤY HỒNG NGOẠI 26 Sơ đồ thiết bị 26 Các thơng số ban đầu cần thiết cho tính tốn 27 Tính cân vật chất 27 3.1 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 28 VI h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng 3.2 Xác định lưu lượng khơng khí q trình sấy .33 3.3 Tính tốn nhiệt q trình sấy lý thuyết 34 3.2.1 Thể tích chứa sản phẩm 34 3.2.2 Thể tích buồng sấy cần thiết kế chế tạo 35 3.2.3 Kích thước buồng sấy cần thhết kế chế tạo 36 3.2.4 Cân nhiệt cho trình sấy thực tế 37 3.2.4.1 Năng lượng VLS mang vào 38 3.2.4.2 Năng lượng tổn thất môi trường qua kết cấu bao che 39 3.2.4.3 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang 43 3.2.4.4 Năng lượng khơng khí mang 43 3.2.4.5 Năng lượng cần thiết để tách ẩm 43 3.2.4.6 Tổng lượng khỏi hệ thống sấy .43 Tính tốn thiết kế lựa chọn thhết bị phụ trợ 45 4.1 Các thông số nhiệt môi chất lạnh 45 4.1.1.Nhiệt độ ngưng tụ 45 4.1.2.Nhhệt độ bay .46 4.1.3 Nhiệt độ hút 46 4.2 Tính tốn chu trình bơm nhhệt 46 4.2.1 Chọn chu trình 46 4.2.2 Năng suất lạnh máy nén 49 4.2.3 Xác định lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn qua hệ thống 49 4.2.4 Năng suất hút máy nén .50 4.2.5 Thể tích hút lý thuyết máy nén 51 VII h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng 4.2.6 Công suất nén đoạn nhiệt .51 4.2.7 Công nén thị máy nén 51 4.2.8 Công suất ma sát 52 4.2.9 Công nén hữu ích máy nén 52 4.2.10 Công suất tiếp điện động 52 4.2.11 Công suất động cần lắp đặt cho hệ thống lạnh 53 4.3 Tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ .53 4.4 Tính tốn thiết kế thiết bị bay 61 4.4.1 Tính nhiệt tải cho thiết bị bay 61 4.4.2 Tính tốn thiết kế thiết bị bay 61 4.5 Tính tốn thiết kế thiết bị hồi nhiệt .69 4.5.1 Các thơng số cần thiết cho tính tốn thiết kế 69 4.5.2 Tính tốn thiết kế bình hồi nhiệt .70 4.6 Tính tốn chọn van tiết lưu 75 4.7 Tính tốn chọn đường ống 76 4.7.1 Tính đường ống hút 76 4.7.2 Tính đường ống đẩy .76 4.7.3 Tính đường kính ống dẫn TNS .77 4.8 Tính tốn chọn đèn hồng ngoại .77 4.9 Tính tốn trở lực chọn quạt 78 4.9.1 Tính tổng trở lực .78 4.9.2 Cơng suất quạt gió xác định theo công thức 79 KẾT LUẬN 80 VIII h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 IX h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng Diện tích bề mặt truyền nhiệt cụm ống: = 2,18 (m2) Với: Số cụm ống làm việc song song: Z= Như sai lệch so với giả thiết không đáng kể nên ta chọn Z = 10 Tổng chiều dài ống cụm ống: (m) = (m) Số hàng ống cụm ống: m= = 71 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng Chọn K = 3,4 Chiều dài ống cụm ống: 1= (m) 4.5 Tính tốn thiết kế thiết bị hồi nhiệt 4.5.1 Các thông số cần thiết cho tính tốn thiết kế Lượng tác nhân lạnh làm việc máy nén: mtt = 3,8 (kg/s) Nhiệt độ mơi chất R22 lỏng vào bình hồi nhiệt nhiệt độ ngưng tụ t k = 400C Nhiệt độ mơi chất R22 lỏng khỏi bình hồi nhiệt t3’ = 350C Nhiệt độ R22 vào bình hồi nhiệt nhiệt độ sơi t0 = 00C Nhiệt độ R22 khỏi bình hồi nhiệt t1’ = 150C Entanpi R22 lỏng vào bình hồi nhiệt h3 = 255 (kJ/kg) Entanpi R22 lỏng khỏi bình hồi nhiệt h3’ = 240 (kJ/kg) Các kích thước chủ yếu bình hồi nhiệt: Chọn ống xoắn ống trơn đồng có đường kính: dtr = 0,019 (m); dng = 0,022 (m) Đường kính thân bình hồi nhiệt D2 = 0,36 (m) Đường kính ngồi lõi D1 = 0,19 (m) Hai cuộn xoắn lồng vào cách cách hai vách (m), đồng thời (m) phía Các vịng trịn cuộn xoắn cách khoảng 0,005m 4.5.2 Tính tốn thiết kế bình hồi nhiệt Phụ tải nhiệt bình hồi nhiệt QHN = mtt ( h3 – h3’) = 3,8 ( 255 – 240 )= 57 (kW) Diện tích trao đổi nhiệt thiết bị hồi nhiệt 72 