THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY HÀNH CỦ THÁI LÁT 300KGMẺ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CNSH CNTP ĐỒ ÁN I ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY HÀNH CỦ THÁI LÁT 300KGMẺ Hà Nội, 72022 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thanh Thương – 20190579 Lớp: Thực phẩm 04 K64 Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Hoàng 2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ...............................................................................................................4 CHƯƠNG I ...................................................................................................................5 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SẤY,..................................................................5 CÔNG NGHỆ SẤY VÀ THIẾT BỊ SẤY....................................................................5 1.1 Tổng quan về nguyên liệu sấy .............................................................................5 1.1.1 Giới thiệu chung về hành ..............................................................................5 1.1.2 Thành phần hóa học ......................................................................................5 1.1.3 Thành phần dinh dưỡng ...............................................................................6 1.1.4 Công dụng.......................................................................................................7 1.1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ......................................................................7 1.1.6 Yêu cầu của hành sau khi sấy.......................................................................7 1.1.7 Quy trình công nghệ ......................................................................................8 1.2 Tổng quan về công nghệ sấy................................................................................8 1.2.1 Định nghĩa ......................................................................................................8 1.2.2 Mục đích .........................................................................................................9 1.2.3 Phân loại phương pháp sấy...........................................................................9 1.2.4 Nguyên lý của quá trình sấy .........................................................................9 1.2.5 Tác nhân sấy.................................................................................................10 1.2.6 Ưu điểm và nhược điểm của quá trình sấy................................................11 1.3 Tổng quan về thiết bị sấy...................................................................................11 1.3.1 Hệ thống sấy buồng .....................................................................................11 1.3.2 Tủ sấy............................................................................................................12 1.3.3 Hệ thống sấy hầm.........................................................................................12 1.3.4 Hệ thống sấy tháp ........................................................................................14 1.3.5 Hệ thống sấy thùng quay.............................................................................14 1.3.6 Hệ thống sấy tầng sôi...................................................................................15 1.3.7 Hệ thống sấy phun .......................................................................................16 1.4 Chọn phương pháp và thiết bị sấy....................................................................16 1.4.1 Chọn hệ thống sấy........................................................................................16 