Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY
Nguyên liệu
1.1.1 Tổng quan về quả vải:
Giới (Regnum): Thực vật (Plantae)
Ngành (Divisio): Thực vật có hoa (Magnoliophyta)
Lớp (Class): Thực vật một lá mầm (Liliopsida)
Vải là loại quả mọng nổi tiếng thuộc họ bồ hòn, cây cao 9-30m, tán tròn dày, thân nhẵn màu xám Lá vải dài 12,5-20cm, hình elip hoặc nhọn như lông nhím, mọc xen kẽ 4-8 lá/cành, lá non dài 5-7,5cm, mặt trên xanh đậm, mặt dưới xanh xám.
Hoa vải có cánh nhỏ, màu sắc đa dạng từ trắng xanh đến vàng, nở thành cụm lớn rực rỡ vào mùa xuân, báo hiệu trước mùa quả chín khoảng 140 ngày.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 4
Vải thường mọc thành chum từ 2 đến 30 quả, hình dáng quả đa dạng (oval, tim, tròn), vỏ mỏng, dai, sần nhưng mềm dễ lột khi tươi, màu sắc từ đỏ hồng đến hồng nhạt, hổ phách hay xanh lục, đường kính khoảng 2.5cm Thịt quả dày, mọng nước, màu trắng đục đến xám hoặc hồng nhạt, có vị ngọt thanh xen chua nhẹ, rất thơm.
Hạt vải hình oval, dài tối đa 20mm, vỏ cứng màu đen bóng, bên trong trắng ngà Kích thước và hình dạng hạt vải phụ thuộc vào giống.
1.1.3 Nguồn gốc và phân bố:
Vải có nguồn gốc từ miền Nam Trung Quốc và được trồng công nghiệp ở nhiều nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Australia, Mỹ Việt Nam, chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng, trung du, miền núi Bắc Bộ (Hải Dương, Bắc Giang, Phú Thọ, Đông Triều, Cát Bà) và vùng sông Đáy, cũng là một nước sản xuất vải lớn.
Trong sản xuất hiện nay thường gặp 3 nhóm chính:
Vải chua, giống vải chín sớm, cho quả to (20-50g), hạt to, tỉ lệ ăn được 50-60% Đặc điểm nhận biết là chum hoa có lớp lông đen từ cuống đến nụ Giống này năng suất ổn định, nổi tiếng ở Thanh Oai với quả to, cùi dày, màu sắc đẹp.
Vải nhỡ, giống lai giữa vải chua và vải thiều, có cây trung bình hoặc to, tán đứng, lá lớn Chùm hoa trung gian giữa hai giống gốc, lông đen nhưng thưa hơn vải chua, một số cây có lông trắng Quả cỡ vải chua nhỏ, hạt to, chất lượng kém vải thiều, chín vỏ xanh, đỉnh quả tím đỏ, vị ngọt, ít chua.
Vải thiều, hay còn gọi là vải Tàu, được nhân giống bằng chiết cành, tạo nên sự đồng đều cao về chất lượng Cây có tán tròn bán cầu, lá nhỏ dày, bóng Vải thiều ra hoa vào mùa đông khi nhiệt độ thấp, cho quả nhỏ hơn vải chua (25-30g), hạt nhỏ, tỉ lệ phần ăn được cao.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 5 đƣợc cao 70-80% Vải thiều chín muộn hơn vải chua Quả chín vào đầu tháng 6, cũng có khi chín muộn hơn, khoảng đầu tháng 7
Ngoài ra, có những giống vải đặc trƣng cho các vùng:
Giống vải thiều đột biến tự nhiên, được các nhà khoa học Viện Nghiên cứu rau quả phát hiện và chọn lọc tại xã Hùng Long, huyện Đoan Hùng, Phú Thọ.
Giống cây này sinh trưởng mạnh, tán tròn, cho chùm hoa tháp lớn với cuống nâu đen Quả hình bầu dục dài, chín đỏ thẫm, gai thưa và nổi rõ.
- Khối lƣợng quả trung bình 23,5g (40-45 quả/kg), tỷ lệ phần ăn đƣợc trung bình 72%, độ Brix 17-20%, vị ngọt, hơi chua nhẹ, được nhiều người ưa chuộng
- Năng suất trung bình cây 8-10 tuổi đạt 80 kg/cây (10-15 tấn/ha)
- Đây là giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 10/5 đến 20/5
Giống vải lai Bình Khê:
- Đây là giống vải lai tự nhiên có nguồn gốc tại xã Bình Khê, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh
Giống cây có tán hình bán cầu dẹt, lá xanh đậm Hoa to, phân nhánh thưa, cuống nâu đen Quả trứng, chín đỏ thẫm, vỏ mỏng, gai ngắn, thưa.
- Khối lƣợng quả trung bình đạt 33.5g (28-35 quả/kg), tỷ lệ phần ăn đƣợc trung bình 71.5%, độ Brix 17-20%, vị ngọt thanh
- Năng suất trung bình cây 30 tuổi đạt 94,2 kg/cây (12-15 tấn/ha) Đây là giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 5/5 đến 15/5
Giống vải lai Yên Hƣng:
- Đây cũng là một giống vải lai tự nhiên, có nguồn gốc tại xã Đông Mai, huyện Yên Hƣng, tỉnh Quảng Ninh
Giống cây sinh trưởng mạnh, tán rộng hình bán cầu, lá xanh vàng Chùm hoa to, phân nhánh dài với cuống nâu đen, kết trái tim đỏ vàng bắt mắt khi chín.
- Khối lƣợng quả trung bình đạt 30,1g/quả (30-35 quả/kg), tỷ lệ phần ăn đƣợc trung bình 73,2%, độ Brix 18-20%, vị ngọt, hơi chua nhẹ
- Năng suất trung bình cây 20 tuổi đạt 89,8kg/cây (12-16 tấn/ha)
- Đây là giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 10/5 đến 20/5
Giống vải thiều Thanh Hà:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 6
- Vải thiều Thanh Hà đƣợc nhân giống từ cây vải tổ ở thôn Thúy Lâm, xã Thanh Sơn, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương
Giống cây này sinh trưởng tốt, tán cân đối hình bán cầu Quả tròn, chín đỏ tươi, gai ngắn thưa, nặng trung bình 20,7g (45-55 quả/kg), tỷ lệ phần ăn được 75%, độ Brix 18-21%, thịt chắc, ngọt đậm, thơm Năng suất 8-10 tuổi đạt 55kg/cây (8-10 tấn/ha), thu hoạch chính vụ từ 5/6 đến 25/6.