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng (m2) Trong đó: QHN - Phụ tải nhiệt bình hồi nhiệt (kW) k- Hệ số truyền nhiệt [W/(m2K)] - Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Tính Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit xác định theo cơng thức sau: Tính K Hệ số truyền nhiệt bình hồi nhiệt xác định theo cơng thức: Trong đó: - Hệ số tỏa nhiệt phía R22 lỏng [W/(m2K)] - Hệ số tỏa nhiệt phía R22 [W/(m2K)] 73 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng - Tỉ lệ bề mặt phía phía lỏng - Trở nhiệt vách ống - Bề dày vách ống (m) - Hệ số dẫn nhiệt vách ống đồng [W/(mK)] Xác định hệ số tỏa nhiệt phía R22 Nhiệt độ trung bình mơi chất thiết bị hồi nhiệt: (0C) Thông số nhiệt vật lý nhiệt bình hồi nhiệt: (kg/m3); [W/(m2K)]; (m2/s); Thể tích q nhiệt qua bình hồi nhiệt: V= = (m3/s) Diện tích hình vành khăn bình hồi nhiệt: (m2) Diện tích hai cuộn xoắn chiếm chỗ: 74 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng = 0,042 (m ) Diện tích cho nhiệt qua: (m2) Vận tốc nhiệt chuyển động bình hồi nhiệt: = = 4,51 (m/s) Trị số Re tính theo công thức: Re = = =216165,58 Chuẩn số Nu xác định theo cơng thức: Tính chế độ chảy độ chùm ống bố trí song song xác định theo bảng 6.9 [Máy lạnh- Trần Thanh Kỳ] ta được: C = 0,27; m= 0,63; n = 0,36; Vậy: Nu = C.Rem prn = 0,27 216165,580,63 0,740,36 = 556,16 Hệ số tỏa nhiệt phía nhiệt: = = 237,63 75 h [W/(m2K)] Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng Xác định hệ số tỏa nhiệt phía R22 lỏng Nhiệt độ trung bình R22 lỏng bình hồi nhiệt: (0C) Tra bảng tính chất nhiệt vật lý R22 lỏng nhiệt độ 40 0C [Phụ lục 22- máy lạnh- Trần Thanh Kỳ] ta có thơng số: + (kg/m3) + + (m2/s) [W/(mK)] + Thể tích R22 lỏng chuyển động ống: Vw = = = 0,0033 (m3/s) Vận tốc R22 lỏng ống: (m/s) Ta có: Re = = = 1128367,35 Đây chế độ chảy rối nên chuẩn số Nu xác định theo công thức: Hệ số tỏa nhiệt phía R22 lỏng chưa có hiệu chỉnh: [W/(m2K)] 76 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng Bán kính uốn cong trung bình hai cuộn xoắn: Hệ số hiệu chỉnh chuyển động xoắn ốc: Hệ số tỏa nhiệt phía R22 lỏng sau hiệu chỉnh: [W/(m2K)] (3.110) Hệ số truyền nhiệt qui đổi theo bề mặt ngoài: [W/(m2K)] Diện tích truyền nhiệt bình hồi nhiệt xác định: F= = = 8,27 (m2) Tổng chiều dài ống đồng: 77 h Đồ án trình thiết bị L= TS Nguyễn Tấn Dũng = = 119,72 (m) Số vòng xoắn cuộn xoắn: n= = = 75 (vòng) Trong đó: d1 – đường kính trung bình cuộn xoắn d2 – đường kính trung bình cuộn xoắn Chiều dài cuộn xoắn: = n dng + ( n – ) = 75 0,022 + ( 75 -1 ) 0,005 = 1,687 (m) (3.113) Với khoảng cách hai vịng xoắn 4.6 Tính tốn chọn van tiết lưu Khi tính tốn chọn van tiết lưu cho thiết bị bay sử dụng cơng thức sau: (m2) (3.114) Trong đó: - Hệ số nén dịng chảy qua van tiết lưu Chọn (bar)=10,494.104 kg/m2) (m/s2) – Gia tốc trọng trường trái đất 78 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng (kg/m3) – khối lượng riêng môi chất lạnh trước qua van tiết lưu Tại t3’ = 350C tra bảng [phụ lục 22]- [máy lạnh – Trần Thanh Kỳ] ta tìm (kg/m3) (kW) – Năng suất lạnh thiết bị bay (kJ/kg) Như vậy: F = = 1,38.10-4(m2) Dựa vào tiết diện lớn mà van tiết lưu mở F = 1,38.10 -4 (m2) lựa chọn van tiết lưu hãng Danfoss sử dụng cho hệ thống 4.7 Tính tốn chọn đường ống 4.7.1 Tính đường ống hút Khi tính tốn thiết kế đường kính đường ống dẫn ta áp dụng cơng thức sau: Trong đó: - Lưu lượng mơi chất lạnh tuần hoàn qua hệ thống = = 38,76 (kg/m3)- Khối lượng riêng tác nhân lạnh tuần hoàn qua TBBH máy nén hút = 10 (m/s) - Vận tốc chuyển động tác nhân lạnh Như đường kính ống hút