1.4.2 Chọn tác nhân sấy........................................................................................16 3 CHƯƠNG II................................................................................................................18 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG SẤY ...........................................18 2.1 Tính toán các thông số cơ bản của vật liệu......................................................18 2.2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết .....................................................................19 2.2.1 Trạng thái không khí bên ngoài (Điểm A) ................................................19 2.2.2 Trạng thái không khí vào buồng sấy (Điểm B).........................................20 2.2.3 Trạng thái không khí ra khỏi buồn sấy (Điểm C) ....................................21 2.2.4 Lượng không khí khô lý thuyết..................................................................21 2.2.5 Tiêu hao nhiệt lý thuyết...............................................................................22 2.3 Xác định các kích thước cơ bản của buồng sấy...............................................22 2.3.1 Khay sấy........................................................................................................22 2.3.2 Xe gòong........................................................................................................23 2.4 Tính toán các quá trình sấy thực tế..................................................................25 2.4.1 Xác định các tổn thất...................................................................................25 2.4.2 Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế ......................................28 2.4.3 Tính toán cân bằng nhiệt ............................................................................29 CHƯƠNG III..............................................................................................................31 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ................................................................31 3.1 Chọn Calorife .....................................................................................................31 Tính toán kích thước và chọn quạt.........................................................................33 3.2 Tính toán trở lực .........................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CNSH & CNTP ĐỒ ÁN I ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY HÀNH CỦ THÁI LÁT 300KG/MẺ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thanh Thương – 20190579 Lớp: Thực phẩm 04 - K64 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Hoàng Hà Nội, 7/2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SẤY, CÔNG NGHỆ SẤY VÀ THIẾT BỊ SẤY 1.1 Tổng quan nguyên liệu sấy .5 1.1.1 Giới thiệu chung hành 1.1.2 Thành phần hóa học 1.1.3 Thành phần dinh dưỡng .6 1.1.4 Công dụng .7 1.1.5 Tình hình sản xuất tiêu thụ 1.1.6 Yêu cầu hành sau sấy .7 1.1.7 Quy trình cơng nghệ 1.2 Tổng quan công nghệ sấy 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Mục đích 1.2.3 Phân loại phương pháp sấy 1.2.4 Nguyên lý trình sấy 1.2.5 Tác nhân sấy 10 1.2.6 Ưu điểm nhược điểm trình sấy 11 1.3 Tổng quan thiết bị sấy 11 1.3.1 Hệ thống sấy buồng .11 1.3.2 Tủ sấy 12 1.3.3 Hệ thống sấy hầm .12 1.3.4 Hệ thống sấy tháp 14 1.3.5 Hệ thống sấy thùng quay .14 1.3.6 Hệ thống sấy tầng sôi 15 1.3.7 Hệ thống sấy phun .16 1.4 Chọn phương pháp thiết bị sấy 16 1.4.1 Chọn hệ thống sấy 16 1.4.2 Chọn tác nhân sấy 16 CHƯƠNG II 18 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG SẤY 18 2.1 Tính tốn thơng số vật liệu 18 2.2 Tính tốn q trình sấy lý thuyết .19 2.2.1 Trạng thái khơng khí bên ngồi (Điểm A) 19 