Vải thiều Thanh Hà vẫn là giống phổ biến ở miền Bắc, song các giống mới như Hùng Long, Bình Khê và Yên Hưng cũng được trồng rộng rãi và cho năng suất cao.
Vải thiều Thanh Hà, Hải Dương nổi tiếng là giống vải được ưa chuộng nhất Việt Nam nhờ hương vị thơm ngọt vượt trội so với các vùng khác, dù cùng nguồn gốc giống.
Gần đây có nhập một số giống vải Trung Quốc: quế vị, hoài chi, hắc điệp, tam nguyệt hồng, phi tử tiếu, đại tạo
Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến việc ra hoa của vải Hoa vải nở trong điều kiện nhiệt độ
Lựa chọn nguyên liệu cho quy trình
Vải thiều là nguyên liệu chính trong sản xuất vải sấy nhờ những ưu điểm vượt trội: vỏ mỏng, cùi dày, vị ngọt thanh và thơm.
Tiêu chí lựa chọn vải tươi:
Vải sấy đạt chất lượng cao cần thu hoạch đúng độ chín kỹ thuật, vỏ quả có màu hồng đến đỏ hoặc vàng nhạt đến hồng nếu xử lý SO2.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 11
Vải đạt chuẩn phải nguyên vẹn, sạch sẽ, không sâu bệnh, vết thâm, dị vật hay hư hỏng, vỏ khô (trừ vải từ kho lạnh).
Sấy vải chua hoặc vải nhỡ ngoài vải thiều giúp tối ưu nguồn nguyên liệu và năng suất sản xuất.
Chỉ thu hoạch vải chín để sấy, thời gian từ lúc sấy đến thu hoạch càng ngắn càng tốt Vải phải đồng đều kích cỡ và không bị sâu bệnh.
Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải quả
1.3.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải quả trên thế giới:
Vải được trồng nhiều nhất ở các nước nhiệt đới, á nhiệt đới như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Úc, Mỹ và Nam Phi, với châu Á chiếm hơn 95% sản lượng toàn cầu (khoảng 2 triệu tấn), tập trung chủ yếu tại Trung Quốc (1.300.000 tấn) và Ấn Độ (430.000 tấn) Trung Quốc tiêu thụ phần lớn vải sấy khô trong nước, một phần nhỏ xuất khẩu sang Hồng Kông, Nhật Bản và các nước khác.
Sản lượng vải sấy khô xuất khẩu của Thái Lan (6.770 tấn) vượt trội so với Việt Nam, gấp 4,5 lần, phủ rộng khắp các thị trường thế giới; trái ngược với thị trường vải sấy khô của Singapore.
1.3.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ vải ở trong nước: Ở nước ta cây vải được trồng cách đây 2000 năm và được thương mại hóa ở Việt Nam từ năm 1980 Cây vải đƣợc trồng chủ yếu ở các tỉnh phía bắc nhƣ Lục Ngạn (Bắc Giang), Chí Linh, Thanh Hà (Hải Dương)… Đây là một trong những cây ăn quả có giá trị kinh tế cao, giúp nông dân xóa đói giảm nghèo, do đó diện tích trồng vải và sản lượng của nước ta không ngừng tăng lên hàng năm, khoảng 70-75% sản lượng vải được tiêu thụ dưới dạng quả tươi, 25-30% còn lại được sấy khô và đưa vào chế biến ở các dạng nước quả, vải hộp Giá vải giữa vụ thu hoạch thường chỉ bằng 1/3 so với giá đầu và cuối vụ
Vải quả Việt Nam hiện mới chỉ xuất khẩu khoảng 30% sản lượng, chủ yếu dưới dạng sấy khô, cho thấy tiềm năng xuất khẩu vẫn còn rất lớn.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 12
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY
Bản chất của quá trình sấy
Sấy là quá trình làm bay hơi nước trong sản phẩm bằng nhiệt, dựa trên nguyên lý khuếch tán do chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu, hay chênh lệch áp suất hơi riêng phần.
Phân loại quá trình sấy
Người ta phân biệt ra 2 loại:
Sấy tự nhiên dựa vào nắng và gió, tốn thời gian, diện tích, khó kiểm soát độ ẩm sản phẩm, phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết.
Sấy nhân tạo sử dụng các tác nhân như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt để cung cấp nhiệt, rút ngắn thời gian, dễ điều khiển và hiệu quả hơn so với sấy tự nhiên.
Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có:
- Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:
Sấy đối lưu, phương pháp phổ biến trong sấy hoa quả và hạt, sử dụng nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu thông qua đối lưu.
Sấy bức xạ sử dụng nguồn nhiệt từ bức xạ (hồng ngoại hoặc bức xạ thường) chiếu trực tiếp lên sản phẩm cần sấy.
Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt
Sấy bằng điện trường cao tần sử dụng dòng điện cao tần tạo nhiệt trực tiếp trong vật liệu, làm nóng vật liệu cần sấy.
Sấy thăng hoa là phương pháp làm lạnh vật liệu rồi hút chân không, giúp nước trong vật liệu thăng hoa thành hơi nước và thoát ra ngoài, bảo toàn chất lượng sản phẩm.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 13
Sấy tầng sôi sử dụng không khí nóng thổi mạnh vào buồng sấy, làm sôi và làm khô hạt sản phẩm trước khi được tháo ra.
Phương pháp sấy phun: được dung để sấy các sản phẩm dạng lỏng
Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm
- Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:
Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất sẽ đƣợc tháo ra
Sấy liên tục: vật liệu đƣợc cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục
- Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:
Loại thổi qua bề mặt
Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu.
