Thiết kế hệ thống sấy khoai lang tím

Thiết kế hệ thống sấy khoai lang tím Khoai lang có nguồn gốc từ Nam Mỹ. Theo lịch sử khoai lang trên thế giới thì đây là một trong những loại lương thực lâu đời nhất được biết của con người. Nó được con người trồng cách đây trên 5000 năm. Vào những năm 2600 đến 1000 TCN, khoai lang có mặt ở Trung Mỹ. Sau đó phổ biến sang các nước khác ở châu Âu như Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha…, châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc, Philippin, Nhật Bản, Việt Nam… Ở Việt Nam khoai lang trồng rất phổ biến, ở các vùng đất bãi ven sông, các vùng đồi, trung du từ Bắc vào Nam. Các giống khoai đang trồng ngày nay chủ yếu nhập từ Trung Quốc, Mỹ và Nhật Bản.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm Bộ môn Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Sinh học Cơng nghệ Thực phẩm Bài tập môn học Thiết kế hệ thống sấy sản phẩm thực phẩm “Thiết kế hệ thống sấy khoai lang tím” GVHD: Lê Ngọc Cương Nhóm SV: Nguyễn Văn Ân Đỗ Thị Vân Anh Nguyễn Thế Anh Tống Phương Anh Vũ Anh Cao Xuân Bắc Phạm Thị Trà Giang Trương Việt Hoàng MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Tổng quan vật liệu sấy công nghệ sấy 1.1 Nguồn gốc phân loại khoai lang 1.1.1 Nguồn gốc 1.1.2 Phân loại 1.2 Cấu tạo tính chất của khoai lang 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Thành phần hóa học của khoai lang 1.2.3 Tính chất nhiệt vật lý của khoai lang 1.3 Thu hoạch, sơ chế, bảo quản 1.3.1 Thu hoạch 1.3.2 Sơ chế 1.3.3 Bảo quản 1.4 Tổng quan sấy khoai lang 10 1.4.1 Bản chất của trình sấy 10 1.4.2 Phân loại trình sấy 10 1.4.3 Nguyên lý của trình sấy 12 1.4.4 Các loại tác nhân sấy 12 1.4.5 Ưu điểm nhược điểm của trình sấy 13 1.5 Tổng quan thiết bị 13 1.5.1 Thiết bị sấy đối lưu 13 1.5.2 Thiết bị sấy xạ 15 1.5.3 Thiết bị sấy tiếp xúc 15 1.5.4 Thiết bị sấy dung điện trường cao tần 15 1.5.5 Thiết bị sấy thăng hoa 15 1.6 Công nghệ sấy khoai lang 15 1.6.1 Phương pháp sấy 16 1.6.2 Chọn chế độ sấy 16 CHƯƠNG 2: Thiết kế sơ nguyên lý hệ thống 17 2.1 Lượng ẩm bay tính theo 17 2.2 Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy 17 2.2.1 Thuyết minh quy trình: 18 CHƯƠNG 3: Tính tốn q trình sấy lý thuyết 19 3.1 Các thông số chính 19 3.2 Các thông số của không khí hệ thống sấy 19 3.2.1 Thông số của khơng khí ngồi trời (điểm 0) 20 3.2.2 Thông số của không khí sau calorifer (điểm 1) 20 3.2.3 Thơng số của khơng khí sau q trình sấy lý thuyết (điểm 2) 21 CHƯƠNG 4: Tính toán thiết bị 23 4.1 Khay sấy 23 4.2 Kích thước của xe goòng 23 4.3 Kích thước hầm sấy 23 4.4 Xây dựng cấu trúc hầm sấy thông số để tính nhiệt 24 CHƯƠNG 5: Tổn thất nhiệt 25 5.1 Tổn thất VLS mang Qv 25 5.2 Tổn thất TBVC 25 5.3 Tổn thất khay sấy mang 25 5.4 Tổn thất môi trường 26 5.4.1 Tổn thất qua tường bên QT 27 5.4.2 Tổn thất qua trần QTR 27 5.4.3 Tổn thất qua QN 28 5.4.4 Tổn thất qua cửa vào của hầm sấy Qc 28 5.5 Tổng tổn thất nhiệt của hệ thống sấy 28 CHƯƠNG 6: tính toán trình sấy thực 29 6.1 Trạng