2.2.2 Trạng thái khơng khí vào buồng sấy (Điểm B) 20 2.2.3 Trạng thái khơng khí khỏi buồn sấy (Điểm C) 21 2.2.4 Lượng khơng khí khơ lý thuyết 21 2.2.5 Tiêu hao nhiệt lý thuyết .22 2.3 Xác định kích thước buồng sấy .22 2.3.1 Khay sấy 22 2.3.2 Xe gòong 23 2.4 Tính tốn trình sấy thực tế 25 2.4.1 Xác định tổn thất 25 2.4.2 Xác định thơng số q trình sấy thực tế 28 2.4.3 Tính toán cân nhiệt 29 CHƯƠNG III 31 TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 31 3.1 Chọn Calorife .31 Tính tốn kích thước chọn quạt .33 3.2 Tính tốn trở lực 33 3.3 Chọn quạt 37 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 LỜI MỞ ĐẦU Hành củ loại gia vị phổ biến, dùng để tăng hương vị ăn Các ăn có hành củ làm gia vị đa dạng phong phú: mịn xào, hầm, soup, xơi xéo… Ngồi việc dung hành củ làm gia vị ăn hành củ cịn dùng để chữa bệnh Trong hành củ có calories giàu vitamin giúp giảm cholesterol ngăn ngừa bệnh tim mạch Bên cạnh đó, hành củ giúp tăng cường hệ miễn dịch thể, làm thuốc giảm đau thuốc kháng sinh… Với lợi ích, cơng dụng hương vị nhu cầu sử dụng hành củ lớn Hơn hành củ trồng nhiều nơi, suất cao: Hải Dương, Sóc Trăng, Đồng Tháp … đòi hỏi việc bảo quản, chế biến cho phù hợp với mục địch lợi nhuận Việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào bảo quản, chế biến hành củ cần thiết Vậy nên, cơng nghệ sấy đóng vai trị quan trọng q trình sau thu hoạch bảo quản nơng sản Trên sở kiến thức học hướng dẫn thầy Nguyễn Ngọc Hoàng, em xin trình bày đồ án QTTB với đề tài: “Tính tốn thiết kế hệ thống sấy hành củ thái lát, suất 300kg/mẻ” Vì lần đầu thiết kế đồ án nên q trình thiết kế em cịn nhiều thiếu sót, kính mong thầy thơng cảm Em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy để em trau dồi thêm nhiều kinh nghiệm kiến thức Em xin chân thành cảm ơn GVHD TS Nguyễn Ngọc Hồng tận tình hướng dẫn để em hồn thiện thiết kế đồ án CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SẤY CÔNG NGHỆ SẤY VÀ THIẾT BỊ SẤY 1.1 Tổng quan nguyên liệu sấy 1.1.1 Giới thiệu chung hành Hành hay gọi hành ta để phân biệt với hành tây, tức Allium cepa, có danh pháp khoa học Allium fistulosum thuộc họ Hành (Alliaceae) Đây loại thân thảo, phát triển hanh Đặc điểm hành: • • • • • • Thân: thân hành nhỏ, cao từ 30-50 cm, tép trắng hay nâu đỏ, to từ 7-15 mm Rễ: hình bóng đèn, phù, kéo dài, bất đối xứng Lá: xanh mốc, bọng ba cạnh dưới, hình trụ lên tới 50-80 cm, 2,5 cm đường kính Hoa: trục mang cụm hoa cao lá, cụm hoa hình đầu trong, gồm nhiều hoa có cuống ngắn, bao hoa có mảnh hình trái xoan nhọn màu trắng có sọc xanh Hoa lưỡng tính có hình chng, bầu nhụy mảnh Quả: nang, viên nang hình cầu khoảng mm đường kính, khai theo chiều dọc, chứa hạt Hạt: hạt từ 3-4 mm có màu đen Hình 1.1 Một số loại hành 1.1.2 Thành phần hóa học Trong hành có chứa allyl propyl disulphide (gồm tinh dầu hợp chất lưu huỳnh) Tinh dầu dễ bay nguyên nhân gây kích ứng chảy nước mắt tiếp xúc với hành sống Khi đun nóng, tinh dầu bị bay Lá củ hành chứa hợp chất lưu huỳnh (tinh dầu) tỏi đặc biệt có metylpentydisulfid, pentyhydrodisulfid, nhiều silicium, hành có nhiều tiền vitamin A, B, C… Hàm lượng nước cao, chiếm khoảng 80-90% trọng lượng 1.1.3 Thành phần dinh dưỡng Bảng 1: thành phần dinh dưỡng 100 g hành củ tươi ăn (Theo 2007 Thành phần dinh dưỡng Việt Nam – trang 119) Thành phần dinh dưỡng hành củ tươi Đơn vị Hàm lượng Nước (Water) g 92.5 Năng lượng (Energy) kcal 26 Protein g 1.3 Lipit (Fat) g 0.4 Glucid (Cacbonhydrate) g 4.4 Celluloza (Fiber) g 0.7 Tro (Ash) g 0.7 Calci (Calcium) mg 32 Sắt (Iron) mg 1.10 Magie (Magnesium) mg 23 Phospho (Phosphorous) mg 0.140 Kali (Potassium) mg 49 Natri (Sodium) mg 17 Kẽm (Zinc) mg 0.52 Đồng (Copper) µg 70 Selen (Selenium) µg 0.6 Vitamin C (Ascorbic acid) mg 10 Vitamin B1 (Thiamine) mg 0.03 Vitamin B2 (Riboflavin) mg 