Phương pháp thực hiện quá trình sấy
Nông sản cần được sấy khô đến độ ẩm bảo quản hoặc chế biến để đảm bảo chất lượng sản phẩm Nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sấy, sấy chân không, sấy lạnh được sử dụng, mỗi phương pháp ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Thiết bị sấy hầm, phổ biến trong công nghiệp, lý tưởng cho sấy vật liệu dạng hạt, cục, lát với năng suất cao, dễ cơ giới hóa và hoạt động liên tục (Hình vẽ)
Hầm sấy thường dài 10-15m hoặc lớn hơn, chiều cao và chiều ngang phụ thuộc vào xe goòng và khay tải vật liệu sấy
Thiết bị sấy băng tải được dùng để sấy khô nhiều loại vật liệu như rau quả, ngũ cốc và than đá Cấu tạo gồm buồng sấy hình chữ nhật chứa các băng tải chuyển động nhờ tay quay, được đỡ bởi các con lăn để đảm bảo vận hành ổn định.
Thiết bị sấy buồng phù hợp sấy vật liệu dạng hạt, cục, tấm với cấu tạo chính là buồng sấy và hệ thống giá đỡ chuyên dụng Tuy nhiên, thiết bị này có nhược điểm là năng suất thấp.
Thiết bị sấy tháp chuyên dùng sấy các loại hạt cứng (thóc, ngô, đậu ) có độ ẩm thấp, dựa trên trọng lực tự dịch chuyển từ đỉnh xuống đáy Hệ thống kênh gió nóng và gió thải ẩm xen kẽ trong lớp vật liệu đảm bảo hiệu quả sấy.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 14 kênh gió nóng thực hiện quá trình sấy rồi nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải và đi ra ngoài
Thiết bị sấy thùng quay chuyên dùng sấy vật liệu dạng hạt, bột nhão, hoặc cục có độ ẩm cao (Hình ảnh minh họa)
Phần chính của thiết bị là một trụ tròn đặt nằm nghiêng với mặt phẳng một góc nào đó cố định hoặc biến đổi
Thiết bị sấy khí động: dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ xốp, các tinh thể,…(hình vẽ)
Thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý đối lưu: không khí nóng/khói lò cuốn vật liệu lên trên trong ống thẳng đứng.
Thiết bị sấy tầng sôi hiệu quả cao trong sấy vật liệu dạng cục, hạt, với cường độ sấy lớn, nhiệt độ dễ điều chỉnh và sản phẩm khô đồng đều (Hình vẽ)
Thiết bị sấy phun chuyên dùng để sấy dịch thể thành dạng bột hòa tan, ví dụ như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng và cà phê hòa tan (Hình vẽ)
Thiết bị sấy phun hoạt động dựa trên nguyên lý phun dịch thể qua vòi phun áp suất cao thành dạng sương mù trong buồng sấy hình trụ, kết hợp với tác nhân sấy để hoàn thành quá trình làm khô.
Chọn loại máy sấy
Sấy vải quả có thể dùng nhiều thiết bị như sấy chân không, hầm sấy, nhưng buồng sấy thích hợp cho cơ sở nhỏ lẻ với năng suất vừa phải Buồng sấy, hoạt động theo chu kỳ, có thể làm bằng thép cách nhiệt (như hình vẽ) hoặc gạch, ưu tiên thép vì đảm bảo an toàn thực phẩm.
Buồng sấy sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy, được đốt nóng bởi calorifer khí-khói từ lò đốt than đá Hệ thống quạt gió tạo lưu động cưỡng bức cho tác nhân sấy trong buồng.
Buồng sấy cần thiết kế hệ thống giá đỡ và khay sao cho luồng khí nóng lưu thông dễ dàng, truyền nhiệt hiệu quả đến vật liệu và dẫn ẩm ra ngoài Mật độ vật liệu, khe hở khay, kích thước và vị trí lỗ thông gió đều ảnh hưởng đến hiệu quả sấy.
Thiết kế buồng sấy cần đảm bảo thoát ẩm hiệu quả, khe hở giữa khay và thành buồng đủ lớn cho thao tác Mật độ vật liệu sấy ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian sấy và chất lượng sản phẩm: mật độ quá lớn gây sấy không đều, năng suất thấp; mật độ quá nhỏ tăng thời gian sấy nhưng chất lượng cao Vì vậy, cần xác định mật độ vật liệu tối ưu thông qua thực nghiệm, tùy thuộc vào từng loại vật liệu.
Thiết bị sấy buồng có cấu trúc chóp, lỗ thoát ẩm đỉnh chóp điều chỉnh được bằng van bướm Thiết kế đơn giản, dễ vận hành, tiết kiệm diện tích và vốn đầu tư, phù hợp cho xí nghiệp vừa và nhỏ, lao động thủ công Tuy nhiên, năng suất thấp và khó cơ giới hóa.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 16
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Sơ đồ quy trình công nghệ
3.2 Thuyết minh quá trình công nghệ:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 17
Quả được loại bỏ cuống, những quả sâu bệnh, mốc, hư hỏng bị loại bỏ Phân loại quả theo kích thước, hình dạng, màu sắc và độ chín đảm bảo nguyên liệu đồng đều, nâng cao chất lượng sản phẩm đóng hộp và thuận lợi cho các công đoạn chế biến tiếp theo.
Phương pháp lựa chọn thủ công trên băng tải (60-80cm, tốc độ 0.12-0.15m/s) dựa trên quan sát trực tiếp, loại bỏ nguyên liệu không đạt tiêu chuẩn Công nhân hai bên băng tải dùng tay sàng lọc sản phẩm.
- Yêu cầu của quá trình:
Quả phải giữ đƣợc hình dạng tự nhiên, vỏ quả không bị rách
- Mục đích: nhằm loại trừ các tạp chất cơ học nhƣ: đất, cát, bụi và còn làm giảm lƣợng vi sinh vật ở ngoài vỏ nguyên liệu
+ Vật lý: giảm khối lƣợng
+ Giảm số lƣợng vi sinh vật trên vỏ quả
+ Cảm quan: quả sạch hơn, ít tạp chất
Rửa sạch trái cây bằng nước để loại bỏ dư lượng thuốc trừ sâu, hóa chất nông nghiệp và vi sinh vật bám trên vỏ.