thái của TNS sau trình sấy thực 29 6.2 Tính lượng TNS trình sấy thực 29 CHƯƠNG 7: Tính chọn thiết bị phụ 33 7.1 Tính chọn calorrife 33 7.2 Tính chọn quạt 36 7.2.1 Lưu lượng quạt 36 7.2.2 Tính áp suất toàn phần 36 7.2.3 Chọn quạt tính công suất tiêu thụ của quạt 38 7.3 Chọn nồi 38 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY VÀ CÔNG NGHỆ SẤY G Nguồn gốc phân loại khoai lang 1.1 1.1.1 Nguồn gốc Khoai lang có nguồn gốc từ Nam Mỹ Theo lịch sử khoai lang giới loại lương thực lâu đời biết của người Nó người trồng cách 5000 năm Vào năm 2600 đến 1000 TCN, khoai lang có mặt Trung Mỹ Sau phổ biến sang nước khác châu Âu Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha…, châu Á Ấn Độ, Trung Quốc, Philippin, Nhật Bản, Việt Nam… Ở Việt Nam khoai lang trồng phổ biến, vùng đất bãi ven sông, vùng đồi, trung du từ Bắc vào Nam Các giống khoai trồng ngày chủ yếu nhập từ Trung Quốc, Mỹ Nhật Bản 1.1.2 Phân loại Thông thường, người ta dựa vào màu sắc của vỏ cùi thịt để phân loại khoai: - Dựa vào màu sắc vỏ có: khoai lang đỏ, khoai lang tím, khoai lang trắng, khoai lang vàng đỏ - Dựa vào màu sắc cùi thịt có: khoai lang ruột vàng, khoai lang ruột tím, khoai lang ruột trắng Ngồi ra, cịn dựa vào hai yếu tố hình dạng để phân loại khoai như: - Khoai lang loại to vỏ trắng, ruột trắng vàng xẫm - Khoai lang bí, củ dài vỏ đỏ, ruột vàng tươi - Khoai lang loại củ dài vỏ đỏ, ruột vàng - Khoai lang ngọc nữ vỏ tím, ruột tím Ở số nơi, người ta dựa vào nguồn gốc của khoai lang để phân loại khoai hình 1.1 giống khoai lang nhập từ Nhật Bản : Nhật đỏ (giống HL518) – hình 1.1.a, Nhật tím (giống HL491, Murasa kimasari) – hình 1.1.d, Nhật vàng (giống Kokey 14) – hình 1.1.c a b c d Một số loại khoai lang 1.2 Cấu tạo tính chất của khoai lang 1.2.1 Cấu tạo Cây khoai lang loài thân thảo dạng dây leo, có mọc so le hình tim hay xẻ thùy chân vịt, rễ củ ăn có hình dáng thn dài thon hình 1.2 Củ khoai lang: Củ khoai gồm hai phần chính: vỏ ruột - Vỏ khoai mỏng cấu tạo từ lớp tế bào dẹt xếp khít với Vỏ khoai chiếm khoảng 2% khối lượng toàn củ Cây khoai lang Ruột khoai cấu tạo từ lớp tế bào lớn chứa đầy tinh bột số giống khoai cịn hình thành lớp vỏ dày bao quanh ruột khoai, lớp vỏ dày khoảng 1-3 mm có thành phần hóa học tương tự ruột khoai 1.2.2 Thành phần hóa học của khoai lang Thành phần hóa học của khoai lang gồm chủ yếu nước tinh bột Hàm lượng nước của khoai dao động khoảng 60-80%, tinh bột 15-25% Trong khoai có nhiều đường (5-10%), chủ yếu glucoza, cịn saccaroza fructoza ít Thành phần hóa học của khoai lang bao gồm thành phần củ khoai lang : Nước, tinh bột đường, Protein, chất béo, …được nêu bảng 1.1 của khoai lang tươi khô sau : Thành phần hóa học trung bình khoai lang (%) Chất thành phần Khoai lang tươi Khoai lang khô Nước 68,1 13,0 Tinh bột đường 20,9 83,5 Protein 1,6 2,0 Chất béo 0,5 0,8 Xenluloza 0,9 1,2 Tro 1,0 0,5 Polyphenol 0,2 - Chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng khoai lang hàm lượng tinh bột Khoai chưa đủ già có