0.04 Vitamin PP (Niacin) mg 0.2 (100g ăn được) Vitamin B5 (Pantothenic acid) mg 0.169 Vitamin B6 (Pyridoxine) mg 0.072 Folat (Folate) µg 16 Beta-carote µg 15 Tổng số acid béo no g 0.05 Tổng số acid béo không no nối đôi g 0.02 Tổng số acid béo không no nhiều nối đơi g 0.06 1.1.4 Cơng dụng • Theo Đơng y: Hành có vị cay, mùi hăng nồng, tính ấm, có tác dụng ơn ấm tỳ vị, tiêu đờm, giảm ho, làm mồ hôi, lợi tiểu, sát khuẩn, giải độc, tiêu viêm… • - - Theo Tây y: Hành giàu vitamin khoáng chất, gồm loại vitamin A, B, C, K, giúp xương khỏe mạnh Ngoài chứa lượng đáng kể canxi, phốt pho, sắt… tốt cho thể Hành có lượng chất xơ lành mạnh, hỗ trợ tốt cho hệ thống tiêu hóa, giảm nguy bị ung thư ruột kết, táo bón, trĩ, viêm ruột thừa Hành chứa calo, giúp giảm cholesterol, chống vi khuẩn, virut nấm thể 1.1.5 Tình hình sản xuất tiêu thụ Ở Việt Nam, hành củ gia vị thiếu nhiều ăn, cịn sử dụng làm thuốc Đông y Hành củ trở thành rau màu chủ lực nhiều vùng kinh tế địa phương Hành củ tươi cung cấp cho thị trường nước, trồng quanh năm, mang lại nguồn thu xứng đáng, cho bà nông dân vùng trồng hành có kinh tế ổn định Bên cạnh đó, khơng chỉ xuất bán hành hay hành củ tươi mà việc chế biến sản phẩm từ hành hành củ sấy khô cũng quan tâm, mang lại khơng lợi nhuận giúp tăng thêm giá trị thương phẩm hành Hành củ sấy khô sấy từ củ hanh tươi, dùng làm rau gia vị thực phẩm Hành củ sấy khô không chỉ cung cấp cho doanh nghiệp hay sở chế biến thực phẩm, mà sản phẩm xuất sang nhiều thị trường giới Nga, Hàn Quốc, Nhật Bản… 1.1.6 Yêu cầu hành sau sấy Màu sắc: Giữ màu xanh tự nhiên, vị thơm đặc trưng sản phẩm Kích thước: dạng thái lát Độ ẩm cuối: 20% Tỉ lệ vụn: 5% 1.1.7 Quy trình cơng nghệ Hành tươi đầu vào (độ ẩm 90%) Bóc vỏ, rửa để nước Phân loại hành Thái lát mỏng theo yêu cầu Xếp vào khay Sấy (ở nhiệt độ 70 độ C) Đến độ ẩm yêu cầu (20%) Đóng gói bảo quản Hình 1.2 quy trình cơng nghệ sấy hành 1.2 Tổng quan công nghệ sấy 1.2.1 Định nghĩa Sấy trình tách ẩm khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt 1.2.2 Mục đích • Giảm khối lượng vật liệu • Làm tăng giá trị sản phẩm • • Bảo quản tốt Đảm bảo thông số kỹ thuật cho q trình gia cơng vật liệu 1.2.3 Phân loại phương pháp sấy 1.2.3.1 Sấy tự nhiên: Là phương pháp sử dụng trực tiếp lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió… để làm bay nước Phương pháp đơn giản, không tốn lượng, rẻ tiền nhiên không điều chỉnh tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém, Do phương pháp áp dụng cho sản xuất quy mơ nhỏ lẻ, họ gia đình 1.2.3.2 Sấy nhân tạo Là phương pháp sấy sử dụng nguồn lượng người tạo ra, thường tiến hành thiết bị sấy, cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Phương pháp tốn lượng chi phí điều chỉnh nhiệt độ tốc độ gió, thời gian sấy nhanh, suất cao, đảm bảo vệ sinh Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia làm dạng: • • • • Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khơng khí nóng, khói lị… (gọi tác nhân sấy) Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn Sấy tia hồng ngoại: phương thức sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điện phát truyền cho vật liệu sấy Sấy dòng điện cao tần: phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu • Sấy thăng hoa: phương pháp sấy mơi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp nên ẩm tự vật liệu đóng băng bay trừ trạng thái rắn thành mà không qua trạng thái lỏng 1.2.4 Nguyên lý trình sấy Quá trình sấy trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha chỉ xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước mơi trường khơng khí xung quanh Vận tốc tồn q trình quy định giai đoạn chậm Tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình di chuyển ẩm từ vật liệu sấy bền mặt vật liệu sấy Trong q trình sấy mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do cần nghiên cứu tính chất thơng số q trình sấy Quạt Calorife Thiết bị sấy Hình 1.3 Sơ đồ trình sấy 1.2.5 Tác nhân sấy Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy Trong trình sấy, mơi trường buồng sấy ln bổ sung ẩm từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm không mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên đến lúc đạt cân vật liệu sấy mơi trường buồng sấy, q trình ẩm vật liệu sấy ngừng lại Vì nhiệm vụ tác nhân sấy : • • • Gia nhiệt cho vật liệu sấy Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực hay nhiều nhiệm vụ Các loại tác nhân sấy: • Khơng khí ẩm: loại tác nhân sấy thơng dụng nhất, dùng cho hầu hết loại sản phẩm Dùng khơng khí ẩm có nhiều ưu điểm : khơng khí có sẵn tự nhiên, không độc, không làm sản phẩm sau sấy ô nhiễm thay đổi mùi vị Tuy nhiên, dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm gia nhiệt khơng khí (caloripher điện, khí - hay khí - khói), nhiệt độ sấy khơng cao 10 B = Bb + 2δ1 + 2δ2 + 2δp = 850 + 2.5 + 2.10 + 2.75 = 1030 (mm) Chiều cao phủ bì buồng là: H = Hb + δg + δ1 + δ2 + δp = 1820 + 90 + + 10 +75 = 2000 (mm) Kích thước chung: - 60 khay thép (L, B, H) (mm) = (600; 350; 30) - Xe goong (L, B, H) (mm) = (650; 350; 1790), xe 15 khay, bánh xe R = 50 (mm) chiều cao 150mm, 30 chữ L làm giá đỡ - Buồng làm việc (L, B, H) (mm) = (2350; 850; 1820) - Buồng phủ bì (L, B, H) (mm) = (2530; 1030; 2000) - Khối lượng vật liệu xe: 𝐺1 300 = = 75 (𝑘𝑔) 4 - Khối lượng xe goong: 25,725 (kg) - Khối lượng 15 khay xe: 15.7,32 = 109,8 (kg) - Khối lượng xe chất vật liệu: m = 75 + 25,725 + 109,8 = 210,525 (kg) 2.4 Tính tốn q trình sấy thực tế 2.4.1 Xác định tổn thất • Tổn thất vật liệu mang Chọn nhiệt độ vật liệu khỏi thiết bị sấy tm2= 800C Qm = Gm.Cm.(tm2 − tm1) - Gm = 37,5 kg: lượng vật liệu khỏi thiết bị - Cm: Nhiệt dung riêng vật liệu khỏi thiết bị - tm2 = 800C, tm1 = 200C: nhiệt độ vào vật liệu Nhiệt dung riêng vật liệu khỏi thiết bị là: Cm = Ck.(1 – W2) + Cn.W2 = 1,0269.(1 − 0,20) + 4,18.0,20 = 1,66 ( kJ/kgK) - Cn: Nhiệt dung riêng nước - W2: độ ẩm tuyệt đối vật liệu khỏi thiết bị - Ck: Nhiệt dung riêng vật khô tuyệt đối (Ck=1,0269 kJ/kgK) Tổn thất vật liệt sấy mang đi: 25 Qm = Gm.Cm(tm2 − tm1) = 37,5.1,66.(80 – 20) =3735 (kJ) qm = Q m 3735 kJ = = 14,23 ( ) W 262,5 kg ẩm • Tổn thất thiết bị vận chuyển ✓ Tổn thất qua xe - mxe = 25,725 kg, làm thép CT3 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 = 900C Gx= 4.25,725 = 102,9 kg Qx = Gx.C.(tx2 – tx1) = 102,9.0,5.(90-20) = 3601,5 (kJ) 𝑞𝑥 = Qx 3601,5 kJ = = 13,72 ( ) 𝑊 262,5 kg ẩm ✓ Tổn thất qua khay Mkhay xe=109,8 (kg) → Gk=4.109,8 = 439,2 (kg) Khay có nhiệt độ vật liệu sấy Khay làm inox → Qk=Gx.C.(t2-t1) = 439,2.0,5.(80-20) = 13176 (kJ) qk = Q k 13176 kJ = = 50,19 ( ) W 262,5 kg ẩm ➔Tổn thất qua thiết bị vận chuyển qvc= qk+qx= 50,19 + 13,72= 63,91 (kJ/kg ẩm) • Tổn thất tỏa nhiệt vào mơi trường Nhiệt độ bên ngồi tủ sấy tf2 = t0 = 20oC Nhiệt độ bên tủ sấy tf1 = (t1+t2)/2 = (90+40)/2=65oC Chênh lệnh nhiệt độ bên bên tủ sấy là: ∆t = tf1 – tf2 = 65 – 20= 45oC Vỏ tủ làm loại vật liệu: - Thép CT3 với δ1 =5 (mm) chiều dày lớp thép bao bên ngoài, δ2 = 10 (mm) hệ số dẫn nhiệt λa = 46,5 (W/m.K) (sổ tay hóa cơng tập tr313) 26 - Bông thủy tinh cách nhiệt δp = 75mm hệ số dẫn nhiệt λb = 0,058 W/m.K Chọn vận tốc TNS v=1,5m/s Với v < m/s hệ số trao đổi nhiệt cưỡng tác nhân sấy mặt tủ sấy: α1 = 6,15 +4,17.v = 6,15 + 4,17.1,5=12,4 (W/m2.K) Gọi: - tw1, tw2, nhiệt độ mặt bên bên ngồi thành tường - tf1 nhiệt độ trung bình bên buồng: 90 + 40 𝑡𝑓1 = = 65𝑜 𝐶 tf2 nhiệt độ bên buồng - δ: độ dày tường - Hệ số dẫn nhiệt tường: λ=0,058(W/m.độ) Chọn tw1= 63.280C Chọn chế độ không khí bên ngồi chảy rối - Mật độ dịng nhiệt trao dổi nhiệt tác nhân sấy mặt là: 𝑞1 = 𝛼1 (𝑡𝑓1 − 𝑡𝑤1 ) = 12,4(65 − 63,28) = 21,33 ( 𝑊 ) 𝑚2 - Nhiệt độ tw2 = tw1 - q1 𝛿/𝜆 = 63,28 – 21,33.