- Yêu cầu của quá trình rửa:
+ Nguyên liệu sau khi rửa xong phải sạch và không bị dập nát, các chất dinh dƣỡng ít bị tổn thất
+ Thực hiện quá trình rửa phải nhanh để vừa tiết kiệm thời gian và lượng nước rửa, vừa giảm tổn thất chất dinh dƣỡng của nguyên liệu
Nước rửa vải cần đạt tiêu chuẩn Bộ Y tế quy định, độ cứng lý tưởng là 20 mg/l; nước cứng hơn sẽ làm vải sấy giòn hơn Khử sắt trong nước rửa là cần thiết để tránh phản ứng với tanin, giữ màu sắc tự nhiên của vải.
- Thiết bị: Dùng máy ngâm rửa xối tưới
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 18
- Mục đích: tiêu diệt vi sinh vật, hạn chế sự biến màu không mong muốn của quả trong quá trình sấy
Khí SO2 ức chế enzyme polyphenoloxydase và pectinase, bảo vệ thành phần pectin trong quả vải nhờ khả năng khử mạnh, ngăn ngừa quá trình oxy hóa.
SO2 làm đông tụ chất nguyên sinh của tế bào, một phần dịch quả chảy ra ngoài nên các mô quả bị mềm đi
SO2 tác dụng liên kết với các hợp chất màu trong vải, làm vải bị mất màu
- Phương pháp thực hiện: Sunfit hóa bằng phương pháp khô ( xông khí SO2)
Vải được xông hơi SO2 nén sẵn trong kho kín đến khi mất màu, mềm và đạt hàm lượng SO2 0,06-0,12% Sau đó, kho được quạt gió 1,5-2 giờ trước khi lấy vải ra.
+ Chế biến: tăng độ giòn của vỏ quả, thịt quả dai, mang tính chất đặc trƣng của sản phẩm + Bảo quản: vi sinh vật bị tiêu diệt
+ Biến đổi vật lý: sự tạo thành gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong vật liệu
Biến đổi tính chất cơ lý: như sự biến dạng, hiện tượng co, hiện tương tăng độ giòn của vỏ
Giai đoạn đầu sấy, độ ẩm di chuyển từ bề mặt vào bên trong vật liệu do chênh lệch nhiệt độ, tạo nên hiện tượng khuếch tán ẩm.
Chuyển pha giữa lỏng sang hơi của ẩm
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 19
Nhiệt độ cao tăng tốc phản ứng hóa học, bao gồm oxi hóa khử, phản ứng Maillard (tạo màu nâu không enzyme cho protein và đường khử), và phân hủy protein, giảm khả năng chịu nhiệt.
Giai đoạn đầu, nhiệt độ tăng chậm khiến enzyme oxi hóa khử hoạt động mạnh, gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm.
Giai đoạn sau: enzyme bị vô hoạt
+ Biến đổi sinh học: tiêu diệt vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu
Màu sắc sản phẩm chuyển từ đỏ tự nhiên sang nâu thẫm do tác động của nhiệt độ, phản ứng caramen hóa, tạo melanoidin và oxy hóa polyphenol.
Nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng đến mùi hương của vải, gây thất thoát chất thơm hoặc tạo ra mùi đặc trưng trong quá trình sấy.
Vị: cường độ vị ngọt tăng lên Vị chua giảm đi một cách tương đối do sự bay hơi của các axit
- Các yếu tố ảnh hưởng:
+ Nhiệt độ sấy: Nhiệt độ và tốc độ sấy cao thì sản phẩm khô nhanh nhƣng nhiệt độ cao hơn nữa, vải có thể bị cháy
Tốc độ sấy ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Tăng nhiệt quá nhanh làm bề mặt cứng lại, ngăn thoát ẩm; tăng nhiệt quá chậm dẫn đến thoát ẩm yếu Tốc độ lý tưởng cần cân bằng giữa tốc độ bốc hơi bề mặt và tốc độ di chuyển độ ẩm bên trong vật liệu.
Độ ẩm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sấy: độ ẩm thấp quá gây nứt quả, vỏ khô hoặc tốn năng lượng, kéo dài thời gian sấy và giảm màu sắc sản phẩm; độ ẩm cao quá làm giảm tốc độ sấy Điều chỉnh độ ẩm tối ưu bằng cách kiểm soát nhiệt độ, lưu lượng không khí và lượng vật liệu ẩm trong thiết bị.
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 20
Ngoài 3 thông số cơ bản trên, độ dày của lớp sản phẩm sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Lớp sản phẩm càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhƣng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của thiết bị sấy
- Thiết bị sấy: sử dụng thiết bị sấy buồng sấy.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BUỒNG
Tính toán các thông số vật liệu
Xác định lƣợng ẩm bốc hơi: W = G 2 ω 1 - ω 2
100 - 80 = 825 kg Lƣợng vật liệu đƣa vào là: G 1 = W + G 2 = 825 + 300 = 1125 kg
Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn nhƣ sau: W 1 = 375 kg, W 2 = 300 kg, W 3 = 150 kg
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 22
Lƣợng vật liệu ra khỏi giai đoạn I là: G12 = G 1 – W 1 = 1125 – 375 = 750 kg
Các đại lƣợng trên đƣợc tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn I là:
2 = 375 kg/h 4.1.2 Giai đoạn II: W 2 = 300 kg, G 21 = G 12 = 750 kg Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn II là: ω 22 = G 21 × ω 21 - W 2 × 100
Lƣợng vật liệu ra khỏi giai đoạn II là: G22 = G 21 – W 2 = 750 – 300 = 450 kg
Các đại lƣợng trên tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn II là:
4.1.3 Giai đoạn III: W 3 = 150 kg, G 31 = G 22 = 450 kg Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn III là: ω32 = G 31 × ω 31 - W 3 × 100
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 23
Lƣợng vật liệu ra khỏi giai đoạn III chính là sản phẩm, tức là:
Các đại lƣợng tính trung bình cho 1 giờ của giai đoạn III là:
Tính toán quá trình sấy lý thuyết
Giai đoạn này, năng suất bốc hơi ẩm cực đại, nhiệt độ tác nhân sấy thấp do lượng ẩm thoát ra nhiều, không cần hồi lưu.