chứa hạt tinh bột nhỏ dịch bào có chứa nhiều chất hịa tan gây bọt ảnh hưởng đến hiệu suất của trình sản xuất tinh bột Những củ khoai có mặt ngồi phẳng nhẵn thường có hàm lượng tinh bột cao Nước khoai tồn hai dạng: nước tự ( khoảng 78% lượng nước chung củ khoai) nước liên kết (22%) Trong nước tự có chứa loại đường, muối khống, hợp chất azơt hịa tan, axit hữu chất hịa tan khác Ngồi khoai cịn có protein chất béo với hàm lượng thấp Người ta cịn tìm thấy khoai lang có sinh tố B1, B2, C tiền sinh tố A nhựa khoai lang chứa hợp chất polyphenol chất màu Hợp chất polyphenol bị oxy hóa làm cho khoai khơ bột khoai có màu xám 1.2.3 Tính chất nhiệt vật lý của khoai lang Một số thông số nhiệt vật lý của khoai lang độ ẩm, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt bảng 1.2,theo tài liệu [1] Một số thông số nhiệt vật lý khoai lang Tính chất Đại lượng Đơn vị Độ ẩm 68,1 % Khối lượng riêng 1034 kg/m3 Nhiệt dung riêng 3860 J/kg.K Hệ số dẫn nhiệt 0,59 W/m.K Thu hoạch, sơ chế, bảo quản 1.3 1.3.1 Thu hoạch Khi thấy gốc khoai ngả màu vàng, kiểm tra củ thấy vỏ nhẵn, ít mủ khoai già, thu hoạch Cần thu hoạch vào ngày nắng Chú ý cuốc không làm đứt khoai, thao tác nhẹ nhàng tránh xây xát vỏ tạo điều kiện cho sâu nấm bệnh xâm nhập hại củ, bong vỏ làm ảnh hưởng đến mẫu mã làm giảm giá trị thương phẩm 1.3.2 Sơ chế Cũng giống loại củ lương thực khác, sau thu hoạch khoai vãn thể sống tiếp diễn loạt q trình hóa-lí sinh phức tạp mà điển hình q trình hơ hấp, hình thành chu bì vết thương, nảy mầm, thối… dẫn tới biến đổi thành phần hóa học của củ, gây tổn thất chất khơ, chí bị hư hỏng hồn tồn Ngồi ra, khoai lang cịn bị hà phá hoại, khoai hà không sử dụng kể làm thức ăn cho gia súc Nếu bảo quản khoai lang tươi trình sơ chế đơn giản Sau thu hoạch cần làm khoai đem bảo quản Các phương pháp bảo quản khoai lang tươi trình bày phần sau Chú ý sơ chế, tránh làm khoai bị trầy sước, ướt Tuy nhiên, bảo quản khoai lang tươi lại khó khăn, dó phải sơ chế thành dạng nguyên liệu để giữ lâu ngày Phổ biến sơ chế củ thành dạng lát, dạng duôi, mảnh Quy trình sơ chế gồm cơng đoạn sau: Củ tươi – ngâm – rửa – thái lát – phơi sấy – xử lý –thành phẩm Đối với củ tươi, sau thái, bề mặt lát thường có "nhựa" chảy làm cho bề mặt lát chóng bị sẫm màu bị oxy hóa Để tránh tượng này, sau thái, lát ngâm dung dịch nước vôi khoảng 30 phút, làm lát sau có màu trắng đẹp Tất lát sau ngâm xử lý vớt lên rổ, rá mặt thoáng nhằm làm cho lát thoát bớt nước Cần đảo trộn lát để tăng khả thoát nước Sau xử lý đưa lát sấy 1.3.3 Bảo quản Bảo quản hầm : Bảo quản hầm phương pháp phổ biến để dự trữ loại củ hầm có ưu điểm giữ nhiệt độ độ ẩm điều hòa, ít thay đổi theo thời tiết trời Trước cho khoai vào kho, lựa bỏ củ sây sát nhiều Trường hợp khoai bị ướt vỏ phải hong thơng gió cho khô Không bảo quản khoai bị ngập nước xếp khoai nhẹ nhàng Trường hợp thơng gió tự nhiên chiều cao đống khoai khơng q 1m, có quạt thơng gió chiều cao tới 2,5 - 3m Trong 10 ngày đầu tiên, cần giữ nhiệt độ 29-300oC độ ẩm