(0,1/0,058) = 26,5 oC 𝛼2 = 1,715 ( 𝑡𝑤2 − 𝑡𝑓2 )0,333 = 1,715(26,5 − 20)0,333 = 3,2 ( 𝑊 ) 𝑚2 𝐾 - Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt tường với mơi trường bên ngồi là: 𝑞2 = 𝛼2 (𝑡𝑤1 − 𝑡𝑤2 ) = 3,2 (26,5 − 20) = 20,8 ( 𝑊 ) 𝑚2 Như sai số q1 q2 là: ∆𝑞 = 𝑞1 − 𝑞2 21,33 − 20,8 = = 2,5% 𝑞1 21.33 => sai số chấp nhận - Hệ số truyền nhiệt 𝐾 = 1 𝑊 = = 0.47 ( ) δ 1 0,15 0,1 𝑚 𝐾 + + + α1 + λ2 + α2 12,4 46,5 0,058 3,2 - Tổn thất qua tường bao quanh Qxq = K Fxq ∆t Với Fxq =2.( L.H + B.H) = 2.(2,53.2 + 1,03.2) = 14,24(m2) 27 Qxq=0,47.14,24.(65-20) = 301,18 (W) ▪ Hệ số truyền nhiệt khơng khí buồng qua trần là: 1 𝑊 𝐾𝑘𝑟 = = = 0,86 ( ) 𝛿 1 0,15 0,05 𝑚 𝐾 +∑ + + + + 𝛼1𝑡 λ 𝛼2𝑡 16,12 46,5 0,058 4,16 Trong đó: 𝛼1𝑡 = 𝛼1 1,3 = 12,4 1,3 = 16,12 (W/m2.K) 𝛼2𝑡 = 𝛼2 1,3 = 3,2 1,3 = 4,16 (W/m2.K) ▪ Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: 𝑄𝑡𝑟 = 𝑘𝑡𝑟 𝐹𝑡𝑟 (𝑡𝑓1 − 𝑡𝑓2 ) = 0,86.2,6059 (65 − 20) = 100,85 (W) Với 𝐹𝑡𝑟 = 𝐿 𝐵 = 2,53.1,03 = 2,6059 𝑚2 diện tích trần ▪ Nhiệt truyền qua buồng sấy là: 𝑄𝑛 = 𝑞𝑛 𝐹𝑛 Trong 𝑞𝑛 – tổn thất qua 1m thiết bị sấy 𝐹𝑛 = 𝐹𝑡𝑟 = 2,6059 𝑚2 diện tích sàn Chọn khoảng cách tường TBS với tường phân xưởng 1m, nhiệt độ trung bình tác nhân sấy thiết bị sấy 𝑡𝑓1 = 65℃, , 𝑞𝑛 = 51,5 (W/m2) Vậy ta có: 𝑄𝑛 = 𝑞𝑛 𝐹𝑛 = 51,5.2,6059 = 134,2 (𝑊 ) ▪ Tổn thất nhiệt vào môi trường là: 𝑄𝑚𝑡 = 𝑄𝑛 + 𝑄𝑡𝑟 + 𝑄𝑥𝑞 = 134,2 + 100,85 + 301,18 = 536,23 (𝑊 ) 𝐽 = 1930,43 (𝑘 ) ℎ 𝑄𝑚𝑡 1930,43 𝑘𝐽 𝑞𝑚𝑡 = = = 7,35 ( ) 𝑊 262,5 𝑘𝑔 ẩ𝑚 ▪ Vậy tổng tất tổn thất là: 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑞𝑚 + 𝑞𝑣𝑐 + 𝑞𝑚𝑡 = 14,23 + 63,91 + 7,35 = 85,49 (k.J/kg ẩm) 2.4.2 Xác định thông số trình sấy thực tế - Lượng chứa ẩm d2 = Cpk (t1 − t ) + 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 + ∆ =Cn to – qtổng = 4,18.20 – 85,49= -1,89 (kJ/kg ẩm) 28 kJ i1 = r + Cph t1 = 2500 + 1,842.90 = 2665,78 ( ) kg i2 = r + Cph t = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 ( d2 = kJ ) kg 1,004 (90 − 40) + 0,0127 (2665,78 + 1,89) kg = 0,0326 ( ) 2573,68 + 1,89 kgkk Entanpy TNS sau trình sấy thực tế: I’2 = Cpk.t2 + d2.i2 = 1,004.40 + 0,0326 2573,68 = 124,06 (kJ/kgkk) - Độ ẩm tương đối: φ2 = d2 p 0,0326.0,9933 = 100% = 63,86% (0,622 + d2 ) ps2 (0,622 + 0,0326) 0,073 - Khối lượng riêng: p − φ2 pb2 0,9933 − 0.073.0,6386 kg ρk2′ = = 105 = 1,054 ( ) 287(273 + t ) 287 (273 + 40) m - Lượng khơng khí khơ cần thiết bốc 1kg ẩm vật liệu sấy là: 1 kg l0 = = = 50,25 ( ) d2 − d1 0,0326 − 0,0127 kg ẩm - Lượng không khí khơ bốc là: - kgkk ) h Lưu lượng thể tích trung bình tác nhân sấy vào buồng: L = l0 W1h = 50,25.52,5 = 2638,125 ( 𝑉 ′ 𝑡𝑏 𝐿 2638,125 𝑚3 = = = 2653,52 ( ) (𝑝𝑘1 + 𝑝𝑘2 ′) 0,5 (0,9344 + 1,054) 0,5 ℎ Khối lượng riêng tác nhân sấy trình thực ρtb = L 2638,125 𝑘𝑔 = 0,994 ( ) ′ = Vtb 2653,52 𝑚 2.4.3 Tính tốn cân nhiệt - Nhiệt lượng đưa vào buồng sấy: kJ q = l0 (I2 ′ − I0 ) = 50,2513 (124,06 − 50,2513) = 3728,91 ( ) kg ẩm - Nhiệt lượng có ích q1: kJ q1 = i2 − C𝑛 t = 2573,68 − 4,18.20 = 2490,08 ( ) kg ẩm - Tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang đi: 29 q2= l0 Cpk(t2 – t0) = 50,2513.1,004.(40-20) = 1014,47 ( kJ ) kg.ẩm - Tổng lượng nhiệt có ích tổn thất là: q’= q1 + q2 + 𝑞𝑡ổ𝑛𝑔 =2490,08 + 1014,47+85,49=3590,04 ( kJ ) kg.