Trạng thái không khí bên ngoài: t o = 20 o C, φ o = 80% Từ đó ta xác định đƣợc:
Phân áp suất bão hòa hơi nước P b bằng:
Nhiệt dung riêng dẫn xuất C dx :
C dx (d o ) = C pk + C pa d o = 1.004 + 1.82 × 0.01188 = 1.0256 kJ/kgkk
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 24
Khối lƣợng riêng của không khí: ρ ko = B - φ o P b
Trạng thái không khí vào buồng sấy: Ta có: t 1 = 100 o C
Phân áp suất bão hòa hơi nước P b11 :
235.5 + 100 ) = 0.9987 bar Lƣợng chứa ẩm d11 = d o = 0.01188 kg ẩm/kgkk
I 11 = 1.004t 1 + d 1 (2500 + 1.842t 1 ) = 1.004 × 100 + 0.01188( 2500 + 1.842 × 100) = 132.288 kJ/kgkk Độ ẩm tương đối: φ11= Bd 11
Khối lƣợng riêng của không khí trong giai đoạn I: ρk11= B - φ 11 P b1
Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 25
Giai đoạn sấy có tốc độ và nhiệt độ vật liệu không đổi, với điều kiện vào buồng là 100°C, độ ẩm 1.87% và nhiệt độ ra 40°C.
Tiêu hao không khí lý thuyết: l 1 = 1 d 12 - d 11 = 1
Lưu lượng tác nhân sấy giai đoạn I là:
0.5(0.93 + 1.046) = 7936.16 m 3 /h Tiêu hao nhiệt lý thuyết: q o1 = l 1 ( I 1 – I o ) = 41.823( 132.288 – 50.218) = 3432.414 kJ/kg ẩm
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 26
2 = 643577.552 kJ/h = 178.772 kW Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn I:
Q o là nhiệt do không khí đƣa vào:
Nhiệt đƣa ra khỏi hệ thống: Q r = Q 1 + Q 2 ’
Q 2 ’ là tổn thất nhiệt do khí thoát:
Hiệu suất nhiệt của buồng sấy: ɳ s = Q 1
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 27
Giai đoạn này nhiệt độ tác nhân sấy vào nhỏ hơn Trong giai đoạn 2 nhiệt độ tác nhân sấy vào buồng sấy là t 21 = 90 o C
235.5 + 90 ) = 0.6908 bar Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió, ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng không khí ở cả 3 giai đoạn nhƣ nhau, tức là L 1 = L 2 = L 3 hay W 1 l 1 = W 2 l 2 = W 3 l 3
150 = 104.557 kg/kg ẩm Các thông số của không khí vào buồng sấy đƣợc xác định: chọn φ21 = 3%
Khối lƣợng riêng của không khí vào giai đoạn 2 là: ρ k21 = B - φ 21 P b21
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 28
Xác định các thông số tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy: d 22 = d 21 + ∆d = d 21 + 1 l 2 = 0.013232 + 1
750 - 0.599 × 0.0822 287( 273 + 42.4) × 10 5 = 1.04 kg/m 3 Xác định các thông số trạng thái sau hỗn hợp:
Nhiệt độ khí sau hỗn hợp: t h2 = nt 22 + t o n + 1 = 0.071 × 42.2 + 20
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 29 φ h2 = Bd h2
750 - 0.809 × 0.0256 287(273 + 21.5) × 10 5 = 1.15 kg/m 3 Tiêu hao không khí lý thuyết: l 2 = 52.278 kJ/kg ẩm
Lưu lượng khí mới bổ sung: G o = L 2 n = 2613.9 0.071 = 36815.5 kg/h Tiêu hao nhiệt: q o2 = l 2 ( I 21 – I h2 ) = 52.278( 125.63 – 55.2) = 3687.17 kJ/kg ẩm
Cân bằng nhiệt của hệ thống:
Q o2 là nhiệt đƣa vào buồng sấy
Q o là nhiệt do không khí mới đƣa vào
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 30
Nhiệt đƣa ra khỏi hệ thống: Q r = Q 1 + Q 2 ’
Q 2 ’ là tổn thất nhiệt do khí thoát:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 31
Xác định các thông số vào buồng sấy: ta có t 31 = 70 o C, chọn φ 31 = 10%
Ta xác định đƣợc các thông số còn lại: d 31 = 0.621 φ 31 P b31
Entanpy: I 31 = t 31 C pk + d 31 ( r + C ph t 31 ) = 70 × 1.004 + 0.019825( 2500 + 1.842 × 70) = 122.4 kJ/kgkk
Khối lƣợng riêng của không khí vào giai đoạn III: ρ k31 = B - φ 31 P b31
750 - 0.1 × 0.3073 287( 273 + 70) × 10 5 = 0.978 kg/m 3 Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy: d 32 = d 31 + ∆d = d 31 + 1 l 3 = 0.019825 + 1
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 32 ρ k32 = B - φ 32 P b32
750 - 0.44 × 0.102 287( 273 +46.4) × 10 5 = 1.03 kg/m 3 Xác định trạng thái tác nhân sấy sau hỗn hợp:
Nhiệt độ khí sau hỗn hợp: t h3 = nt h3 + t o n + 1 = 0.831 × 46.4 + 20
Entanpy của khí sau hỗn hợp:
= 82.86 kJ/kgkk Độ ẩm tương đối sau hỗn hợp: φ h3 = Bd h3
Khối lƣợng riêng: ρ kh3 = B -φ h3 P bh3
750 - 0.65 × 0.0473 287( 273 + 32) × 10 5 = 1.1 kg/m 3 Xác định tiêu hao không khí: l 3 = 104.557 kg/kg ẩm
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 33
0.5(0.978 + 1.03) = 651 m 3 /h Tiêu hao nhiệt lý thuyết: q 3 = l 3 ( I 3 – I h3 ) = 104.557( 122.4 – 82.86) = 4134 kJ/kg ẩm