không khí 85-95% để làm liền vết thương Sau giai đoạn khoai trạng thái ngủ ổn định nên hạ nhiệt độ xuống 12-150oC độ ẩm 85% Sau 2-3 tháng bảo quản, khoai chuyển sang giai đoạn mọc mầm dễ bị thối, cần giữ nhiệt độ thấp Chế độ kiểm tra khoai sau: - Khoảng 10 ngày kiểm tra lần/ ngày Sau 3-5 ngày/lần - Và giai đoạn mọc mầm ngày/lần Khi phát khoai có tượng hà thối cần xuất kho tiêu thụ Bảo quản đắp cát Bảo quản đắp cát nhằm ổn định nhiệt độ độ ẩm môi trường, chất lượng khoai biến chuyển chậm Xếp khoai thành luống Luống 1-1,5m, cao 0,5-0,8m, chiều dài tùy ý.Nơi đánh luống phải ráo, khơng có nước mạch Xung quanh luống có rãnh nước phịng trời mưa đọng nước Sau xếp khoai đắp cát lên Mỗi luống phải có ống cắm nhiệt kế kiểm tra nhiệt độ Bảo quản theo phương pháp đơn giản khoai chóng mọc mầm Bảo quản phương pháp sấy Là phương pháp bảo quản sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp Giữ chất lượng của sản phẩm có giá trị cao bảo quản lâu dài Ở đồ án ta lựa chọn phương pháp bảo quản khoai lang phương pháp sấy 1.4 Tổng quan sấy khoai lang 1.4.1 Bản chất của trình sấy Sấy bốc nước của sản phẩm nhiệt nhiệt độ thích hợp, trình khuếch tán chênh lệch ẩm bề mặt bên vật liệu, hay nói cách khác chênh lệch áp suất riêng phần bề mặt vật liệu môi trường xung quanh 1.4.2 Phân loại trình sấy Phân biệt loại: 10 𝑞𝑘 = 𝑄𝑘 21308.65 = = 24.35𝑘𝐽/𝑘𝑔𝐴 𝑊 875 Như tổngtổn thất TBCT : 𝑞𝑐𝑡 = 14.99 + 24.35 = 39.34[kJ/kgA] 5.4 Tổn thất môi trường Giả thiết tốc độ TNS : Để tính tổn thất môi trường giả thiết trước tốc độ TNS hầm Như giới thiệu , kết cấu xác định tiết diện tự của hầm xác định Ftd = Bh.Hh – 40.Lk.Hk= 1,25.2,65 – 40.1.0,05 = 1,313 m2 Do đó, tốc độ TNS của hầm sấy tối thiểu lưu lượng thể tích trình sấy lý thuyết Vo chia cho tiết diện tự Ftd, hay : 𝑤𝑜 = 𝑉𝑜 = = 6,85[m/s] 𝐹𝑡𝑑 1,313 Vì lưu lượng TNS trình sấy thực phải lớn lưu lượng TNS trình sấy lý thuyết nên tốc độ TNS giả thiết để tính toán tổn thất phải lớn wo Giả sử ta lấy w = m/s Chúng ta kiểm tra lại giả thiết sau tính lưu lượng thể tích thực tế Tổn thất kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy bao gồm thành phần sau: • Tổn thất qua tường bên: QT • Tổn thất qua trần: QTr • Tổn thất qua nền: Qn • Tổn thất qua cửa vào của hầm: Qc Do đó, QMT = QT + QTr + Qn + Qc Các tổn thất xác định qua dạng biểu thức sau : Q = F.k.(ttb – to ) Trong : ttb : nhiệt độ trung bình của TNS hầm lấy trung bình sau : ttb = 0,5.(t1 + t2 ) = 0,5 ( 80 + 35 ) = 57,5oC to : nhiệt độ môi trường to = 23,9oC 26 F : diện tích bề mặt tính tổn thất tương ứng k : hệ số trao đổi nhiệt, tính qua biểu thức 𝑘 = 𝛿 1 +∑ 𝑖 + 𝛼1 𝜆 𝑖 𝛼2 Với α1, α2 lần lươi hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của TNS với bề mặt tường của hầm sấy hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt tường hầm với mơi trường α1, α2 tính gần theo tốc độ của dịng khơng khí TNS lưu chuyển qua biểu thức sau :  = 6,15 + 4,17.