ẩm • Sai số tuyệt đối: ∆𝑄 =∣ 𝑞′ − 𝑞 ∣ = ∣3590,04 – 3728,91∣= 138,87 (kJ/h) 𝛿= ∆𝑄 138,87 = = 3,87% < 5%(𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛 đ𝑖ề𝑢 𝑘𝑖ệ𝑛 𝑠𝑎𝑖 𝑠ố) 𝑞′ 3590,04 - Hiệu suất thiết bị sấy: 𝐻= 𝑞1 2490,08 = = 69,36 % 𝑞′ 3590,04 30 CHƯƠNG III TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 3.1 Chọn Calorife Calorifer khí – - Nhiệt lượng mà calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là: Q= L ×(I1 – I0 ) kJ/h Trong đó: L: 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 = 2638,125 × (124,2154 − 50,2513)=195126,5 kJ/h = 54,2 kW - Công suất nhiệt calorifer: Q cal = 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 = 0,96 Q cal = 54,2 0,96 = 56,46 kW - Tiêu hao nước Calorifer: Do nhiệt độ tác nhân sấy khơng q cao nên ta chọn lị có áp suất bão hịa bar Tiêu hao nước calorifer D = Trong đó: ih = 2749 Kj kg Qcal ih – i′ − entanpi vào calorifer Đây bão hịa khơ bar I′ = 640 Kj kg D= - − entanpi nước bão hòa Q cal 56,46 𝑘𝑔 𝑘𝑔 = = 0,026 ( ) = 93,6 ( ) ih – i′ 2749 − 640 𝑠 ℎ Bề mặt truyền nhiệt calorifer F tính theo cơng thức: Q cal × ncal 𝐹= (𝑚2 ) k × ∆t tb 31 (cơng thức trang 138 – [1]) Trong đó: F: diện tích trao đổi nhiệt, bề mặt phía có cánh, m2 ∆t tb : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình khơng khí, ℃ 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 = 20,8 W/m2 k với lưu tốc khơng khí kg/m2 s trở lực phía khơng khí mmHg - Tính chênh lệch nhiệt độ trung bình ∆t tb : ∆t tb = ∆t1 − ∆t2 ∆t ln ∆t2 Trong đó: Δt1= t s – t k1 , ∆t = t s – t k2 Với t s nhiệt độ bão hòa nước, tra bảng nước nước bão hịa theo áp suất bar ta có: Nhiệt độ bão hòa nước: t s = 152℃ ∆t1 = 152 – 20 = 1320C ∆t = 152 – 90= 620 C Vậy ∆t tb = 132−62 132 62 ln = 92.630C Bề mặt truyền nhiệt calorifer: 𝐹= 56,46×103 ×0,96 20,8 ×92.63 = 28,13 m2 Dựa vào phụ lục I - bảng 4-trang 182 - [1], ta chọn dùng calorifer K∅2- Kiểu I Diện tích BMTĐN (m2 ) Diện tích tiết Diện tích tiết diện khí qua (m2 ) diện mơi chất qua (m2 ) 9,9 0,115 0,005 Kích thước (mm) Dài Dài Dày A B C 760 610 412 Đường kính ống mơi chất vào (dm) 1,25 32 Tính tốn kích thước chọn quạt 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 buồng sấy có lưu lượng 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 cũng nhiệt độ độ ẩm tác nhân sấy Khi chọn quạt, giá trị cần xác định hiệu suất quạt 3.2 Tính tốn trở lực - Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorifer Chọn đường ống dẫn làm tơn sơn đỏ có độ nhám ε = 10−4 m Chọn chiều dài ống l1 = 0,2 m Chọn đường kính ống d1 = 0,2 m Vận tốc đường ống là: ω1 = V1 F1 Trong đó: V1 =L.vB = 2638,125 0,829= 2187,01 m3/h= 0,61 𝑚3 /s vB= 0,829 m3 /kgkk thể tích khơng khí trước vào calorifer (ở t = 20℃, φ0 = 80%) 𝜋𝑑 3,14 0,22 𝐹1 = = 0,0314 𝑚2 4 m →ω1 = 19,43 ( ) s Tại t = 20℃, ρ1 = 1,205 kg m3 v1 = 15,06 10−6 m s Chuẩn số Re : 𝑅𝑒 = ω1 d1 19,43 0,2 = == 257991 > 4000 v1 15,06 10−6 → Khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức : 33 ε 100 0,25 λ1 = 0,1 (1,46 + ) d1 Re 10−4 100 ↔ λ1 = 0,1 (1,46 + ) 0,2 257991 0,25 = 0,02 → Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer là: l1 ω12 0,2 19,432 N ∆p1 = λ1 ρ1 = 0,02 1,205 = 4,55 ( ) d1 0,2 m - Trở lực đoạn ống thẳng từ calorifer đến cút cong: Chọn chiều dài ống l2 = 0,25 m Chọn đường kính ống d2 = 0,2 m Vận tốc đường ống là: ω2 = V2 F2 Trong đó: V2 = L.vc= 2638,125 0,93= 2453,46 m3/h=0,682 m3/s vc = 0,93 m3 / kgkk thể tích khơng khí sau qua calorifer (ở t1 = 90℃) π d2 3,14.0,22 F2 = = = 0,0314 𝑚2 4 ω2 = Tại t = 90℃ , ρ2 = 0.961 kg m3 0,682 0,0314 m = 21,72 ( ) v2 = 22,12 10−6 s m s Chuẩn số Re: 𝑅𝑒 = ω2 d2 21,72 0,2 = = 196383 > 4000 v2 22,12 10−6 → Khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức: ε 100 0,25 λ2 = 0,1 (1,46 + ) d2 Re 10−4 100 ↔ λ2 = 0,1 (1,46 + ) 0,2 196383 0,25 = 0,02 → Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer là: 34 ∆p2 = λ2 l2 ω22 0,25 21,722 ρ2 = 0,02 0,961 = 5,67 (N/m2 ) d2 0,2 Trở lực cút cong Chọn đường kính ống d3 = 0,2m Ta có: ∆p3 = ξ ω2 γ g Trong đó: ξ = 0,178 − trở lực cục γ − trọng lượng riêng khơng khí: γ = g ρ = 9,81 0.961 = 9,43 N/m3 g = 9,81 m (gia tốc trọng trường) s2 ρ = 0.961 kg m3 ω2 = 21,72 m s (khối lượng riêng khơng khí 90℃) (vận tốc khơng khí ống) Suy ra: 21,722 ∆p3 = 0,178 9,43 = 40,36 (N/m2 ) 