Cân bằng nhiệt lý thuyết của hệ thống:
Q o là nhiệt do không khí đƣa vào
Nhiệt đƣa ra khỏi hệ thống: Q r = Q 1 + Q 2 ’
Q 2 ’ là tổn thất nhiệt do khí thoát:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 34
Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị
Tiết diện thông gió của buồng là: F kh = V max v , V max là lưu lượng khí lớn nhất qua buồng
Ta thấy giai đoạn I có lưu lượng khí lớn nhất V max = V tb1 = 7937.16 m 3 /h v là tốc độ tác nhân sấy trong buồng sấy
Chọn chiều dài chất vật liệu trên xe là L m = 1.8m
Vậy chiều cao thông gió là: H kh = F kh
Số tầng khay vật liệu trong hầm là: m = H kh h k = 0.6
0.05 = 12 tầng (h k là khoảng thông khí trên 1 khay)
Chiều cao chất vật liệu là: H m = m( h k + h m ) = 12( 0.05 + 0.03) = 0.96m = 960 mm ( h m là chiều dày vật liệu trên khay, h m = 30 mm)
Chiều cao xe goòng là: H x = H m + ∆H x với ∆H x = 150 mm
H x là chiều cao bánh xe: H x = 960 + 150 = 1110 mm
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 35
Chiều cao bên trong buồng là: H = H x + ∆H = 1110 + 80 = 1190 mm
( ∆H là khoảng cách giữa vật liệu trên khay trên cùng tới trần buồng, ∆H = 80 mm)
Tổng diện tích khay sấy là: F kh = G 1 g 1 = 1125
25 = 45 m 2 , g 1 là khối lƣợng vật liệu trên 1m 2 khay
Diện tích 1 tầng khay là: F 1kh = F kh m = 45
Chiều rộng chất vật liệu là: B m = F 1kh
Chiều rộng bên trong buồng là: B = B m + 2∆B
∆B là chiều rộng kênh dẫn khí, ∆B = 0.5 m
Chiều dài bên trong buồng là: L = L m + 2∆L = 1.8 + 2 × 0.1 = 2 m
Chiều cao phủ bì của buồng là: H N = H + ∆H T + δ + δp ở đây: ∆H T : chiều cao để bố trí thiết bị ( calorife, quạt gió), ∆H T = 1.55 m δ : chiều dày trần buồng, δ = 80 mm δp : chiều dày lớp trần phụ, δp = 70 mm
Chiều rộng phủ bì của buồng là: B N = B + 2δ = 3.27 + 2 × 0.08 = 3.43 m
Chiều dài phủ bì của buồng là: L N = L + 2δ = 2 + 2 × 0.08 = 2.16 m
( vẽ hình thể hiện kích thước các buồng)
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 36
Diện tích xung quanh của buồng là:
Diện tích trần và nền: F tr = L N B N = 2.16 × 3.43 = 7.41 m 2
Xác định kích thước xe goòng:
Nhƣ vậy trong hầm bố trí 4 xe
Kích thước khay sấy: Chiều dài L kh = 0.89 m
Diện tích 1 khay là: f kh = B kh L kh = 0.74 × 0.89 = 0.6586 m 2
Số lƣợng khay là: n kh = 6 × 12 = 72 khay
Khối lƣợng vật liệu trên 1 xe là: g xe = 1125
6 = 187.5kg Khối lƣợng 1 xe là: m xe = 40 kg
Khối lƣợng khay sấy là: m kh = 28 kg
Khối lƣợng xe trong hầm là: G vt = 6(40 + 28) = 408 kg
Khối lƣợng 1 xe cả vật liệu là: G mv = 187.5 + 68 = 255.5 kg
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 37
Tính toán quá trình sấy thực tế
Xác định tổn thất do vật liệu mang đi:
375 = 62.82 kg/kg ẩm Xác định tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển: Qvt = G vt C vt ( t m2 – t m1 )
C vt = 0.5 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của khối lƣợng xe và khay
375 = 3.264 kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt vào môi trường:
Tổn thất nhiệt qua tường và cửa: Q xq1 = k xq1 F xq ( t k1 – t o )
Trong đó: k xq1 : hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy qua tường bao xung quanh và cửa
F xq : diện tích tường bao và cửa t k1 : nhiệt độ trung bình của khí trong buồng
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 38 t o : nhiệt độ không khí bên ngoài
Nhiệt độ không khí trong buồng là: t k1 = 0.5( t 11 + t 12 ) = 0.5( 100 + 40) = 70 o C k xq = 1
Tường bao xung quanh làm bằng thép góc ghép các tấm tôn tráng kẽm có lớp cách nhiệt dày, δ = 0.075 m, λ = 0.1 W/mK
Cửa buồng sấy cấu tạo từ thép góc ghép tôn tráng kẽm, có lớp cách nhiệt dày 0.075m, đảm bảo mật độ dòng nhiệt qua cửa tương đương tường bao.
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khí trong buồng tới tường là α 11 được xác định theo tài liệu nhƣ sau
Trao đổi nhiệt giữa tường và không khí ngoài trời là đối lưu tự nhiên, với hệ số trao đổi nhiệt α12 phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt tường (tw2) Giả thiết tw2 = 34°C, tính được α12 = 3.165 W/m²K (αo = 3.29 W/m²K, φT = 0.962) Từ đó, mật độ dòng nhiệt q2 = 44.31 W/m²K.