[W / m2 K ] Với TNS hầm với ω = m /s nên 1 = 6,15 + 4,17.7 = 35,34[W/m K ] Tốc độ của gió ngồi trời ngày làm lấy ω = 1,0 m/s  = 6,15 + 4,17.1 = 10,32[W/m K ] ( tính tổn thất với trần ta tăng α2 lên 30%) Ta xác định tổn thất nhiệt kể sau : 5.4.1 Tổn thất qua tường bên QT Tường bên có kích thước : H h  Lh = 2650  18000  FT = 2.(2, 65  18) = 95, m Tường xây gạch dày δT = 200 mm = 0,2m , hệ số dẫn nhiệtλT = 0,75 W / m.K Ta xác định 𝐾𝑇 = 1 0,2 + + 35,34 0,75 10,5 = 2,56[𝑊/𝑚2 𝐾] Do : QT = FT.kT.(ttb – to ) = 95,4.2,56 ( 57,5 – 27 ) = 7448.83 W 5.4.2 Tổn thất qua trần QTR Trần có kích thước 𝐵ℎ × 𝐿ℎ = 1250 × 18000 ⇒ 𝐹𝑇𝑅 = 1,25 × 18 = 22,5 𝑚2 Trần đổ bê tông cốt thép dày δ2 = 150mm = 0,15m bọc thêm lớp bơng thủy tinh cách nhiệt có bề dày δ3 = 100mm = 0,1m Ta có hệ số dẫn nhiệt của bê tông cốt thép thủy tinh cách nhiệt lầm lượt là: λ2=1,55 W/m.độ λ3=0,06 W/m Ta xác định : 𝑘 𝑇𝑅 = 1 0,15 0,1 + + + 35,34 1,55 0,06 1,3.10,5 = 0,54[𝑊/𝑚2 𝐾] Do tổn thất qua trần QTr QTr= Ftr.ktr(ttb - to) =22,5.0,54.(57,5 – 27) = 370,58 W 27 5.4.3 Tổn thất qua QN Nền có kích thước 𝐵ℎ × 𝐿ℎ = 1250 × 18000 ⇒ 𝐹𝑇𝑅 = 1,25 × 18 = 22,5 𝑚2 Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy 57,5oC giả sử phòng cấy cách tường bao che phân xưởng mét [1], ta có: qN= 28,65W/m Do tổn thất qua bằng: QN= FN.qN = 22,5.28,65 = 644,625 W 5.4.4 Tổn thất qua cửa vào của hầm sấy Qc Ở phía đầu vào của hầm sây có lắp cửa với kích thước: 1300×2700(mm) Nên diện tích của cửa là: Fc= 2×(1,3.2,7)=7,02 m2 Cửa làm thép dày δc = 5mm = 0,005m [1] ta có hệ số dẫn nhiệt của cửa là: λc= 0,5 W/m.K Xác định : 𝑘𝐶 = 1 0,005 + + 35,34 0,5 10,5 = 7,49[𝑊/𝑚2 𝐾] Do : Qc= Fc.qc=7,02.7,49.(57,5 – 23,9) = 1766,68W Như tổng tổn thất nhiệt của hệ thống sấy qua kết cấu bao che là: QMT = QT+QTr+Qn+Qc= 7448.83 + 370.58 + 644.625 +1766,68 = 10230,72 W = 36830,57 kJ/h ⇒ 𝑞𝑚𝑡 = 5.5 𝑄𝑀𝑇 𝑊 = 36830,57 875 = 42,09𝑘𝐽/𝑘𝑔𝐴 Tổng tổn thất nhiệt của hệ thống sấy ∆= Ca.to – qvl – qTBTT – qmt VớiCa.to – thành phần nhiệt vật lý TNS đưa vào, thay vào ta có tổng tổn thất của hệ thống sấy là: ∆= 4,18.27 – 31,93 – 39.34 – 42= - 13.368 [kJ/kgA] Với tvl = to = 27oC 28 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY THỰC 6.1 Trạng thái của TNS sau trình sấy thực - Lượng chứa ẩm d2: 𝑑20 = 𝑑0 + 𝐶𝑑𝑥 (𝑑0 ) (𝑡1 − 𝑡2 ) 1,0397 (80 − 35) = 0,0194 + 2500 + 1,842𝑡2 − ∆ 2500 + 1,842.35 + 13,368 = 0,0375 [𝑘𝑔𝐴/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘] - Entanpy I2 I2 = 1,004t2 + d2(2500 + 1,842t2) = 1,004.35 + 0,0375.(2500 + 1,842.35) = 131.308 (kJ/kgkk) Nếu tính theo công thức : I2 = I1 + ∆.(d2 – ) = 131,68 – 13,368.(0,0181 – 0,0194) = 131.70 (kJ/kgkk) Giá trị I2 tính theo hai công thức sai khác chút ít trình tính làm tròn - Độ ẩm tương đối: 745 0,0375 𝐵 𝑑20 760 𝜑2 = = = 94.95 % 𝑝𝑏ℎ2 (0,621 + 𝑑20 ) 0,05585 (0,621 + 0,0375) So với điều kiện chọn φ2 = ( 90 ± ) % , bỏ qua sai số ,thì hồn tồn thỏa mãn Như , chọn t2 = 35 oC hoàn toàn hợp lý 6.2 Tính lượng TNS q trình sấy thực Chúng ta tính lượng khơng khí khô cần thiết để bốc kg ẩm trình sấy thực l : 𝑙0 = 1 = = 55,25 [𝑘𝑔𝑘𝑘/𝑘𝑔𝐴] 𝑑20 − 𝑑0 0,0375 − 0,0194 Và : L = W.l = 875 55,25 = 48343,75(kgkk/h) Để thiết lập bảng cân nhiệt ta tính : - Nhiệt lượng tiêu hao q 29 q = l.