2.9,81 - Trở lực đoạn ống từ cút cong vào buồng sấy: Chọn chiều dài ống l = 0,35 m Trở lực: ∆p4 = λ2 - l ω22 0,35 21,722 N ρ2 = 0,02 9,43 = 77,85 ( ) d2 0,2 m 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 đặt đỡ hàn xe goòng song song nhau, đỡ khay xe cách 100 mm, Lk = 0,6 𝑚, chiều cao khay 30 mm, khoảng thơng khí 35 khay dk= 70mm Chọn độ nhám khay: εk = 10-6 Vận tốc đường ống là: ωB =1,5m/s • Tại t = 90℃ có: ρ2 = 0.961 kg m3 v2 = 22.12 10−6 m s Trở lực cục xe vào ∆pv = ξv ρ2 ω2B =0,178 0,961 1,52 =0,192 N/m2 Với ξv =0,178 trở lực cục xe vào Chuẩn số Re: Re = ωB dk v2 = 1,5.0,07 22,12.10−6 = 4746>4000 → Khơng khí ống theo chế độ chảy rối Giá trị hệ số ma sát tính theo công thức: λ2 = 0,1 (1,46 λ2 = 0,1 (1,46 εk d2 + 10−6 0,2 100 0,25 Re + ) 100 4746 0,25 ) = 0,0381 → Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer là: L ω2B dk ∆pxe = λ2 k ρ2 n = 0,0381 0,6 0,07 0,961 1,52 = 1.41 N/m2 Với n=4 số xe gòong Trở lực cục xe ra: ∆pr = ξr ρ2 ω2B =0,25.0,961 1,52 =0,27 N/m2 Với ξr =0,25 trở lực cục xe Vậy : - ∆p7 =∆pv +∆pxe +∆pr =0,192+ 1,41+ 0.27= 1,872 N/m2 Áp suất động khí thốt: pđ = ρC Tại t= 40℃ có: ρC = 1,035 ω2ra kg m3 Chọn tốc độ thải khí: ωra = m/s Suy : pđ = ρC ω2ra = 1,035 52 = 12,94 N/m2 Tổng trở lực hệ thống: ∆p=∆p1 +∆p2 +∆p3 +∆p4 +∆p5 + ∆p6 + ∆p7 + pđ 36 ∆p = 4,55 + 5,67 + 40,36 + 77,85 + 70 + 20 + 1,874 + 12,94 = 233,244 N m2 3.3 Chọn quạt - Ta có suất: 𝐿 𝜌0 2638,125 × 1,293 𝑚3 𝑉0 = = = 3215,28 ( ) 𝜌2 1,032 ℎ Trong đó: 𝜌0 khối lượng riêng khơng khí khô đktc, 𝜌0 = 1,293𝑘𝑔/𝑚3 𝜌 khối lượng riêng khơng khí khơ nhiệt độ trung bình ttb = 65oC 𝜌 = 1,03 𝑘𝑔/𝑚3 Với ∆p= 233,244 𝑁/𝑚2 - Cơng suất quạt 𝑉0 × ∆𝑝 × 10−3 3215,28 × 233,244 × 10−3 𝑁 = 𝑘 = 1,1 = 0,46 𝑘𝑊 ŋ × 3600 0,5 × 3600 Với k hệ số dự phòng =1,1-1,2 Chọn k =1,1 n hiệu suất quạt=0,4-0,6 Chọn n =0,5 - Công suất động chạy quạt là: 𝑁đ𝑐 = 𝑁 0,46 × 𝜑= × 1,2 = 0,552 𝑘𝑊 ŋ𝑡𝑑 (ở quạt nối trực tiếp với động nên ŋ𝑡𝑑 = 1, hệ số dự phòng 𝜑 = 1,2) 37 KẾT LUẬN Sấy buồng dạng thiết bị sấy đối lưu làm việc áp suất khí dùng tác nhân khơng khí nóng hay khói lò Buồng sấy dạng thiết bị sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Nó sấy nhiều loại vật liệu khác với suất cao, giá thành tương đối thấp, dễ dàng giới hóa đặc biệt đơn giản, dễ chế tạo, sử dụng với nhiều tác nhân sấy khác nhau, nên xây dựng khắp nơi từ sở địa phương có quy mơ nhỏ đến nhà máy xí nghiệp lớn Ngồi đặc điểm nêu trên, sấy buồng loại thiết bị dễ sử dụng phương thức sấy khác nhau.Có thể tiến hành sấy đốt nóng tác nhân sấy chừng, sấy xi chiều, sấy ngược chiều, sấy tuần hồn phần khí thải Nhược điểm sấy buồng phân bố tác nhân theo lớp buồng không Những buồng dài đồng giảm Lý khơng khí nóng cũng có hướng lên, mà xe sấy mang khay lại ngăn cách kênh tác nhân, dẫn đến tác nhân nóng có xu hướng chuyển động lên phía buồng Điều làm cho sản phẩm khơng sấy khơ Phía khơ trước, phía khô sau Tuy nhiên, với loại nguyên liệu cần sấy hành việc lựa chọn sấy buồng dạng hệ thống sấy mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật cao, lý trình bày phần nội dung đề tài Em cố gắng vận dụng kiến thức học, cũng tham khảo số nguồn tài liệu để hoàn thành đồ án Trong q trình làm khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy góp ý để chúng em hồn thiện rút kinh nghiệm cho đồ án sau Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Hoàng hướng dẫn để em hoàn thành đồ án này! 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Hoàng Văn Chước – Thiết kế hệ thống thiết bị sấy – NXB khoa học kỹ thuật – 2006 [1] GS.TS Nguyễn Bin – Sổ tay hóa cơng tập I PGS TS Hồng Văn Chước – Kỹ thuật sấy – NXB khoa học kỹ thuật – 2004 PGS.TS Trần Văn Phú – Kỹ thuật sấy – Nhà xuất giáo dục – 2009 PGS.TS Trần Văn Phú – Tính tốn thiết kế hệ thống sấy – Nhà xuất giáo dục – 2002 39