Kiểm tra lại giả thiết: t w2 = t k2 – q 2 ( 1 α11 + δ λ ) = 70 – 44.31(
0.1 ) = 33.7 o C Sai số so với giả thiết 0.84%, nhƣ vậy giả thiết t w2 = 34 o C là đúng
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 39
Từ đó ta tính đƣợc k xq = 1
Hệ số truyền nhiệt của khí trong buồng qua trần là: k tr = 1
Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là:
Nhiệt truyền qua nền buồng sấy là: Q N1 = q N F N
Theo tài liệu q N = 57 W/m 2 Vậy ta có: Q N1 = 57 × 7.56 = 430.92 W
Tổng tổn thất nhiệt vào môi trường:
Từ đó ta xác định đƣợc:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 40
Xác định các quá trình sấy thực tế: d 12 = C pk ( t 1 - t 2 ) + d 1 (i 1 - ∆ 1 ) i 2 - ∆ 1 i 1 = r + C ph t 1 = 2500 + 1.842 × 100 = 2684.4 kJ/kg i 2 = r + C ph t 2 = 2500 + 1.842 × 40 = 2573.68 kJ/kg d 12 = 1.004( 100 - 40) + 0.01188( 2684.2 - 11.636)
Mô phỏng giai đoạn 1 sấy cho thấy kết quả thực tế (41.625 = 132 kJ/kgkk) gần sát lý thuyết Các thông số tính toán gồm: lưu lượng không khí L1 (7841.91 kg/h), tải trọng hơi ẩm l1 (41.823 kgkk/kg ẩm), công suất nhiệt Q1 (129.038 kW), và năng lượng tiêu hao q1 (3432.414 kJ/kg ẩm).
Tổn thất nhiệt do vật liệu: Q m2 = G m2 C m2 ( t m22 – t m12 )
C m2 = G mk ( 1 – ω 22 ) + C n ω 22 = 1.88( 1 – 0.5) + 4.18 × 0.5 = 3.03 kJ/kgK Nhiệt độ vật liệu vào giai đoạn 2 là t m21 = t m12 = 32 o C
Nhiệt độ vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là t m22 = t 22 - ∆t ( ∆t chọn khoảng 10 ÷ 20 o C) Vậy ta có: t m22 = 42.2 – 10 = 32.2 o C
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 41 q m2 = Q m2
300 = 0.91 kJ/kg ẩm Tổn thất do thiết bị vận chuyển:
Q vt2 = G vt2 C vt2 ( t m2 – t m1 ) = 272 × 0.5( 32.2 - 32) = 27.2 kJ q vt2 = Q vt2
Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh: Q xq2 = k xq2 F xq ∆t 2 , k xq2 = 1
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu bên trong buồng sấy (α21) là 14.5 W/m²K và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ tường ra ngoài (α22) là 3.173 W/m²K.
Nhiệt độ trung bình của khí trong buồng: t k2 = 0.5( t 21 + t 22 ) = 0.5( 90 + 42.2) 66.1 o C
Tổn thất nhiệt qua trần: Q tr2 = k tr2 F tr ∆t 2 , k tr2 = 1
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 42 k tr2 = 1
Tổn thất nhiệt qua nền : Q N2 = q N F N = 57 × 7.56 = 430.92 W
Tổng tổn thất nhiệt vào môi trường:
Xác định các thông số của quá trình sấy thực tế:
Ta có: d22 = C pk (t 21 - t 22 ) + d 21 ( i 1 - ∆ 2 ) i 2 - ∆ 2 i 1 = r + C ph t 21 = 2500 + 1.842 × 90 = 2665.78 kJ/kg i 2 = r + C ph t 22 = 2500 + 1.842 × 42.2 = 2577.73 d 22 = 1.004( 90 - 42.2) + 0.013232( 2665.78 - 84.095)
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 43 l 2 = 1 d 22 - d 21 = 1
750 - 0.609 ×0.0822 287( 273 + 42.2) × 10 5 = 1.043 kg/m 3 Xác định các thông số hỗn hợp: n = G h
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 44 ρ kh2 = B - φ h2 P bh2
750 - 0.816 × 0.0254 287( 273 + 21.4) × 10 5 = 1.151 kg/m 3 Tiêu hao không khí thực tế: l 2 = 50.728 kg/kg ẩm
0.5( 0.933 + 1.043) = 2567.2 m 3 /h Tiêu hao nhiệt thực tế: q 2 = l 2 ( I 21 – I h2 ) = 50.728( 125.63 – 55.087) = 3546.76 kJ/kg ẩm
Nhiệt đƣa vào hệ thống: Q v = Q s1 + Q o2
Nhiệt đƣa ra khỏi hệ thống: Q r = Q 21 + Q 22 ’ + Q m2 + Q S2 + Q vt2
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 45
Trong đó: Q 21 là nhiệt hữu ích
Q 22 ’ là tổn thất nhiệt do khí thoát: Q 22 ’ = I 2 ’G o
= > Q r = 721697.64 + 11392626.6 + 272.7 + 14690.592 + 27.2 = 12129195.53 kJ Sai lệch cân bằng: ∆Q = Q v – Q r = 12139932.69 – 12129195.53 = 10737.16 kJ
Hiệu suất sử dụng nhiệt của buồng sấy: ɳ s = Q 21
Tổn thất nhiệt do vật liệu: Q m3 = G m3 C m3 (t m32 – t m31 )
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 46 q m3 = Q m3
Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển: Q vt3 = G vt C vt (t m32 – t m31 ) = 272 × 0.5( 26.4 –
150 = 3.808 kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do tỏa vào môi trường:
Tổn thất nhiệt qua tường bao và cửa: Q xq3 = k xq3 F xq ∆t 3 , ở đây k xq3 = 1
Các hệ số trao đổi nhiệt α 31 = α 21 = α 11 = 14.51 W/m 2 K, α 32 = 3.188 W/m 2 K
Tổn thất nhiệt qua trần: Q tr3 = k tr3 F tr ∆t
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ trần tới không khí bên ngoài: α tr3 = 1.3α 32 = 1.3 × 3.188 = 4.1444 W/m 2 K
Tổn thất nhiệt qua nền: Q N3 = q N F N = 57 × 7.56 = 430.92 W
Tổn thất do tỏa nhiệt vào môi trường là:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 47
Xác định thông số của quá trình sấy thực tế:
Ta có: d 32 = C pk ( t 31 - 1 32 ) + d 31 ( i 1 - ∆ 3 ) i 2 - ∆ 3 i 1 = r + C ph t 31 = 2500 + 1.842 × 70 = 2628.94 kJ/kg i 2 = r + C ph t 32 = 2500 + 1.842 × 46.4 = 2585.47 kJ/kg