xác định: dtr.h = (m) 79 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng 4.7.2 Tính đường ống đẩy Đường kính ống đẩy áp dụng cơng thức tính đường ống hút: Trong đó: = 12 (m/s) - Tốc độ môi chất khỏi máy nén Như đường kính ống đẩy xác định: dtr.h = (m) 4.7.3 Tính đường kính ống dẫn TNS Đường kính ống dẫn TNS tính theo cơng thức: Trong đó: (m/s) - Tốc độ chuyển động TNS ống (kg/m3) - Khối lượng riêng TNS Vậy: dTNS = (m) Chiều dài toàn đường ống từ xử lý khơng khí đến miệng thổi vào buồng sấy khoảng 2m 80 h Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng 4.8 Tính tốn chọn đèn hồng ngoại Năng lượng tiêu hao: Số bóng đèn cần sử dụng buồng sấy hồng ngoại: (bóng) Đối với hệ thống mà ta thiết kế, để thích hợp với cơng suất bố trí buồng sấy, ta chọn bóng đèn hồng ngoại có cơng suất 250W 4.9 Tính tốn trở lực chọn quạt 4.9.1 Tính tổng trở lực Khi TNS chuyển động ống có dạng trở lực xuất hiện: ma sát theo chiều dài đường ống hms trở kháng cục hcb:  Tổn thất áp suất ma sát tính sau: Trong đó: - Hệ số trở kháng ống, đại lượng không thứ nguyên; l - Chiều dài phần ống (m) - Khối lượng riêng TNS (kg/m3) - Tốc độ chuyển động TNS (m/s) - Đường kính ống dẫn (m) Ta có: Như chế độ chảy rối, nên hệ số trở kháng 81 h tính theo cơng thức: Đồ án trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng Vậy: (kg/m2)=20,1 (N/m2)  Tổn thất cục  ngoặc 900C có hệ số trở lực  Vào khay sấy: hệ số trở lực  = 1,1; tốc độ = 10 (m/s) = 0,18; tốc độ  =10(m/s) Ra khỏi khay sấy: hệ số trở lực = 0,25; tốc độ  =10 (m/s)  Tổn thất áp suất TBNT: hệ số trở lực = 8; tốc độ  = (m/s)  Tổn thất áp suất TBBH: hệ số trở lực = 8; tốc độ  = 5,337 (m/s) Tổn thất cục tính theo cơng thức: Bảng Các tổn thất cục Dạng tổn thất Tổn thất (N/m2) góc co 900C 68,6 Tổn thất TBNT 179 Tổn thất TBBH 144 Tổng 391,6 (N/m2) 4.9.2 Cơng suất quạt gió xác định theo cơng thức N= = = 5,19 (kW) Trong đó: - khối lượng riêng khơng khí (kg/m3) - Hiệu suất quạt gió, chọn 82 h Đồ án q trình thiết bị TS Nguyễn Tấn Dũng Hệ số 1,2 hệ số dự trữ công suất 83 h KẾT LUẬN Các công nghệ sấy người nghiên cứu chế tạo nhiều thiết bị sấy tối ưu cho trình chế biến bảo quản thực phẩm Việc áp dụng công nghệ sấy lạnh sấy hồng ngoại sản phẩm phổ biến Việt Nam, nhiên việc sử dụng kết hợp hai phương pháp vấn đề nghiên cứu nhằm tạo chế độ sấy tối ưu thực phẩm ngày Qua báo cáo đồ án thấy việc sử dụng kết hợp hai phương pháp sấy lạnh sấy hồng ngoại có vai trị quan trọng việc đưa chế độ sấy tối ưu thiết bị cho sản phẩm mỏng tạo cho sản phẩm đạt tiêu chất lượng tốt Tuy nhiên trình thực đồ án cịn nhiều sai sót mong thầy xem xét đóng góp để đồ án hoàn thiện h TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Văn Chước 1997 Kỹ thuật sấy NXB Khoa học Kỹ thuật Trang: 189 – 200 Nguyễn Bin 2008 Chương Sấy Trong Các q trình, thiết bị Cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập Trang: 269–287 Nguyễn Tấn Dũng 2013 Quá trình thiết bị CNTP&TP, Tập 2, Phần 3: Các trình thiết bị làm lạnh làm lạnh đông Nguyễn Tấn Dũng 2016 Quá trình thiết bị CNHH&TP, Kỹ thuật công nghệ sấy thăng hoa Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh Nguyễn Văn May 2007 Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm NXB Khoa học Kỹ thuật Trang: 213–319 Phạm Thanh 2007 Tác nhân sấy Trong Kỹ thuật sấy Trang: 13–24 Trần Thanh Kỳ Máy lạnh NXB Đại học quốc gia TPHCM Trần Văn Phú 2009 Kỹ thuật sấy Nhà xuất Giáo dục 267 trang Vũ Bá Minh 2004 Chương Sấy Trong Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học thực phẩm tập Truyền khối Trang: 268–309 h