( I1 – Io ) = 55,25 (131,68 – 65,54) = 3554,23 kJ/kgA - Nhiệt lượng có ích q q1 = i2 – Ca.tv1 = ( 2500 + 1,842.35 ) – 4,18.27 = 2451.61 kJ/kgA - Tổn thất nhiệt TNS mang q2 q2 = l.Cdx(do)(t2 – to ) = 55,25.1,0335.(35 – 27 ) = 456.81 kJ/kgA - Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ : q’= q1 + q2 + qvl + qTBTT + qMT q’= 2451.61 + 456.81 + 34,2267 + 130,3 + 122 = 3494.95 kJ/kgA Có thể thấy nhiệt lượng tiêu hao q tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q phải Tuy nhiên, q trình tính tốn làm trịn ’ sai số tính toán tổn thất mà phạm phải sai số Chúng ta kiểm tra sai số Ở sai số tuyệt đối : ∆q = q’ – q = |3494.95 – 3554,23 |= 59.28 Hay sai số 𝜀 = ∆𝑞 𝑞′ = 59.28 3494.95 = 0.016 Sau tính tốn ta có bảng tổng kết cân nhiệt của hệ thống sấy sau : Bảng 3.1.Cân nhiệt hệ thống sấy STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị % [kJ/kg_ẩm] Nhiệt lượng có ích Tổn thất tác nhân sấy Tổn thất vật liệu sấy Tổn thất thiết bị truyền tải q1 2451.61 68,9 q2 456.81 12,85 qvl 34,2267 0,9 qTBTT 130,3 3,7 30 Tổn thất mơi trường Tổng nhiệt lượng tính tốn Tổng nhiệt lượng tiêu hao qMT 122 3,43 q’ 3494.95 100 q 3554,23 100 Sai số tuyệt đối 1,6 Từ bảng cân nhiệt ta có nhận xét : • Hiệu suất nhiệt của TBS : ηT = 68,9% • Trong tổn thất tổn thất TNS mang lớn Bây kiểm tra giả thiết tốc độ TNS hầm sấy Muốn vậy, tính : - Thể tích TNS sau khỏi hầm sấy : với thông số t2 = 35oC φ2 = 94.95 % , tra phụ lục [1] ta thể tích v2 = 0,93888 m3/kg kk Do lưu lượng thể tích TNS sau hầm sấy Vc : V2 = Lo.v2 = 48081,25.0,93888 = 45142.52 m3/h - Thể tích TNS trước vào hầm sấy : tính tốn q trình sấy lý thuyết có v1 = 1,047 m3/kg Do : V1 = Lo.v1 = 48081,25.1,047 = 50341,07 m3/h - Lưu lượng thể tích trung bình TNS hầm sấy V : V = 0,5.(V1 + V2 ) = 0,5.( 50341,07 + 45142,52) = 47741,79 m3/h Hay V = 13,26 m3/s - Kiểm tra tốc độ TNS giả thiết Tốc độ trung bình của TNS trình sấy thực w : 𝜀= 𝑉 𝐹𝑡đ = 13.26 1.313 31 = 10.01 (m/s) Tốc độ TNS giả thiết tính tổn thất 10 m/s So với tốc độ thực , sai số tương đối 0,1 % Bỏ qua sai số tính toán, kết tính tốn xem Sau tính toán, ta suất quạt cần đáp ứng để chọn quạt V = 47741,79 m3/h • Công suất nhiệt lượng cần thiết để chọn nồi - Công suất nhiệt của calorifer : Q = W.q = 875 3554,23 = 3109951,25 kJ/h = 863.88 kW - Lưu lượng cần thiết : Nếu lấy hiệu suất nhiệt của calorifer c = 75% , nhiệt ẩn hóa r của nước áp suất bar [2] 2109 kJ/kg lượng cần cung cấp D : D= 𝑄 𝜂𝑐 𝑟 = 3109951,25 0,75.2109 32 = 1966.15 (kg/h) CHƯƠNG 7: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 7.1 Tính chọn calorrife Caloriphe thiết bị dùng để đốt nóng khơng khí trước đưa không khí vào hầm sấy Trong kĩ thuật sấy thường dùng hai loại caloriphe caloriphe khí-hơi caloriphe khí-khói Ở hệ thống em dùng hệ thống caloriphe khí-hơi Caloriphe thiết bị trao đổi nhiệt bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống bão hịa ngưng tụ ngồi ống khơng khí chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng của nước 𝛼𝑛 lớn so với hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu mặt của ống so với khơng khí 𝛼𝑘 Vì caloriphe sử dụng loại ống chùm có cánh khuấy bố trí nằm ngang - Nhiệt lượng mà caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là: 𝐾𝐽 𝑄 = 𝐿 ∗ (𝐼1 − 𝐼0 ) ( ) ℎ Trong đó: L: lượng không khí khô cần thiết cho trình sấy thực tế (Kg/h) 𝐼0 , 𝐼1 : entanpy của tác nhân sấy trước sau khỏi caloriphe (KJ/Kgkk) Vậy: 𝐾𝐽 𝑄 = 48343,75 ∗ ( 131,68 − 76,57) = 2664224 ( ) = 740,06(𝐾𝑊) ℎ - Xác định kiểu caloriphe Công suất nhiệt của calorifer: 𝑄𝑐𝑎𝑙 = 𝑄 740 = = 779,01𝑘𝑊 𝜂𝑠 0,95 Với ηs = 0,95 hiệu suất nhiệt của calorifer Tiêu hao của calorifer 33 𝐷 = 𝑄𝑐𝑎𝑙 𝑖ℎ − 𝑖 ′ Trong đó: ih entanpi của nước vào calorifer, ih = i”kJ/kg i’ entanpi của nước ngưng, kJ/kg Với áp suất của nước P = bar → i” = 2748,7 kJ/kg i’ = 640,42 kJ/kg → 𝐷 = 779,01 = 0,369 𝑘𝑔/𝑠 = 1330 𝑘𝑔/ℎ 2748,7 − 640,42 Xác định bề mặt trao đổi nhiệt của calorifer 𝐹 = 𝑄𝑐𝑎𝑙 ∗ 𝜂𝑠 𝑘 ∗ ∆𝑡𝑡𝑏 Trong đó:F bề mặt truyền nhiệt phía có cánh k hệ số truyền nhiệt ∆𝑡𝑡𝑏 độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Hệ số truyền nhiệt k xác định theo bảng phần phụ lục [Bảng trang 181/Thiết kế hệ thống TBS] Để xác định trị số k cần giả thiết lưu tốc của khơng khí qua caloriphe ρ*v (Kg/m2.s) sau kiểm tra lại Giả thiết lưu tốc của không khí 4(Kg/m2.s) Vậy hệ số truyền nhiệt k=20,818(W/m2.K) - Độ chênh nhiệt độ trung bình ∆𝑡𝑡𝑏 = ∆𝑡1 − ∆𝑡2 ∗ 𝜀∆𝑡 ∆𝑡 𝑙𝑛 ∆𝑡 ∆t1 = th – t0 = 152 – 27 = 125 K ∆t2 = th – t1 = 152 – 85 = 72 K Trong đó: 𝑡ℎ nhiệt độ bão hịa của nước áp suất bar, 𝑡ℎ = 152℃ 34 𝑡0 nhiệt độ khí vào của caloriphe, t0 = 27oC 𝑡1 nhiệt độ khí của caloriphe, t1 = 80oC Hệ số hiệu đính: 𝜀∆𝑡 = ∆𝑡𝑡𝑏 = - 125 − 72 = 96,08 𝐾 125 𝑙𝑛 72 Bề mặt truyền nhiệt 𝑄𝑐𝑎𝑙 ∗ 𝜂𝑠 779,01 ∗ 103 ∗ 0,95 𝐹 = = = 370 𝑚2 𝑘 ∗ ∆𝑡𝑡𝑏 20,818 ∗ 96,08 Vậy hầm sấy cần calorife có diện tích: 𝑓 = 370 = 123,33 Lưu tốc không khí gây trở lực của caloriphe lớn, cần chọn tăng thêm bề mặt truyền nhiệt khoảng 20-25% sau thời gian làm việc bám bụi bề mặt làm hệ số truyền nhiệt giảm.Vì ta chọn kiểu K∅14 kiểu I có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 148𝑚2 diện tích tiết diện khí qua 𝑓 = 0,903 𝑚2 (bảng 5, trang 182, Sách thiết kế hệ thống sấy- Hoàng Văn Chước) Chọn tính tốn kích thước calorifer Ớng: - Đường kính trong: dtr = 32 mm - Đường kính ngoài: dng = 35 mm - Bước ống: s = 60 mm - Chiều dài đoạn ống: l = m Cánh xoắn tròn:  c = 0, mm - Chiều dày: - Bước cánh: Sc = mm Đường kính cánh: dc = 50 mm Các thông số cho trước - Công suất: - Nhiệt độ không khí vào Qk = 779,01 kW 𝑡𝑘𝑘_𝑣𝑎𝑜 = 27 °𝐶 35 - Nhiệt độ không khí khỏi dàn: 𝑡𝑘𝑘_𝑟𝑎 = 85°𝐶 Số ống: n = Fk 123,33 = = 818, 27 ống  dtr l 3,14.0, 032.1,5 Ta chọn n = 820 ống Chọn số ống hàng m = 41 ống ta có số hàng ống dàn ngưng là: z = - n = 20 m Kích thước của dàn + Chiều rộng dàn: B1 = z.s2 = 20.0,06 = 1,2 m + Chiều cao dàn: H1 = m.s1 = 41.0,06 = 2,46m + Chiều dài