750 - 0.413 × 0.102 287( 273 + 46.4) × 10 5 = 1.038 kg/m 3 Xác định các thông số của trạng thái hỗn hợp: n = d h3 - d o d 32 - d h3 = 0.019825 - 0.01188
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 48 t h3 = nt 32 + t o n + 1 = 1.033 × 46.4 + 20
I h3 = C pk t h3 + d h3 ( r + C ph t h3 ) = 1.004 × 33.4 + 0.019825( 2500 + 1.842 × 33.4) 84.316 kJ/kgkk φ h3 = Bd h3
750 - 0.65 × 0.0473 287( 273 + 33.4) × 10 5 = 1.095 kg/m 3 Tiêu hao không khí thực tế: l 3 = 130.1 kg/kg ẩm
0.5( 0.978 + 1.038) = 806.67 m 3 /h Tiêu hao nhiệt: q3 = l 3 ( I 31 – I h3 ) = 130.1( 122.4 – 84.316) = 4954.73 kJ/kg ẩm
Cân bằng nhiệt của hệ thống: Q v = Q S + Q o
Nhiệt đƣa ra khỏi hệ thống: Q r = Q 13 + Q 23 ’ + Qm3 + Q vt3 + Q S3
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 49
Hiệu suất sử dụng nhiệt của buồng sấy: ɳ s = Q 13
Tính toán chọn calorife
4.5.1 Công suất nhiệt của calorife
Q cal = Q S ɳ cal = Q 1 ɳ cal ở đây Q 1 : nhiệt cấp kho buồng sấy ở giai đoạn I, Q 1 = 129.038 kW ɳ cal : hiệu suất của calorife, ɳ cal = 0.95
0.95 = 135.83 kW 4.5.2 Tiêu hao hơi nước ở calorife
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 50
Trong đó: i h là entanpy của hơi vào calorife Đây là hơi bão hòa khô ở 5 bar Vậy i h = i’’ = 2749 kJ/kg i’ là entanpy của nước bão hòa, i’ = 640 kJ/kg
4.5.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorife
Chọn kết cấu calorifer với các đặc trƣng:
- Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống: s 1 = 80 mm, s 2 = 45 mm
- Ống làm bằng thép có d2/d 1 = 24/22 mm với λ ô = 45 W/mK
- Cánh làm bằng đồng có: đường kính d c = 40 mm, chiều dày δ c = 0.5 mm và bước cánh t = 3 mm, λ c = 110 W/mK
Tính độ chênh nhiệt độ
∆ttb = ∆t max - ∆t min ln∆tmax
Số cánh trên một ống: n c = l t + δ c = 1.2
Kích thước xác định: dxd F l o d 2 + F l c
F l o + F l c Trong đó: F l – diện tích phần ống không làm cánh; F l c – diện tích các cánh trên một ống Do đó:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 51
Tốc độ cực đại khi không khí chuyển động qua khe hẹp nhất ω max
Giả sử tốc độ không khí vào calorifer ω = 2.5 m/s Khi đó: ω max = ω
Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng
Với nhiệt độ trung bình không khí t tb = 0.5(20 + 100) = 60 o C ta tìm đƣợc λ = 2.9 × 10 -
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí
- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh α c : α c = Nuλ d xd = 34.883×2.9×10 -2
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 52
24 = 1.67 Với d c /d 2 = 1.67 và β h = 0.29, từ biểu đồ ɳ c = f(d c /d 2 ,β h ) ta tìm đƣợc ɳ c = 0.96
- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương α 2 : α 2 = α c F c
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khi hơi ngưng trong ống α 1
Chọn (t b – t w ) = 0.9 o C Ta sẽ kiểm tra lại độ chênh nhiệt độ này sau khi tính đươc hệ số truyền nhiệt k Khi đó: α1 = 0.720
Kiểm tra lại độ chênh (t b – t w )
- Mật độ dòng nhiệt truyền nhiệt qua calorifer q c : q c = k∆t tb = 264×86 = 22704 W/m 2
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 53
- Kiểm tra độ chênh nhiệt độ đã chọn: về nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt q c phải bằng mật độ dòng nhiệt do hơi ngƣng q 1 Do đó:
25322 = 0.897 Nhƣ vậy, giả thiết (t b – t w ) = 0.9 o C là chính xác
Diện tích bề mặt bên trong các ống F 1
Lấy hiệu suất calorifer ɳ = 0.75 Khi đó F 1 bằng:
Số ống trong một hàng m Chọn số hàng ống z = 8, khi đó: m = n z = 96
Tổng số ống của calorifer N: N = mz = 12 × 8 = 96 ống
4.6 Tính toán chọn quạt gió
Lưu lượng không khí tính toán tối đa đạt 8432.16 m³/h (V1) Tốc độ không khí (vkk) tính theo công thức vkk = V1/f, với f là diện tích tiết diện Hệ số trở lực ma sát (λ) được xác định là 0.5 dựa trên kinh nghiệm.
Tổn thất áp suất do ma sát của không khí chuyển động trên bề mặt vật liệu là:
GVHD: ThS PHẠM THANH HƯƠNG 54
2 N/m 2 , ở đây: L – chiều dài xếp vật liệu, L = L m ρ – khối lƣợng riêng của không khí trong buồng sấy w – tốc độ của không khí trong buồng sấy
Tổn thất áp suất cục bộ đƣợc xác định theo công thức: ∆p c = ∑ξ.ρ.W 2
∑ξ tổng các hệ số trở lực cục bộ
Kết quả ta đƣợc tổng tổn thất áp suất thực tế ∆p = 62 N/m 2
Với lưu lượng V = 8432.16 m 3 /h và ∆ptc = 92.62 N/m 2 ta chọn quạt N o 6 Chế độ làm việc có hiệu suất ɳ = 0.7
Công suất của quạt: Nc = V.∆p.10 -3 ɳ = 6500× 220× 10 -3
Công suất động cơ chạy quạt là: N dc = N C ɳ td × φ = 0.567
1 × 1.3 = 0.581 kW ở đây quạt nối trực tiếp với động cơ ɳ td = 1, hệ số dự phòng φ = 1.3.