của dàn chọn L1 = 1,5 m 7.2 Tính chọn quạt Quạt thiết bị vận chuyển tác nhân sấy hệ thống sấy Để chọn loại quạt có số hiệu hiệu cần phải xác định được: Trở lực mà quạt phải khắc phục… ( cột áp ∆p ) Lưu lượng V 7.2.1 Lưu lượng quạt Quạt bố trí kênh dẫn TNS , theo tính tốn q trình sấy thực có lưu lượng quạt V = 47832,52 m3/h 7.2.2 Tính áp suất toàn phần 𝛥𝑃 = 𝛥𝑃𝐶 + 𝛥𝑃𝑆 + 𝛥𝑃𝑋 + 𝛥𝑃đ - Trong trở lực qua caloriphe PC , trở lực qua thiết bị sấy PS , trở lực qua thiết bị lọc bụi PX ,áp suất động Pđ + Áp suất động Pđ : 𝛥𝑃đ = 𝜌 × 𝜔 1,293 × 25 = = 1,57(𝑚𝑚𝐻𝑔) = 209,3(𝑃𝑎) 2×𝑔 × 9,81  = 1,293 kg/m3 khối lượng riêng của không khí điều kiện tiêu chuẩn g = 9,81(m/s2): gia tốc trọng trường + Trở lực qua caloriphe PC : 𝛥𝑃𝐶 = 𝜉 𝜔2 𝜌𝑍  : Hệ số trở kháng 36  =1,087 kg/m3 : Khối lượng riêng của không khí tra nhiệt độ 51,95°C Z: Số hàng ống caloriphe 𝜉 = 0,72 × 𝑅𝑒 −0,245 ( = 0,72 × 68870, 𝑠1 − 𝑑2 + −0,245 ( )0,9 𝑠1 − 𝑑2 0,9 𝑑 𝑇𝐵 0,9 𝑠1 − 𝑑2 −0,1 ×( ) ×( ) ×( ) 𝑑2 𝑑2 𝑠2 − 𝑑2 0,1 − 0,05 + )0,9 0,1 − 0,05 0,9 0,049 0,9 ( ) ×( ) 0,05 0,05 0,1 − 0,05 −0,1 ×( ) = 0,09 0,1 − 0,05 Thay vào ta có 𝛥𝑃𝐶 = 𝜉 𝜔2 𝜌𝑍 = 0,09 252 1,087.20 = 611.44 𝑃𝑎 + Trở lực qua thiết bị sấy PS : 𝐿ℎ × 𝜔2 × 𝜌 (𝑃𝑎) 𝛥𝑃𝑆 = 𝜆𝑚𝑠 × 𝑑𝑡𝑑 × ms :Hệ số ma sát dtđ: đường kính tương đương của hầm sấy  = 0,015m : Độ nhám của hầm sấy  = 1.000kg / m3 : Khối lượng riêng của không khí tra 80 °C Chọn tốc độ dòng khí hầm  S = 3m / s 𝑑𝑡đ = 𝜆𝑚𝑠 2𝐵ℎ × 𝐻ℎ × 1,25 × 2,65 = = 1,7𝑚 𝐵ℎ + 𝐻ℎ 1,25 + 2,65 𝜀 0,25 0,015 0,25 = 0,1 × ( ) = 0,1 × ( ) = 0,03 𝑑𝑡đ 1,7 𝐿ℎ × 𝜔2 × 𝜌 35 × 32 × 1,000 𝛥𝑃𝑆 = 𝜆𝑚𝑠 × = 0,03 × = 2,8(𝑃𝑎) 𝑑𝑡𝑑 × 1,7 × + Trở lực qua thiết bị lọc bụi PX : 𝜔𝑞2 × 𝜌𝑘 𝛥𝑃𝑋 = 𝜉 Chọn  q = 2,2m / s  k = 1,147kg / m3 khối lượng riêng của không khí 35 °C  - hệ số trở lực của thiết bị lọc bụi 37 Ta lấy  = 60 [3] Vậy 𝛥𝑃𝑋 = 𝜉 ×𝜌 𝜔𝑞 𝑘 = 60 2,2×1,147 = 75,7(𝑃𝑎) Vậy tổng trở lực: 𝛥𝑃 = 𝛥𝑃𝐶 + 𝛥𝑃𝑆 + 𝛥𝑃𝑋 + 𝛥𝑃đ = 611.44 + 2,8 + 75,7 + 209,3 = 899.24 (𝑃𝑎) 7.2.3 Chọn quạt tính công suất tiêu thụ của quạt Với yêu cầu của quạt cần chọn đảm bảo lưu lương cột áp V = 47832,52 m3/h, ∆p = 899.24 Pa Ta chọn quạt DBH – CFD-12.5 của hãng Dobaco Model DBH – CFD-12.5 Đường kính cánh Công suất Tốc độ Điện áp Lưu lượng Áp suất (mm) ( Kw) (v/ph) (V) (m3/h) (Pa) 1250 55 1460 380 50000 3000 7.3 Chọn nồi Với yêu cầu của calorifer vào có nhiệt độ bão hịa 151,84oC, lưu lượng vào 47832,52 m3/h Ta chọn nồi tầng sôi 10 , có thơng số sau: Đặc điểm kỹ thuật của lị tầng sơi 10 - Năng suất sinh hơi: 10.000kg / - Áp suất làm việc: 10 kg/cm2 38 - Nhiên liệu chính: trấu xay, trấu viên, mùn cưa, củi vụn, bột gỗ… - Phương pháp đốt: Cháy lơ lửng theo lớp sôi - Chế độ làm việc: tự động cấp nước, tự động giữ ổn định áp suất phạm vi cho phép, bảo vệ áp suất, bảo vệ mức nước thấp, bảo vệ nhiệt độ buồng đốt… - Khử bụi: cấp, đảm bảo tiêu chuẩn môi trường của Việt Nam khí thải ngồi khơng khí - Lị trang bị tiết kiệm nhiệt, tăng hiệu suất lò hơi, giảm tiêu hao nhiên liệu đồng thời tăng tuổi thọ của phần thiết bị phía sau lò quạt khói, ống dẫn khói… 39 40